陳 嫚，劉洪濤，林相豪，鄒小娟

(湖北中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430065)

動(dòng)脈粥樣硬化(AS)是一種以脂質(zhì)和復(fù)合糖類等血液成分的沉積為特征的血管退行性疾病。目前，AS引起的冠心病、腦梗死等眾多中老年心腦血管疾病的發(fā)病率逐年增高，已成為目前人類致死、致殘的主要原因[1]，嚴(yán)重威脅著人類的生命健康。在我國因動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病所致的死亡人數(shù)約占總死亡人數(shù)的25%[2]，并且，其患病率仍在持續(xù)上升，據(jù)推算，我國心血管疾病現(xiàn)患病人數(shù)達(dá)2.9億人，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來了巨大負(fù)擔(dān)，這表明AS已成為目前威脅人類健康的主要疾病之一。作為近年來的研究熱點(diǎn)，腸道菌群在AS中的潛在作用受到高度關(guān)注[3]，伴隨著腸道菌群與AS關(guān)系研究的深入，作為腸道菌群與宿主代謝產(chǎn)生的重要信號(hào)因子，膽汁酸亦成為醫(yī)學(xué)各學(xué)科關(guān)注的焦點(diǎn)[4]。深入研究膽汁酸代謝與AS的關(guān)系，從不同的角度去探討AS的發(fā)生機(jī)制，對(duì)積極探索AS的進(jìn)程和新的防治方法具有重大意義。

1 動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制

AS的發(fā)生是多方面因素共同作用的結(jié)果，其確切病因和危險(xiǎn)因素尚不清楚。流行病學(xué)研究顯示某些危險(xiǎn)因素或習(xí)慣可能會(huì)加速AS的發(fā)生，包括年齡、性別、家族遺傳等不可逆因素，吸煙、飲酒、久坐等不良生活習(xí)慣，肥胖、糖尿病、高血壓、高血脂癥等慢性疾病因素[5]。這些危險(xiǎn)因素常導(dǎo)致AS的發(fā)生。

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，AS的發(fā)生可以分為以下幾個(gè)階段[6]：第一階段是血管內(nèi)膜脂質(zhì)(低密度脂蛋白)的沉積。血管內(nèi)皮屏障可以控制血漿分子的擴(kuò)散，調(diào)節(jié)血管張力和炎癥，防止血栓形成，然而伴隨內(nèi)皮細(xì)胞功能的失調(diào)，這些特性將逐漸喪失。第二階段是氧化低密度脂蛋白激活機(jī)體先天性免疫反應(yīng)。通過誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞等分泌血管細(xì)胞黏附分子、單核細(xì)胞趨化蛋白及其他細(xì)胞因子，血管平滑肌細(xì)胞和內(nèi)膜層白細(xì)胞的聚集和增殖，被招募并附著在血管內(nèi)皮上，下一步就會(huì)進(jìn)入血管壁，并轉(zhuǎn)化為巨噬細(xì)胞。第三階段是巨噬細(xì)胞在血管壁吞噬沉積的膽固醇，使單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞及其他炎癥細(xì)胞從內(nèi)皮層進(jìn)入內(nèi)膜，同時(shí)在介導(dǎo)膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)以加快清除的過程，并轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞。在AS的早期，泡沫細(xì)胞的積累演變成脂肪條紋，當(dāng)泡沫細(xì)胞釋放生長(zhǎng)因子和細(xì)胞因子，進(jìn)一步刺激血管平滑肌細(xì)胞向內(nèi)膜遷移，導(dǎo)致內(nèi)膜分裂和膠原纖維增生，就會(huì)出現(xiàn)AS等心血管病變。第四階段是巨噬細(xì)胞無法清除血管中積聚的膽固醇，它們就會(huì)發(fā)生凋亡，將膽固醇釋放到血管壁進(jìn)一步沉積，AS斑塊最終形成。因此，膽固醇代謝受阻及慢性炎癥反應(yīng)貫穿AS發(fā)生的全過程，也是AS形成的直接原因。

AS的發(fā)病機(jī)制研究一直是醫(yī)學(xué)界的熱點(diǎn)，提出多種學(xué)說[7]，主要包括脂質(zhì)浸潤(rùn)學(xué)說、炎癥反應(yīng)學(xué)說、氧化應(yīng)激學(xué)說、血栓形成學(xué)說、細(xì)胞學(xué)說、免疫學(xué)說基因組和蛋白組學(xué)說等。目前普遍認(rèn)為主要的發(fā)病機(jī)制為“脂質(zhì)浸潤(rùn)學(xué)說”，其學(xué)說是1863年由德國病理學(xué)家Virchow 提出，認(rèn)為AS主要是由于血漿中脂質(zhì)水平增高所引起的。有研究表明，膽固醇和膽固醇酯則是構(gòu)成粥樣斑塊的主要成分[8]。而作為近年來的研究熱點(diǎn)，腸道菌群學(xué)說在AS發(fā)生中的潛在作用也已受到高度關(guān)注。

