趙樂恒 呂昌龍 孫洪濤

(內(nèi)蒙古民族大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，通遼028000)

心血管病是目前導(dǎo)致死亡的主要原因之一。致心血管疾病的常見危險因素(如肥胖、2型糖尿病和代謝綜合征)日益增加。引起心血管疾病的主要發(fā)生機(jī)制是免疫性炎癥。腸道菌群失調(diào)，致病菌侵入，誘發(fā)腸道免疫細(xì)胞活化，分泌前炎癥細(xì)胞因子，免疫功能紊亂，免疫耐受遭到破壞，引起腸黏膜炎癥，腸上皮層細(xì)胞間緊密連接程度降低，通透性增加，細(xì)菌代謝產(chǎn)物及死亡細(xì)菌的崩解產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)，形成毒素血癥，使血管內(nèi)膜受到損傷，導(dǎo)致血管炎癥，發(fā)生動脈粥樣硬化，造成心血管疾病。本文就腸道菌群-黏膜免疫-心血管疾病間的作用關(guān)系研究新進(jìn)展簡要概述。

1 腸道菌群與黏膜免疫

正常人體的胃腸道內(nèi)寄居著數(shù)量繁多的微生物，構(gòu)成了一個巨大而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。因以細(xì)菌為主，故也稱腸道菌群。胃腸道內(nèi)的菌群種類和數(shù)量從上到下逐漸增多，主要存在于結(jié)腸。據(jù)估計腸道菌群的種類超過1 000種，數(shù)量達(dá)1013～1014。腸道菌群含有需氧菌、兼性厭氧菌和厭氧菌，其中厭氧菌，特別是革蘭氏陰性厭氧菌占絕大多數(shù)。主要細(xì)菌種類有梭菌、類桿菌、雙歧桿菌、乳酸桿菌、腸桿菌、脫硫弧菌等菌屬[1]。 腸道菌群在人體健康，包括生理、免疫和代謝等方面均發(fā)揮極其重要的作用。腸道菌群在黏膜免疫及全身免疫系統(tǒng)成熟發(fā)育，誘導(dǎo)食物抗原和自身抗原免疫耐受中具有重大效應(yīng)[2]。

1.1腸道菌群與固有免疫細(xì)胞 腸道固有免疫細(xì)胞時刻監(jiān)測腸腔內(nèi)的外原性抗原，構(gòu)成腸道防御功能之一。固有免疫細(xì)胞通過表達(dá)的模式識別受體(Pattern recognition receptor,PRR)同腸道棲息菌存在的保守分子病原相關(guān)分子模式(Pathogen associated molecular pattern,PAMP)相互作用。PRR家族成員主要有TLR和NLR。腸道棲息菌的PAMP與固有免疫細(xì)胞的PRR結(jié)合可誘導(dǎo)腸道黏膜的免疫耐受。固有免疫細(xì)胞的PRR同感染的病原菌PAMP結(jié)合啟動炎癥性免疫應(yīng)答。棲息菌結(jié)合PRR不同，革蘭氏陰性菌的LPS結(jié)合TLR-4，革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁的肽聚糖和其他成分結(jié)合TLR-2，刺激固有免疫細(xì)胞產(chǎn)生炎癥或抗炎癥免疫應(yīng)答[3]。

固有層樹突狀細(xì)胞(Dendritic cell,DC)能夠通過伸出偽足穿入腸腔攝取細(xì)菌等抗原物質(zhì)，在其內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)將抗原加工處理成小分子肽，與MHCⅡ類分子結(jié)合呈遞給GALT內(nèi)的T淋巴細(xì)胞產(chǎn)生應(yīng)答，同時可誘導(dǎo)IgA的漿細(xì)胞分化。DC指揮淋巴細(xì)胞定位，還可決定免疫應(yīng)答的性質(zhì)：產(chǎn)生IL-2上調(diào)分泌IFN-γ的Th1應(yīng)答；產(chǎn)生IL-1、IL-6和IL-23促Th17應(yīng)答。與未成熟DC相互作用或有IL-10和TGF-β存在條件下能誘導(dǎo)具有抗炎癥應(yīng)答的調(diào)節(jié)性 T細(xì)胞(Treg)產(chǎn)生[3]。小鼠和人類，腸道菌群和黏膜功能正常的情況下，DC和巨噬細(xì)胞對病原相關(guān)分子模式產(chǎn)生低應(yīng)答。黏膜上皮層出現(xiàn)破壞損傷，固有免疫細(xì)胞通過toll樣受體、NOD樣受體、可溶性維甲酸誘導(dǎo)基因I或黑色素瘤分化相關(guān)蛋白5識別病原菌，產(chǎn)生炎癥級聯(lián)反應(yīng)、分泌前炎癥細(xì)胞因子和適應(yīng)性免疫應(yīng)答激活[4]。

