腸道菌群與糖尿病大血管病變的研究進展

馮皓月 岳仁宋 張新霞

成都中醫藥大學附屬醫院（成都610075）

糖尿病大血管病變是糖尿病（DM）的常見并發癥之一，已經成為糖尿病致殘致死的主要原因。大血管并發癥以大血管床內持續動脈粥樣硬化（AS）為特點，包括冠狀動脈疾病、外周動脈疾病和腦血管疾病。近年來，腸道菌群在糖尿病大血管病變進程中發揮的作用受到關注，但其中機制尚未闡明。本文就腸道菌群與糖尿病大血管病變的最新研究進行綜述，以期為糖尿病大血管病變的潛在臨床治療方案提供依據。

1 長期高糖、高脂誘導腸道微生態進一步失衡

1.1 腸道菌群組成改變與正常人群相比，2 型糖尿病（T2DM）患者梭菌綱等產丁酸鹽的細菌比例明顯下降；擬桿菌、部分芽孢桿菌和部分變形桿菌等機會致病菌豐度顯著增加［1］，進一步研究發現柔嫩梭菌類群、擬桿菌屬含量及擬桿菌/球形梭菌與空腹血糖（FBG）、糖化血紅蛋白（HbA1c）和血脂都密切相關［2］。但糖尿病大血管并發癥的菌群變化與T2DM 和大血管病變本身并非完全一致，TIAN 等［3］發現與冠狀動脈疾病相比，合并T2DM患者腸道中微生物群和代謝產物存在顯著差異，陳茜等［4］報告中糖尿病及糖尿病心血管并發癥患者的腸道菌群特征也存在差異，說明糖尿病大血管并發癥可能存在更進一步的腸道微生態改變。

1.2 腸道屏障完整性降低正常生理狀態下，腸道擁有完整的屏障功能。長期高糖、高脂環境導致腸道生態失調，腸道屏障的完整性降低，大量代謝產物釋放入血參與大血管并發癥的進程。例如細菌產物內毒素——脂多糖（LPS），大腸埃希菌、腸球菌等可引起強烈的炎癥反應，使得腸壁通透性增加，產生并吸收更多的脂多糖入血，參與代謝性疾病的慢性炎癥進程［5］。

1.3 腸道細菌移位慢性高血糖所致HbA1c 的增加及血脂代謝異常均可導致全身血管壁損傷，近年來發現AS 的發展可能受到遠處感染或血管壁細胞直接感染的影響。在動脈粥樣硬化斑塊中觀察到的細菌也在身體其他部位發現，主要集中在口腔和腸道［6］，因此它們可能充當這些潛在致病微生物的宿主，增加血管壁功能和結構的損害。

2 腸道菌群與糖尿病大血管病變的關系

2.1 糖尿病大血管病變的腸道菌群改變動物和人類模型中的證據均支持糖尿病大血管病變與深層腸道失調有關的假設。陳茜等［4］發現T2DM1：血管并發癥患者腸道中厚壁菌門的比例明顯下降，放線菌門和變形菌門的比例上升，且維持腸道正常代謝、免疫的有益菌如真桿菌屬細菌豐度減少，而大腸埃希氏菌等常見的條件致病菌豐度顯著增高。在動物模型中，同樣發現糖尿病大血管病變模型大鼠腸道擬桿菌門/厚壁菌門比值下降［7］，且糖尿病心腦血管并發癥可能與厚壁菌門中Blautia菌屬的豐度相關［8］。但仍需進一步研究以明確改變的微生物群是引起還是僅反映了糖尿病大血管病變。

2.2 腸道代謝產物與糖尿病大血管病變腸道菌群代謝產物可能通過促進營養成分吸收、誘發慢性低度炎癥以及調節脂質代謝、氧化應激等方面影響動脈斑塊的形成與擴展，進而在T2DM 大血管并發癥中發揮重要作用。

