肠道菌群与卒中

肠道菌群对卒中的影响

1、影响血管危险因素

人体肠道菌群主要由厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门、放线菌门、梭杆菌门、疣微菌门(Verrucomicrobia)、螺旋体菌门等组成，其中厚壁菌门和拟杆菌门占整个肠道菌群的80%以上，厚壁菌门与拟杆菌门之比是反映肠道菌群失调的重要指标。厚壁菌门细菌绝大多数属于梭菌纲，其中球形梭菌亚群和柔嫩梭菌亚群为肠道内最为常见的2个类群。拟杆菌门主要分为拟杆菌、普雷沃氏菌和卟啉单胞菌，其中拟杆菌为最优势的类群，包括普通拟杆菌、多形拟杆菌、粪便拟杆菌等10余种已培养的菌种。肠道菌群对人体有代谢、营养及保护作用，可将人体不能消化的碳水化合物最终分解为短链脂肪酸，促进肠道发育，抵御病原体入侵。双歧杆菌、乳酸杆菌等为主要的益生菌；而产气荚膜杆菌、假单胞菌、粪肠球菌等对人体有害。近年来的研究显示，肠道菌群可通过影响高血压、糖尿病、肥胖、高脂血症等血管危险因素，进而影响卒中的发病风险。

Pevsner-Fischer等认为，肠道菌群失调与高血压密切相关，其中以厚壁菌门与拟杆菌门之比与血压相关性较为密切。Adnan等的研究显示，移植来自自发性高血压小鼠的肠道菌群后，正常血压小鼠厚壁菌门与拟杆菌门之比增高，同时其血压明显升高，因此推测肠道菌群紊乱可直接导致自发性高血压。此外，肠道菌群还可通过包括基因、表观遗传学、肠道儿茶酚胺代谢和盐敏感性等多种因素间接对血压产生影响，这些因素可能影响血压的最终水平以及高血压的控制。例如，盐皮质激素增多的小鼠给予高纤维素饮食后，其肠道菌群厚壁菌门与拟杆菌门之比降低，双歧杆菌数量增多，血压也明显降低，说明改善肠道菌群失调可减轻盐皮质激素增加所致的血压增高。

肠道菌群与肥胖、2型糖尿病等营养代谢相关疾病同样密切相关。肠道菌群与宿主共同受到早年饮食和营养的影响，可通过参与多糖裂解、营养吸收、免疫反馈、肠黏膜渗透性、胆汁酸修饰等来参与宿主生命活动。研究表明，肠道菌群比例失调可导致体重增加和胰岛素抵抗，而改变特定细菌的数量可降低宿主体重和减轻胰岛素抵抗。例如，γ-变形菌亚门(Gammaproteobacteria)、疣微菌门以及厚壁菌门与拟杆菌门之比的改变对体重增加有重要影响；厚壁菌门中柔嫩梭菌群等产生丁酸盐的菌群减少可能会加重胰岛素抵抗，因此可通过补充产丁酸盐的菌群来减轻胰岛素抵抗。Garidou等的研究显示，高热量饮食可引起肠道菌群失调，表现为紫单胞菌科数量下降，拟杆菌门和丛毛单胞菌门数量增加，进而损伤肠道抗原递呈细胞的功能，减少肠道分泌白细胞介素(interleukin, IL)-17的Th17细胞和表达类视黄醇相关孤儿受体γt(retinoid-related orphan receptor γt, RORγt)的CD4^＋ T细胞数量，进而加速糖尿病、肥胖等代谢性疾病的进程，增高卒中发病风险。因此，在减少高热量饮食摄入的同时要关注相应肠道菌群的变化。

