肖純鋼 丁鎧 曹華 黃宏 唐惠芳 (南華大學(xué)附屬第一醫(yī)院，湖南 衡陽(yáng) 421001)

腸道菌群可通過(guò)產(chǎn)生代謝物如短鏈脂肪酸、膽汁酸及氧化三甲胺(TMAO)等來(lái)參與機(jī)體多種疾病的病理進(jìn)程，這其中就包括心力衰竭(心衰)。本文旨在綜述一種腸道菌群代謝物-TMAO對(duì)心衰病理進(jìn)程的影響，探討膳食前體-腸道菌群-TMAO-HF通路作為心衰治療新靶點(diǎn)的潛力。

1 心衰進(jìn)展機(jī)制及治療方式

心衰是各種心血管疾病的終末期，是全球發(fā)病、死亡和衛(wèi)生保健支出的主要原因之一。在我國(guó)，發(fā)病率不斷升高，病死率和再住院率居高不下，帶來(lái)了沉重的社會(huì)及公共衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)〔1〕。引起心衰臨床癥狀的主要機(jī)制有多種模式假說(shuō)，從最初的心腎模式到后面的血流動(dòng)力學(xué)模式，在此基礎(chǔ)上利尿劑、強(qiáng)心及靜脈舒張藥物的應(yīng)用，能夠改善患者的臨床癥狀，但不能解釋心衰進(jìn)展〔2〕。隨著神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)在心衰進(jìn)展中的作用被逐漸發(fā)現(xiàn)，當(dāng)心衰患者心功能下降時(shí)，機(jī)體通過(guò)神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)激活來(lái)代償，但隨時(shí)間延長(zhǎng)，各系統(tǒng)的活化會(huì)促使心臟重塑，加速心衰的病理進(jìn)程。在此基礎(chǔ)上神經(jīng)內(nèi)分泌抑制劑的使用能夠改善患者的臨床癥狀并抑制心臟重構(gòu)，這也是目前心衰主要的治療方法〔3〕。但神經(jīng)內(nèi)分泌模式還不能充分解釋心衰的病情進(jìn)展，對(duì)心衰發(fā)生發(fā)展的機(jī)制還需持續(xù)的探索和完善。

研究表明，腸道菌群可以通過(guò)產(chǎn)生代謝物如短鏈脂肪酸、膽汁酸及TMAO等來(lái)影響心衰的發(fā)生發(fā)展。尤其是TMAO可以增加心衰的風(fēng)險(xiǎn)，影響心衰的預(yù)后及降低心衰患者的遠(yuǎn)期生存率〔4〕。

2 TMAO生成與清除

循環(huán)中TMAO的生成主要分為兩步，第一步是紅肉、加工肉類(lèi)、乳制品、雞蛋及魚(yú)類(lèi)中富含的膽堿、磷脂酰膽堿和左旋肉堿等膳食前體〔5〕，經(jīng)腸道菌群的三甲胺(TMA)裂解酶生成TMA〔6〕，第二步是TMA經(jīng)門(mén)靜脈吸收入肝臟，經(jīng)肝臟的黃素單加氧酶(FMO)3轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)MAO〔7〕，而循環(huán)中的TMAO主要經(jīng)腎臟清除，也可通過(guò)汗液和呼吸排出。

