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缺血性心脏病相关肠道微生物及菌群代谢物研究进展  iMeta主页：http://www.ience 综 述 ● 原文链接DOI: https:///10.1002/imt2.94 ● 2023年2月26日，宁波大学附属第一医院崔翰斌团队、浙江省动脉粥样硬化疾病精准医学研究重点实验室范勇团队在 iMeta 在线发表了题为“Microbiota-related metabolites fueling the understanding of ischemic heart disease ”的文章。 ● 本研究重点阐述了IHD发病相关的肠道微生物群结构改变及其相应的代谢产物特征，以及针对肠道微生物紊乱的相应干预策略等。此外，对肠道病毒组在人类IHD等非传染性疾病的发生发展中所起的作用及其研究前景进行展望。 ● 第一作者：范勇、应嘉骏 ● 通讯作者：崔翰斌 (hbcui_nbdyyy@outlook.com) ● 合作作者：马洪闯 ● 主要单位：浙江省动脉粥样硬化疾病精准医学研究重点实验室、宁波大学附属第一医院心血管内科、宁波市心血管疾病临床研究中心  ● 回顾总结缺血性心脏病相关的肠道微生物异常改变 ● 阐述肠道微生物紊乱及其代谢物改变与缺血性心脏病间的联系 ● 展望基于肠道微生态调控的缺血性心脏病防治策略 缺血性心脏病（IHD）是全球范围内人类死亡的首要原因。近年来研究表明，人体肠道菌群通过影响氧化三甲胺（TMAO）、苯乙酰谷氨酰胺（PAGln）、三甲基-5-氨基戊酸等相关代谢产物来促进IHD的发生和发展。随着肠道病毒组学研究的进展，肠道病毒组及其与细菌的互作机制进一步丰富了对IHD的病理机制的理解。基于IHD患者肠道微生物组和代谢组研究的前期进展，有理由认为针对肠道微生物的靶向干预可为预防和治疗IHD提供潜在策略。在本文中，我们总结了这个领域内的最新进展，重点阐述了IHD发病相关的肠道微生物群结构改变及其相应的代谢产物特征，以及针对肠道微生物紊乱的相应干预策略等。此外，我们对肠道病毒组在人类IHD等非传染性疾病的发生发展中所起的作用及其研究前景进行展望。 Bilibili：https://www.bilibili.com/video/BV1C24y1G7vg/ Youtube：https:///xu4fEHMAAzY 中文翻译、PPT、中/英文视频解读等扩展资料下载 请访问期刊官网：http://www.ience/ 引 言 流行病学研究显示，缺血性心脏病（IHD）已成为全世界人类健康的首要威胁。IHD最重要和最常见的病因为冠状动脉疾病，故也被称为冠心病（CHD）或冠状动脉疾病（CAD），其特征是由于冠状动脉的狭窄或闭塞导致心肌血液灌注减少，并产生一系列临床缺血性症状。IHD通常分两类，即慢性稳定型和急性不稳定型（即急性冠状动脉综合征，ACS）。IHD在临床发病之前往往合并有肥胖、2型糖尿病和代谢综合征等危险因素，从而IHD发病与上述危险因素之间存在共性机制和病理交叉，这为探讨IHD固有发病机制包括肠道微生物特征等带来一定的挑战。 流行病学、生理学、多组学和动物研究等表明，IHD发病与肠道微生物密切相关。肠道细菌基因庞大而复杂，人类肠道细菌总量超过1014 种，而肠道病毒的数量比细菌还要高出若干数量级。肠道微生物包括细菌、病毒、真菌和古菌，可以共同提供一个表征IHD发展的信息库。同时肠道微生物编码的各种酶参与多种代谢物的产生，这些代谢产物通过血液循环影响血管疾病和心肌代谢。 过去二十年，测序技术和生物信息学快速发展，使我们对肠道微生物结构、功能及其与宿主表型之间的关系有了更深入的了解，从而大大推动了从队列到个性化特征的理解进程。然而，从基础研究到临床转化之路还很长。譬如，目前仍缺乏精确诊断IHD的特定微生物种群，微生物组结构改变与IHD的因果关系仍不明确，而且基于肠道微生物组的靶向治疗并没有产生令人满意的临床效果。总之，基于人群的队列研究、动物实验研究，以及微生物相关代谢产物对宿主表型改变的影响等，仍将对阐述肠道微生物群在IHD发展中的作用具有重要意义。 