2.2.1 脂多糖慢性低度炎癥狀態是糖尿病大血管病變的重要發病機制，腸道微生物衍生的LPS作為糖尿病宿主炎癥反應觸發器的重要性已被證實。糖尿病大血管病變與LPS/Toll樣受體4（TRL4）通路激活密切相關。LPS與脂多糖結合蛋白（LBP）結合后，識別TLR4 產生大量炎性細胞因子，直接損傷血管內皮細胞［9］。研究顯示，大腸桿菌中的LPS 和TLR4 僅出現在頸動脈斑塊標本中，而不存在于正常動脈中［10］。血清LBP 水平與T2DM 患者的動脈硬化程度呈獨立正相關［11］。此外，最新的一項研究發現LPS 可減弱抗生素對糖尿病大血管病變腸道微生物群調節的積極作用［12］。在糖尿病合并急性腦卒中模型小鼠腸道中發現大腸桿菌、克雷伯氏菌等革蘭氏陰性菌明顯增多，其導致的腸道通透性增加及循環LPS 水平升高與TLR4、炎性細胞因子水平的增加密切相關，其后用不可吸收的抗生素多粘菌素B 調節腸道菌群可降低循環中的LPS 水平從而改善預后。腸道屏障的損害導致大量LPS 入血，釋放的炎性細胞因子又可進一步作用于大血管。高水平TNF-α通過絲氨酸磷酸化損害胰島素信號傳導，誘導脂肪細胞和外周組織的胰島素抵抗，引發大血管病變［13］。IL-6 也與多種脂肪細胞因子的生物學效應具有相關性，可以調節心肌內脂質的積累，增加糖尿病患者發生心血管并發癥的臨床易感性［14］。與此同時，LPS 與Toll 樣受體相結合后金屬蛋白酶表達增加，能夠降解斑塊的纖維帽從而使穩定斑塊變成不穩定斑塊，繼而引起血小板的黏附、聚集，加速AS 進程［15］。

2.2.2 膽汁酸膽汁酸（BAs）是一種對糖脂代謝有顯著調節作用的腸道代謝產物，其合成和轉化需要腸道微生物的參與。高糖高脂環境下，腸道中與膽汁酸代謝相關的細菌受到影響，糖尿病患者腸道中能促進游離膽汁酸的7α-羥基脫氧的梭菌綱以及具有膽汁酸水解酶活性的部分擬桿菌、梭狀芽孢桿菌等的相對豐度減少［16-17］，膽汁酸合成受到影響，進而抑制脂質的消化吸收，加速血管病變。王華等［18］發現糖尿病大血管病變患者的總膽汁酸和甘膽酸水平顯著低于無大血管病變組且與LDL-C 呈負相關。膽汁酸螯合劑能夠降低血清LDL-C 含量，孟德爾隨機化分析表明，其有助于降低心血管動脈粥樣硬化疾病的風險，尤其是在糖尿病患者中［19］。法尼醇X 受體（FXR）、G 蛋白偶聯受體5（TGR5）的激活在膽汁酸的合成和轉化過程中起到重要作用。研究發現，FXR 基因敲除小鼠在高脂飲食喂養后會出現HDL 代謝障礙和膽固醇運輸受阻［20］，在給予FXR 激動劑后這一現象得到改善，且這種作用呈體重依賴性［21］。此外FXR在主動脈血管平滑肌細胞（VSMCs）和內皮細胞（VECs）中均有表達［22］。TGR5 則能夠介導膽汁酸對炎癥反應的調控，采用INT-777（TGR5 激動劑）可通過激活TGR5 抑制NF-κB 轉錄活性，減輕炎性浸潤，延緩AS 病理進程［23］。另一方面，腸道菌群對膽汁酸的重吸收也具有一定作用，主要通過鈉依賴性膽汁酸轉運蛋白（ASBT）進行主動運輸。動物實驗表明，破壞腸道菌群穩態后，小鼠腸道ABST 表達水平顯著增加［24］。因此，通過人工合成FXR、TGR5 受體激動劑和ABST 相關藥物等促進膽汁酸調整糖尿病大血管病變脂代謝紊亂的藥物研發可能是重要方向。

2.2.3 短鏈脂肪酸（SCFAs）SCFAs 是腸道內益生菌通過膳食纖維發酵產生的主要代謝產物，作為腸道微生物群和宿主之間的信號分子發揮作用。糖尿病患者腸道內產丁酸鹽細菌如羅氏菌和普氏棲糞桿菌數量的減少，在低度炎癥的發展中起到關鍵作用［25］，繼發的大血管病變與此可能有關聯。最新研究［26］證實，丁酸可能通過降低腸道通透性，減少血液循環中內毒素LPS 和炎癥因子水平，發揮抗AS 作用。此外，微生物群通過營養吸收改變影響宿主的效應主要由SCFAs 介導，糖尿病并發AS 以甘油三酯/極低密度脂蛋白和高密度脂蛋白水平的異常表現為主［27］。丁酸鹽通過激活SCFAs 受體GPR109A，減少總脂肪酶活性從而抑制甘油三酯的合成和積累，也可以激活脂肪細胞中的環氧合酶2、磷脂酶A2 發揮抗脂解作用，同時亦觀察到丁酸鹽治療組的動脈斑塊由較厚的纖維帽和較低比例的巨噬細胞浸潤組成，這兩者都是穩定動脈粥樣硬化斑塊的特征［28］。另有研究［29］報道丁酸鈉還可以通過激活NRF2 信號通路減輕糖尿病對動脈內皮的氧化應激和炎性刺激。由此推測，在早期補充丁酸鹽可能對防治糖尿病大血管病變有一定積極作用。

