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本文由登峰编译，十九、江舜尧编辑。 原创微文，欢迎转发转载。 尽管通过调整传统的心血管疾病的危险因素在降低心血管疾病负担方面取得了重大进展，但仍存在着显著的残余风险。最近发现的与肠道微生物群和心血管疾病相关的研究拓宽了我们对膳食营养素如何影响心血管健康和疾病的理解。虽然二代测序技术可以识别肠道菌群落参与者，并提供对生理反应和膳食暴露的微生物组成变化的见解，但益生元或益生菌的补给显示出对心血管疾病的治疗益处。我们对肠道微生物群衍生的生理学调节剂（如短链脂肪酸）和宿主疾病易感性的致病介质（如三甲胺N-氧化物）的深入理解已经为改善心血管健康创造了新的潜在治疗机会。这篇综述讨论了人体肠道微生物群在正常生理学中的作用，他们与心血管疾病易感性的关系，以及通过调节肠道微生物群的组成和代谢作为治疗心血管疾病的新靶点的潜在可能性。本文重点如下：（1）肠道微生物可以与影响心血管健康相关的生理过程进行有机的结合；（2）膳食营养是肠道微生物和人体宿主新陈代谢的关键性的环境影响因子。（3）调节肠道微生物的组成和代谢能作为心血管疾病预防的靶点。 论文ID 原名：Intestinal Microbiota in Cardiovascular Health and Disease 译名：肠道菌群在心血管健康和疾病中的作用 期刊：Journal of The American College of Cardiology IF：11.582 发表时间：2019 通信作者：W.H. Wilson Tang, MD 通信作者单位：Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, DeskJ3-4, Cleveland, Ohio 44195. 综述内容 引言 营养是心血管健康的关键性可调节的风险因素之一。然而，现行的饮食的理想水平仍偏低，保持这低水平，儿童只达到0.6%，成人只达到1.5%。并且，50%的年轻人（20至49岁）和30.9%的老年人（50岁或者以上）被报道饮食水平很低。最近的研究报道把饮食的营养摄入量强调为对全球健康和疾病易感性的一个关键性因素。我们吃的食物也为肠道微生物代谢提供营养。因此，更全面的新陈代谢的观点正在发展-肠道微生物群和宿主代谢转化二者的联合有助于我们新陈代谢特性中的整体新陈代谢和个体差异。肠道微生物可以作为我们饮食这个庞大的暴露环境的一个过滤系统。由于各种各样的肠道微生物产生的代谢物具有相关的生物活性并影响宿主的表型，因此肠道微生物群也可作为一个主要的内分泌器官对食物的摄入具有反应。它通过肠道微生物群产生代谢物的复杂途径与宿主的远端器官进行联系，并且已经显示出影响与心血管疾病相关的表型，包括炎症、肥胖和胰岛素抵抗，甚至到更直接的过程，如动脉粥样硬化和血栓形成易感性。本综述讨论了人体肠道微生物群在正常生理学中的作用，它们与疾病易感性的关系，以及调节肠道微生物群作为心血管疾病新型治疗靶点的可能性。 人体肠道拥有数万亿个微生物细胞，是我们健康生理生态系统的重要组成部分。这些细菌，真菌，古细菌和病毒群体通常统称为“微生物群”，它们的基因组称为“微生物组学”。 大多数已知的肠道微生物群落都是由拟杆菌门，厚壁菌门（特别是梭状芽胞杆菌属），放线菌门，变形菌门和疣粒菌门组成（图4）。