在这篇综述中，我们总结了与IHD相关的肠道微生态研究的最新进展，包括微生物种群特征改变（图1），和影响IHD的发生及进展的微生物群相关代谢产物（图2）。我们还介绍了基于微生物组的IHD的治疗现况和前景（图3）。特别需要强调的是，肠道病毒/噬菌体作为干预肠道细菌结构或功能的一种新的手段，将来亦有望成为IHD的一种补充治疗策略 （图2）。 IHD相关肠道微生物组特征 IHD患者往往存在肠道微生态失调（图1）。由于动脉粥样硬化在临床无症状阶段就已经普遍存在代谢异常，而且大多数IHD患者共病有肥胖、2型糖尿病，以及相应的药物治疗，因此要定义IHD所特有的肠道微生物改变将非常有挑战性。2017年，Cui等发现IHD患者肠道拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形杆菌门（Proteobacteria）的丰度低于对照组；相反，厚壁菌门（Firmicutes）和梭杆菌门（Fusobacteria）丰度升高。然而该研究未对合并用药及共病因素进行校正；在肠道微生物的科水平，2019年，Liu等报道，IHD患者钩端螺旋菌科（Lachnospiraceae）和瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）显著减少。且对疾病亚组分析提示，IHD越严重其肠道链球菌属（Streptococcus）、嗜血杆菌属（Haemophilus）和颗粒链菌属（Granulicatella）丰度越高。此外，一些革兰氏阴性菌（CAG17）的丰度亦随着IHD的严重程度增加而增加，包括维洛内拉菌（Veillonella）、克雷伯菌（Klebsiella）等。既往曾有研究显示，这些细菌通过产生脂多糖（LPS）而激发固有免疫及炎症反应；在微生物属水平，Jie等发现动脉粥样硬化性心血管疾病（ACVD）患者肠道拟杆菌属（Bacteroides）和普氏菌属（Prevotella）相对减少，而链球菌属（Streptococcus）和大肠杆菌属（Escherichia）相对富集。ACVD患者的肠杆菌（Enterobacteriaceae）和口腔中常见的细菌，如Streptococcus spp.，Lactobacillus salivarius， Solobacterium moorei以及Atopobium parvulum的丰度也高于健康对照组。相反，在ACVD肠道菌群中，丁酸产生菌（包括Roseburia intestinalis和Faecalibacterium prausnitzii）发生衰减。值得注意的是，肠道微生物群落中的互作关系在ACVD患者和健康个体之间也存在明显差异。例如，在ACVD共生拟杆菌属（commensals Bacteroides spp.）和需氧链球菌属（aerobes Streptococcus spp.）两者的丰度存在显著负相关，而健康人群则无此现象。从而表明，ACVD患者肠道微生物的组成和种间关系存在严重失衡。 近年来，一些混杂因素对IHD微生物组分析的影响引起了学者们的关注，如合并症和多重用药等。其中一项研究重点调查了药物和生活方式对IHD不同阶段（发生和进展）的肠道微生物的影响。研究发现，在IHD的出现临床症状之前，就已经呈现出肠道微生物及其相关代谢物的改变，并通过机器学习方法去除混杂影响因素后，揭示了IHD所特定的肠道微生物组和代谢组特征，这比传统分析方法具有更好的辨别效能。IHD特有的微生物特征包括Acinetobacter, Turcimonas，Acetobacter在内的23种肠道菌群衰减，以及8种菌群的富集，后者包含2种伯克氏菌目（Burkholderiales），这两种细菌亦可能是感染性心内膜炎的病原菌。Yeela等通过以色列的人群队列发现，在去除混杂因素（包括临床特征和多种药物）的影响后，20种细菌在急性冠状动脉综合症（ACS）或对照中显著富集，ACS患者丁酸产生菌（Clostridium, Anaerostipes hadrus, Streptococcus thermophilus, Blautia）显著减少，而Odoribacter splanchnicus，Escherichia Coli等丰度增加。