腸-肝軸在動脈粥樣硬化發生發展中作用的研究進展

李朝政, 黃曉巍, 張澤鵬, 石妍玉, 陳 穎

（1. 長春中醫藥大學附屬醫院心病中心，吉林 長春 130021；2. 長春中醫藥大學藥學院中藥藥理學實驗室，吉林 長春 130117；3. 長春中醫藥大學附屬醫院實驗中心，吉林 長春 130021）

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS） 是指由于脂質和復合糖類異常積聚于動脈內壁，導致動脈硬化和繼發病變的慢性代謝性炎癥性疾病，通?？稍斐裳芄芮蛔枞颡M窄，使心肌細胞缺氧缺血，進而引發各種心血管疾?。╟ardiovascular disease，CVD）［1］。據統計，CVD 已成為全球疾病原因死亡首位，而AS 發病初期隱匿性強，一旦急性發病，則存在高致死率和高致殘率風險，且遷延難愈，給患者家庭和社會帶來了嚴重的經濟負擔，目前已經成為重大公共衛生問題［2-3］。因此干預AS 是減少CVD 發生的關鍵。

腸-肝軸是指腸道和肝臟之間通過肝腸循環進行物質交換而形成的雙向通道，可以通過影響代謝物、膽汁酸（bile acids，BAs）、脂質和炎癥因子等調控肝臟及腸道功能［4-5］。近年來，隨著研究的深入，越來越多的代謝物和菌群被發現在AS 發生發展中起重要作用，而腸-肝軸作為這些代謝物和菌群的合成和工作場所，也被認為是AS 的調控樞紐［6］。目前國內外關于腸-肝軸在AS 發生發展中作用的綜述報道較少，現結合近年來相關研究，從多角度論述腸-肝軸在AS 發生發展中的作用。

1 AS 的發病機制

AS 的發生是由多種因素共同作用的結果，其發病機制尚未完全闡明，目前主要有脂質代謝紊亂學說、炎癥反應學說、血流動力學學說、內皮細胞損傷學說、氧化應激學說和胞葬學說等［7-8］。流行病學研究［9］顯示：年齡、性別、遺傳、吸煙、飲酒、肥胖、糖尿病、高血壓和高脂血癥等因素都可能導致或加速AS 的發生發展。

現代醫學研究［10］顯示：AS 是由內皮細胞激活啟動，隨后發生脂質、纖維成分和鈣化的累積，進而引起血管狹窄和激發炎癥反應等，最終造成斑塊破裂，甚至發生心血管不良事件。AS 的病理過程主要是在機械刺激和物理因素等作用下，血管內皮功能受損，調節血管張力和炎癥反應能力下降，使血管內膜脂質沉積；經氧化修飾的低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）激活免疫反應，誘導平滑肌細胞和內皮細胞等分泌黏附分子和趨化因子，導致細胞增殖和聚集并附著在血管內皮上，進入血管壁，并轉化為巨噬細胞；巨噬細胞吞噬大量膽固醇，又促使炎癥細胞由血管內皮進入內膜，介導膽固醇逆向轉運以加快清除過程，并逐漸轉為泡沫細胞；泡沫細胞通過釋放生長因子和細胞因子等進一步刺激血管平滑肌細胞向內膜遷移，造成膠原纖維增生和內膜分裂，并轉化為脂質條紋。當巨噬細胞清除膽固醇的能力不足時，會發生凋亡，并迫使膽固醇進一步沉積于血管壁，最終形成AS 斑塊［11］。因此AS 可能是由多個機制共同作用所致。腸-肝軸作為近年來的研究熱點，其在 AS 中的作用也受到廣泛關注。

2 腸-肝軸概念

1998 年MIYAKE 等［12］首次提出了腸-肝軸的概念。肝臟和腸道由于具有相同的胚胎起源，因此存在較多解剖和功能上的聯系。肝臟作為人體最大的代謝器官和解毒中心，可以分解并代謝機體內的營養，防止有害物質進入循環系統。肝臟具有雙重供血系統，其中門靜脈系統所占百分率為75%，肝動脈所占百分率為25%。腸道是機體最大的免疫器官，其免疫功能占全身免疫功能的70%，腸道中的營養成分、細菌及其代謝產物等物質經門靜脈進入肝臟，而肝臟中的物質則經膽道系統進入腸道［13］。