2、促进动脉粥样硬化形成

肠道菌群失调可通过促进胆固醇蓄积、氧化应激和炎性因子释放来促进动脉粥样硬化的发生。血清胆固醇水平与动脉粥样硬化直接相关，而胆汁酸是胆固醇在肝脏内的代谢产物。进入肠道的初级胆汁酸通过肠道细菌酶的去结合反应生成次级胆汁酸，肠道菌群不仅能调节能量代谢途径中的某一环节，还可通过改变菌群或调节宿主代谢相关蛋白酶来影响宿主能量平衡。关于胆固醇与肠道菌群的联系已得到证实，而近期研究提示，血浆胆碱、甜菜碱、TMAO等代谢产物水平增高也是心血管病发病的预测因素。其中，胆碱和甜菜碱的预测作用受TMAO影响，因此TMAO备受关注。TMAO是由磷脂酰胆碱、肉毒碱、胆碱等作为碳源被肠道菌群利用产生三甲胺，然后经过肝肠循环进入肝脏被氧化生成的。胆碱、甜菜碱、TMAO等代谢物质会加速巨噬细胞内的胆固醇聚积，促进泡沫细胞的形成，从而导致动脉粥样硬化。相对于无菌小鼠，肠道菌群可通过促进TMAO生成导致血小板反应性增高，从而增高血栓形成风险；这是因为当血小板单独暴露于TMAO时，后者可通过一系列反应增加血小板内储存的Ca^2＋释放，使血小板明显激活。研究表明，无症状动脉粥样硬化和非动脉粥样硬化患者的肠道菌群和血浆TMAO水平并无改变，而大动脉粥样硬化性缺血性卒中和短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack, TIA)患者往往存在明显的肠道菌群失调和血浆TMAO水平降低。不过，目前尚无法判断TMAO水平降低发生在疾病出现前还是出现后，也有可能是疾病本身或治疗过程影响了TMAO水平，因此还有待进一步研究澄清。颈动脉粥样硬化患者的血清肉毒碱及其代谢产物γ-丁酰甜菜碱升高，其中后者与动脉粥样硬化导致的死亡相关。因此，控制肠道菌群进而降低血浆TMAO、胆碱和甜菜碱水平，对动脉粥样硬化的发生、发展和预后具有重要意义。3，3-二甲基-1-丁醇存在于香醋、红酒等多种发酵液体中，其结构类似于胆碱，可减少由肠道菌群产生的三甲胺，也可通过抑制三甲胺裂解酶的作用减少胆碱向三甲胺的转化，进而减少TMAO产量。这说明，抑制三甲胺形成同样是动脉粥样硬化性疾病的潜在治疗靶点。

3、影响卒中严重程度

无症状动脉粥样硬化、TIA和缺血性卒中患者的肠道菌群种类和数量存在差异。Yin等的研究显示，对于无症状动脉粥样硬化患者，无论是否存在颈动脉斑块，其肠道菌群均无显著差异。然而，相对于无症状颈动脉粥样硬化患者，缺血性卒中或TIA患者的肠道菌群存在显著差异，表现为肠杆菌属、巨型球菌属以及脱硫弧菌属等机会致病菌增多，而拟杆菌门中的拟杆菌属和普氏菌属以及厚壁菌门中的柔嫩梭菌群细菌数量减少；与轻度卒中患者相比，严重卒中患者肠道变形菌门的有害细菌更多，提示菌群失调与疾病严重程度呈正相关。不过，目前尚未明确肠道菌群失调究竟是发病前就出现在有易患倾向的患者体内，还是由卒中后的应激反应所致。

抗生素使用可人为引起肠道菌群失调，对菌群产生快速和长远的影响。例如，使用克林霉素超过7 d即可引发肠道菌群改变，在停药2年后依然能发现其作用。Winek等对C57BL/6J小鼠给予8周混合广谱抗生素治疗，然后将其随机分为3组：停用抗生素3 d后大脑中动脉闭塞(middle cerebral artery occlusion, MCAO)组、持续使用抗生素的假手术组以及未使用抗生素的MCAO组。结果显示，MCAO前3 d停用抗生素合剂组小鼠的生存率显著低于假手术组和未使用抗生素MCAO组，提示正常肠道菌群对缺血性卒中具有保护作用，可通过保持肠道正常菌群和避免因长期使用广谱抗生素导致的卒中病死率降低。相反，在Benakis等的研究中，使用阿莫西林和克拉维酸2周诱导肠道菌群失调可减轻小鼠急性脑损伤，主要机制可能是引起小鼠小肠内环境稳态改变，通过改变树突状细胞活动，引起T细胞向不同方向分化，导致调节性T细胞(regulatory T cell, T_reg)细胞数量增加，分泌IL-17的γδ T细胞数量减少，T_reg通过下调缺血性脑组织的炎性反应起到脑保护作用，而IL-17则会加重缺血性脑损伤。此外，肠道菌群失调还能抑制分泌IL-17的γδ T细胞从肠道向软脑膜迁移。这说明，抗生素的类型和使用时间对肠道菌群变化的影响存在差异，其对卒中转归的影响也不相同。

4、影响卒中后免疫反应

卒中后免疫反应抑制导致宿主免疫力下降和免疫屏障破坏，此时肠道菌群可能成为卒中患者全身感染的原因。肠道菌群可通过对肠道T细胞的调控影响卒中后感染风险。在体细胞追踪实验中观察到，淋巴细胞可从肠道转移到缺血脑组织中，提示移植失调菌群会促进缺血脑组织炎症的发展，且部分细菌能通过其多肽及短链脂肪酸产物影响脑组织的免疫反应。