腸道菌群極大地影響固有免疫細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄程序。去除正常菌群，固有淋巴樣細(xì)胞(Intrinsic lymphoid cells,ILC)遺傳表型和基因轉(zhuǎn)錄會受到影響，髓樣細(xì)胞基因表達(dá)譜(如前炎癥基因的表達(dá))也會受到影響。腸道菌群與固有免疫細(xì)胞之間的通訊聯(lián)系還特殊地依賴于菌群的代謝產(chǎn)物，如ILC依賴色氨酸代謝物，髓樣細(xì)胞依賴短鏈脂肪酸。細(xì)菌代謝產(chǎn)物-固有免疫交叉作用產(chǎn)生于小兒出生之前，并經(jīng)抗體介導(dǎo)轉(zhuǎn)移到哺乳期[5]。

1.2腸道菌群與T細(xì)胞 棲息的菌群在調(diào)節(jié)腸道淋巴細(xì)胞亞群的發(fā)育與分化中起重要作用。腸道棲息的脆弱類桿菌影響Th1和Th2細(xì)胞間的平衡[5]。棲息菌SFB可誘導(dǎo)Th17細(xì)胞分化，激活產(chǎn)生IL-23、IL-22誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生免疫球蛋白類別變化防御細(xì)胞外病原菌感染[3]。Th17細(xì)胞通過產(chǎn)生前炎癥細(xì)胞因子，如IL-17和IL-22，及募集中性粒細(xì)胞，在抵御細(xì)菌和真菌感染中起重要作用[4]。Th17細(xì)胞具有雙向作用，參與自身免疫性炎癥的發(fā)生和發(fā)展。

脆弱類桿菌分泌的多糖A能誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞成為Foxp3+Treg細(xì)胞。部分棲息的梭狀芽孢桿菌也參與Treg 細(xì)胞的誘導(dǎo)[4]。細(xì)菌來源的SCFA是菌群誘導(dǎo)Treg效應(yīng)的有力介導(dǎo)劑[5]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)在腸道集聚，輔助維持腸道穩(wěn)定。Treg控制異常表達(dá)抗棲息菌T細(xì)胞受體的CD4+T細(xì)胞增殖，抑制腸道炎癥；分泌炎癥抑制因子TGF-β和IL-10，介導(dǎo)腸黏膜免疫穩(wěn)定性[4]；維持對食物抗原和腸道棲息菌群耐受性；保持對自身抗原的耐受和阻止自身免疫性應(yīng)答[3]。