腸道黏膜屏障作為人體抵御外界環境的首道防線，能夠通過腸道內的大量微生物——腸道菌群的作用，有效地抑制腸道中多種有害物質侵襲，減少外源致病菌侵入，避免機體受到外源微生物的侵害［14］。同時，腸道菌群又能夠促進短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs） 和BAs 等一些必需化合物的產生，加快營養物質的吸收，促使胃腸系統的成熟和免疫系統的形成，是必不可少的代謝器官［15］。肝臟可以識別并清除機體內毒素，維持免疫穩態以保護機體［16］。肝臟合成的BAs 和其他生物活性物質會分泌至小腸上部，然后沿著空腸、回腸和結腸下行，腸道菌群則在此過程中代謝內源性BAs 和外源性其他物質，再通過門靜脈吸收入血后，重新流返至肝臟內，循環往復［17］。因此，肝臟通過膽道釋放BAs 和生物活性物質影響腸道，腸道可通過腸道菌群影響肝臟，以共同維持機體健康。而腸道與肝臟用來交換物質的雙向通道即為腸-肝軸。

3 腸-肝軸調控動AS 的相關機制

3.1 腸道菌群腸道菌群并非與生俱來的，而是隨著胎兒出生從環境中獲得的微生物伙伴，并隨著人體成長，菌群的種類和結構趨于穩定，并伴隨終生，可認為腸道菌群是機體后天獲得的第二基因組。腸道菌群與宿主相互依存并相互制約，維持動態平衡，而這種平衡易受到外界環境的干擾或宿主生活方式改變的影響。當腸道菌群的組成發生改變時，宿主體內的物質代謝和免疫反應等亦會受到影響，造成脂質代謝紊亂和炎癥反應加劇等，進一步引起肥胖、胃腸炎和CVD 等多種疾病的發生發展［18］。研究［19］顯示：腸道菌群與AS 關系密切，AS 患者體內的擬桿菌、乳酸桿菌、普氏桿菌和糞桿菌等對機體有益的益生菌豐度較低，腸桿菌科、摩爾梭菌和產氣腸桿菌等對機體有害的致病菌豐度則相對較高。

研究［20］顯示：腸道菌群可以代謝膳食纖維并生成SCFAs，SCFAs 主要包括乙酸、丙酸和丁酸。其中，乙酸是細菌發酵的產物，大部分乙酸能夠吸收入血，進入肝臟代謝，成為脂質和膽固醇合成的能源。丙酸是擬桿菌門的產物，能夠抑制3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A（3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA，HMG-CoA） 還原酶活性而減少膽固醇合成。丁酸是厚壁菌門的代謝產物，只有少部分丁酸通過門靜脈進入體循環，維持腸道菌群的穩態和保護腸道屏障，同時調節機體脂質代謝及炎癥反應等相關基因的表達。研究［21］證實：經丁酸鹽預處理的小鼠，其主動脈弓處AS 斑塊較其他小鼠，斑塊面積減少50%，抑制了氧化LDL 的吸收并減少斑塊內泡沫細胞的形成［21］。同時，SCFAs 除可以通過激活G 蛋白偶聯受體 （G protein-coupled receptor， GPCR） 和抑制組蛋白脫乙基酶（histonedeacetylase，HDAC）2 條途徑抑制炎癥反應，還能夠通過干擾包括絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK） 蛋白在內的關鍵信號蛋白激活發揮其抗炎作用［22］。因此，腸道菌群可以通過影響SCFAs 的生成來調節膽固醇合成和脂質代謝及炎癥反應等，從而抑制或延緩AS 的發生發展［23］。