2 腸道菌群與膽汁酸的關(guān)系

腸道菌群在與宿主的共同進(jìn)化中形成，數(shù)量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人體腸道菌群的總數(shù)超過1 000億，約1 000余種，其編碼的基因數(shù)量是體細(xì)胞的150倍[9]。當(dāng)腸道菌群的種類、數(shù)量和比例處于相對(duì)穩(wěn)定時(shí)，不僅可以促進(jìn)宿主的營(yíng)養(yǎng)代謝，亦可以提高腸道的免疫與屏障功能。反之，腸道菌群失調(diào)則將導(dǎo)致肥胖、糖尿病、高血脂癥及AS等多種代謝疾病的發(fā)生[10]。

近年來，膽汁酸作為腸道菌群與宿主代謝產(chǎn)生的重要信號(hào)因子，也越來越受到醫(yī)學(xué)各學(xué)科的關(guān)注和重視。膽汁酸是膽汁的主要成分，在肝臟中合成的初級(jí)膽汁酸，通過膽管運(yùn)輸并以?；撬岷透拾彼峁曹椥问絻?chǔ)存在膽囊中。在肝臟中合成的初級(jí)膽汁酸主要為膽酸(CA)和鵝脫氧膽酸(CDCA)，其中CA與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合生成甘糖膽酸(GCA)和牛磺膽酸(TCA)，CDCA與甘氨酸或牛磺酸結(jié)合生成甘糖鵝脫氧膽酸(GCDCA)和?；蛆Z脫氧膽酸(TCDCA)[11]。進(jìn)食后膽汁酸從膽囊釋放到十二指腸，大約95%的膽汁酸在回腸中被重新吸收，少于5%排泄至糞便中。腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)的膽汁酸經(jīng)門靜脈重吸收至肝臟，完成腸肝循環(huán)，通常每天可通過腸肝循環(huán)6次[12]。釋放到腸道的共軛膽汁酸，被腸道菌群中的膽鹽水解酶轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸[13]，主要包括脫氧膽酸(DCA)、石膽酸(LCA)和熊脫氧膽酸(UDCA)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)宿主的新陳代謝和腸道微生物的組成。

膽汁酸與腸道菌群之間存在復(fù)雜的相互作用。一方面，膽汁酸能抑制有害菌的生長(zhǎng)，通過自身的生理作用及其所介導(dǎo)的信號(hào)通路來影響腸道菌群的數(shù)量和組成，維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)、防止細(xì)菌移位、增強(qiáng)黏膜屏障的防御作用。CA可以調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，具體而言，CA誘導(dǎo)腸道菌群水平的改變，其中以厚壁菌門增加而擬桿菌門減少為主[14]。膽汁酸還可以通過法尼醇X受體(FXR)發(fā)揮間接抗菌作用，研究顯示膽汁酸的核受體FXR，誘導(dǎo)參與腸保護(hù)的基因，并抑制由膽管結(jié)扎引起的回腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)和黏膜損傷；而缺乏FXR的小鼠回腸細(xì)菌水平增加，上皮屏障受損[15]。

另一方面，腸道菌群數(shù)量及組成的變化也會(huì)影響膽汁酸的組成；同時(shí)，腸道菌群還參與調(diào)節(jié)肝臟膽汁酸合成，而且可以激活膽汁酸相關(guān)信號(hào)通路調(diào)控膽汁酸代謝[16-17]。已知益生菌是改善腸道菌群組成、調(diào)節(jié)腸道菌群平衡的最有效的調(diào)節(jié)劑。Degirolamo等[18]研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合益生菌能夠有效調(diào)節(jié)小鼠的腸道菌群的組成，小鼠腸道菌群厚壁菌門和放線菌屬數(shù)量顯著增加，擬桿菌屬和變形桿菌屬數(shù)量減少，進(jìn)而導(dǎo)致腸道中FXR和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子15(FGF15)表達(dá)下調(diào)，促進(jìn)了回腸膽汁酸解耦聯(lián)以及隨后的糞便膽汁酸的排泄，調(diào)節(jié)肝臟中膽汁酸新合成的增加。有研究顯示，肥胖、2型糖尿病、非酒精性脂肪肝、AS等代謝性疾病，其真正的靶點(diǎn)可能位于腸道菌群-膽汁酸代謝軸[19]，應(yīng)探索腸道菌群-膽汁酸代謝軸在以上疾病中的變化[20]，進(jìn)一步研究靶向調(diào)節(jié)腸道菌群對(duì)于機(jī)體代謝的改善作用，從而為它們的治療打開新的潛在途徑。