研究者还首次报道梭状芽胞杆菌（Clostridiaceae）在ACS患者中呈现衰减趋势。上述两项研究都发现IHD患者体内丁酸盐产生菌丰度下降，这可能IHD患者体内短链脂肪酸（SCFAs）降低的重要原因。Han等通过对30名住院的急性心肌梗死（AMI）患者研究，发现放线菌门（Actinobacteria）、蓝细菌门（Cyanobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和疣微菌门（Verrucomicrobia）的细菌在AMI患者的肠道微生物组中呈现富集，而梭杆菌门（Fusobacteria）和软壁菌门（Tenericutes）则减少。此外，他们还报道不同血管床病变引起的急性心肌梗死的肠道微生物群落特征，如前降支病变患者富含Ruminantium，Comamonadaceae，Comamonas，和一些MollicutesRF9目的未知菌种，这为我们解释肠道微生物参与IHD发病方面提供了新的认识视角。然而不足之处在于其样本量少，且未排除药物和生活方式的混杂影响。  图1. IHD相关肠道微生物系谱树 该系谱树呈现了IHD相关的肠道菌群。内圈的背景色表示属于同一门的所有物种，外圈表示IHD病例中每种细菌富集状态（与健康人群比较），其中橙色表示丰度增加，而绿色表示丰度减少。 肠道微生物的代谢物与IHD 大量研究表明，肠道微生物群的结构异常是IHD患者的共有特征。然而，肠道微生物推进IHD病理过程的具体机制仍未清楚。由于肠道微生物组作为一个基因库，是一个巨大的工厂，可以合成且释放大量的化学物质，这些化学物质是肠道共生体和宿主之间交流的主要介质。下面我们将重点围绕几种肠道细菌代谢物阐述其在IHD病理生理方面的影响（图2）。  图2. 肠心轴：肠道微生物的代谢物与IHD 本图概述了IHD发病相关的肠道微生物的代谢物。肠道微生物分解代谢膳食中的L-肉碱，产生三甲胺（TMA），后者被单加氧酶（FMO）氧化，产生三甲胺N-氧化物（TMAO）。TMAO是被公认为的动脉粥样硬化危险因素。肠道微生物亦可促进初级胆汁酸合成次级胆汁酸（BAs），后者通过FXR和TGR5介导其抗炎作用，并抑制动脉粥样硬化。肠道微生物产生的SCFAs作用于G蛋白受体（GPR41/43），并调节系统性炎症反应。LPS为促炎因子，通过诱导激活Toll样受体而促进动脉粥样硬化病变。肠道微生物所产生的苯乙酰谷氨酰胺（PAGln）通过其靶点肾上腺素能受体（ADRs）激活血小板，并导致血管异常改变。此外，由肠道微生物来源的两种尿毒症毒素（对甲酚硫酸盐和吲哚基硫酸盐）通过芳烃受体（AHRs）引起动脉粥样硬化病变。 注：VCAM-1, 血管细胞黏附分子-1; TXNIP, 硫氧还蛋白相互作用蛋白; NLRP3, NLR家族Pyrin域蛋白3; IL,白细胞介素; TNF-α, 肿瘤坏死因子-α。 氧化三甲胺 氧化三甲胺（TMAO）是一种肠道细菌特异的代谢物。TMAO主要来源于饮食摄入的胆碱和肉碱，如鸡蛋、鱼、红肉等。三甲胺（TMA）作为TMAO的前体，由肠道微生物从含有左旋肉碱或磷脂酰胆碱的营养素中合成。肠道微生物合成的TMA可以进入宿主血液循环并到达肝细胞。在肝脏、肾脏和其他组织中，TMA通过含黄素单氧化酶（FMO）的代谢而生成TMAO。2013年，Hazen等首先报道TMAO可作为预测IHD的独立危险因素。后来相继有大量研究证实这一观点。TMAO的生物学作用有以下几方面：首先TMAO可以抑制胆汁酸的合成，进一步影响脂质代谢，并降低胆固醇清除率。这可能是TMAO通过诱导细胞膜蛋白（CD36和清道夫受体A）的表达，进而抑制胆固醇的逆向转运，导致巨噬细胞中胆固醇的累积。TMAO还可诱导钙释放和血小板高反应性，从而促进血栓性病变。此外，TMAO还可以通过激活TXNIP-NLRP3，从而上调炎症因子表达，如TNF-α，IL-6、IL-18等。TMAO亦可促进血管细胞粘附分子1（VCAM-1）和单核细胞粘附分子的表达，从而导致炎症反应和斑块的形成。 肠道微生物是影响TMAO合成的主要因素。Gwen等鉴定了TMA代谢相关的36个物种的102个基因组，这些物种多来源于厚壁菌门、变形菌门和放线菌门。另一项研究报道，来自厚壁菌门和变形杆菌门的6个属和8个种的细菌可消耗培养基中60%以上的胆碱，并导致TMA大量合成。