理解或定义什么构成正常微生物群是具有挑战性的，需要包括对功能核心，健康的群落生态学以及微生物生态学和相关代谢物的抗性，恢复力和稳定性观点的考虑。这些不同门的菌群在单个个体内随着时间的推移相对稳定，在来自同一个家庭中的不同个体中也相对一致，然而在非亲属关系的不同家庭中的个体之间差异很大。然而，家庭中的微生物群落可能会发生显着变化，尤其是那些有身体接触的群体。 尽管下一代微生物测序方法取得了进展，但其临床和研究应用仍然存在一些局限。核酸的回收数量以及质量均受到样品采集时间（如样品类型、来源以及收集样品的方法等）、采集技术以及处理技术（如基因组的提取、文库的制备、测序、质量过滤以及序列识别等）。从技术层面将，扩增偏差、不充分的内部测序控制（阳性和阴性）或污染均可能导致微生物组的组成变化不能真实反映内部的变化。同时，阻止样本以宿主DNA为主，高通量测序时富集到的微生物DNA测序的主要分析方法。此外，这种分析的结果通常是以比例而非绝对水平表示，基于高通量测序技术测定存在的某些致病微生物并不等同于致病性。 图1 人肠道微生物的遗传树。根据MetaPhlAn在人类微生物学组中的224个样本的推断，在无症状的西方种群中，肠道微生物群中的一个或两个群体中存在的所有的分类分支图都是由MetaPhlAn推断的。 计划(n 1/4 139)和MetaHIT(人类肠道元组学)(n 1/4 85)队列。圆圈大小与平均丰度的对数成正比，颜色代表相对富集的a。 普通的分类群(1美元组平均1%)。节点的大小反映了它们的相对丰度(143)。 微生物多样性 除了个体间的变异，人类还有不同的肠道微生物群来自于其他物种。然而，目前大多数肠道微生物群的研究主要使用具有明确定义表型和基因型的小鼠模型，实验过程中实验人员精心的控制小鼠的生存环境，如饮食和活动空间等。近交系中小鼠的差异很大，从解剖学、遗传学以及生理学角度分析，小鼠咋饮食摄入以及环境暴露方面，内部肠道菌群于人存在明显的不同。不同的小鼠模型也可以导致肠道微生物群组成的不同变化，并且可能在肠道微生物群和宿主之间具有不同的交叉链。尽管如此，目前肠道菌群研究中使用的很多概念都是通过采用诸如无菌鼠进行验证的。借助于无菌小鼠模型，科研人员发现了肠道微生物群与宿主的CVD易感性具有非常紧密的联系，该实验也证明了微生物发病机制的“科赫假设”。微生物转移实验研究表明，与CVD相关的表型传播包括肥胖和/或者肥胖、动脉粥样硬化、高血压、血栓形成、肾功能不全和胰岛素抵抗。目前大人群的粪便样本分析表明疾病表型的可传递性（例如代谢综合症等）。关于肠道微生物群对肥胖和炎症性疾病的贡献作用的讨论最近在其他地方得到了广泛的评论。 图2 当代人类基因组测序技术 肠道微生物群组成的变化：生态失调 “生态失调”是指在身体内或者身体上具有微生物群落不平衡的状况。与许多疾病和/或表型的存在相关的肠道微生物组成变化称为过去十年中大多数人类微生物组研究的焦点。能够识别与随时间推移的疾病易感性增强相关的特定微生物群组成模式是一个有吸引力的概念。在健康人体的肠道中，拟杆菌门以及厚壁菌门是主要的两个门，二者的比例通常为肠道健康的标志。拟杆菌门和厚壁菌门虽然具有潜在的洞察力，但他们却代表了不同的门，因此这种分析相对粗糙，在本质上也是纯粹的联想。此外，宿主-微生物的相互作用通常是动态的，这取决于当地营养物的可用性、氧气张力、pH、胃动力以及其他一些参数。因此微生物群落在消化道的不同部位是不同的。这些差异性对于解释微生物的组成提出了很大的挑战。