基于腸道菌群探討中醫(yī)藥防治心血管疾病的作用機(jī)制

曹玉，王立玉，劉睿斯，徐婕，沈雁

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽(yáng)中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院，上海 200437)

我國(guó)居民死亡和疾病負(fù)擔(dān)的首要病因是心血管病(Cardiovascular disease，CVD)。2016年，我國(guó)心血管病死亡434.4萬(wàn)例，且農(nóng)村心血管病死亡較高[1]。我國(guó)心血管病患病率呈上升趨勢(shì)[2]。近年來(lái)的研究表明，腸道菌群失調(diào)參與了心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展，其一系列代謝物，如氧化三甲胺(TMAO)的增加也被認(rèn)為是影響心血管疾病預(yù)后的重要因素。而脾胃學(xué)說(shuō)是中醫(yī)學(xué)理論的重要組成部分，脾胃為后天之本、氣血生化之源。國(guó)醫(yī)大師鄧鐵濤教授正式提出心脾相關(guān)理論，由此理論指導(dǎo)從脾胃論治心血管疾病療效頗佳。故基于腸道菌群及其代謝產(chǎn)物，結(jié)合中醫(yī)“脾胃學(xué)說(shuō)”和“心脾相關(guān)”理論，探討中醫(yī)藥防治心血管疾病的作用機(jī)制對(duì)于促進(jìn)心血管疾病的中醫(yī)藥研發(fā)具有的重要意義。

1 腸道菌群在心血管疾病中的致病作用

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)及其部分代謝產(chǎn)物在心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中有著比較重要的作用[3]。如部分腸道菌群對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化有保護(hù)作用，而部分腸道菌群可以防止動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的損害；短鏈脂肪酸(SCFAs)在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用；基于腸道菌群與心衰之間關(guān)系提出的“腸假說(shuō)”以及三甲胺氮氧化物(TMAO)與動(dòng)脈粥樣硬化、心衰的發(fā)展和預(yù)后的關(guān)系。

1.1 冠心病

冠心病是最常見(jiàn)的心臟病之一，是由冠狀動(dòng)脈粥樣硬化引起的。相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，來(lái)自不同種類(lèi)細(xì)菌的DNA存在于同一個(gè)體的腸道和動(dòng)脈粥樣硬化病變中，故動(dòng)脈粥樣硬化細(xì)菌的潛在來(lái)源可能是腸道菌群及其代謝產(chǎn)物，因此很可能參與了冠心病的發(fā)病機(jī)制[4-5]。Jie等的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明,冠心病患者中腸桿菌科細(xì)菌和鏈球菌(Enterobacteriaceae and Streptococcus spp)的檢出率高于健康對(duì)照組[6]。Stepankova等進(jìn)行的小鼠動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明腸道細(xì)菌對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)展有保護(hù)作用[7]。Chan等通過(guò)給載脂蛋白E基因祛除的小鼠喂飼高脂飲食12周，添加鼠李糖乳桿菌(Lgg)或替米沙坦(Tlm)建立動(dòng)脈粥樣硬化模型，2種補(bǔ)充劑都改變了腸道微生物區(qū)系的比例，并顯著減少了動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的大小[8]。此外，5種細(xì)菌(真細(xì)菌、厭氧菌、玫瑰紅菌、示波螺旋菌和脫鹽菌)已被證明在預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化方面是有效的。相反，Kasahara等的研究表明，微生物區(qū)系的缺乏可能導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化病變的形成增加[9]。此外，有研究表明Porphyromonas gingivalis(牙齦卟啉菌)和Aggregatibacter actinomycetemcomitans(放線(xiàn)菌)可能與動(dòng)脈粥樣硬化的加速有關(guān)[10-12]。總而言之，某些腸道菌群被認(rèn)為是促進(jìn)疾病進(jìn)展的新因素，對(duì)保護(hù)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)揮一定的作用，而部分腸道菌群可以防止動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的損害。