另有研究表明瘤胃球菌属也参与TMA的代谢。关于产生TMA的肠道细菌种类、生物合成基因和基因簇（BGC）等机制已基本明确。TMA合成主要通过两个通路：1) 以胆碱为底物，通过胆碱TMA裂解酶CutC及其激活剂CutD进行生物合成; 2) 通过双组分Rieske型加氧酶/还原酶（CntA/B）作用于肉碱。此外，酶复合物YeaW/X也被证明参与了TMA的合成。γ-丁酸（γBB）特异性BGC是由一个酰基CoA脱氢酶（gbuA）、两个酰基CoB转移酶（gbuB、gbuC）、泛醌氧化还原酶（gbuD）、甜菜碱/肉碱/胆碱转运蛋白（gbuE）和一个酰基-CoA硫酯水解酶（gbuF）等六个相邻基因所组成，其中四个基因被认为是在非天然大肠杆菌宿主中产生TMA所必需的：gbuA、gbuB、gbuC和gbuE。 除TMAO外，最近也报道了其他的肠道微生物的代谢物作为IHD的独立危险因素。三甲基赖氨酸（TML）作为肉碱合成的前体，代谢产生TMA，也是IHD事件的强预测因子。一项临床队列研究中发现（n=2918），γBB是IHD风险因素，而γBB是肉碱向TMA转化的中间体。另一项针对前瞻性心力衰竭的队列研究发现（n=1647），TML被肠道微生物代谢后产生N，N，N-三甲基-5-氨基戊酸（TMAVA），后者明显升高心源性死亡风险。Zhao等发现，高血压患者血液TMAVA显著增加。动物实验显示，TMAVA干预组小鼠的心脏重量较对照组显著增加，从而提示TMAVA可能促进心脏肥大和功能障碍，并导致心肌脂质积聚，血浆和心肌中的肉碱减少，这些改变可能是通过γBB羟化酶（BBOX）来发挥作用。总之，TMAO及其合成代谢中的其它前体物质在IHD的发生和发展中具有重要作用，但其确切的致病机制仍有待进一步探索。 短链脂肪酸（SCFAs）的合成 SCFAs包括乙酸、丙酸和丁酸，它们由单糖发酵而成，是细菌代谢的主要产物。乙酸和丙酸主要由拟杆菌门合成，而丁酸主要由拟杆菌门和厚壁菌门合成。Jie等研究发现，IHD患者肠道玫瑰菌（Roseburia）和真杆菌（Eubacterium）丰度减少，这两种菌均明确为丁酸生成菌，提示IHD患者丁酸产生潜力下降。SCFAs具有许多有益作用，包括调节肠道pH值、降低体重、改善胰岛素敏感性和促进肠道蠕动等。SCFAs还可减少胆固醇合成，并促进胆固醇逆向转移从而降低血脂水平。SCFAs通过特定的单羧酸转运体从肠道进入血液循环，并通过G蛋白偶联受体（GPR43和GPR41）发挥生理作用。这两种受体在调节能量消耗以及免疫应答中有重要作用。另有研究显示，丁酸生成基因表达与C-反应蛋白（CRP）水平之间存在强烈的负相关，而CRP被普遍认为与IHD的发生发展密切相关。 在IHD和高血压患者中，产生SCFAs的肠道细菌丰度降低。且SCFAs及其产生相关的肠道细菌都被认为是IHD的保护因素。因此，增加SCFAs的含量或提高其相关产生菌的丰度都可能是IHD 的潜在治疗手段。 胆汁酸调节 肠道微生物是调节胆汁酸（BAs）循环的重要参与者。初级BAs由肝脏中的胆固醇氧化合成，以牛磺酸或甘氨酸共轭形式分泌到肠道，并在限速酶胆固醇7- α -羟化酶(CYP7A1)作用下，将脂质溶解吸收。初级BAs（胆酸和鹅去氧胆酸）通过微生物的脱羟基作用转化为次级BAs，包括脱氧胆酸（DCA）、石胆酸（LCA）和熊去氧胆酸（UDCA）等。除LCA和UDCA外，约95%的BAs从肠道重新吸收。BAs可以作为配体激活核受体FXR和Takeda G蛋白偶联受体5（TGR5）。BAs主要通过激活上述两种受体发挥降低血清胆固醇的作用。此外，通过激活TGR5，BAs还可以抑制脂多糖（LPS）诱导的炎症反应。Mayerhofer等研究提示，BAs可以通过调节通道传导性和钙动力特性来降低心率和调节血管张力。此外，初级与次级BAs的比率与心力衰竭和IHD患者的循环胆固醇水平呈正相关。虽然大多数研究侧重于肠道微生物和循环BAs之间的生物学关联，但对肠道微生物群中负责BAs代谢的相关菌种的深入研究很少。Wang等人证明了肠道细菌基因结构变异（SVs）显著影响了BAs的代谢。