病毒、真菌以及古细菌也有助于在细菌之外的深度测序分析过程中获得非宿主的DNA序列数据，进而导致分析和结果解析的进一步的复杂化。 表1 与心血管疾病有关的肠道微生物组成变化 动脉粥样硬化 与动脉相关的疾病 表1 给出了基于不同表型的动脉粥样硬化患者分辨菌群的结果，但是该结果还无法对肠道菌群与CAD之间关系，以及药物治疗对CAD的效果方面的研究还未进行。Koren等人的研究结果给出了动脉粥样硬化斑块与口腔、肠道微生物群之间的关系。本研究基于16SrRNA测序技术对于动脉粥样硬化与肠道菌群的关系进行了表征，结果显示动脉粥样硬化增加了乳杆菌（厚壁菌门）的比例，而减少了拟杆菌的比例，该现象未在糖尿病患者的队列分析中观察到。相关研究观察到动脉粥样硬化性CVD患者与健康对照组相比，肠杆菌科细菌和口腔混合细菌以及产生丁酸盐的细菌数量增加。动脉粥样硬化性心血管病发病机制中的生态失调的潜在影响不应与先前关注与流行病学关联有关的微生物病原体的研究相混淆。机理研究表明，特定的微生物病原体如肺炎衣原体，幽门螺杆菌和牙龈卟啉单胞菌可直接侵入血管细胞和白细胞，并促进牙龈或肺部的炎症。然而，使用抗生素靶向这些微生物病原体的随机对照试验并未在降低CAD患者的发病率和死亡率方面产生任何临床益处。这些微生物的致病作用仍不清楚。早期研究中的仔细检查显示，在动脉粥样硬化斑块样本中可以识别出单胞菌属，并且动脉粥样硬化斑块中韦永氏菌属和链球菌属的丰度与其在口腔中的丰度相关，这是牙周病与动脉粥样硬化之间的另一个间接联系。动脉内膜切除术样本显示出主要属于变形菌门和放线菌门的分类群，无症状和有症状的患者或斑块区域之间没有差异，这表明对斑块脆弱性的影响较小。 在心脏衰竭患者中的菌群生态失调研究中。心力衰竭（HF）患者已经充分描述了肠道微生物组成的变化，尤其是核心肠道微生物群的多样性和消耗减少。作为潜在的结果，长期以来观察到HF患者更容易发生艰难梭菌感染。仔细表征肠腔表面已显示HF患者与非HF对照受试者的粘膜生物膜和细菌粘连增加显着增加细菌过度生长。伴随HF的内脏充血伴肠壁水肿，肠道屏障功能受损，微生物群的结构成分可能增强与宿主肠粘膜的相互作用。当这种相互作用发生在表面肠上皮细胞上时模式识别受体，它可以刺激宿主免疫反应，导致血管炎症。这在HF的情况下观察到，其中急性恶化与循环脂多糖检测和下游炎症反应增加有关。从HF患者的粪便样本中分离出增加的真菌（念珠菌属）和细菌（弯曲杆菌，志贺氏菌和耶尔森氏菌）的病原微生物菌落的丰富度，特别是在右心房压力升高和肠屏障功能受损的患者中。三个独立的HF队列使用测序技术来表征肠道微生物组成，报告了微生物多样性的持续减少和几种丁酸盐生产者（普拉梭菌，毛螺菌科，霍氏真杆菌）的消耗，这些生物标记与炎症生物标志物成反比关联。 中心插图 肠道微生物群及其代谢对心血管健康和疾病的贡献 高血压以及糖尿病与菌群失衡之间的关系 虽然关于糖尿病与肠道微生物群的变化报道不一致，但是目前II型糖尿病患者具有明显的肠道微生物群的特征。具体而言，观察到较低浓度的产丁酸盐的微生物如Roseburia intestinalis和Faecalibacterium prausnitzii，以及更高浓度的加氏乳杆菌，变形链球菌和一些梭菌，脱硫弧菌和变形菌种。二甲双胍给药增加了Akkermansia muciniphila并导致一些埃希氏菌属物种的相对增加，这可能对葡萄糖稳态产生有益的影响。