3 腸道菌群與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系

在AS的形成過程中，不同種類的腸道菌群發(fā)揮的功能也大相徑庭，有些菌群可促進(jìn)AS的發(fā)生，而另一些菌群則可抑制AS的形成[21]。腸道菌群可通過多種途徑影響AS的發(fā)生發(fā)展：腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)，加重AS斑塊的發(fā)展或?qū)е掳邏K破裂；腸道菌群通過調(diào)節(jié)宿主的膽固醇和脂質(zhì)代謝影響AS斑塊的發(fā)生發(fā)展；腸道菌群的代謝產(chǎn)物可對(duì)AS的發(fā)生起到有益[如短鏈脂肪酸(SCFAs)]或有害[如氧化三甲胺(TMAO)]的影響[22]。

研究發(fā)現(xiàn)，高脂高糖飲食將誘導(dǎo)腸道菌群功能失調(diào)，破壞腸道屏障功能，刺激腸道組織發(fā)生炎癥反應(yīng)，通過腸上皮細(xì)胞吸收入血，引發(fā)血管壁的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致AS的發(fā)生，這表明腸道菌群失調(diào)是腸道屏障功能受損、炎癥反應(yīng)發(fā)生及AS形成的重要推手[23]。Liu等[24]通過對(duì)161名冠心病患者及40名健康人進(jìn)行多組學(xué)分析(16S rRNA基因V3-V4區(qū)域的序列和代謝組學(xué))，發(fā)現(xiàn)腸道菌群和代謝物的組成均隨冠心病的嚴(yán)重程度而發(fā)生顯著變化。與健康對(duì)照組相比，冠心病患者的腸道菌群變化顯著，如羅斯菌屬(Roseburia)、克雷伯桿菌屬(Klebsiella)、Ⅳ型梭菌(Clostridium Ⅳ)和瘤胃菌科(Ruminococcaceae)等,并通過影響宿主的代謝途徑進(jìn)一步影響患者AS的嚴(yán)重程度。

通過調(diào)節(jié)腸道菌群可以抑制AS的發(fā)生。TMAO被認(rèn)為是一種通過抑制肝臟膽汁酸合成來影響膽固醇代謝，促進(jìn)AS發(fā)生的危險(xiǎn)因子。Chen等[20]通過TMAO誘導(dǎo)載脂蛋白E敲除(ApoE-/-)小鼠致AS，研究結(jié)果顯示白藜蘆醇通過重塑小鼠腸道菌群來抑制三甲胺(TMA)的產(chǎn)生，降低了TMAO的水平，改善了AS；此外，白藜蘆醇還增加了乳酸桿菌和雙歧桿菌的相對(duì)豐度，提高了膽鹽水解酶的活性，從而增強(qiáng)ApoE-/-小鼠膽汁酸的合成及其排泄能力。Shimizu 等[25]研究發(fā)現(xiàn)次級(jí)膽汁酸DCA水平升高，通過上調(diào)氨基端激酶(JNK)和血小板源生長(zhǎng)因子β受體引起高脂飲食誘導(dǎo)血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移，通過改變腸道菌群組成和增加產(chǎn)生的DCA腸道細(xì)菌，改變了膽汁酸池的組成。通過調(diào)節(jié)腸道菌群改變膽汁酸池的組成及大小，為預(yù)防AS的發(fā)生提供了潛在的治療和預(yù)防策略。