三甲胺氮氧化物(TMAO)主要來(lái)源于左旋肉堿、卵磷脂、膽堿，TMAO被認(rèn)為是導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化的一種成分。在腸道經(jīng)腸道菌群作用生成三甲胺(trimethyl amine，TMA)，后者經(jīng)門(mén)脈循環(huán)進(jìn)入肝臟，并被肝黃素單氧化酶(Fmo3)氧化為T(mén)MAO[13-14]。Gregory等[15]通過(guò)移植C57BL/6J、TMAO高產(chǎn)菌群(動(dòng)脈粥樣硬化易感腸道菌群)和NZW/LacJ、TMAO低產(chǎn)菌群(無(wú)動(dòng)脈粥樣硬化趨勢(shì)腸道菌群)到載脂蛋白E基因敲除的小鼠中，并且用抗生素抑制微生物生長(zhǎng)，二者實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，移植動(dòng)脈粥樣硬化易感腸道菌群的小鼠表現(xiàn)為膳食依賴(lài)性的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成。Li等的一項(xiàng)研究表明，急性冠脈綜合征患者的TMAO水平是短期(30天和6個(gè)月)和長(zhǎng)期(7年)主要心臟不良事件的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[16]。其他研究也強(qiáng)調(diào)TMAO參與了不同患者隊(duì)列中心血管疾病的發(fā)生發(fā)展[17-19]。

盡管越來(lái)越多的證據(jù)證明TMAO是腸道菌群影響冠心病的重要機(jī)制的一部分，但腸道菌群影響動(dòng)脈粥樣硬化所涉及的詳細(xì)機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

1.2 高血壓

在我國(guó)，高血壓患病人數(shù)約2.7億，控制率僅為13.8%，高血壓是促進(jìn)卒中、冠心病以及心血管意外事件發(fā)生的重要原因[20]。近期研究表明，腸道菌群失調(diào)與高血壓的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。Yang等[21]的研究表明，在高血壓大鼠模型和一組高血壓患者中，發(fā)現(xiàn)微生物的豐富度、多樣性和均勻性均降低，這表明高血壓與腸道失調(diào)有關(guān)，改善腸道微生物區(qū)系可能是未來(lái)高血壓治療的目標(biāo)。同樣，腸道微生物群在高血壓形成中的重要性也從一項(xiàng)研究中得到證實(shí)，該研究表明，在高血壓患者的糞便物質(zhì)轉(zhuǎn)移到小鼠后，無(wú)菌小鼠的血壓升高[22]。亦有研究表明，在高血壓的發(fā)病機(jī)制中存在較多的機(jī)會(huì)致病群，包括克雷伯菌屬、鏈球菌屬和副結(jié)核桿菌屬，這些分類(lèi)群與疾病的嚴(yán)重程度有關(guān)[23]。這些數(shù)據(jù)表明，腸道微生物群在高血壓的發(fā)展中具有直接和間接的作用，與其他腸道菌群代謝產(chǎn)物相比，更多的研究表明短鏈脂肪酸(SCFAs)在血壓調(diào)節(jié)中的生理功能。腸道內(nèi)的細(xì)菌通過(guò)膳食纖維的厭氧發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸。SCFA通過(guò)與G蛋白偶聯(lián)受體41(Gpr41)、G蛋白偶聯(lián)受體43(GPR43)、G蛋白偶聯(lián)受體109A(GPR109A)和血管嗅覺(jué)受體78(Olfr78)的結(jié)合，研究了多種生物學(xué)效應(yīng)對(duì)內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、CVD、炎癥和腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的影響[24-25]。Pluznick等實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示,Olfr78可能通過(guò)SCFAs介導(dǎo)高血壓效應(yīng)[26]。Pluznick又指出Gpr41和Olfr78在丙酸(一種短鏈脂肪酸)反應(yīng)后對(duì)血壓的調(diào)節(jié)作用是相反的，即SCFA的降壓和降壓作用分別是通過(guò)與Olfr78和Gpr41的結(jié)合介導(dǎo)[27]。總之，血壓與腸道微生物多樣性、豐富性和均勻度密切相關(guān)，短鏈脂肪酸(SCFAs)在血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用，改變腸道菌群結(jié)構(gòu)可能成為治療高血壓的潛在方法。

