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氧化三甲胺與心血管疾病關(guān)系及相關(guān)治療方法的研究進(jìn)展

2024-05-25 04:14:31劉浩,吳明祥,任海波
關(guān)鍵詞:腸道菌群心血管疾病綜述

劉浩,吳明祥,任海波

摘要近年來,隨著心血管疾病發(fā)病率與死亡率逐年增高,腸道菌群與心血管疾病的關(guān)系受到越來越多的關(guān)注。腸心軸成了一個(gè)新的研究方向,腸道菌群的代謝產(chǎn)物氧化三甲胺(TMAO)被證明可能與心力衰竭、心房顫動(dòng)、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、高血壓等心血管疾病存在關(guān)聯(lián),TMAO可能成為心血管疾病中一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。本研究綜述TMAO與心血管疾病的關(guān)系,為臨床心血管疾病的診治提供新的方向。

關(guān)鍵詞心血管疾??;氧化三甲胺;腸道菌群;綜述

doi:10.12102/j.issn.1672-1349.2024.08.018

隨著人類經(jīng)濟(jì)和生活水平的提高,心血管疾病的發(fā)病率逐年上升。目前,我國心血管病現(xiàn)患人數(shù)接近3億人,高血壓、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟?。ü谛牟。?、心力衰竭、心房顫動(dòng)等心血管疾病已然成為危害人類健康的極大威脅。據(jù)調(diào)查我國居民心血管疾病死亡比例占城鄉(xiāng)居民總死亡比例的首位,約占45%[1]。目前沙庫巴曲纈沙坦、鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2抑制劑等新的治療藥物已應(yīng)用于心血管疾病治療中[2],但是這些藥物對(duì)心血管疾病的治療仍然有一定的局限性,仍需要積極尋找新的治療方向。近年來,腸道菌群及其代謝物被證明與心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān),尤其是氧化三甲胺(trimethylamine-N-oxide,TMAO)成了目前研究的熱點(diǎn)。TMAO對(duì)心血管疾病病人的危害及其致病機(jī)制逐漸被發(fā)現(xiàn),降低TMAO的治療方法也在探索之中。本研究就TMAO與心血管疾病的關(guān)系及相關(guān)治療方法進(jìn)行綜述,以期為臨床心血管疾病的診治提供新的方向。

1TMAO的來源、代謝和排泄

人類消化道中含有許多細(xì)菌,結(jié)腸是細(xì)菌總數(shù)的主要貢獻(xiàn)者,其細(xì)菌濃度約為1011個(gè)/mL[3]。在生理?xiàng)l件下,寄生于大腸的主要菌門是擬桿菌門和厚壁菌門,數(shù)量約占腸道細(xì)菌數(shù)量的90%,腸道細(xì)菌可分泌許多代謝物如TMAO、短鏈脂肪酸、次級(jí)膽汁酸、脂多糖等[4],由此可見腸道菌群類似人體中的一個(gè)內(nèi)分泌器官,影響著機(jī)體的生理、免疫和穩(wěn)態(tài)。在海鮮及魚肉中含有豐富的膽堿、甜菜堿、左旋肉堿及游離TMAO,膽堿、甜菜堿、左旋肉堿這幾種物質(zhì)被腸道微生物的膽堿-TMA裂解酶(CutC/D)、肉堿單加氧酶(CntA/B)等酶系統(tǒng)代謝為偏苯三酸酐(trimethylamine,TMA),TMA被吸收到血液中,然后通過門靜脈循環(huán)進(jìn)入肝臟,并被黃素單加氧酶氧化成TMAO[5]。在循環(huán)血液中的TMAO分布于全身各個(gè)組織器官并對(duì)它們?cè)斐蓳p害,尤其是在心臟和血管中,可造成心肌纖維化和血管炎性病變。TMAO在人體可以經(jīng)過腎臟、糞便和呼吸道排泄,但主要還是靠腎臟排泄[6],因此在慢性腎功能不全的病人中也能發(fā)現(xiàn)TMAO的升高。

2TMAO與心血管疾病

2.1TMAO與心力衰竭

心力衰竭是各種心臟疾病的終末階段,慢性心力衰竭病人由于腸黏膜屏障功能障礙、繼發(fā)的腎功能不全以及膽堿TMA裂解酶基因上調(diào)等因素導(dǎo)致血漿TMAO明顯增加[7-8]。許多心力衰竭病人血漿腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)增加明顯,這是因?yàn)門MAO可以刺激血管內(nèi)皮產(chǎn)生TNF-α[9]。TNF-α是心血管病變的早期預(yù)測(cè)指標(biāo),可通過激活絲裂原活化蛋白激酶-核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)通路加重心肌纖維化和心室擴(kuò)張程度,促進(jìn)心力衰竭的進(jìn)展[10]。 因此,TMAO-TNF-α途徑可能是心肌纖維化加重的原因之一。

