腸道菌群與血管疾病的相關性及中藥干預研究進展＊

房景梅，王啟隆,2,3，李 琳,2,3＊＊

（1.天津中醫藥大學中醫藥研究院 天津 301617；2.方劑學教育部重點實驗室 天津 301617；3.天津市中藥藥理學重點實驗室 天津 301617）

隨著生活水平的提高和人口老齡化的加劇，以動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）、高血壓為代表的心腦血管疾病發病率不斷升高，嚴重威脅了人類生命健康。近年來，腸道菌群（gut microbiota，GM）研究取得的突破性進展為血管疾病的研究與治療提供了新的思路和方法。GM 在協助人體對抗感染、驅動免疫系統成熟、維持免疫反應的穩定性、參與人體生物轉化和補充能量及營養物質方面均發揮著不可缺少的作用[1]。Thaddeus團隊[2]于2002年發現生長發育遲緩的小鼠血管發育顯著異常，同時GM 參與的代謝功能也出現紊亂。通過改善GM 可促進血管發育，機制可能與腸上皮細胞將GM參與的信號轉導通路傳遞至微血管系統有關。中藥多以水煎劑方式口服給藥，其有效成分主要在腸道吸收。中藥在腸道停留時間較長，從而有利于其發揮調節GM多樣性及GM代謝等作用。近年來，中藥通過改善GM防治血管疾病已成為研究焦點。為了進一步挖掘中藥防治心腦血管疾病的作用機制，本文綜述了GM影響AS、高血壓等血管疾病的分子機制，對調節GM的抗心腦血管疾病中藥的研究狀況進行考察，以期為中藥的深入研究和以GM 為靶點的創新中藥的開發提供參考。

1 腸道菌群與心血管疾病的關系

1.1 腸道菌群與動脈粥樣硬化

AS 是由于動脈內膜脂質聚集，導致管壁增厚、變硬，管腔狹窄的動脈疾病，也是誘發冠心病、腦梗死、外周血管病的首要因素。研究表明，AS 的發生發展與GM 的結構和功能存在緊密聯系[3]。GM 影響AS 的機制主要包括調節氧化三甲胺（trimethylamineN-oxide,TMAO）代謝、脂質膽固醇代謝、免疫炎癥反應、氧化應激反應等。

1.1.1 TMAO途徑

GM 參與卵磷脂、膽堿和肉堿等營養物質的代謝，代謝產生的三甲胺[4]（trimethylamine，TMA）經腸道吸收入血，并在肝臟經黃素單氧化酶轉化為TMAO[5]，TMAO是AS 發生的危險因素。Wang[6]等在ApoE-/-小鼠飼料中添加膽堿、甜菜堿和TMAO，發現ApoE-/-小鼠主動脈根部AS斑塊面積與血漿中TMAO濃度呈正相關，推測血漿中高TMAO 濃度與AS 形成有關。進一步研究證實，抑制AS易感小鼠的GM明顯減少膽堿等代謝產生的TMAO，抑制AS 的發生。另有研究發現，TMA 裂解酶活性被3，3-二甲基-1-丁醇抑制后，ApoE-/-小鼠血漿中TMAO水平明顯下降，AS斑塊面積明顯減小[7]。

1.1.2 脂質代謝途徑

脂質代謝障礙是AS 的病變基礎。當脂質在血管內壁長期積聚時，血管內壁形成斑塊，并在多種因素誘導刺激下進一步發展為AS。膽汁酸是消除體內過量膽固醇的主要途徑，膽汁酸的合成有助于改善AS。研究表明GM可直接調控膽汁酸的分泌來增加脂質與膽固醇代謝。大腸中的兼性厭氧菌和厭氧菌將初級膽汁酸進一步合成為次級膽汁酸，吸收入血后，通過核受體和G蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR），參與調控肝臟和全身的脂質和葡萄糖代謝[8-10]。Duca等[11]研究發現GM的代謝產物短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）作用于腸道內分泌細胞的GPCR，促進控制飽腹感的腸道肽（胰高血糖素樣肽-1）的分泌和基因表達，并最終調節脂質代謝過程。另外，Ding L[12]研究表明TMAO 通過改變膽汁酸譜，加速ApoE-/-小鼠的主動脈病變形成。