3 TMAO對(duì)心衰病理進(jìn)程的影響

3.1血管 血管是心血管系統(tǒng)的重要組成部分，TMAO可通過(guò)破壞血管的生理功能使心衰的風(fēng)險(xiǎn)增加，心衰的病理進(jìn)程加速。多項(xiàng)研究表明，TMAO可通過(guò)血栓形成、促進(jìn)血管炎癥、內(nèi)皮功能障礙及動(dòng)脈粥樣硬化(AS)的形成等多個(gè)方面影響血管的功能。一項(xiàng)研究指出血漿TMAO水平可獨(dú)立預(yù)測(cè)血栓風(fēng)險(xiǎn)，研究提示TMAO通過(guò)增加細(xì)胞內(nèi)Ca2+釋放，促進(jìn)血小板高反應(yīng)性和血栓形成〔8〕。TMAO可通過(guò)激活血管內(nèi)皮細(xì)胞的Nod樣受體蛋白(NLRP)3炎性小體及炎癥信號(hào)通路導(dǎo)致氧化應(yīng)激和內(nèi)皮功能障礙〔9,10〕。通過(guò)影響血管功能也是TMAO參與AS形成的一個(gè)方面，另外還可以通過(guò)增加巨噬細(xì)胞表面促AS清除劑受體CD36和清道夫受體(SR)A的表達(dá)，促進(jìn)巨噬細(xì)胞膽固醇的積累，通過(guò)抑制膽固醇反向轉(zhuǎn)運(yùn)(RCT)，降低膽汁酸的合成，促進(jìn)AS發(fā)生〔11〕?？傊琓MAO可以從多方面影響血管的功能，使心衰的風(fēng)險(xiǎn)增加，促進(jìn)心衰的發(fā)展。

3.2代謝 TMAO可能通過(guò)影響代謝關(guān)鍵酶直接影響心臟能量代謝，通過(guò)抑制丙酮酸脫氫酶(PDH)，使線(xiàn)粒體能量代謝紊亂，降低脂肪酸氧化〔12〕。敲除TMAO生成關(guān)鍵酶FMO3可顯著降低糖異生酶、葡萄糖6-磷酸酶(G6PC)及磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PCK)1的表達(dá)，影響葡萄糖及脂質(zhì)代謝〔13〕。以上研究表明，TMAO可通過(guò)影響糖和脂質(zhì)代謝途徑關(guān)鍵酶來(lái)直接影響心臟能量代謝，使心臟代謝紊亂，而持續(xù)的代謝紊亂可促進(jìn)心衰進(jìn)展。

糖尿病作為一種典型的代謝性疾病，可以通過(guò)系統(tǒng)、心肌和細(xì)胞機(jī)制促進(jìn)心衰的發(fā)展。TMAO增加高脂飲食喂養(yǎng)小鼠的空腹胰島素水平和胰島素抵抗，并導(dǎo)致葡萄糖耐量受損〔14〕。而TMAO前體膽堿缺失可降低空腹胰島素濃度，改善葡萄糖耐量〔15〕。Chen等〔16〕發(fā)現(xiàn)生理濃度TMAO與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激酶(PERK)結(jié)合，并誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子FoxO1的激活，來(lái)降低葡萄糖耐量，使血漿胰島素水平升高。以上研究表明，TMAO可通過(guò)促進(jìn)胰島素抵抗，降低葡萄糖耐量來(lái)促進(jìn)糖尿病的發(fā)生發(fā)展，從而間接影響心臟能量代謝，促進(jìn)心衰進(jìn)展。

3.3纖維化 心肌纖維化是病理性心臟重塑的標(biāo)志，持續(xù)的纖維化會(huì)促進(jìn)心肌細(xì)胞病理性肥大和細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致心衰的發(fā)生發(fā)展。當(dāng)TMAO水平升高時(shí)，壓力過(guò)載誘導(dǎo)心衰易感性增強(qiáng)，心肌纖維化增加〔17〕。TMAO或高膽堿飲食可通過(guò)加速成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化加重心肌梗死后心肌纖維化〔18〕。西方飲食喂養(yǎng)的小鼠，循環(huán)TMAO水平明顯升高，通過(guò)促進(jìn)促炎因子腫瘤壞死因子(TNF)-α和白細(xì)胞介素(IL)-1β的表達(dá)，抑制抗炎因子IL-10的表達(dá)導(dǎo)致心臟纖維化和心功能障礙〔19〕。Li等〔20〕發(fā)現(xiàn)TMAO可以誘導(dǎo)NLRP3炎癥小體的激活并通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)-β/Smad3信號(hào)通路促進(jìn)心肌成纖維細(xì)胞增殖、遷移和膠原分泌，使心臟纖維化加重。總之，TMAO可以促進(jìn)心臟纖維化，使心臟順應(yīng)性降低，損害心臟收縮及舒張功能，加速心衰的病理進(jìn)程。