血漿TMAO及其前體與心力衰竭病人心功能及預(yù)后相關(guān)。有學(xué)者研究了1 783例心力衰竭病人血漿乙酰-L-肉堿、甜菜堿、膽堿、γ-丁基甜菜堿、L-肉堿和TMAO等膽堿-肉堿途徑相關(guān)代謝物與心力衰竭嚴(yán)重程度和結(jié)局的相關(guān)性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)膽堿-肉堿途徑相關(guān)代謝物升高的種類、數(shù)量不僅與3年時(shí)不良預(yù)后相關(guān),還與心功能分級(jí)、腦鈉肽(brain natriuretic peptide,BNP)水平、年齡、缺血性病因等因素相關(guān)[11]。另外,TMAO可進(jìn)行性加重腎小管間質(zhì)纖維化和功能障礙[7],這可能是加重慢性心力衰竭進(jìn)展的潛在機(jī)制之一。Israr等[12]測(cè)定了806例急性心力衰竭病人入院時(shí)血漿TMAO-膽堿/肉堿代謝途徑的代謝物濃度并在30 d和1年時(shí)進(jìn)行隨訪,發(fā)現(xiàn)病人入院時(shí)的血漿TMAO水平與1年時(shí)的全因死亡率、心力衰竭導(dǎo)致的死亡以及再住院有關(guān),但是與30 d時(shí)的短期預(yù)后相關(guān)性相對(duì)較弱。

綜上可見,無論是在急性或慢性心力衰竭病人中,血漿TMAO水平都是其遠(yuǎn)期預(yù)后的強(qiáng)烈預(yù)測(cè)因子。另外,當(dāng)射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭病人BNP較低時(shí),聯(lián)合應(yīng)用TMAO和BNP進(jìn)行危險(xiǎn)分層可以更好地評(píng)估病人生存率,例如2種生物標(biāo)志物水平均較低的病人生存率最高,當(dāng)1種或2種生物標(biāo)志物水平短期內(nèi)升高時(shí)病人生存率降低[13]。

部分研究還表明TMAO的升高與心臟的舒張功能障礙有一定的相關(guān)性。Tang等[14]通過觀察112例慢性收縮性心力衰竭病人發(fā)現(xiàn)TMAO的升高與左心室舒張功能障礙之間有一定相關(guān)性,但是與左心室收縮功能障礙之間的關(guān)系不太明顯。同樣,Shuai等[15]對(duì)小鼠實(shí)行單側(cè)腎切除術(shù)并持續(xù)輸注醛固酮制造舒張性心力衰竭模型,然后再對(duì)這些小鼠喂養(yǎng)高膽堿飼料,4周后對(duì)小鼠進(jìn)行超聲心動(dòng)圖和血流動(dòng)力學(xué)測(cè)量,結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠的左室肥厚、肺充血和舒張功能障礙明顯加重,心肌纖維化和炎癥明顯增加。此外,Huang等[16]研究表明,服用抗TMAO藥物可以顯著改善膽堿喂養(yǎng)的射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭小鼠的心臟舒張功能障礙、心肌纖維化和炎癥。因此,降低TMAO水平在一定程度上可以逆轉(zhuǎn)心臟功能障礙和心肌纖維化。

2.2TMAO與心房顫動(dòng)

心房顫動(dòng)病人腸道菌群中有豐富的埃希氏菌屬、克雷伯氏菌屬和檸檬酸桿菌屬,而這些菌屬包含了大量TMA酶基因,富含TMA酶基因的腸道菌屬是心房顫動(dòng)病人腸道產(chǎn)生TMAO的關(guān)鍵微生物,并且埃希氏菌、克雷伯氏菌和檸檬酸桿菌已被鑒定為是含有CntA基因序列的菌屬,該基因序列在TMAO的產(chǎn)生中也發(fā)揮了作用[17]。Nguyen等[18]研究顯示,血漿TMAO水平與心房顫動(dòng)的類型有關(guān),持續(xù)性心房顫動(dòng)病人的TMAO水平顯著高于陣發(fā)性心房顫動(dòng)病人。但該研究存在一定局限,首先,研究人群的數(shù)量較少,只有56例;其次,持續(xù)性心房顫動(dòng)病人與陣發(fā)性心房顫動(dòng)病人相比往往有更多的合并癥如高血壓、冠心病、心力衰竭等。