1.3 心衰

心力衰竭(heartfailure，HF)是許多心血管疾病的終末階段。雖然藥物和非藥物治療可以延緩HF的進(jìn)展，但短期和長(zhǎng)期死亡率仍然很高[28-30]。近年來(lái)，我們對(duì)HF病理生理機(jī)制的認(rèn)識(shí)發(fā)生了很大的變化，包括對(duì)其認(rèn)識(shí)從血液動(dòng)力學(xué)變化到神經(jīng)體液免疫調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)變，而腸道微生物群在炎癥和免疫反應(yīng)中的作用，引起了人們對(duì)腸道菌群和HF之間聯(lián)系的關(guān)注[31-32]。Pasini等[33]比較了慢性心力衰竭(chronic heart failure，CHF)患者和健康人糞便中的細(xì)菌和真菌，結(jié)果表明慢性心力衰竭患者糞便中的細(xì)菌數(shù)量明顯高于健康對(duì)照組(P<0.01)。念珠菌、彎曲菌和志賀氏菌與疾病的嚴(yán)重程度呈正相關(guān);與健康對(duì)照組相比，78.3%的CHF患者腸道通透性升高，中度和重度CHF患者腸道通透性高于輕度CHF患者，右心房壓與腸道通透性呈正相關(guān)。在另一個(gè)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中[34]，心衰豚鼠在壓力超負(fù)荷下，10種糞便菌群的豐度發(fā)生了變化，這些數(shù)據(jù)表明心力衰竭可以破壞腸道菌群的平衡。于是研究人員提出了“腸假說(shuō)”，即心輸出量減少，導(dǎo)致低灌注和胃腸道充血，可導(dǎo)致心衰患者腸缺血或水腫，從而腸道菌群的組成、腸道功能、形態(tài)和腸道通透性都發(fā)生了改變，繼發(fā)性腸道細(xì)菌移位和循環(huán)內(nèi)毒素水平升高加速了全身炎癥反應(yīng)，而激活的炎性細(xì)胞因子促進(jìn)了心衰的發(fā)生[35]。此外，TMAO還與HF的發(fā)展和預(yù)后不良有關(guān)。研究表明，在數(shù)百名參與者參與的兩項(xiàng)隊(duì)列研究中，升高的TMAO水平不僅可以預(yù)測(cè)CHF患者的長(zhǎng)期死亡風(fēng)險(xiǎn)[36]，還可以預(yù)測(cè)急性心衰患者的長(zhǎng)期死亡風(fēng)險(xiǎn)[37]。Organ等[38]在小鼠實(shí)驗(yàn)中，使用主動(dòng)脈縮窄手術(shù)誘發(fā)HF，并發(fā)現(xiàn)在飼喂TMAO或膽堿飼料的小鼠中，HF的癥狀和體征比對(duì)照飲食的小鼠更嚴(yán)重。服用TMAO和膽堿的小鼠血漿TMAO水平升高，這是因?yàn)槟c道微生物將膽堿轉(zhuǎn)化為T(mén)MA。TMAO可促進(jìn)左室擴(kuò)張、心肌纖維化和心室重構(gòu)的發(fā)展。但是，通過(guò)調(diào)控腸道微生物TMAO通路，是否能降低HF患者的TMAO水平或減輕HF的癥狀，是否能長(zhǎng)期改善預(yù)后，有待進(jìn)一步研究。

2 中醫(yī)“脾胃學(xué)說(shuō)”理論與腸道菌群

脾胃學(xué)說(shuō)是中醫(yī)理論的重要組成部分。脾胃乃氣血生化之源、脾胃為后天之本。脾主運(yùn)化、胃主受納，將水谷精微轉(zhuǎn)化為氣血濡養(yǎng)全身，與腸道微生物參與機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收一致。此外，中醫(yī)學(xué)“脾”生理病理功能的現(xiàn)代生物學(xué)基礎(chǔ)之一可能是腸道菌群及其代謝產(chǎn)物等產(chǎn)生的作用，即腸道菌群代謝營(yíng)養(yǎng)功能正常，則脾胃能正常行使其化生水谷精微的功能；腸道微生態(tài)紊亂或其代謝異常則脾失健運(yùn)，容易產(chǎn)生濕熱、痰濁等邪實(shí)。調(diào)節(jié)腸道微生物及其代謝產(chǎn)物可防治多種疾病，如冠心病、心衰、高血壓及肥胖等，《靈樞》云:“五藏六府，心為之主……脾為之衛(wèi)”；《金匱要略》中記載“脾旺不受邪”；又有“內(nèi)傷脾胃，百病由生”的說(shuō)法，中醫(yī)學(xué)認(rèn)為脾氣充盛，可拒邪于外或驅(qū)邪外出，可從脾胃調(diào)理五臟六腑而防治多種疾病，其機(jī)制與腸道菌群及其代謝產(chǎn)物免疫防御的生理功能相契合[39]。故“脾胃學(xué)說(shuō)”與腸道菌群的研究有許多契合點(diǎn)。