研究者通过1437名受试者组成的队列，系统地描述了人类肠道微生物组中两种SVs，即缺失型和变异型，发现SVs特征与循环BAs水平有关，并进一步鉴定特定细菌基因组中负责BAs调节的遗传区域。更有趣的是，通过这种策略还有助于推定编码BAs的代谢酶，但由于分离携带该基因区域的细菌菌株存在巨大挑战，因此该假设仍待进一步实验证实。据此认为，肠道微生物特征包括菌群种类、潜在功能及结构变异等与BAs的代谢有关。菌群出现紊乱则可导致IHD的发生。因此，需要更进一步探索BAs相关的菌群、受体及相关通路，并作为IHD的重要干预靶点。 脂多糖与免疫调节 丁酸产生菌的减少亦可导致肠粘膜屏障功能障碍，从而促进有关微生物毒素（如LPS等）被动入血，并诱发炎症反应。最近，Awoyemi等报道LPS结合蛋白水平的增加可升高IHD风险。此外，研究发现促进系统性炎症反应的主要是六酰化LPS，而非五酰化LPS。因此，六酰化LPS亦可能成为潜在的IHD治疗靶点。 肠道微生物可以通过免疫机制促进IHD。研究认为，IHD是一种慢性炎症性疾病，而AMI则系急性炎症反应病变。氧化低密度脂蛋白（oxLDL）可以通过激活内皮细胞、巨噬细胞和T细胞来促进动脉粥样硬化和炎症。巨噬细胞通过吞噬oxLDL，促进炎症因子（TNF-α，IL-6，IL-18，IL-37等）释放，从而引起IHD。肠道微生物亦能够显著影响人体的免疫系统。Mikelsaar M等研究发现，肠道中存在的罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）数量与白细胞升高相关。弯曲杆菌（Oscillibacter）、粪杆菌（Faecalibacterium）和瘤胃球菌（Ruminococcus）的丰度降低伴随血液CRP水平升高。通过无菌（GF）小鼠的模型研究显示，T细胞的发育与肠道微生物关系密切，尤其是T辅助细胞17（Th17）的分化。Gil-Cruz C等研究报道心肌炎与源自肠道微生物的特异性Th17细胞有关。他们还发现多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）和粪杆菌（Bacteroides faecis）可促进炎性心肌病。此外，肠道细菌产生的丁酸促进诱导生成Foxp3+ 调节性T细胞（Treg），并通过GPR43和GPR41以影响机体免疫系统。 苯乙酰谷氨酰胺 苯乙酰谷氨酰胺 (PAGln)，由膳食中的苯丙氨酸经过肠道微生物发酵，并与谷氨酰胺偶联而成。据报道，PAGIn是IHD及其它主要不良心血管事件的独立预测因素。研究发现，在颈动脉斑块呈现稳定型患者中，血浆PAGln水平显著低于其他斑块更严重的患者，故较低的PAGln可能有助于维持颈动脉粥样硬化斑块的稳定。针对IHD患者，Liu等研究显示，血浆PAGln水平与冠状动脉斑块负荷相关。PAGln水平较高的患者发生阻塞性IHD的风险较高，其冠状动脉病变的复杂性也较高。通过基因工程和粪菌移植研究提示，PAGln可加速血小板聚集、钙离子释放以及血栓形成。通过相应的遗传和药理学研究工具，揭示了PAGln与G蛋白偶联受体之间相互作用，尤其是肾上腺素能受体（ADRs）包括α2A、α2B和β2-ADRs，这些受体在血小板表面大量表达。ADRs在调节血管功能、血小板活性及心血管事件方面具有重要作用。选择性ADRs抑制剂可降低PAGln诱导的血小板高反应性，以及血栓形成速率。与TMAO类似，PAGln以及合成PAGln的肠道微生物亦有望成为未来治疗IHD的潜在靶标。 其他肠道微生物相关代谢物 在已明确的微生物相关代谢物中，两种蛋白结合的尿毒症毒素包括对甲酚硫酸盐（PCS）和硫酸吲哚酚（IS），与慢性肾脏病（CKD）患者的心血管事件和动脉硬化有关。事实上，CKD患者本身的心血管疾病事件发生率会显著增加。通过大鼠的CKD模型研究发现，PCS和IS可能通过促进凝血和炎症反应而导致血管钙化的发生和发展。然而，在接受血液透析的患者中，PCS、IS与心血管结局之间却缺乏相关性。因此，关于PCS和IS与IHD之间的病因关系仍需谨慎看待。 基于肠道微生物的IHD治疗策略 针对肠道微生物的治疗 IHD危害极大，在肠道微生物领域的研究成果若能及时临床转化，将对IHD的防治具有重要意义。越来越多的证据表明，肠道微生物在IHD的发生发展中至关重要，故针对肠道微生物调控的治疗策略备受关注。