同时，胰岛素抵抗患者的支链氨基酸水平增加，这与普氏菌和拟杆菌的存在尤其相关，这可能驱动胰岛素抵抗并增加小鼠的支链氨基酸水平。人体研究表明，餐后葡萄糖对膳食摄入的反应可能受到肠道微生物群的调节。 高血压时CVD的主要成因并且高度摄入食盐与高血压的病理成因有关。最近实验报道了高盐摄入与肠道微生物之间的关系。高盐摄入导致肠道内鼠乳杆菌丰度的下降，也证明了鼠乳杆菌可能会调节高血压的症状。实验结果还表明鼠乳杆菌可以有效的通过调节TH17细胞来预防盐敏感性高血压。这些结果对于高血压的防治具有重要的意义。 图3 稳定型心脏病患者血浆TMAO水平与全死因死亡率的关系 益生菌和饮食干预目标 目前的实验结果给出了很多膳食营养素与肠道菌群之间的关系，我们可以通过这些响应因素去分析肠道菌群及其代谢产物与相关疾病之间的关系。比如，我们可以通过检测血糖的水平，然和结合机器学习的算法，为患者提供精准的饮食方案。有实验分别使用了16S rRNA以及鸟枪法对800人群的宏基因组进行了分析。结果显示通过基于肠道微生物组的变化而进行的膳食的调整可以有效的减少餐后葡萄糖的增加。这些结果可以有效的提供更为科学的“精准化”的膳食意见。但是目前我们还需要更严谨的实验确定这些方法是否会增加心血管疾病的风险。 理论上讲，基于微生物组学信息进行的膳食干预可以有效的促进心血管健康。大鼠心肌梗死模型结果显示广谱抗生素与瘦素水平与芳香族氨基酸分解代谢的变化以及梗塞面积的减少有关。此外，植物乳杆菌或者鼠李糖乳杆菌GR-1与大鼠梗塞后心脏重塑的效果有关。有趣的是，食源性微生物只是短暂的定植在肠道内。但是益生菌和益生元是否可以直接影响整体微生物分布尚未在人类研究中得以确立。尽管益生菌对降低血脂和降血压的报道不尽相同，但人类干预研究结果表明其疗效有限，目前尚无临床建议。 微生物代谢产物作为生理调节剂：短链脂肪酸和胆汁酸 肠道菌群的调节宿主生理作用的一个关键途径就是通过发酵摄入的食物产生功能性的因素。某些代谢物甚至可以直接被吸收到宿主循环中，并作为激素作用位点。其他代谢物可以作为下游介质或者信号分子。大多数微生物产生的代谢物可能提供促进健康的协同效应。然而，在此过程中，肠道内也可以积累很多有毒的代谢物，这些代谢物多发生在致病微生物定植或者宿主某些功能（比如肾损伤）受损时。对这些食物代谢组进行检测不仅可以了解食物摄入的质量和数量，并且还可以了解复杂的微生物-宿主代谢导致的功能后果。 短链脂肪酸的生理作用 某些未消化的营养素（如抗性淀粉、膳食纤维和各种复合多糖）经过厌氧发酵可以禅僧1至6个碳链的脂肪酸，这些脂肪酸通常被称为短链脂肪酸（SCFA）。比如乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐等可以在结肠上皮被主动和被动脉吸收进入门静脉。目前公认的是短链脂肪酸不仅可以未宿主提供约5%至10%左右的能量物质，还可以作为宿主身体系统的信号分子，比如参与宿主自动调节以及全身血压的调节、炎症反应以及其他的一些细胞功能等。短链脂肪酸具有广泛的生理功能，比如抑制组蛋白脱乙酰酶的抑制，趋化性和吞噬作用的调节，活性氧物种的诱导，细胞增殖和肠道屏障的完整性改变等。患有II型糖尿病患者体内产生的丁酸盐的细菌以及乳杆菌数量显著降低。短链脂肪酸，特别是丁酸盐，可以作为肠上皮细胞的能量底物。此外，实验结果还表明，万古霉素治疗的代谢综合症患者体内产丁酸盐细菌的丰度值下降，这些实验结果表明了丁酸盐在维持胰岛素敏感性中的重要作用。