4 膽汁酸代謝與動(dòng)脈粥樣硬化的關(guān)系

肝細(xì)胞受損時(shí)可引起膽汁酸合成及排泄障礙，肝細(xì)胞內(nèi)膽固醇7α-羥化酶(CYP7A1)及12α-羥化酶(CYP8B1)活力降低，膽汁酸的合成減少，體內(nèi)膽汁酸不足，影響脂類物質(zhì)和脂溶性維生素的吸收和代謝。與膽汁酸代謝紊亂相關(guān)的疾病多是由于膽汁酸代謝途徑中關(guān)鍵酶的活性下降或缺失, 膽汁酸合成減少，大量膽固醇或膽汁酸代謝中間產(chǎn)物在體內(nèi)積聚所致[26]。AS形成的直接原因是由于膽固醇代謝受阻及慢性炎癥反應(yīng)，因此膽汁酸代謝異常與AS的發(fā)生密切相關(guān)。在長(zhǎng)期高脂、高膽固醇食物飼養(yǎng)條件會(huì)出現(xiàn)AS，其機(jī)制可能是小鼠不能及時(shí)將過剩的膽固醇以膽汁酸的形式通過腸道排出體外，膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸的代謝途徑異?？蓪?dǎo)致高膽固醇血癥，進(jìn)而參與AS的發(fā)生、發(fā)展[27]。而在飲食條件相同的情況下，與健康對(duì)照組相比，冠心病患者的膽汁酸排泄能力明顯降低，糞便中總膽汁酸的含量明顯低于對(duì)照組，DCA和LCA更少，無法有效排泄膽汁酸會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)一步發(fā)展[28]。增加冠心病患者膽汁酸的排泄，對(duì)控制冠心病的發(fā)生發(fā)展有積極的作用。

膽汁酸作為重要的信號(hào)因子，主要通過FXR和G蛋白跨膜耦聯(lián)受體5(TGR5)受體調(diào)節(jié)脂質(zhì)、葡萄糖、能量代謝[29]，炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答[30-31]。 FXR又名膽汁酸受體，主要分布在肝臟和腸道系統(tǒng)中，參與脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)，尤其是三酰甘油的運(yùn)輸、合成和利用[32]。TGR5是G蛋白耦聯(lián)受體類紫紅質(zhì)樣超家族的一員，主要在膽囊、回腸和結(jié)腸中表達(dá)[33]，膽汁酸激活TGR5受體參與了生物體內(nèi)各種過程的調(diào)節(jié)[19]。

膽汁酸通過激活FXR影響AS的發(fā)生。ApoE-/-小鼠是目前已被廣泛應(yīng)用于AS的小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)，法尼醇X受體和載脂蛋白 E同時(shí)敲除(FXR-/-ApoE-/-)小鼠在喂食高脂、高膽固醇食物后，導(dǎo)致更嚴(yán)重的AS[34]。FXR降低AS斑塊形成的作用部分歸因于脂質(zhì)代謝，除了調(diào)控脂質(zhì)代謝外；FXR還可以抑制炎癥反應(yīng)，降低AS的發(fā)展進(jìn)程[35]。FXR還具有擴(kuò)張血管的作用，F(xiàn)XR通過增加內(nèi)皮一氧化氮合酶(eNOS)的表達(dá)和血管擴(kuò)張劑一氧化氮(NO)的產(chǎn)生，同時(shí)降低血管收縮內(nèi)皮素-1的表達(dá)來調(diào)節(jié)血管張力[36]。總的來說，激活FXR受體可以防止AS斑塊的形成。膽汁酸也通過激活TGR5受體影響AS的發(fā)展，有研究顯示TGR5具有抗AS作用，?；撬岷透拾彼峤Y(jié)合的膽汁酸可以通過激活細(xì)胞表面的膜受體TGR5，降低核因子kappa-B(NF-κB)的轉(zhuǎn)錄活性，抑制促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生，降低了低密度脂蛋白受體敲除(LDL-/-)小鼠的動(dòng)脈粥樣斑塊內(nèi)的炎癥，抑制AS的發(fā)展進(jìn)程與減少斑塊內(nèi)炎癥和減少斑塊巨噬細(xì)胞含量密切相關(guān)[37]。有研究表明FXR和TGR5雙重缺乏加劇了AS的發(fā)展[38]，F(xiàn)XR和TGR5的雙重激活是防治AS的一種潛在的有效策略。

5 小 結(jié)

膽固醇代謝受阻及慢性炎癥反應(yīng)是AS形成的直接原因，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物與AS緊密相關(guān)，同時(shí)膽汁酸作為腸道菌群與宿主代謝產(chǎn)生的重要信號(hào)因子在AS的形成過程中也扮演著重要的角色。探索腸道菌群-膽汁酸代謝軸在AS中的變化，積極有效的防治AS的發(fā)生，一方面，通過調(diào)節(jié)腸道菌群；另一方面，通過激活膽汁酸受體FXR和TGR5調(diào)節(jié)脂質(zhì)、代謝和炎癥反應(yīng)。因此，深入研究腸道菌群及膽汁酸代謝與AS的關(guān)系，從不同的角度去探討AS的發(fā)病機(jī)制，以期為防治AS提供新的思路。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。