GM 也參與未完全水解的膳食纖維的分解代謝過程[13]。膳食纖維的分解產物經結腸內細菌發酵，進一步分解為甲酸鹽、乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等SCFAs[14]，其中丙酸鹽能夠顯著增加peptide YY和胰高血糖素樣肽-1 的釋放，從而減少能量攝入，抑制肝臟脂肪的堆積[15]。SCFAs可通過激活游離脂肪酸受體-2介導的信號傳導，抑制脂肪細胞中由胰島素刺激引起的脂質積累，進而減少反應性脂肪細胞的生成[16]。提示，GM 紊亂通過降低SCFAs生成，導致脂質代謝異常，進而加速AS的發生發展。

1.1.3 免疫炎癥反應途徑

免疫系統與GM的相互作用主要體現在出生后的早期免疫系統成熟階段。同時，在整個生命周期中，GM對免疫系統的調節以及炎癥反應的發生也發揮重要作用。因此，研究者認為GM 失調可能與炎癥相關的AS密切相關。GM能夠通過促進具有免疫調節和抗炎作用的分子生成，調節免疫細胞功能。目前，此類研究主要集中于經GM代謝產生的SCFAs在炎癥和免疫系統發揮的調節作用。研究表明，丁酸鹽能顯著下調NFκB，INF-γ，Toll like 2 receptor和TNF-α等參與炎癥反應的基因的表達，從而抑制炎癥反應[17]，減緩AS 發展進程。除了SCFAs，GM參與代謝產生的其他代謝產物，如吲哚衍生物和多胺等能夠間接地改善免疫調節功能，對AS 具有一定的抑制作用[18]。GM 分解水果中的花青素產生原兒茶酸，上調巨噬細胞ATP-binding cassette transporter A1 和ATP-binding cassette transporter G1 表達，促進三磷酸腺苷結合轉運，從而減少泡沫細胞的形成[19]，抑制AS的發展。

1.1.4 氧化應激反應途徑

細胞內高血糖促進線粒體活性氧大量產生，進而抑制血小板活化，阻礙凝血功能，同時伴有內皮功能損傷，誘發AS。研究表明，GM通過影響血管壁中的氧化應激狀態，參與AS進展。通過增加大腸桿菌的數量可以促進尿酸生成，從而導致活性氧產生，并最終引起血管內皮功能障礙[20,21]，促進AS的發生。此外，Yilang Ke等[22]發現TMAO 升高會加重內皮細胞衰老和血管老化，且該過程與氧化應激反應的增加有關。一旦內皮細胞衰老和血管老化，內皮功能發生紊亂，終將加速AS 形成。因此推測，經GM 代謝產生的TMAO 與氧化應激的內在聯系，是促進血管老化，導致AS的關鍵因素。

1.2 腸道菌群與高血壓

《中國心血管疾病報告2018》顯示[23]，自1958年至今中國高血壓患病率呈現上升趨勢。截至2015年，中國成人高血壓患病率高達27.9%。目前，高血壓的發病機制尚未十分明確，但不斷有研究證實高血壓與GM的改變息息相關。GM多樣性參與血壓調節。GM失調情況下，一旦腸道內有害菌成為優勢菌，而有益菌成為弱勢菌，會導致高血壓病的發生[24]。Li 等[25]開展了系統的臨床研究，對健康人、高血壓前期患者和原發性高血壓患者進行了宏基因組和代謝組學分析，并將高血壓患者糞便微生物群移植到無菌小鼠上，發現高血壓患者的微生物豐富度和多樣性顯著降低。Seppo L等[26]研究證實了長期攝入含乳酸桿菌LBK-16H發酵牛奶的降壓作用。

GM 影響高血壓的機制主要通過調節炎癥反應、鈉代謝、SCFAs 和低密度脂蛋白氧化等途徑來實現。GM紊亂可通過增加MCP-1/IL-17，加速血管免疫細胞浸潤和炎癥，促進血管緊張素II誘導的血管功能障礙和高血壓[27]。體內尿鈉排泄障礙造成血壓升高[28]，GM可通過腸嗜鉻細胞增加5-羥色胺、多巴胺和去甲腎上腺素的生成，促進腎臟對鈉的排泄，從而降低鹽敏感性高血壓的發生[29]。