最近的实验表明，短链脂肪酸可以直接激活特异性不同的G蛋白偶联受体，比如G蛋白受体41（GRP41）和嗅觉受体78（OLFR78）（图2）。OLFR78在肾脏肾小球旁边器官中高度表达，并响应短链脂肪酸介导的肾素分泌。此外，OLFR78和GRP41均在小阻力血管的平滑肌细胞中表达，此时，两种受体在介导血管张力方面存在明显的差异。OLFR78敲除小鼠罹患低血压，而GRP41敲除小鼠罹患高血压，这些实验也进一步的证明了短链脂肪酸与宿主血压控制之间的生理学上的关系。丙酸盐可以刺激OLFR78升高血压，而刺激GRP41降低血压。最近的动物实验表明肠道微生物群产生的短链脂肪酸对于有或者没有抗生素处理的心肌梗塞的小鼠模型的宿主免疫反应和心脏修复能力至关重要。然后，目前这种关系在人体心血管疾病的研究还十分有限。 胆汁酸和胆汁酸的生理作用 微生物调节 胆汁酸可以促进膳食脂肪和脂溶性分子的吸收，几种胆汁酸可以通过激活核受体（如G蛋白偶联胆汁酸受体1-TGR5和法尼醇X受体-FXR）来调节能量代谢。肠内的FXR似乎通过成纤维细胞生长因子（FGF）调节肝胆固醇7α-羟化酶（CYP7A1）以及胆汁酸合成中的限速酶。因此，人类产生了大量的共轭亲水的胆汁酸，通过FXR在肠和肝中正反馈拮抗作用维持。通过胆汁盐水解和胆汁酸7α-脱羟基作用，肠道微生物群能够通过肠道和肝脏中的FXR的激动作用产生影响宿主生理的二级胆汁酸激素，从而产生较小的，未接合的疏水性胆汁酸池。因为胆汁酸在细菌膜上具有疏水性和去污性。因此，饮食-肠道，微生物-胆汁酸池大小和组成之间存在动态平衡。胆汁酸池的亲水性可与疾病状态相关，而肠道中胆汁酸水平的降低可与细菌过度生长和炎症相关。一种半合成的胆汁酸类似物和一种有效的FXR激动剂，最近被批准用于治疗非酒精性脂肪性肝炎，对羟基苯甲酸，可以减少细菌移位和肠道验证。 短链脂肪酸为基础的膳食干预 肠道微生物菌群、代谢物对心血管疾病或者代谢疾病的易感性之间的关系已经称为肠道微生物组的焦点。目前，饮食调节是临床实践中用于影响慢性代谢疾病的主要治疗工具。虽然生活方式的相互作用可以明显的影响肠道微生物群落结构和功能，但是关于这方面的研究非常有限。目前的研究主要针对动物，而对人类中的研究非常有限。研究显示以动物为基础的膳食可以降低代谢胆汁的微生物（Alistipes,Bilophila 和Bacteroides）以及代谢植物多糖的微生物（Roseburia, Eubacterium recale 以及Ruminococcus bromii）的厚壁菌门的水平。此外，当受试者的饮食转变为植物源的食品时，分辨醋酸盐和丁酸盐的浓度显著的降低。在植物多糖存在的情况下，Roseburia intestinalis 可以产生丁酸盐并提供抗动脉粥样硬化的保护，而在低植物多糖饮食中没有观察到保护作用。类似的，当饲喂富含植物多糖的饲料时，微生物群保护Apoe-/-小鼠免于动脉粥样硬化，但在喂食西式饮食时则不然。 致病介质的代谢产物：三甲胺N-氧化物 分析宿主对某些疾病易感性的直接或者间接因素有利于研究研究人员从另外的角度去分析微生物-宿主之间的相关关系，并且去分析这种相互关系如何调控心脑血管疾病。在基于非靶向代谢组学分析的初步发现中，Wang等人（75）对2000多个人群的代谢物进行了分析，人群基于是否具有心血管疾病症状（死亡、心肌梗死和中风）分为两组，两组之间的代谢物存在明显的差别，结合统计学分析，作者发现了18种差异明显的代谢物。