5、影响卒中转归

肠道菌群失调会对脑缺血模型小鼠转归产生不良影响，而移植正常肠道菌群或补充丁酸梭菌等益生菌可产生有利作用。对卒中患者合并应用抗生素治疗可能会进一步加重肠道菌群紊乱，甚至消灭共生细菌，而细菌产物会成为对人体有害的毒素。大量广谱抗生素预处理可导致MCAO小鼠肠道微生物数量显著减少，引起急性重症结肠炎，导致小鼠死亡率显著升高；治疗性粪便菌群移植能使脑损伤诱导的肠道菌群失调变为正常，从而改善卒中转归。在糖尿病小鼠中证实，在双侧颈总动脉闭塞缺血再灌注诱导脑损伤后补充丁酸梭菌具有有利作用，表现为神经功能缺损减轻，提示补充益生菌能作为糖尿病小鼠脑损伤的治疗方法。

卒中对肠道菌群的影响

卒中可导致肠道多种菌群发生数量和位置的改变。Yamashiro等通过比较卒中组与非卒中对照组粪便内菌群种类和数量来明确其肠道菌群特点，发现只有乳杆菌属中的瘤胃乳酸杆菌数量在卒中患者中显著高于对照组；多变量分析显示，缺血性卒中会导致奇异菌属细菌和瘤胃乳酸杆菌增多以及清酒乳杆菌群细菌减少。Houlden等观察到，缺血性脑损伤可在72 h内引起小鼠盲肠肠道菌群失调；随着梗死范围的扩大，消化球菌科细菌数量增多，拟杆菌门中的普雷沃氏菌科细菌数目减少，这些效应是由自主神经系统分泌去甲肾上腺素导致盲肠内的产黏蛋白细胞和杯状细胞数量减少介导的。创伤性脑损害同样会导致肠道菌群改变，表现为拟杆菌门中的紫单胞菌科、厚壁菌门以及变形菌门的数量改变，而消化球菌科和普雷沃氏菌科数量无变化。因此，肠道菌群改变可作为脑损伤的特异性指标，而其在判断转归方面的价值仍有待在不同形式脑损伤患者中进一步证实。

急性缺血性脑损伤会影响自主神经系统的传出，从而减少肠运动，通过肠神经系统增加肠黏膜通透性，最终导致细菌移位、感染及脓毒症。利用单光子发射计算机体层摄影(single photon emission computed tomography, SPECT)技术观察到，在实验性卒中早期(2 h内)即可出现肠道灌注和屏障功能受损，同时发现炎性改变和免疫功能下降。脑缺血24 h、48 h和72 h后的细菌增殖率为55.5%、45.4%和30%，分布在血液、肠系膜淋巴结、肝脏、脾和肺中的细菌表型与肠道相似，且MCAO小鼠的回肠组织损伤较假手术组小鼠更为严重，提示脑缺血会引起肠道菌群移位和黏膜损伤。Stanley等的研究也显示，构成呼吸道等部位感染的菌群多来源于肠道内的人体共生菌群，且卒中发病后经口摄入的菌群会向周围组织移位。因此，通过减少肠道菌群向周围组织器官移位有可能降低卒中后多组织感染的风险。

炎性细胞和炎性因子数量在脑缺血后也会发生改变。例如，小鼠MCAO后在脾脏和小部分肠道集合淋巴结中观察到T细胞和B细胞数量减少，分泌γ-干扰素的细胞百分比也降低。Schulte-Herbrüggen等利用流式细胞技术观察到，脑缺血后集合淋巴小结中的T细胞和B细胞数量显著减少，而自然杀伤细胞、巨噬细胞以及肠道上皮和固有层的淋巴细胞亚型则无显著变化。由此推测，可通过增加卒中患者免疫细胞的数量来增强免疫力和减少并发症。

结语

肠道菌群在漫长的进化过程与宿主形成了平衡稳定的利益组合体，这种平衡一旦被打破，就会促进人体疾病的发生和发展。已有研究表明肠道菌群与多种神经系统疾病相关，尤其是卒中。将来可通过改变肠道菌群降低卒中发病风险、防止卒中进展和并发症的发生。根据卒中对肠道菌群的影响，可使用相应的处理方法改善肠道症状。通过调整肠道菌群结构和数量，尤其是控制厚壁菌门与拟杆菌门细菌之比、补充益生菌和移植正常肠道菌群，有可能成为将来脑血管病防治的潜在靶点。

本文来源：国际脑血管病杂志, 2017,25(06): 531-535.