1.3腸道菌群與B細(xì)胞 腸道菌群與體液免疫應(yīng)答間存在重要關(guān)系。影響腸道產(chǎn)生sIgA及其多樣性的漿細(xì)胞集聚。 腸道菌群能刺激固有層樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生B細(xì)胞活化因子和增殖誘導(dǎo)配體(稱為APRIL)，誘導(dǎo)IgA+B細(xì)胞分化與增殖；指令固有層樹突狀細(xì)胞和濾泡樹突狀細(xì)胞誘導(dǎo)分泌IgA漿細(xì)胞產(chǎn)生。 受到腸道菌群作用的樹突狀細(xì)胞呈遞蛋白質(zhì)類抗原給Th細(xì)胞，提呈抗原信息給B細(xì)胞。B細(xì)胞可經(jīng)Th細(xì)胞依賴性或非依賴性機(jī)制分化成漿細(xì)胞。在派氏集合淋巴結(jié)發(fā)生Th細(xì)胞依賴性應(yīng)答，伴隨免疫球蛋白同種型轉(zhuǎn)換，誘導(dǎo)抗原高親和性IgA分泌性漿細(xì)胞的分化，合成高親和性分泌型IgA(sIgA)。Th細(xì)胞非依賴性的應(yīng)答主要由B細(xì)胞直接接受多糖類抗原刺激，分化成抗原低親和性多克隆分泌IgA漿細(xì)胞。sIgA具有屏障功能，與棲息菌共同作用抑制病原菌與腸上皮細(xì)胞結(jié)合侵入固有層，保護(hù)機(jī)體免于腸道感染[4]。 腸道菌群通過B細(xì)胞的MYD88信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑限制血清IgE的水平和嗜堿性粒細(xì)胞的數(shù)量，抑制變態(tài)反應(yīng)性炎癥發(fā)生。反過來， sIgA調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和功能。sIgA包被SFB和黏液螺旋菌(Mucispirillum spp)調(diào)控Th17所致的炎癥性應(yīng)答[5]。

2 腸道菌群失調(diào)和免疫與心血管疾病

2.1血管炎 以往揭示動脈粥樣硬化的免疫性與炎癥性應(yīng)答機(jī)制主要聚焦于血管內(nèi)膜，因為該部位是動脈粥樣斑塊定著部位。然而近年來研究證明免疫與炎癥波及血管動脈壁全層，即內(nèi)膜層、中膜層和外膜層。最近認(rèn)為血管三層均受累致動脈粥樣硬化發(fā)生。外膜層主要為免疫性炎癥活動的溫床，其內(nèi)也存在多種免疫細(xì)胞。外膜層構(gòu)建營養(yǎng)血管致斑塊形成的微循環(huán)系統(tǒng)。器官化的末端淋巴樣結(jié)構(gòu)也位于外膜層內(nèi)。樹突狀細(xì)胞巡查局部及其他部位的損傷性細(xì)胞抗原并呈遞給T淋巴細(xì)胞，T細(xì)胞自身活化或輔助B細(xì)胞產(chǎn)生適應(yīng)性免疫應(yīng)答。外膜層內(nèi)的肥大細(xì)胞也參與動脈炎的產(chǎn)生。外膜內(nèi)的神經(jīng)末梢分泌的介質(zhì)調(diào)節(jié)血管功能[6]。在動脈瘤形成期間，炎癥過程歸因于細(xì)胞外基質(zhì)降解，特別是彈性組織分解作用。在許多動脈瘤損傷部位發(fā)現(xiàn)的豐富微血管可能來自于外膜。祖細(xì)胞和髓樣纖維母細(xì)胞棲息于外膜，提供參與損傷和修復(fù)血管應(yīng)答的細(xì)胞來源[7]。外膜含有肥大細(xì)胞，影響動脈疾病的病理作用。自主與痛覺神經(jīng)引入并圍繞外膜，外膜影響神經(jīng)體液微環(huán)境，沐浴血管和不同類型的免疫細(xì)胞。黏附分子和趨化因子調(diào)控各種炎性細(xì)胞進(jìn)入動脈壁。免疫性炎癥可以影響中層膜的各種功能，參與動脈炎性疾病。其機(jī)制解釋為動脈平滑肌受到 Th1型細(xì)胞因子IFN-γ刺激，能誘導(dǎo)吲哚胺二氧酶產(chǎn)生，輔助限制內(nèi)層炎癥和免疫應(yīng)答保護(hù)動脈的完整性。否則，會引起動脈瘤及相關(guān)炎癥的病理學(xué)作用[8]。Th2細(xì)胞、Treg細(xì)胞 、Th17細(xì)胞、B細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和中性粒細(xì)胞等多種免疫細(xì)胞均參與動脈炎性疾病發(fā)生與消退的復(fù)雜過程[6]。