目前这些代谢物种有的已经被发现可以作为心血管疾病的生物标记物，并且这种代谢物是与肠道菌群相关，比如L-瓜氨酸。其中的三种代谢物（碎片离子分别为76，104，118）彼此相关联，说明三者共同参与了同一个通路。其中一个（碎片离子峰为76）似乎与心血管疾病的发病风险关系有一定的关联性，该物质被鉴定为三甲胺N-氧化物（TMAO），该物质是肠道微生物代谢膳食的胆碱以及磷脂酰胆碱的副产物。此外，另外一种未知的物质的含量与心血管疾病的发病风险密切相关，该物质被鉴定为氨基三甲基赖氨酸（TML），并且研究还证明该物质是肠道菌群代谢产生TMAO的前体物质。 微生物产生TML VS 宿主产生TMAO 肠道内某些微生物含有TMA裂解酶，可以分解含有三甲胺[N(CH3)3]基团（TMA）的营养物质（比如胆碱、磷脂酰胆碱以及L-肉碱）,从而释放TMA。TMA是一种带有腐臭鱼味的恶臭气体，然后被宿主吸收，并通过门静脉循环递送至肝脏中，通过肝黄素单加氧酶（FMO，特别是FMO3），迅速转化为TMAO。虽然雌性小鼠体内FMO3的活性比雄性小鼠体内的高，但是人类基因组的关联性分析未发现有性别方面的差异。罹患FMO3遗传多态症的患者通常会造成TMA代谢紊乱，从而积累更多的TMA，该症状称为鱼臭综合征（或者称为三甲胺尿综合征）。TMAO最终主要通过肾脏得以排出体内。 污水净化过程中经常会出现TMA的积累，最后发现该物质是一种有毒的化合物，从而引起了人们的重视。胆碱是胆汁中一种非常丰富的化合物，而且不断的被释放至杂事动物或者素食动物的肠道内。肉碱主要存在与肉（特别是红肉）中。肠道内的肉碱以及胆碱主要通过某些通道蛋白被吸收进入肠腔内。但是一般而言，尤其是当摄入食物比较多时，会导致肉碱以及胆碱的吸收不完全。最终，膳食摄入的胆碱以及肉碱会导致宿主内TMA以及TMAO含量的增加，从而对宿主代谢产生负面的影响，这两类化合物的积累尤其会增加心血管疾病的发病风险。 膳食引起的TMAO的产生以及动脉粥样硬化的发生 研究人员最初发现血浆中TMAO的含量与心血管疾病的发病与否存在某些相互依赖的关系，因此接下来科研工作者试图去寻找TMAO是否时导致心血管疾病发病的因素。为了直接显示（微生物以及宿主）共同参与的TMAO通路可以导致动脉粥样硬化，研究人员以小鼠为模型，分别喂食富含胆碱以及肉碱的饲料，结果显示小鼠血浆中TMAO含量明显的升高，富含胆固醇的巨噬细胞大量生成，并且导致主动脉粥样硬化斑块的形成。 相反的是，无菌小鼠或者非光谱抗生素的处理均可以导致小鼠肠道内产生TMAO的能力消失，并且还可以抑制依赖于饮食（肉碱或者胆碱）的粥样硬化斑块的进一步的扩大。此外，当移植富含TMA/TMAO的粪便至上述无菌小鼠或者抗生素处理小鼠体内后，小鼠体内依赖于胆碱形成的粥样硬化斑块明显增加。Zhu等人的实验结果也证实了上述的观点。基于以上分析，我们基本可以判断粥样硬化患者体内的TMAO以及胆碱的代谢物的产生都是肠道微生物的发酵作用所致。 人群中监测血浆中TMAO含量的实际意义 人群实验显示，当志愿者服用了一段时间吸收较差的抗生素后，其产生TMAO的含量受到明显的抑制，该结果也充分的证明了肠道菌群在产生TMA或者TMAO过程中的作用。在一项针对1800个人群的实验显示，血浆中TMAO的含量与罹患粥样硬化、外周动脉疾病以及心肌梗死的几率成正比。