3 基于“心脾相關(guān)”與腸道菌群的中醫(yī)藥防治心血管疾病

心脾兩臟的重要聯(lián)系早在《內(nèi)經(jīng)》和《難經(jīng)》中就有闡述。如《素問(wèn)·陰陽(yáng)應(yīng)象大論篇》中提到: “心生血，血生脾”。《素問(wèn)·玉機(jī)真臟論篇》也提到: “五臟受氣于其所生……心受氣于脾，傳之于肺，氣舍于肝，至腎而死。……授氣于脾，授氣于我生之子也……”。脾胃五行屬土，心五行屬火，心與脾乃相生關(guān)系，又心脾兩臟陰陽(yáng)相通，氣血互濟(jì)。心脾相關(guān)理論于秦漢萌芽，宋興盛于，明清成熟，近現(xiàn)代逐漸完善。在胸痹心痛的論治上，國(guó)醫(yī)大師鄧鐵濤教授提出“補(bǔ)益心氣重在健脾”“痰瘀相關(guān)”，并強(qiáng)調(diào)心脾相關(guān)學(xué)說(shuō)，指出飲食不節(jié)、七情內(nèi)傷、年老正虛等致脾胃運(yùn)化功能失常，濕濁內(nèi)生，聚而生痰，日久成瘀，從而出現(xiàn)胸痹、中風(fēng)。鄧?yán)嫌脺啬憸訙p治療冠心病，取其益氣除濕化之效，實(shí)踐證明效果頗佳[40-41]。心腦血管疾病發(fā)生發(fā)展的共同的病理機(jī)制是“痰瘀相關(guān)”，脾胃功能失調(diào)是關(guān)鍵，且與腸道菌群的功能關(guān)系密切，具體是指食用富含膽堿的肥甘厚膩之品，在腸道菌群的相關(guān)作用下產(chǎn)生TMA，而TMA被認(rèn)為“痰濁”的生物學(xué)標(biāo)記物， TMA入血，在肝臟轉(zhuǎn)化為T(mén)MAO，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)展，激活血小板聚集，促進(jìn)動(dòng)脈血栓的形成，最終導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化疾病的發(fā)生，此即為 “痰瘀互結(jié)”致血脈閉塞的病理基礎(chǔ)[42]。路志正教授在臨床運(yùn)用中擅用調(diào)理脾胃治療胸痹心痛，具體包括健脾養(yǎng)血、溫陽(yáng)理中、醒脾化濕、健脾滌痰等法，療效顯著[43]。現(xiàn)代研究也表明，調(diào)理脾胃的相關(guān)藥物能通過(guò)促進(jìn)胃腸消化吸收功能，改善能量物質(zhì)代謝，通過(guò)調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝以減輕血管壓力，通過(guò)改善脂質(zhì)過(guò)氧化損傷以減輕內(nèi)膜損傷、脂質(zhì)沉積，從而阻止動(dòng)脈粥樣硬化的產(chǎn)生。可見(jiàn)基于“腸道菌群”，從脾胃探索心血管疾病的有效治療途徑是一條可行之路。同時(shí)，日益增多的證據(jù)也顯示腸道菌群參與了中藥的心血管藥理作用。如研究發(fā)現(xiàn)參苓白術(shù)散用于治療脾虛證型心血管疾病的療效，與腸道菌群結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。丁維俊等[44]利用大黃灌胃建立脾虛小鼠模型，給予參苓白術(shù)散治療，結(jié)果表明參苓白術(shù)散能顯著提高腸道雙歧桿菌含量，降低腸球菌、大腸桿菌數(shù)量，對(duì)益生菌起到扶植作用;而對(duì)條件致病菌及病原菌起到間接抑制作用，對(duì)腸道腸道菌群動(dòng)態(tài)平衡的恢復(fù)起到較好的調(diào)節(jié)作用。

4 小結(jié)與展望

近期研究表明，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物失調(diào)在冠心病、高血壓、心衰等心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展方面能起一定作用。心血管領(lǐng)域腸道微生物組學(xué)的研究與新一代核酸測(cè)序技術(shù)和宏基因組技術(shù)的發(fā)展密切相關(guān)，但其確切的分子機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。此外，隨著糞菌移植、口服益生元、改善飲食結(jié)構(gòu)等方法的出現(xiàn)，能夠較大地改善菌群結(jié)構(gòu)，但需進(jìn)一步探索干預(yù)腸道菌群的精確方法。基于“脾胃學(xué)說(shuō)”“心脾相關(guān)”理論，中醫(yī)藥可能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群，從而改變宿主的代謝狀況，減慢或逆轉(zhuǎn)心血管病的發(fā)生或進(jìn)展。