GM 的代謝物SCFAs 可通過刺激機體GPCR 介導的通路影響腎素分泌而調節血壓[30]。與野生型小鼠相比，GPR41敲除小鼠表現出收縮期高血壓，SCFAs通過調節內皮GPR41 降低血壓[31]。Olfr78 是腎臟中表達的GPCR，通過調節Olfr78 和GPR41 活性，丙酸鹽可誘導血管舒張并在小鼠產生急性低血壓反應[32]。另外，血壓的調節取決于血管收縮和舒張的程度，較高水平的氧化低密度脂蛋白（Oxidized low density lipoprotein，OX-LDL）通過抑制NO和內皮素-1的產生而導致高血壓[33]。研究表明一旦腸道生態失調，增加OX-LDL，促進血管收縮[34]，誘發高血壓。

2 腸道菌群與腦血管疾病的關系

腦血管疾病的發生多是由腦部血管破裂或因血管阻塞導致血液不能流入下游腦組織而引起的。腦卒中，也稱“中風”，是最常見的一種急性腦血管疾病。臨床發現，50%的腦卒中患者會出現吞咽困難、胃腸道出血、便秘和腸道失禁等胃腸道并發癥[35]，并由此提出“腦-腸軸”概念。基于該理論，國內外學者對腦血管疾病與GM 的關系開展了深入研究，發現腦血管疾病的發生可導致GM 的改變，如腦卒中可引起腸粘膜微生物群Akkermansiamuciniphila的豐度增加和梭菌屬種類的增多[36]。Tascillar 等[37]研究發現大腦動脈閉塞模型小鼠的腸內細菌移位到腸外。Yin[38]團隊研究發現，腦卒中患者TMAO水平降低，結構顯著失調，且隨腦卒中程度的加重，GM 結構失調加劇。腦血管損傷可通過免疫炎癥反應影響GM。腦卒中發病后24 h，小腸Peyer's斑塊中T細胞和B細胞數量顯著減少，造成腸粘膜免疫降低，腸道通透性增加促使細菌移位到腸外器官[39]。Houlden等[40]研究發現，中風模型小鼠的盲腸微生物群組成發生改變，其中Peptococcaceae和Prevotellaceae的特定變化隨損傷程度加劇而增大，且這些改變是由自主神經系統中的去甲腎上腺素釋放增多引起的，證實腦血管受損可通過自主神經系統影響GM。

腸道和大腦之間存在雙向調節作用，大腦在調節腸道微環境和微生物群組成的同時也可被腸道調控。研究發現，抗生素誘導的GM 改變能夠通過改變樹突細胞活性導致調節性T 細胞和γδT 細胞的減少，從而抑制了IL-17 分泌和周圍骨髓細胞產生趨化信號，最終緩解小鼠腦缺血損傷[30]。Liu等[41]給予血管性癡呆模型小鼠灌服丁酸梭菌后，發現小鼠的認知功能障礙和腦血管病理學改變均得到緩解，并推測丁酸梭菌可能通過調節腸-大腦軸發揮治療血管性癡呆作用的。

3 腸道菌群與肺動脈高壓的關系

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension，PAH）是一種影響肺血管系統的進行性疾病，其特征是肺部持續的血管收縮、血管重塑和原位血栓形成。在PAH的發病機理中，GM 參與的過程主要包括干預PAH 相關的信號分子、血管重塑等。基于氣管和支氣管內表面含有與腸相似的高度糖基化蛋白質，且近端氣道類似于腸道均可以支持微生物的存在，Dickson等[42]進行初步研究發現GM 能夠干預類固醇激素、兒茶酚胺、IL-6 等與PAH 有關的信號分子。另有研究發現，GM還可通過改善肺部血管重塑影響PAH。Ho K J 等[43]采用口服萬古霉素治療雄性Lewis 近交系大鼠以改變大鼠GM 結構，發現萬古霉素治療大鼠的新內膜增生更為嚴重，當補充丁酸鹽時，新內膜增生得到改善，提示GM 的代謝產物SCFAs 可以改善血管新內膜增生，而新內膜的增生是PAH 發生的一個原因，提示GM 可以通過改善血管重塑以抑制PAH。此外，Lawrie 等[44]發現高脂肪和高膽堿的Paigen 飲食經GM作用產生的TMAO 可誘導ApoE-/-小鼠形成肺血管重塑，從而抑制PAH的發生。

