 动脉粥样硬化性血栓性疾病是一类慢性动脉疾病的统称，主要包括缺血性心脏病、缺血性卒中和外周动脉疾病[1]。其中，心肌梗死和卒中是我国心血管死亡的首要原因，下肢动脉和颈动脉粥样硬化性疾病也是中老年人常见的疾病，显著增加死亡风险[2]。动脉粥样硬化性血栓性病变的发生涉及多种机制，其中共同的疾病过程是在动脉粥样硬化性斑块的基础上，血小板激活、聚集并形成血栓。 肠道内包含至少100万亿个细菌，远超过人体的全部细胞数量总和[3]。这些肠道菌群对维持人体正常的生理功能具有重要作用，参与抵御外来微生物、食物消化吸收和免疫调节等生物学过程。随着高通量测序技术和生物信息学的发展，我们已经能够通过检测粪便样本的宏基因组深入剖析肠道菌群的组成和功能[4]。研究已经发现，肠道菌群与心血管疾病[5]和代谢性疾病[6]的发生发展密切相关。 我们最大的环境暴露是来自于食物。食物中包含的卵磷脂、胆碱和肉碱等营养物质，经过肠道菌群的代谢产生三甲胺（trimethylamine, TMA）[7]，TMA再经肠道吸收入血，最后在肝脏经黄素单氧化酶转化为氧化三甲胺（trimethylamine N-oxide, TMAO）[8]。TMAO作为一种小分子化合物，与多种心血管疾病的发生发展关系密切，包括动脉粥样硬化[9,10]、心力衰竭[11,12]和高血压[13]等。近期研究发现，TMAO还与血小板高反应性和血栓形成相关[14]。本文将就此展开论述，阐述肠道菌群、TMAO与动脉粥样硬化性血栓性疾病之间的联系。 早期一项研究[9]对比发生了心肌梗死、卒中或死亡的患者与未发生上述事件患者的代谢组学分析结果，发现胆碱、TMAO两种代谢产物与动脉粥样硬化性血栓性疾病的发生显著相关。动物实验也证实了这种相关性：在小鼠饲料中添加胆碱或TMAO，均有促动脉粥样硬化的作用，而在无菌小鼠或应用抗生素抑制肠道菌群的小鼠饲料中添加胆碱则未观察到促动脉粥样硬化的作用，提示肠道菌群在其中可能发挥重要作用。 随后，Tang等[15]发现进食富含卵磷脂的食物后，受试者血浆和尿中TMAO水平出现时间依赖性增高；然而在服用抗生素1周后，再次进食富含卵磷脂的食物，TMAO则无显著增高；停用抗生素至少1个月后进食卵磷脂，TMAO重新升高，说明在人体中TMAO的产生也同样依赖于肠道菌群。在4 007例接受冠状动脉造影的患者中，该团队还发现高血浆TMAO水平显著增加主要不良心血管事件（MACE）发生风险。Koeth等[10]发现L-肉碱是TMAO的另一来源，在2 595例参与心脏检查的患者中发现血浆L-肉碱水平同样能够预测MACE，但仅限于TMAO同时增高的情况，说明L-肉碱可能也是通过升高血浆TMAO水平，增加不良心血管事件的发生风险。额外给予L-肉碱能够改变小鼠肠道菌群组成，升高TMAO水平，促进动脉粥样硬化的发生发展，但当肠道菌群受到抑制时这些改变就不再出现。 以上几项研究提示，TMAO的产生有赖于肠道菌群，并且高水平的TMAO显著增加动脉粥样硬化性血栓性疾病的发生风险。 动脉粥样硬化性血栓性疾病的发生主要涉及2个疾病过程：一是动脉粥样硬化斑块形成，二是血栓形成。在动脉粥样硬化病变的基础上更容易形成血栓，血小板和/或凝血系统功能亢进也会增加血栓形成风险。 1．肠道菌群、TMAO与动脉粥样硬化： 近期多个研究已证实TMAO具有促动脉粥样硬化作用[9,10, 15,16]。其中可能的机制包括：（1）TMAO能够上调参与动脉粥样硬化过程的巨噬细胞表面的清道夫受体的表达水平，并可促进巨噬细胞吞噬脂质形成泡沫细胞，动脉粥样硬化小鼠喂食胆碱或TMAO后，动脉壁和腹腔中泡沫细胞形成增加[9]；（2）TMAO能抑制胆固醇的逆向转运，小鼠喂食TMAO前体物质可显著减少胆固醇逆向转运，且该过程依赖于肠道菌群[10, 15]；（3）TMAO能够降低胆汁酸合成关键酶，以及多个胆汁酸排泄相关转运体的表达水平，动物实验发现喂食TMAO小鼠的胆汁酸池的确明显减小，提示TMAO能够抑制胆汁酸的合成和排泄过程，进而减少胆固醇通过胆汁酸途径的清除[10]；（4）TMAO能够激活多个炎症相关信号通路，促进单核细胞黏附至内皮细胞，进而促进炎症反应[17,18,19,20]。 