本文中我们将重点介绍以下几种肠道微生物干预调控策略，及其对IHD的治疗潜力 （图3）。  图3. 基于肠道微生物组的IHD干预策略 针对IHD患者的肠道微生物结构和功能失衡，有五种干预措施：异体或自体方式进行粪便微生物群移植、抗生素治疗、饮食调控、补充益生菌或益生元，以及个性化的医疗策略等。 粪菌移植 粪菌移植（FMT）可通过富集或耗竭宿主微生物的营养物质，从而抑制致病菌的生长，并通过将健康供体的功能性细菌群落移植到患者的胃肠道中，以重塑受体的肠道群落结构，并调节宿主的免疫功能。FMT是干预肠道微生物的根本措施，被视为治疗复发性艰难梭菌感染的公认方法。有研究表明，肥胖人群接受偏瘦人群的粪菌移植后胰岛素敏感性增强，同时其它代谢相关的表型特征得到相应改善。然而，不同研究其结果存在较大差异。例如，从纯素食供体向代谢综合征患者移植粪菌，尽管并未观察到所期待的TMAO水平变化，但受体的肠道微生物结构组成向纯素食者的肠道微生物结构转变，因此需要更大的样本量并延长FMT后随访时间以获得预期效果。此外，最近一项研究报道了移植耐药大肠杆菌导致患者死亡，从而增加了后续临床使用FMT的安全风险。因此目前临床应用FMT仍存在挑战，包括对供体粪便厌氧处理的最佳条件、受体和供体菌群间的相容性、以及供体菌群在受体肠道中的存活和再定植的不稳定性等诸多问题。 抗生素 2004年Conraads等研究发现，广谱抗生素可降低心力衰竭患者系统性炎症标志物水平，但这项研究并未关注患者临床结局。在另一项研究中，Galla等发现，米诺环素和万古霉素的干预显著增加了盐敏感大鼠的收缩压，并降低了自发性高血压大鼠的舒张压。Rune等研究报道，对于ApoE敲除小鼠模型，使用氨苄青霉素干预可以降低血液循环中的低密度脂蛋白（LDL）和极低密度脂（VLDL）水平。最近关于心肌梗死小鼠模型的研究显示，口服广谱抗生素增加了心梗小鼠的死亡率。然而，这项研究结果与之前的报道相反。此前有研究认为，口服万古霉素、链霉素、新霉素、多粘菌素和杆菌肽的混合物可以减少小鼠的心肌梗死面积并改善心脏功能。另外在人体试验中，各项研究的结果也并不统一。部分研究表明抗生素对IHD有益，部分认为有害。Claricor研究通过10年的随访发现，克拉霉素治疗后可使稳定型冠心病患者的心血管死亡风险增加。故抗生素治疗IHD仍存在很大争议。鉴于安全性考虑，以及相关证据的可靠性，在未来重塑IHD肠道微生物组的研究中，抗生素的使用仍需十分谨慎。 益生菌与益生元 益生菌可调节肠道微生物的结构与功能，并激活免疫系统。目前广泛应用的益生菌主要有乳杆菌（Lactobacillus）和双歧杆菌（Bifidobacterium）。益生元则是宿主微生物的营养底物，它可以增加益生菌的活性和功能，大多数益生元是碳水化合物。有报道认为益生元可升高SCFAs，并改善代谢机能。有动物试验表明，益生菌和益生元，如乳杆菌（Lactobacilli）和菊粉（inulin），可以延缓动脉粥样硬化发病。另一项实验发现，在冠状动脉结扎前用植物乳杆菌299v（Lactobacillus plantarum 299v）处理的大鼠心肌梗死面积减少，心脏功能亦相应改善。Mohania D等发现，在规律喂食益生元Dahi的大鼠，肝脏和主动脉的胆固醇沉积显著减少。另一项研究发现，与服用纤维素的肥胖志愿者相比，每天服用20克菊粉丙酸酯（inulin-propionate）的肥胖志愿者血液IL-8水平显著降低，但其余全身炎症标志物没有受到影响。这些研究表明，益生菌和益生元可降低血脂和饮食相关高胆固醇血症。在一项关于慢性收缩性心力衰竭的队列研究中，持续3个月每天口服1g布拉酵母菌（Saccharomyces boulardii）可改善干预组的左心室射血分数，并减少左心房直径。因此，益生菌及益生元是预防IHD及其相关并发症的一种有希望的治疗措施。 药物及饮食 遗传因素和环境因素均对肠道微生物组有重要影响。在目前已发表的研究中，受试者人群的饮食情况通常缺乏记录或被忽视。一方面由于人群队列饮食谱获取困难，而且饮食情况呈现高度个性化。最新一项研究发现，肠道微生物的组成与红酒以及盐摄入量显著相关。