4 腸道菌群與血管炎的關系

血管炎是血管壁及周圍被炎癥細胞浸潤并伴有血管損傷的一種炎癥性疾病，與上述幾種疾病有所不同，血管炎多由細菌、病毒感染或免疫系統損傷造成。

Behcet 病（BD）屬血管炎的一種，張旎等[45]分別收集了BD 患者和健康的糞便和唾液樣品，提取DNA 進行宏基因組分析和16SrRNA 基因測序分析，再將來自BD 患者的糞便樣品移植到小鼠，結果發現來自BD 患者的糞便樣品富含Bilophila spp.和幾種致病菌（如Parabacteroides spp.和Paraprevotella spp.）以及較低水平的丁酸鹽產生細菌（Clostridium spp.）和產甲烷菌（Methanoculleus spp.，Methanomethylophilus spp.），構建了GM組成與BD發病機理的關聯的模型。Jun Shimizu等[46]研究發現，BD 患者腸道雙歧桿菌和Eggerthella 顯著增加，Megamonas 和普氏菌顯著降低，說明了GM 的組成變化可能影響BD 的發生。白色念珠菌水溶性部分（C.albicans water-soluble fraction，CAWS），能夠誘發小鼠發生類似川崎病的冠狀動脈炎性病變。Sato W[47]等在對于CAWS 血管炎的一項研究中發現，缺鐵飲食喂養的小鼠腸道中富含擬桿菌，加重小鼠炎癥，并導致死亡，從而將飲食、GM與血管炎聯系起來（圖1）。

圖1 腸道菌群與血管疾病關系

5 中藥通過調節腸道菌群干預血管疾病

5.1 動脈粥樣硬化的干預

中藥有效成分大多具有較差的水溶性，且腸道停留時間較長有助于與GM 相互作用。多種抗AS 的中藥單體、中藥提取物和中藥復方可通過調節GM 防治AS。陳明亮等[48]發現白藜蘆醇能夠抑制小鼠GM 重塑，增加乳桿菌和雙歧桿菌水平，提高膽汁鹽水解酶活性，降低TMAO 以減弱AS。Zhang 等[49]研究發現黃連中的小檗堿可通過調節GM結構抑制高脂飲食喂養大鼠肥胖和胰島素抵抗的發生，并通過減少宿主中的外源抗原負載減輕炎癥，提高腸道中的SCFAs 水平。Wang 等[50]研究發現玉竹多糖增強了高脂飲食喂養的大鼠GM 物種豐度并改善GM 結構，提高了SCFAs 水平，從而上調參與脂肪細胞分化的基因表達，并下調與脂質合成相關的蛋白表達，最終起到抑制脂質代謝、緩解AS 的作用。中藥復方參苓白術散可降低非酒精性脂肪肝大鼠血清總膽固醇水平，抑制血清內毒素、TNF-α、IL-1β的升高，同時增加具有促進SCFAs 生成功能的雙歧桿菌和厭氧菌等細菌的相對豐度，進而減少脂肪的堆積，緩解炎癥，預防AS的發生[51]。此外，有研究發現中藥單體芍藥苷、金合歡素[52]，單味中藥金銀花、靈芝以及中藥復方葛根芩連湯能夠通過改變GM結構或豐度干預AS的發生發展及治療[53]（圖2）。

5.2 腦血管疾病的干預

中藥通過調節GM防治腦血管疾病的報道多聚焦于腦卒中的治療上。Chen 等[54]從GM 角度出發，從以下方面探討了葛根和川芎聯合用藥治療缺血性中風的機制：①減少二胺氧化酶，脂多糖和d-乳酸以減弱腸道微生物群的易位；②調節Alloprevotella，Ruminococcaceae，Oscillospira 等內源性細菌重塑腸道微生態，減輕腦損傷；③增加Claudin-5和ZO-1水平以保護大腦。此外，Xu 等[55]研究發現，中藥單體黃芪甲苷能夠抑制急性缺血性中風（Acute ischemic stroke，AIS）模型小鼠腸道中與AIS 有關的雙歧桿菌屬、Megamonas、Blautia、Holdemanella和Clostridium屬等細菌豐度的增加，故提示中藥對AIS 的干預作用可能與調節GM有關（圖3）。