2．肠道菌群、TMAO与血小板高反应性： Zhu等[14]通过体外血小板凝集试验发现TMAO能够直接提高血小板对多种激活剂的反应性，并在小鼠颈动脉FeCl3损伤模型中证实了胆碱-TMAO-血栓形成之间的关系；通过无菌或抗生素抑制肠道菌群小鼠喂食胆碱或TMAO证实了肠道菌群在胆碱-TMAO转化中的作用，并通过16S rRNA基因测序和宏基因组分析明确了特定种群及其可能的作用，发现8种菌群同时与血浆TMAO水平和血栓形成相关；进一步通过盲肠菌群移植实验证实肠道菌群导致血栓形成的表型具有可移植特性。 在后续一项人群研究[21]中，受试者在口服胆碱补充物后，血浆TMAO水平和血小板反应性均较前显著增高，且血浆TMAO水平与血小板反应性呈正相关。该小规模人群试验在人体中也证实了高血浆TMAO水平能够导致血小板高反应性。 在机制方面，Zhu等[14]发现喂食胆碱小鼠的洗涤血小板本身并无高反应性，而是血浆中的TMAO导致了血小板高反应性，并通过TMAO刺激离体血小板，Ca2+染色确定了TMAO介导胞内Ca2+激活物依赖性释放；然后进一步明确了TMAO通过1,4,5-三磷酸肌醇通路诱导Ca2+释放，进而导致血小板高反应性，增加血栓形成风险。 早期的2项研究[10, 15]发现高血浆TMAO水平能够增加血栓形成事件（心肌梗死和卒中）发生风险。后续研究发现，TMAO可作为多种心血管疾病的诊断和预后标志物，包括冠心病、外周动脉疾病和急慢性心力衰竭等。 Senthong等[22]发现血浆TMAO水平与SYNTAX积分和SYNTAX积分Ⅱ显著相关，提示血浆TMAO水平增高可能加重冠心病患者动脉粥样硬化斑块负荷；血浆TMAO水平升高还可能增加斑块的不稳定性[23]，提示高血浆TMAO水平可能提示动脉粥样硬化病变的发生和进展。Senthong等[24]研究发现血浆TMAO水平与稳定性冠心病患者远期死亡风险明确相关；Li等[25]发现对急性胸痛患者，高血浆TMAO水平是30 d MACE及7年死亡的独立预测因素；血浆TMAO水平还能独立预测急性心肌梗死患者2年死亡/再梗发生风险，提高GRACE评分的预测能力[26]。 对外周动脉疾病患者，血浆TMAO水平与颈动脉内中膜厚度显著相关[27]，血浆TMAO水平升高可显著增加5年病死率[28]。 对慢性心力衰竭患者，尤其是慢性缺血性心力衰竭患者，血浆TMAO水平明显高于健康人群，高血浆TMAO水平也是远期死亡或心脏移植的独立预测因素[11,12, 29]。对急性心力衰竭患者，血浆TMAO升高显著增加1年死亡/心力衰竭再入院风险，联合TMAO和N末端B型利纳肽原（NT-proBNP）能改善患者危险分层[30]。 尽管在个体间存在差异，但肠道的核心菌属组成在个体内非常稳定，提示其可能作为一些疾病的潜在的生物标志物[31]。基于肠道菌群构建的疾病分类模型诊断动脉粥样硬化性心血管疾病的受试者工作曲线下面积达到了0.86，说明肠道菌群有潜力用于该病的诊断[32]。 食物中的胆碱、卵磷脂和肉碱等通过肠道菌群的作用生成TMA，再经肝脏代谢产生TMAO，进而促进动脉粥样硬化，增加血栓形成风险。在这个过程中，每个环节都可以进行针对性的干预。 首先，食物作为最大的暴露源，对其进行干预或许可以成为一种新的个体化医疗形式[33]。流行病学证据显示西方饮食可增加心肌梗死、卒中和死亡风险[34,35]。西方饮食中的肉蛋类及乳类等食物就富含胆碱、卵磷脂和肉碱等TMAO前体化合物。素食者的血浆TMAO水平显著低于杂食者，且二者的肠道菌群组成亦存在不同[10]。因此，适当的饮食结构调整或许可以成为合理的干预手段。 此外，研究发现对于应用抗生素抑制肠道菌群的小鼠，高胆碱饮食不能导致血浆TMAO升高，也不能促进动脉粥样硬化或导致血小板高反应性[9,10,14]。应用抗生素抑制肠道菌群似乎可以干预TMAO的产生，但长期应用单一抗生素，则会失去抑制肠道菌群产生TMA的作用[15]，还可能扰乱肠道其他正常菌群。除了抗生素，其他能够调整肠道菌群组成和/或功能的方式，如摄入益生菌（微生物提取物）或益生元（非微生物提取物）可能成为合理的干预手段。