饮酒频率影响肠道微生物群落如厚壁菌和放线菌等的丰度，饮用酒的品种如习惯饮用葡萄酒、啤酒或果酒等，也会导致不同的肠道微生物群落特征。近期有研究在高盐饮食（HSD）小鼠模型中探究了饮食对肠道菌群和疾病的影响。HSD小鼠肠道微生物的结构与对照组相比发生了显著变化。在HSD小鼠中，欧文氏菌（Erwinia）、克里斯滕森菌科（Christensenellacea）和棒杆菌（Corynebacteriaceae）增加。相反地，在HSD小鼠中厌氧棒杆菌（Anaerostipes）的数量减少。随后 Bier等研究发现了7个与血压变化显著相关的独特菌群分类。此外，他们进一步发现HSD小鼠和正常饮食小鼠的粪便中的乙酸、丙酸和异丁酸含量存在显著差异，这表明饮食摄入也会在一定程度上影响 SCFAs的合成。因此，饮食控制是调整肠道微生物群的一种非常实用的方法。例如，减少红肉摄入量可有效降低TMAO，短期高纤维饮食可以显著改变肠道微生物组并减少便秘。 药物对肠道微生物结构和功能有显著性影响。有研究表明，19种药物及其相关代谢物与肠道微生物组的结构显著相关。降糖药物二甲双胍在在多水平角度重塑肠道微生物结构，并改变其微生物功能（如重塑编码金属蛋白或金属转运蛋白的微生物基因），以维持人体葡萄糖稳态代谢。他汀类药物在临床上与阿司匹林广泛联合，尤其对于心血管高风险人群。有报道认为，他汀类药物可降低Bact2肠型微生物的丰度，而Bact2肠型被认为是促炎症性肠病的主要病原菌。遗憾的是，此项研究未考虑其他潜在混杂因素的影响，也未推断其内在因果关系。因此，尽管已有研究表明他汀类药物可能是潜在的肠道微生物调节手段，但仍需排除混杂因素干扰，并通过前瞻性、随机双盲对照研究来进一步证实。当然，这种研究策略也适用于其他横断面队列研究所获得的结论。 肠道病毒组—理解和治疗IHD的一颗“新星” 既往研究表明，IHD与病毒感染有关，如肝炎病毒，人类免疫缺陷病毒、巨细胞病毒和EB病毒等。作为肠道微生物组的重要组成部分，病毒组的功能近年来受到越来越多的关注。肠道病毒组可否影响IHD的发生发展，亦成为新热点。人类肠道病毒组也被称为噬菌体组，因为噬菌体占绝大多数。粗略估计，每克粪便中有 109个病毒样颗粒（VLPs），这比其细菌总数还高出许多。尽管测序技术使我们进一步获得了肠道病毒的相关基因序列，但病毒组学研究仍存在许多挑战。首先，肠道病毒具有高度特异性和动态变化，健康受试者之间的肠道病毒几乎没有重叠。其次，由于噬菌体以细菌作为宿主，常规实验室方法很难对肠道病毒群进行评估，除非高通量分离单个噬菌体物种/菌株，这些都非常耗时耗力。因此，目前分析肠道病毒组的主流策略是VLPs DNA测序或全基因组测序（WCMS），后者仍需要非常复杂的数据处理和计算资源，而目前的病毒基因组数据库仅覆盖人类肠道中一小部分病毒，而在高精度描绘肠道病毒组图谱之前，首先需解决这些问题与挑战。 近年来，尽管对肠道病毒组的研究存在一定技术挑战，但对IHD相关特定的肠道噬菌体的研究初露端倪。有研究提示，Virgiviridae和Microviridae是IHD患者肠道病毒组中的两种主要病毒类型。与健康组相比，IHD患者的肠道病毒组中Virgivirida显著富集，相反，Microviridae丰度减少。然而，病毒丰度改变与IHD发生发展的潜在机制仍不明确。Jie等还报道了一组在ACVD患者特异性改变的噬菌体，同时另外研究证明这类噬菌体在类风湿关节炎、2型糖尿病和肥胖症患者中却未见明显改变。令人感兴趣的是，ACVD特异性噬菌体的已知宿主在科水平上由肠杆菌科（Enterobacteriaceae）主导，而在属水平上为链球菌（Streptococcus）主导。在一项针对高血压患者的研究显示，一个由32种病毒组成的基因组在区分高血压与健康个体方面要比肠道细菌组具有更高的辨识力。 目前，从遗传学角度对肠道病毒体的功能了解较少，而从进化角度对肠道病毒组的重要性已得到更清晰的认识。细菌-噬菌体二者协同进化，即细菌宿主和共生噬菌体之间的相互进化，是微生物群落生态平衡和进化的重要驱动因素。来自实验室和自然种群的越来越多的证据表明，共同进化可以保持表型和遗传多样性，加快进化与分化的速度，影响群落结构，并塑造与生态环境高度相关的细菌特性的进化。