腎臟纖維化可導(dǎo)致腎功能持續(xù)惡化，而腎功能不全與心衰進(jìn)展密切相關(guān)。TMAO可以增加腎臟纖維化使腎功能持續(xù)受損。如：膽堿飲食或補(bǔ)充TMAO飲食，血漿TMAO濃度增加，增加腎小管間質(zhì)纖維化、膠原沉積及Smad3磷酸化，同時(shí)也加速了腎損傷〔21〕。接受高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠，循環(huán)TMAO水平明顯升高，促進(jìn)腎臟氧化應(yīng)激和促炎因子TNF-α、IL-1β釋放，導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化和腎功能障礙〔22〕。在腎功能不全的患者中，TMAO水平和腎功能受損似乎形成了惡性循環(huán)，這樣的惡性循環(huán)在心衰病情惡化和疾病進(jìn)展中作用不容忽視。

3.4心肌收縮力 心衰患者早期心肌收縮力升高以維持正常的射血，但心肌收縮力長(zhǎng)期升高會(huì)增加心臟能量消耗，導(dǎo)致病理重構(gòu)，促進(jìn)心衰病理進(jìn)程。TMAO可直接損害心肌細(xì)胞的收縮功能，可能與細(xì)胞Ca2+處理功能障礙和鈣去除效率的降低相關(guān)〔23,24〕。但Oakley等〔25〕發(fā)現(xiàn)TMAO可以在體外急性增加人心臟組織的收縮力，這可能與TMAO誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)鈣增加有關(guān)。TMAO對(duì)心肌收縮力有相反的結(jié)論，這可能是與心肌暴露在TMAO的時(shí)間、濃度和周?chē)募?xì)胞環(huán)境相關(guān)?？傊?，TMAO可能通過(guò)調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+含量影響心肌收縮力來(lái)參與心衰的疾病發(fā)展。鑒于TMAO可以增加心衰的風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)心衰進(jìn)展，可以通過(guò)控制TMAO水平來(lái)影響心衰的病理進(jìn)程。膳食前體-腸道菌群-TMAO-HF通路或許可以成為心衰治療的新方向。

4 治療

4.1從膳食前體著手 膳食干預(yù)體內(nèi)TMAO的生成離不開(kāi)各種膳食前體的攝入，通過(guò)膳食干預(yù)來(lái)調(diào)控TMAO水平是可行的。以高糖、高脂、高動(dòng)物蛋白攝入為主的西方飲食改變腸道菌群的組成，增強(qiáng)TMAO合成，增加心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)〔11〕。而以高攝入蔬菜、水果、橄欖油，適量飲酒(特別是紅酒)，低攝入奶制品、紅肉、加工肉類(lèi)及糖類(lèi)為特點(diǎn)的地中海飲食與較低的心衰風(fēng)險(xiǎn)和死亡率相關(guān)〔26〕。在地中海飲食組成部分的紅酒和初榨橄欖油中檢測(cè)到了3,3-二甲基-1-丁醇(DMB，TMA形成抑制劑)〔27〕，這提示地中海飲食對(duì)心衰的益處可能一部分歸功于降低TMAO的水平。通過(guò)干預(yù)膳食組成，如增加水果、蔬菜等植物性食物的比例以增加膳食纖維的攝入，減少紅肉、加工肉類(lèi)的比例，以此來(lái)調(diào)控TMAO水平，是經(jīng)濟(jì)實(shí)效的降低心衰風(fēng)險(xiǎn)的方法。