2.2高血壓 已有研究證明腸道菌群同高血壓有密切聯(lián)系，表現(xiàn)為雙向作用。自發(fā)性高血壓和輸注血管緊張素Ⅱ誘發(fā)高血壓大鼠模型和高血壓患者，均顯示腸道菌群數(shù)量和多樣性存在失調(diào)，厚壁菌/擬桿菌比例增加[9,10]。腸道菌群消化食物纖維生成短鏈脂肪酸(Short chain fatty acid,SCFA)，主要包含乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，在機(jī)體生理方面及疾病敏感性方面具有廣泛的影響。SCFA是腸上皮組織的能量來源，影響細(xì)胞的分化發(fā)育、腸道運(yùn)動，維持黏膜上皮屏障完整性減少炎癥，直接影響免疫細(xì)胞活性和減少交感神經(jīng)興奮性；SCFA與腎臟、心臟、交感神經(jīng)節(jié)和血管的嗅覺受體gpr41、gpr43和olfO79結(jié)合調(diào)節(jié)血壓[11]；刺激G-蛋白結(jié)合受體途徑，影響腎素分泌和血壓調(diào)節(jié)[12]；與芳香基烴受體結(jié)合增加IL-10R的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)腸道免疫應(yīng)答，減少回腸上皮的炎癥，降低血壓[13]。肥胖孕婦腸道丁酸鹽產(chǎn)生菌減少造成丁酸鹽產(chǎn)生量降低，致血壓升高[14]。腸道菌群的代謝產(chǎn)物影響線粒體功能，腦脊髓液內(nèi)的線粒體DNA片段可通過TGF-β介導(dǎo)的活化途徑致神經(jīng)炎癥誘發(fā)高血壓[13]。

2.3動脈粥樣硬化 頸動脈粥樣硬化和冠狀動脈粥樣硬化均表現(xiàn)為擬桿菌門減少。厚壁菌門/擬桿菌門比率增加。病情的嚴(yán)重性同益生菌，如擬桿菌屬、普氏菌屬和Faecalibacterium減少密切相關(guān)[15]。由于某種原因造成腸道菌群失調(diào)，致病菌及條件性致病菌均可侵入腸道黏膜，黏膜固有層的免疫細(xì)胞，如Th細(xì)胞、γδT細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等將對入侵的細(xì)菌產(chǎn)生應(yīng)答。免疫細(xì)胞受到細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物刺激活化，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)殺傷細(xì)菌。死亡細(xì)菌釋放的脂多糖(LPS)入血可引起內(nèi)毒素血癥；與吞噬細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)的TLR4結(jié)合，激發(fā)細(xì)胞前炎癥因子釋放，導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷和功能障礙；使低密度脂蛋白(LDL)氧化血栓產(chǎn)生，動脈粥樣硬化斑塊形成和脫落[16]。

通過對人腸道和動脈粥樣硬化斑塊中的細(xì)菌代謝產(chǎn)物進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，心血管病的發(fā)生與磷脂酰膽堿的代謝產(chǎn)物膽堿、肉堿和TMAO有關(guān)。膽堿是食物中的基本營養(yǎng)成分，缺乏會導(dǎo)致肌損傷和脂肪肝。食物中的膽堿經(jīng)腸道菌群含有的三甲胺裂解酶代謝成TMA，吸收后通過門靜脈運(yùn)送到肝臟，經(jīng)黃素單加氧酶(FMO)氧化生成TMAO[17]。動物實驗也證明，將TMAO投給載脂蛋白E缺陷小鼠，發(fā)現(xiàn)在動脈壁和腹腔產(chǎn)生巨噬細(xì)胞泡沫細(xì)胞，促使動脈粥樣硬化斑塊發(fā)生[18]。左旋肉堿含有與膽堿類似的三甲胺結(jié)構(gòu)，富含于紅肉內(nèi)。腸道菌群代謝肉堿使TMAO濃度升高，引起以菌群依賴方式提高動脈粥樣硬化發(fā)生率。飲食結(jié)構(gòu)直接影響腸道菌群的組成和數(shù)量，以素食為主或素食者體內(nèi)TMAO產(chǎn)生水平顯著低于食肉量較多者。 過量消費紅肉會增加心血管病的發(fā)生[19]。