在跨物种相互作用中，细菌和噬菌体之间的互作方式改变可以迅速反映在宿主免疫和感染表型中。这个过程直接或间接地促进了基因和表型之间的分化、竞争和合作。事实上，通过在高血压患者肠道病毒组和细菌组的互作分析发现，相对于健康对照组和高血压前期受试者而言，高血压组的病毒和细菌之间的联系相关性更强。由于病毒与细菌间的紧密联系，肠道噬菌体也被认为是潜在的临床治疗靶点。Yi等通过使用人源化小鼠探讨了噬菌体的治疗效果，通过将酒精性肝炎患者粪便中的细菌定植于小鼠，发现这些噬菌体减少了人源化小鼠肝脏中的细胞溶素（cytolysin），并减少了乙醇诱发的肝脏损伤。在另一项小鼠模型的研究中，Torben等发现接受粪便病毒移植的小鼠体重下降明显。他们认为粪便病毒移植可能通过改变肠道菌群结构，从而具有改善肥胖和糖尿病的治疗潜力。由于IHD与感染和免疫密切相关，肠道病毒亦可能发挥重要作用。然而，噬菌体是否可以通过感染IHD患者富含的特异性病原菌而发挥防治作用，仍有待进一步探索。 展 望 尽管认为IHD患者肠道微生物的构成和功能发生了巨大改变，但现有的研究结果仍多属于观察性，且特异性不够强。近年来，研究的重点逐渐聚焦于肠道微生物对IHD整体功能的影响，包括发现并注释各种微生物相关代谢组中新的化学物质，并确定其产生机制（宿主、微生物、饮食或联合来源）。由于大多数研究都是基于横断面队列，关于IHD中肠道微生物动态变化研究甚少，因此我们需要相关的生物信息学技术来预测肠道微生态的短期或长期动态改变，或者需要纵向研究来填补这一空白。最后，从基础研究到临床实践的成功验证较少，且缺乏有效的基于肠道微生物组的IHD靶向治疗策略。未来，随着测序技术的发展及微生物文库的进一步完善，同时我们需要对肠道细菌与病毒间的互作机制做更进一步的探索，这将更有助于我们对肠道微生物的整体功能更深刻的理解。 结 论 综上所述，肠道微生物主要通过一系列代谢物来介导IHD的发生和发展。在这篇综述中，我们不仅总结了IHD发病不同阶段相关的肠道微生物类群，还展望了微生物相关代谢产物的最新研究进展，及其在IHD发病中的作用。最后，肠道病毒组作为未来肠道微生物研究领域的一颗新星，在IHD发病机制和防治策略方面亦将具有重要的影响，本文亦进行了相应的回顾和展望。 引文格式： Yong Fan, Jiajun Ying, Hongchuang Ma, and Hanbin Cui. 2023. “Microbiota‐related metabolites fueling the understanding of ischemic heart disease.” iMeta.e94. https:///10.1002/imt2.94 范勇（第一作者） ● 浙江省动脉粥样硬化疾病精准医学研究重点实验室客座研究员，丹麦哥本哈根大学助理教授，欧盟“玛丽居里学者” ● 现主要研究方向为人类肠道微生物组与代谢稳态。以第一作者在Nature Microbiology、Nature Reviews Microbiology、 Journal of American College of Cardiology、Genome Medicine、iMeta等期刊发表多篇研究论文 应嘉骏（第一作者） ● 2022年获得浙江大学临床医学专业硕士 ● 目前研究方向为肠道微生物在心血管疾病发病中的作用及其相关机制研究，发表相关学术成果于iMeta、Frontiers in Immunology、 Nutrition Metabolism and Cardiovascular Diseases等期刊 崔翰斌（通讯作者） ● 医学博士，主任医师，教授。博士生导师。浙江省动脉粥样硬化疾病精准医学研究重点实验室主任，宁波市心血管疾病临床研究中心主任，宁波市第一医院心血管内科主任。宁波市医学会心血管分会副主任委员，浙江省医师协会心血管分会委员，浙江省医学会血栓与止血委员会委员。浙江省“新世纪151人才”高层次人才 ● 主要研究方向为动脉粥样硬化的发病机制及其防治策略研究。主持浙江省重点研发、宁波市2025“揭榜挂帅”、省部共建等重点项目3项，发表SCI论文50余篇 |
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