4.2從腸道菌群著手

4.2.1抗生素 治療早期針對(duì)心衰患者腸道的研究主要集中在使用廣譜抗生素凈化腸道，以減少細(xì)菌易位和炎癥。在大鼠缺血再灌注模型上，萬(wàn)古霉素可改變腸道細(xì)菌和真菌豐度，減少心肌梗死面積〔28〕。應(yīng)用抗生素能短期內(nèi)抑制TMAO的生成，但維持時(shí)間較短，可能與耐抗生素的腸道菌群擴(kuò)大有關(guān)〔29〕。除抗生素耐藥性外，抗生素的其他安全性問(wèn)題也被逐漸發(fā)現(xiàn)。考慮到這些安全性問(wèn)題及在眾多臨床試驗(yàn)中缺乏臨床效果，抗生素在調(diào)控腸道菌群方面上應(yīng)謹(jǐn)慎應(yīng)用。

4.2.2益生菌 益生菌是對(duì)宿主健康有益的活微生物。植物乳桿菌299v攝入可減少腸道上皮細(xì)菌的易位，減輕炎癥反應(yīng)〔30〕。冠狀動(dòng)脈結(jié)扎前補(bǔ)充299v的大鼠可減少梗死面積〔28〕。另一項(xiàng)研究在補(bǔ)充鼠李糖乳桿菌GR-1后大鼠心肌缺血模型中顯示類(lèi)似的心臟保護(hù)作用〔31〕。有研究指出益生菌可以通過(guò)重塑腸道菌群來(lái)抑制TMAO合成〔32〕，這表明益生菌可能通過(guò)降低TMAO合成來(lái)發(fā)揮心臟保護(hù)作用。另一方面也有益生菌在臨床應(yīng)用中引起心內(nèi)膜炎和肝膿腫等疾病的少量案例〔33〕，但這并不影響益生菌這種治療方法的廣大前景，后續(xù)需要在臨床上進(jìn)一步驗(yàn)證其安全性。

4.2.3益生元 益生元是一種不可消化的食物成分，可以給宿主帶來(lái)潛在健康益處。低聚果糖和菊粉是天然益生元，可以刺激雙歧桿菌生長(zhǎng)、介導(dǎo)減輕內(nèi)毒素血癥、改善代謝功能〔34〕。益生元還可增加腸道激素的釋放，減輕代謝性?xún)?nèi)毒素血癥和炎癥性疾病，改善腸道屏障功能〔35〕。白藜蘆醇是一個(gè)很好的候選益生元，可以促進(jìn)有益共生體的生長(zhǎng)，通過(guò)重塑小鼠腸道菌群，可能導(dǎo)致腸道微生物TMA產(chǎn)生減少〔36〕。目前益生元在治療心衰和影響TMAO水平上面的研究有限，有待進(jìn)一步研究。

4.2.4糞便微生物群移植(FMT) 接受瘦素供體的FMT可使患有代謝綜合征的肥胖受試者胰島素敏感性恢復(fù)正?！?7〕。來(lái)自素食者的FMT改變了一些患者的腸道微生物群組成，使其成為素食者〔38〕。這預(yù)示著可以將低TMAO水平的供者糞便微生物群移植到高TMAO水平和心衰人群當(dāng)中，從而起到降低TMAO水平和延緩心衰進(jìn)展的效果。但在當(dāng)今社會(huì)當(dāng)中，不僅供者的數(shù)量十分有限，F(xiàn)MT本身也存在著風(fēng)險(xiǎn)，有報(bào)告指出FMT會(huì)傳播耐藥大腸桿菌，導(dǎo)致2例患者出現(xiàn)菌血癥，其中1例死亡〔39〕。FMT為調(diào)控腸道微生物組成提供了一種方法，但考慮到其感染和排斥的風(fēng)險(xiǎn)，需要對(duì)其安全性和可行性進(jìn)一步驗(yàn)證。