2.2.4 氧化三甲胺TMAOTMAO 的循環濃度是糖尿病大血管病變的重要危險因素之一，多項研究揭示了升高的TMAO 血漿水平與糖尿病大血管病變的不良心血管事件增加之間的關聯［30-31］。一項測定中國冠心病患者（有或沒有T2DM）血漿TMAO 水平的研究分析也提示了TMAO 表達與冠心病/T2DM 之間的強關聯［32］。此外，微生物移植研究揭示血糖控制受損、動脈粥樣硬化易感和TMAO 的產生都可以通過微生物群傳播的特征也印證了三者的聯系［33］，完整地將TMAO 與糖尿病和大血管疾病聯系起來。

元生物途徑能夠利用一個潛在的新模型來研究腸道代謝的影響，而不依賴于將腸道生態系統的復雜性作為終點進行比較［34］。微量營養素如磷脂酰膽堿、甜菜堿和左旋肉堿可以通過腸道微生物群依賴的三甲胺（TMA）生成和隨后的吸收參與糖尿病大血管病變的發展。血漿TMAO水平升高是T2DM 患者合并頸動脈粥樣硬化的獨立危險因素，可能成為評估DM 患者大血管并發癥的新指標［35］。除關聯研究之外，MIAO 等［36］發現產生TMAO 的黃素單加氧酶3（FMO）是重要的胰島素靶標。在肝臟特異性胰島素受體敲除（LIRKO）小鼠中敲除FMO3 可以抑制FoxO1（代謝控制的中心節點），改善胰島素耐受性，阻止高血糖的發展；FMO3 敲除還可以預防高膽固醇血癥和動脈粥樣硬化［36-37］。TMAO 還參與了血栓形成，降低TMAO 可能減緩血栓形成［38］。雖然參與TMAO 代謝的菌群種類尚未明確，但越來越多的證據表明TMAO 在糖尿病大血管的發生發展中起著重要作用，因此，更積極和具體的飲食和藥物治療也是下一步需要研究的重點。

2.2.5 H2S據報道，胱硫醚γ-裂解酶（CSE）是腸道H2S 產生的主要來源，在CSE 的催化下，L-半胱氨酸和L-同型半胱氨酸轉化為H2S［39］。H2S 可通過調節氧化應激水平，降低炎癥反應，抑制內皮細胞凋亡和平滑肌細胞增殖等途徑減緩糖尿病血管病變速度［40］，但研究主要集中在心血管組織酶促產生的H2S 效應。近年研究［41］發現組織中酶合成H2S途徑的CSE 活性顯著降低與缺少微生物群有關，同時伴隨合成底物半胱氨酸水平的升高，這些觀察結果提供了一種假設，即細菌產物可能會影響CSE 活性或表達。另外，TOMASOVA 等［39］發現結腸內注射Na2S（一種H2S 供體）可顯著提高門靜脈血漿中硫代硫酸鈉（H2S 氧化產物）水平，而在外周血中未觀察到這種顯著影響，這為Na2S 的血液動力學效應取決于H2S 及其衍生物的腸吸收增加提供了強有力的證據。根據以上推測，腸道細菌釋放的H2S 亦可參與糖尿病血管病變，調控腸道H2S可能成為治療該病的新靶點。

3 總結與展望

糖尿病大血管病變屬于心血管疾病高風險類別，一種有效且方便的用于監測糖脂代謝紊亂的生物標志物對于預防重大心腦血管事件是非常重要的。本研究發現優勢菌群占比和代謝物的聯合標記有成為糖尿病大血管病變不良反應事件預后生物標志物的潛力，在未來，可用于心腦血管風險分層。腸道微生物及其代謝產物也有望成為糖尿病大血管病變潛在可調控因素之一，目前益生菌、非吸收性粘合劑、腸道菌群移植、中醫藥干預等治療方案在糖尿病大血管病變中的證據是有限的，仍需要更多的研究明確腸道菌群及其代謝產物與疾病之間的因果關系，建立以腸道菌群為靶點治療糖尿病大血管病變的新策略。