此外，在接下来参与人群实验的4000人均进行了选择性的冠状动脉造影治疗，我们发现当TMAO的含量升高时会导致很多与心血管相关的疾病的发生，比如死亡，心肌梗死，中风等，并且结果还显示此时血浆中胆碱以及肉碱的含量也会显著的升高。上述对TMAO水平的监测从而预判心血管疾病方面的效果也适用于HF患者，糖尿病患者，外周动脉疾病患者(92),慢性肾炎患者，高胆固醇患者、急性冠心综合症或者称为心肌梗死患者以及非心血管疾病的人群等，这些因素与传统的风险因素无关。此外，TMAO含量的升高还与胆固醇的含量成正比，这类患者通过血管造影术显示血管的数量增加，并且SYNTAX分数升高。上述发现也得到了不同的研究团队研究成果的支撑，并且最近又有几篇该领域荟萃分析的文章得以发表。这些数据表明临界值为6时可以有效的预测心血管疾病的发病预测值（Figure3）。但是当患者血浆中TMAO的含量过高（比如第一个分位值为25到50pM时），利用TMAO进行心血管ji并的预测成功的可能性下降，并且此时益生菌对于这类患者体内TMAO的水平没有显著性的效果。 尽管动物实验结果显示TMAO的增加会增加动脉粥样硬化或者血栓的以及炎症的发生概率，但是宿主体内改化合物的受体还是未知的。动物实验表明TMA/TMAO的产生会改变胆固醇、甾醇以及胆汁酸的代谢，此外该化合物还会改变胆汁酸通道的大小、组成以及转运过程。此外，TMAO还会破会胆固醇的逆行转运而促进胆固醇的主动转运过程。体内外实验均证实TMAO会改变血管功能以及促进炎症反应，例如基于NLRP3的炎症反应。动物实验还表明，周龄越长的小鼠，抗生素改善血管内皮功能障碍的效果更好，并且会使得动脉的性状更优，随之而来的是血浆中TMAO水平升高，抗氧化能力更佳，与抗氧化相关的酶表达也随之升高。 目前实验发现TMAO可以明显的作用于血小板，改变细胞内钙离子的信号通路以应对多种刺激因素的发生，并且TMAO还可以促进增强的血小板的响应以及血栓形成的风险。在多种血栓模型的小鼠中，我们均发现直接摄入TMAO或者摄入富含胆碱的食物，均会导致依赖于肠道菌群的TMAO含量的增加，这些处理可以快速的增加血小板的响应性，从而促进血栓的形成。同样，当我们改变小鼠肝脏中FMO3的表达水平（比如沉默等方式）可以改变宿主内TMAO的整体水平以及血小板的响应能力。 Framingham队列研究结果显示肾功能正常的个体中高的TMAO的含量会增加罹患心血管疾病的风险；动物实验结果表明缓慢的升高TMAO的含量会促进肾功能的损伤以及肾间质纤维化的患病风险，并且会伴随着与纤维化密切相关的生长因子β通路的激活。在一项利用胆碱刺激形成的心血管疾病模型的小鼠实验中，我们发现肝脏中FMO3的表达明显上调，并且此时TMAO含量也明显的上升。在鼠科动物实验模型中，增加TMAO的含量会导致血压升高非常明显。 其他肠道代谢物 由于同一种营养无助会被小肠的不同部位分解成不同的化合物，因此目前从血浆中检测到的食品代谢组仅仅可以代表所有物质的一个总和。在复杂的肉碱合成通路中，作为肉碱的前体物质，γ-三甲丁内铵盐（γBB）以及TML也需要进行详细的研究，因为这两种物质会作为TMA以及TMAO潜在的反应底物。膳食摄入的L-肉碱在人体内可以通过两步骤转化生成TMAO，首先肉碱被快速代谢生成γBB，然后通过肠道内低丰度的菌群（而非某株单菌）转化生成TMA。有实验表明这些代谢物本身对心血管疾病的影响比TMAO还要高。比如，膳食的肉碱会加速Apoe-/-小鼠体内动脉粥样硬化的症状，该症状的产生可能通过肠道菌群产生的TMA进行介导，因为当小鼠口服吸收较差的抗生素后肉碱的上述作用就消失。