4.3從TMAO代謝的關(guān)鍵酶著手

4.3.1微生物TMA裂解酶抑制劑 膽堿TMA裂解酶(cutC/D)是膽堿轉(zhuǎn)化為T(mén)MA的關(guān)鍵酶〔6〕，而DMB是一種膽堿結(jié)構(gòu)類(lèi)似物，Wang等〔27〕將其開(kāi)發(fā)為膽堿TMA裂解酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制劑，通過(guò)抑制TMA生成以降低TMAO水平。Roberts等〔40〕開(kāi)發(fā)了膽堿類(lèi)似物-氟甲基膽堿(FMC)和碘甲基膽堿(IMC)，不可逆地與cutC/D結(jié)合，使其失活，從而減少TMA生成。微生物TMA裂解酶抑制劑的種類(lèi)需要進(jìn)一步研發(fā)，且需要驗(yàn)證其臨床有效性。

4.3.2黃素單氧化酶(FMO)3抑制劑 甲巰咪唑是FMO3的高親和力底物，可競(jìng)爭(zhēng)性地抑制其他化合物的代謝〔41〕。來(lái)自天然蔬菜成分3,3-二吲哚甲烷和吲哚-3-甲醇也是FMO3的有效抑制劑〔42〕。然而抑制FMO3可以產(chǎn)生肝臟炎癥，且會(huì)導(dǎo)致全身TMA水平升高，讓患者全身產(chǎn)生一種特發(fā)性惡臭，類(lèi)似于一種先天性疾病——三甲基尿癥〔43〕。因此，F(xiàn)MO3抑制劑使用前需要慎重考慮其不良反應(yīng)。

5 爭(zhēng)議

對(duì)于TMAO在心血管疾病中的作用，學(xué)術(shù)界也存在著爭(zhēng)議。有研究表明，TMAO在心血管疾病方面可能是有益的。如：高表達(dá)人膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白(hcETP)的載脂蛋白(Apo)E-/-小鼠喂養(yǎng)高劑量左旋肉堿，循環(huán)升高的TMAO水平與主動(dòng)脈疾病大小呈負(fù)相關(guān)〔44〕。慢性小劑量TMAO治療可改善自發(fā)性高血壓大鼠的舒張功能障礙和心臟纖維化〔45〕。而這些臨床前研究本身的局限性不可忽視，往后的研究需要進(jìn)一步驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。TMAO在魚(yú)類(lèi)中的含量很高，而高魚(yú)類(lèi)攝入可以降低心血管疾病的危險(xiǎn)因素，與心衰死亡率呈負(fù)相關(guān)〔46〕。富含TMAO的魚(yú)類(lèi)對(duì)心血管疾病的保護(hù)作用，并不等價(jià)于TMAO有益于心血管疾病，這可能由于魚(yú)類(lèi)中含有的對(duì)心血管疾病有益物質(zhì)(如ω-3脂肪酸)帶來(lái)的好處大于TMAO帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)〔47〕。

更有學(xué)者認(rèn)為是TMAO前體在發(fā)揮對(duì)心血管疾病的作用，而非TMAO本身，TMA似乎更能成為心血管病風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)志〔48〕。在未來(lái)的研究中，應(yīng)該同時(shí)評(píng)估TMAO和TMA在心血管疾病中的作用。

6 展望

TMAO在心衰方面的研究為心衰疾病進(jìn)展機(jī)制的完善與推進(jìn)指出一條道路，但TMAO參與心衰疾病進(jìn)展的具體機(jī)制研究還存在諸多爭(zhēng)議，未來(lái)需要直面這些爭(zhēng)議，進(jìn)一步明確和完善TMAO在心衰疾病進(jìn)展的作用機(jī)制。膳食前體-腸道菌群-TMAO-HF通路可能成為未來(lái)心衰患者治療的新方向，通過(guò)膳食干預(yù)、調(diào)節(jié)腸道菌群、抑制腸道微生物轉(zhuǎn)化酶等來(lái)降低循環(huán)TMAO水平以延緩心衰的病理進(jìn)程，未來(lái)有望通過(guò)調(diào)控該通路來(lái)改善心衰患者的預(yù)后，提高遠(yuǎn)期生存率。