目前認(rèn)為TMAO升高引起的心房相關(guān)炎癥信號(hào)通路、連接蛋白的重構(gòu)和心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的激活可能是心房顫動(dòng)進(jìn)展的潛在機(jī)制。Jiang等[19]發(fā)現(xiàn),糖尿病心肌病小鼠心房的白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6和TNF-α等炎性因子水平明顯升高以及連接蛋白表達(dá)下降,而通過應(yīng)用3,3-二甲基-1-丁醇(3,3-dimethyl-1-butanol,DMB)降低TMAO水平后發(fā)現(xiàn)心房炎癥和連接蛋白重塑有明顯的改善。這與李澤樺等[20]研究結(jié)論相似,他們也認(rèn)為 TMAO可以增加心肌炎癥反應(yīng),降低心肌細(xì)胞連接蛋白Cx43的表達(dá)。Yu等[21]將TMAO和生理鹽水局部注射到正常犬的4個(gè)主要的心房神經(jīng)節(jié)叢中,結(jié)果顯示TMAO顯著增加了右前神經(jīng)節(jié)叢的功能及其神經(jīng)元的放電頻率和振幅,縮短了有效不應(yīng)期,表明TMAO可以單獨(dú)激活心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)并增加正常犬的心房顫動(dòng)誘發(fā)率。

2.3TMAO與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病

多種危險(xiǎn)因素可導(dǎo)致冠心病,如血脂異常、高血壓、糖尿病、吸煙、肥胖等。研究發(fā)現(xiàn),除了上述危險(xiǎn)因素外,血漿 TMAO水平升高與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[22]。TMAO通過增強(qiáng)免疫和炎癥反應(yīng)、干擾膽固醇代謝和促進(jìn)血小板活化等增加冠心病的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[23]。在美國,一項(xiàng)納入5 888名老年社區(qū)人群的前瞻性多中心隊(duì)列研究結(jié)果顯示,TMAO與動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾?。╝therosclerotic cardiovascular disease,ASCVD)的高風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[24]。另外,TMAO水平和冠心病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)之間存在著劑量依賴性關(guān)系,研究顯示血漿TMAO水平高于6 μmol/L提示該病人未來患冠心病的概率明顯增加[25]。

冠心病病人支架植入后出現(xiàn)新生動(dòng)脈粥樣硬化及斑塊破裂是導(dǎo)致極晚期支架內(nèi)血栓形成(very late stent thrombosis,VLST)的重要原因。Tan等[26]研究認(rèn)為,VLST病人血漿TMAO水平顯著高于正常健康個(gè)體,VLST病人中有新生動(dòng)脈粥樣硬化病人的血漿TMAO水平顯著高于無新生動(dòng)脈粥樣硬化病人,斑塊破裂病人血漿TMAO水平顯著高于無斑塊破裂病人。由此可見,高TMAO水平與支架內(nèi)新生動(dòng)脈粥樣硬化以及斑塊破裂之間具有較強(qiáng)相關(guān)性。

Sheng等[27]前瞻性地招募了2個(gè)隊(duì)列,包括335例ST段抬高型心肌梗死(ST-elevation myocardial infarction,STEMI)病人和53名健康對(duì)照者,冠狀動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷通過病變冠狀動(dòng)脈的數(shù)量和SYNTAX評(píng)分進(jìn)行量化,在335例STEMI病人中,多支血管病變組的TMAO水平顯著高于單支血管病變組,SYNTAX評(píng)分高的病人TMAO水平顯著高于SYNTAX評(píng)分低的病人,這也就表明血漿TMAO水平與STEMI病人高冠狀動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷相關(guān)。隨后Waleed等[28]還進(jìn)一步研究了73例非ST段抬高型心肌梗死(non-ST-elevation myocardial infarction,NSTEMI)病人的TMAO水平與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷相關(guān)性,也得出了類似的結(jié)論??梢?,無論是在STEMI還是NSTEMI病人中,TMAO的升高始終與較高的冠狀動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷相關(guān)。

利用光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)研究發(fā)現(xiàn),冠心病病人中高TMAO水平與薄纖維帽發(fā)生率、微血管出現(xiàn)率以及薄帽纖維粥樣斑塊發(fā)生率呈正相關(guān)[29]。以上這些是易損斑塊的特點(diǎn),預(yù)示著高TMAO水平病人的易損斑塊發(fā)生率增加,導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈內(nèi)血栓形成概率增大。