2.4心衰 腸道菌群失調(diào)與心衰的發(fā)生及病情加重密切相關(guān)。心衰患者結(jié)腸黏液內(nèi)細(xì)菌量增多，甚至在糞便中可查出大量的病原菌，如彎曲桿菌、志賀菌和傷寒桿菌[20,21]。血漿TMAO水平升高增加心衰死亡、心肌梗死和中風(fēng)的危險性[22]。腸道菌群還發(fā)酵食物中的色氨酸和酪氨酸生成尿毒癥毒素硫酸吲哚酚和硫酸對甲酚。硫酸吲哚酚促心肌細(xì)胞過度增殖和纖維化，使得心肌肥大和彈性減弱[23]。心衰患者與全身其他部位一樣，血流緩慢，腸管水腫，膠原物質(zhì)堆積，腸道組織結(jié)構(gòu)損傷和功能障礙[20]。心衰患者腸道缺血和黏膜通透性增加，中度以上充血性心衰患者腸黏膜通透性較正常人增加78%。心衰患者肝靜脈內(nèi)的LPS水平高于肺動脈和左心室，提示內(nèi)毒素從腸道進(jìn)入血流可加速心衰。LPS與脂多糖結(jié)合蛋白結(jié)合，啟動信號級聯(lián)反應(yīng)，增加細(xì)胞因子產(chǎn)生，如TNF-α、IL-6等加重心衰的病程[24]。

3 腸道菌群失調(diào)的免疫治療

3.1益生菌治療 盡管腸道菌群調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的確切機(jī)制尚不完全清楚，但已了解調(diào)整腸道菌群對于維持免疫系統(tǒng)的健康狀態(tài)十分重要。益生菌乳酸桿菌和雙歧桿菌利用食物中的非消化性碳水化合物增加SCFA和丁酸鹽水平。SCFA可通過G-蛋白結(jié)合受體和表觀遺傳機(jī)制發(fā)揮抑制免疫性炎癥作用[25,26]。丁酸鹽：①抑制組蛋白去乙酰酶6和9，增高FOXP3啟動子的乙?；饔?，促Treg增殖；②增加血漿中的抗炎癥因子IL-10的水平；③抑制轉(zhuǎn)錄因子NF-κB表達(dá)，降低前炎癥細(xì)胞因子(如 IL-6、IL-8、巨噬細(xì)胞趨化因子等)的分泌[27]。國內(nèi)外已有多種益生菌制劑用于調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)[28]和益生菌用于發(fā)酵中藥提取有效成分治療疾病的研究報道[29]。

3.2糞菌移植治療 糞菌移植(FMT)臨床治療的研究日益增加并特殊地受到關(guān)注[30]。FMT在臨床治療艱難梭菌感染中已取得顯著效果。近來FMT作為新興措施也已試用于心臟代謝性疾病的治療[31]。Akkermanciamuciniphila(A.muciniphila)可預(yù)防高脂肪和膽固醇食物誘導(dǎo)Apoe-/-小鼠發(fā)生的炎癥，抑制動脈粥樣硬化損傷的形成。分析其機(jī)制認(rèn)為，A.muciniphila作為一種具有降解黏液素(mucin)能力的細(xì)菌，能誘導(dǎo)腸道緊密連接蛋白(如zonula occuldens-1 and occludin)的表達(dá)，維持腸黏膜完整性。動脈粥樣硬化小鼠腸道A.muciniphila的減少，引起腸道屏障損傷，內(nèi)毒素血癥和血管炎癥加重[32]。FMT使整個腸道菌種類和數(shù)量，特別是產(chǎn)丁酸鹽菌，如羅氏菌屬增加[33]。臨床上是否也是如此尚需進(jìn)一步研究。

4 展望

綜上所述，腸道菌群與黏膜免疫相互作用，同心血管系統(tǒng)生理功能維持和疾病發(fā)生關(guān)系密切。腸道菌群失調(diào)會導(dǎo)致血管炎、高血壓和動脈粥樣硬化的發(fā)生及心衰的加重。深入了解腸道菌群、黏膜免疫和心血管疾病之間的相互作用機(jī)制，可為尋找心血管病的防治提供新的理論基礎(chǔ)，也將有助于應(yīng)用益生菌和免疫調(diào)節(jié)劑治療心血管病開創(chuàng)新思路。