5.3 高血壓和肺動脈高壓的干預

目前國內外尚無中藥直接通過調節GM干預高血壓的文獻報道。已有文獻大多從GM與高血壓病主要危險因素肥胖、高血脂、糖尿病、AS等的相關性開展研究。高血壓是多種因素、多種機制綜合作用的結果，GM通過調節炎癥反應、鈉代謝、SCFAs代謝和低密度脂蛋白氧化等途徑干預血壓，因此，防治高血壓中藥的機制研究可以從調節GM入手，圍繞上述環節進一步展開。

圖2 中藥通過腸道菌群干預動脈粥樣硬化

圖3 中藥通過腸道菌群干預腦卒中

中藥治療PAH的機制主要包括抗血栓形成、抗炎癥反應、血管保護等[56]。川芎嗪[57]、漢防己甲素[58]、燈盞花素[59]等中藥單體，當歸[60]、白花前胡[61]、黃芪[62]等單味中藥以及復方紅景天[63]、通心絡[64]、三黃瀉心湯[65]等復方制劑均被證明對PAH 有預防和改善的作用。雖然已有研究報道了中藥通過調節GM干預PAH相關的肥胖、胰島素敏感性降低等危險因素，但中藥是否能夠直接調節GM，干預與PAH相關的信號分子、抑制血管重塑，發揮防治PAH作用的研究目前尚沒有報道。

5.4 血管炎的干預

中藥主要通過消除機體炎癥、提高免疫系統等途徑防治血管炎的發生。鬼針草[66]、參附注射液[67]等中藥及復方能夠有效治療血管炎，但此類中藥與GM 相關性的研究尚且沒有報道。基于上述關于GM與血管炎相關性的已有研究，中藥治療血管炎的作用機制可以從殺滅或抑制Bilophila spp.等導致血管炎的腸道細菌出發，為血管炎的治療提供新方法。

6 總結

心腦血管疾病以其高發病率、難治愈的特點成為困擾全世界的一類重大疾病。近年來，GM 在人類健康中扮演的角色得到廣泛關注，其與疾病的相關性研究也成為微生物學和醫學研究的焦點。GM通過調節機體免疫和代謝影響血管疾病。GM組成、基因豐度、特異性菌種或菌群的變化，一方面會影響TMAO，GM失調可以升高機體的TMAO 水平，從而加速血管內皮細胞衰老，影響機體免疫系統，促進炎癥反應，引起血管疾病發生或病情加重；另一方面，會影響SCFAs。GM失調會減少體內SCFAs的產生，引起GPCR通路被抑制、INF-γ等炎癥因子的表達增加，從而導致脂質代謝紊亂、炎癥加重以及血管重塑增加，最終導致AS、高血壓、PAH、腦血管病等疾病的發生和加重。此外，GM改變影響血管疾病的其他機制還包括影響機體氧化應激反應、鈉代謝、自主神經系統低密度脂蛋白的氧化等。

中藥多以口服形式進入消化道，與GM 間具有雙向調節作用。中藥及復方既能夠改變GM 數量和種類，同時GM 也可參與中藥有效成分的體內代謝。中藥有效成分、單體和復方通過調節GM防治AS的方法主要是通過抑制GM 的重塑、改善GM 的結構、增加產生SCFAs 細菌或其他益生菌的豐度，以發揮降低TMAO水平、減輕炎癥、提高脂質代謝水平，改善AS的作用。中藥調節GM 治療腦血管疾病，主要表現在重塑腸道微環境、增加益生菌、減弱菌群易位，以改善腦血管損傷。然而，中藥通過調控GM直接治療高血壓、PAH、血管炎的研究鮮有報道，且對于AS 和腦血管疾病的研究較多是停留在實驗階段，少見臨床研究報道。中藥、GM、血管疾病之間存在緊密聯系，中藥對GM產生的生物學作用機制仍需要研究者在結合臨床研究的基礎上深入挖掘。