2.4TMAO與高血壓

血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)是腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的主要成分,在高血壓的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用。Jiang等[30]通過對(duì)小鼠注射TMAO+AngⅡ發(fā)現(xiàn),TMAO可能通過蛋白激酶R樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶/活性氧類/鈣調(diào)蛋白激酶Ⅱ/磷脂酰肌醇特異性磷脂酶Cβ3(PERK/ROS/CaMKII/PLCβ3)軸加重AngⅡ所致的腎入球小動(dòng)脈收縮導(dǎo)致高血壓,并且在經(jīng)過抗生素治療后血壓降低,但是單獨(dú)應(yīng)用TMAO對(duì)小鼠血壓影響不大。另外,一項(xiàng)納入6 176例高血壓病人的薈萃分析發(fā)現(xiàn),較高的TMAO濃度與較高的高血壓患病率有關(guān),血液TMAO濃度每增加5 μmol/L,高血壓患病率可增加9%[31]。

Liu等[32]分別對(duì)大鼠飼喂高鹽或正常鹽飼料,結(jié)果顯示與正常鹽飲食相比高鹽飲食大鼠血漿和腦脊液中的TMAO更高,血壓也更高,交感神經(jīng)活動(dòng)更加明顯,其具體機(jī)制是高水平的TMAO會(huì)使大腦中的神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激增加,從而導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮引起高血壓,而用DMB抑制TMAO生成可減少下丘腦室旁核中的神經(jīng)炎癥和氧化應(yīng)激繼而逆轉(zhuǎn)上述變化。

3他汀類藥物對(duì)TMAO水平的影響

在阿托伐他汀治療高脂血癥病人中的效果研究中,Li等[33]測(cè)定了這些病人的血漿TMAO水平,結(jié)果顯示在他汀類藥物治療3個(gè)月后,該類病人的血漿TMAO水平明顯降低,且在停用他汀4周后,TMAO水平又升高至基線水平。但是該研究樣本量較少,共計(jì)納入106例血脂異常的病人,且他汀藥物的類型及劑量存在差異,同時(shí)各亞組的病人臨床特征如體質(zhì)指數(shù)等存在差異,這些都會(huì)影響結(jié)論準(zhǔn)確性。此外有研究回顧性分析了4 007例接受冠狀動(dòng)脈造影病人的血漿TMAO水平和他汀類藥物的使用數(shù)據(jù),結(jié)果表明他汀的使用與TMAO降低有關(guān)聯(lián),并且他汀類藥物的使用與主要心血管不良事件(major adverse cardiovascular events,MACE)呈負(fù)相關(guān),而高水平的血漿TMAO與MACE增加相關(guān)[33]。Xiong等[34]測(cè)定了112例ASCVD病人瑞舒伐他汀治療前后的血漿TMAO水平,發(fā)現(xiàn)瑞舒伐他汀治療后病人TMAO水平下降[(5.63±4.52)μmol/L 與(3.82±2.72) μmol/L,P<0.001]。

目前,發(fā)現(xiàn)許多方法可以降低血漿TMAO水平,如植物飲食、抗生素、益生菌、小檗堿、二甲雙胍及糞群移植等[35-40]。他汀類藥物作為一種目前使用較為成熟的藥物,其降TMAO效應(yīng)為今后心血管疾病的治療提供了一個(gè)新的方向。

4小結(jié)

腸道菌群是近年來的研究熱點(diǎn),腸道菌群代謝物TMAO可以作為早期預(yù)警標(biāo)志物,以識(shí)別有心血管疾病進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體,同時(shí)它也可以作為一種新型治療靶點(diǎn),以改善心血管疾病病人病情及預(yù)后。但是腸道菌群與疾病發(fā)展之間的聯(lián)系十分復(fù)雜,涉及了免疫調(diào)節(jié)、炎癥反應(yīng)、腸道屏障完整性及代謝穩(wěn)態(tài)等,需要繼續(xù)深入研究TMAO致病分子代謝及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的具體機(jī)制,以研制出相應(yīng)的藥物降低血漿TMAO水平。他汀類藥物是一種羥甲基戊二酰輔酶A還原酶抑制劑,在臨床中廣泛應(yīng)用于降低低密度脂蛋白膽固醇水平和冠狀動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。他汀類藥物除具有降脂、穩(wěn)定粥樣斑塊的作用外,還可以通過降低血漿TMAO水平從而改善腸道菌群組成,但是具體機(jī)制仍不明確。因此,TMAO致病以及其相關(guān)治療方法的具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究,為未來臨床心血管疾病的診治提供理論依據(jù)。

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(收稿日期:2023-01-11)

(本文編輯王雅潔)

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