相比于传统的抗血小板治疗可能会带来出血并发症，这些针对肠道菌群进行的干预或许能够改善血小板高反应性，降低血栓形成风险，而又不影响血小板整体功能，不增加出血风险，为抗血小板治疗提供了新的方向。 白藜芦醇是存在于葡萄和桑葚等植物中的一种天然物质。Chen等[36]发现白藜芦醇可通过改变小鼠肠道菌群的组成，抑制TMA裂解酶活性，减少肠道中TMA的产生，进而降低血浆中TMAO水平，减轻喂食胆碱造成的动脉粥样硬化程度。增加富含白藜芦醇的食物（如葡萄、红酒等）摄入量，或许可以降低血浆中TMAO的水平，进而降低动脉粥样硬化性血栓性疾病的发生风险。 研究发现一个结构与胆碱相似的化合物3,3-二甲基-1-丁醇（3,3-dimethyl-1-butanol，DMB），能抑制肠道菌群产生TMA，进而降低TMAO的生成[37]。对高胆碱饮食的小鼠，同时添加DMB可降低与TMA和TMAO有关的特定细菌在肠道菌群中所占的比例，抑制泡沫细胞的形成和主动脉根部斑块的发生发展，并且未发现明显的毒副作用[37]。通过DMB抑制肠道菌群产生TMA，或许可以成为降低动脉粥样硬化性血栓性疾病发生风险的新策略。 近期，Smits等[38]在20例代谢综合征患者中进行了一项小规模随机临床试验，对其中10例患者移植了素食者肠道菌群，发现接受移植患者的肠道菌群组成较移植前明显改变，并接近于素食者的肠道菌群组成。通过菌群移植改善肠道菌群组成，减少肠道TMA的产生，进而降低血浆TMAO水平和动脉粥样硬化性血栓性疾病发生风险，也是一项很有潜力的新兴治疗方式。 尽管肠道菌群-TMAO-动脉粥样硬化性血栓性疾病这条关系链已经逐渐明确，但仍存在不少问题尚待解决。第一，虽然TMAO可促进泡沫细胞形成，减少胆固醇的清除和逆向转运，促进炎症反应，并能直接与血小板发生作用，但这些过程中TMAO的直接作用受体尚不清楚，因此不能以此作为靶点进行干预，还需进一步研究发现这些靶点和受体。第二，流行病学研究发现增加鱼肉摄入比例或补充L-肉碱可降低心血管病发病风险；而多种鱼类富含TMAO，TMAO和L-肉碱均可促进动脉粥样硬化，二者相互矛盾。然而，这些流行病学研究只是描述饮食方式与患病风险之间的关系，并不能反映体内某种营养物质的水平，且摄入鱼肉的获益主要来自于ω-3脂肪酸，这种获益可能大于TMAO带来的风险[39]。尚需更进一步的研究证实TMAO和L-肉碱与心血管病患病风险之间的关系。第三，TMAO与动脉粥样硬化以及心血管事件发生风险之间的联系尚存在争议，一些研究发现血浆TMAO水平与动脉粥样硬化和心血管事件发生风险不相关[40,41]，或存在其他混杂因素[42]。第四，研究发现中国人群TMAO水平与西方人群相比普遍较低，TMAO水平与传统心脑血管疾病风险因子无明显相关性[43]，这种差异是由于东西方不同人种的差异，和/或东西方的不同饮食结构所导致，还是存在其他因素，目前尚不清楚。 食物中胆碱等TMAO前体物质通过肠道菌群的作用生成TMA，再经肝脏黄素单氧化酶代谢产生TMAO，促进动脉粥样硬化的发生发展，并导致血小板反应性增高，增加血栓形成风险，最终导致动脉粥样硬化性血栓性疾病的发生风险增加。 从发现TMAO与不良心血管事件之间的相关性，到机制的探索，再到作为生物标志物和干预靶点，这一系列研究是从代谢组学到肠道微生物组学，再到转化医学的一个成功范例。目前，许多横断面研究也描述了多种不同的疾病状态下肠道菌群组成方面发生的改变。然而，这些研究的结果属于典型的相关性研究，并不能说明这些关系的内在原因或分子基础，需要进一步建立前瞻性的研究队列，将组学数据与全面的临床资料和环境因素进行整合，将肠道菌群组成方面发生的改变与疾病的发生机制联系起来，确定肠道菌群与疾病是否存在因果关系[44]。 近期，美国白宫科学和技术政策办公室与联邦机构、私营基金管理机构一同宣布启动新的国家微生物组计划，以促进不同环境的微生物组研究，我国的微生物组计划也在谋划之中。相信在不久的将来，肠道菌群将成为精准医学的一个重要组成部分，为许多疾病提供新的诊疗策略。 参考文献（略） |
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