临床实验表明统计模型中包含TMAO数据时会导致整个模型对CAD的预测成功率降低。目前关于γBB于罹患心血管疾病风险的研究比较少。因此，未来我们需要针对γBB作为标记物与罹患心血管疾病之间的关系，因为目前的研究结果表明膳食摄入γBB会增加小鼠主动脉根部动脉硬化的风险，但是这种效果只发生在含有完整肠道菌群的组别中。但是，从目前掌握的数据来看，我们找到的能够调控心血管疾病的代谢物只是众多可能因素中的冰山一角。目前有研究表明II型糖尿病患者体内会富集肠道菌群产生的丙酸亚胺酯丙酸酯，并且当向小鼠注射该物质时可以导致胰岛素的耐受性，这些结果显示疾病相关的代谢物的种类繁多。 膳食以及药物干预TMAO的水平 与短链脂肪酸类似的时，TMA/TMAO的形成也时依赖于营养物质的摄入。膳食摄入的胆碱以及卵磷脂或者肉碱均可以影响TMAO的整体水平。总体而言，素食主义者体内的TMAO的水平以及粪便中产TMA/TMAO的能力高于肉食主义者。尤其需要指出的是，与摄食白肉或者不吃肉的群体相比，摄食红肉的群体体内TMAO的水平更高，肾脏分泌的TMAO含量更少。长期口服L-肉碱的群体体内TMA/TMAO的含量更高。这种现象在小鼠以及人体中均有发现。因为L-肉碱是一类适用于人和动物的很普通的食品添加剂，而且长期摄入该物质对心血管健康的影响目前还是未知的，因此未来需要针对该物质的安全隐患进行全面的分析。血浆中TMAO的含量会随着摄入高脂肪的食品而显著的增加，但是这种效果是否会在相同热量食物中体现，目前还不得而知。需要指出的是，临床上常用于治疗心血管疾病的药物斯达汀也许也对血浆中TMAO的含量产生影响。有意思的是，健康人群摄入肉碱或者胆碱后，血液中TMAO的水平会显著的增加，但是当口服阿司匹林后会一定程度上降低上述的效果。目前一项临床干预实验非常有意思，当从某位素食者体内将粪便移植到某个患有代谢综合症的患者体内时，患者体内TMAO的水平未升高，但是血糖指标发生了显著的升高。然而，本文所选择的患者本身体内的TMAO的含量就低于其限值，因此本文才发现了患者体内糖代谢更加旺盛。 结论与展望 在过去的几年内，越来越多的数据表明，肠道微生物与心血管疾病之间的关系。目前已知的信息显示肠道微生物在膳食和心血管疾病的改善过程中发挥了非常重要的作用，比如微生物可以通过分解营养物质从而释放短链脂肪酸等功能型物质，从而改善心血管疾病的症状。但是目前的研究主要集中在分析肠道微生物的组成上，而不是分析肠道微生物的功能改变以及由此产生的代谢物的变化。目前实验发现，微生物的代谢物可以产生对心血管疾病有害的物质，比如TMAO等，该物质可以提高罹患动脉粥样硬化的风险。这些结果可以帮助我们通过监测肠道微生物的变化进而预测罹患心血管疾病的风险。我们可以通过个性化的膳食干预、益生菌和/益生元或者服用非致死量的微生物抑制剂等的方式预防心血管疾病（比如抑制TMA的生成）。目前，我们认为靶向TMAO合成通路的药物也有助于改善诸如肾功能下降、II型糖尿病等疾病。但是，这种治疗策略是否有效还需要更加真实的数据进行支撑。目前，还需要指出的是，心血管疾病的产生可能与很多代谢物有关，并且在不同的患者中代谢物的种类也存在很大的差异，并且TMAO很可能是其中某一个特异性的代谢产物。 |
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