腸道菌群還可將直接飲食攝入或間接生成的膽堿、 甜菜堿和肉堿類等轉化為三甲胺（trimethylamine，TMA），TMA 經門脈循環進入肝臟并被黃素單加氧酶（flavin-co ntaining mo nooxy genases， FMOs） 氧化生成氧化三甲胺（Trimethylamine N-oxide，TMAO）［24］。TMAO 是一種腸源性的菌群相關代謝產物，具有疏水和親水雙重基團，其生成量與人類腸道菌群種類有關，普氏菌屬豐度高的腸道菌群相比擬桿菌屬豐度高的腸道菌群中TMAO 水平更高［25］。研究［26］顯示：TMAO 水平與AS 斑塊負荷存在明顯的量效關系，TMAO 通過上調巨噬細胞清道夫受體A1（scavenger receptor class-A1，SR-A1）和脂肪酸轉位酶（fatty acid translocase，FAT）表達，加強對氧化型LDL 的吞噬，促進泡沫細胞的形成，加速AS 的發展；還能夠通過抑制膽固醇逆向轉運（reverse cholesterol transport，RCT），調節蛋白質的活性和穩定性，增加泡沫細胞的生成，加劇AS的形成。研究［27］顯示：TMAO 水平升高能夠促進諸如白細胞介素1（interleukin-1，IL-1）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎癥因子水平升高，還能上調細胞熱休克蛋白（heat shock protein，HSP）表達，尤其是HSP70 蛋白的表達。機體對HSP70 的自身免疫是AS 的起始階段，HSP70 高表達會導致巨噬細胞異?；罨?，促進內皮細胞中黏附分子合成，從而促進泡沫細胞形成，并加劇AS 的進展。

血液中30%的代謝物來自腸道，一旦腸道微生態失衡，有害菌即會驟升，并釋放出大量有毒物質，破壞腸道屏障和免疫系統，增加機體患肥胖和糖尿病等的風險，而上述風險是發生AS 的高危因素［28］。同時，腸道菌群還能將食物中的苯丙氨酸代謝為苯乙酰谷氨酰胺，從而影響血小板的活性和凝血功能， 促進血栓形成， 加快AS 的發生發展［29］。

3.2 BAs 代謝BAs 被譽為人體的清潔劑，能夠分解體內多余的脂質和脂肪，并抑制機體的炎癥反應。BAs 不僅是簡單的酯化劑，而且還是強大的信號分子，其通過與不同的核激素受體結合，在腸道和全身水平的代謝及信號通路中發揮重要的調節作用［30］。

在肝臟中由膽固醇合成的BAs，其在體內主要通過經典和替代2 種途徑來代謝膽固醇。經典途徑：膽固醇-7α-羥化酶（cholesterol-7α-hydroxylase，CYP7A1）將膽固醇催化生成7α-羥基膽固醇，再催化生成膽酸（cholic acid，CA） 和鵝去氧膽酸（chenodeoxycholic acid，CDCA） 等初級BAs。人體中75%以上的BAs 由該途徑產生；替代途徑：甾醇-27-羥化酶催化生成CDCA。同時，由于BAs的化學結構既有疏水的甾環，又有親水的羥基或氨基酸側鏈。此兩性結構使得BA 具有洗滌劑性質便于形成膠束，促進小腸中脂類的消化吸收。但在BAs 被排泄至十二指腸之前，需要通過與甘氨酸或?；撬峤Y合增加其溶解度， 形成?；悄懰幔╰aurocholic acid， TCA）、 甘氨鵝脫氧膽酸（glycine chenodeoxycholic acid，GCDCA）、甘氨膽酸（glycocholic acid，GCA） 和?；蛆Z去氧膽酸（taurine chenodeoxycholic acid，TCDCA） 等。上述物質結合BAs 后，被釋放到腸中。在擬桿菌、梭菌、真桿菌和乳酸桿菌等多種菌群調控的膽鹽水解酶作用下代謝分解為非結合BAs，在回腸部被吸收至腸上皮細胞，然后通過門靜脈供應系統循環再至肝臟［31］。

研究［32］顯示：BAs 代謝與AS 進程密切相關。健康人體內每天會經歷5~7 個肝-腸循環，降解體內多余的膽固醇，抑制AS 形成，而AS 患者體內BAs-菌群宿主代謝軸處于紊亂狀態。關鍵酶的活性降低和缺失及肝細胞受損等原因可致BAs 合成減少，引起大量的膽固醇和代謝產物等在體內積聚，從而引起BAs 代謝紊亂［33］。

BAs 還參與調節腸道菌群的組成，并通過腸-肝軸影響AS 的發展。BUSTOS 等［34］發現：腸道菌群的BAs 抵抗依賴于菌株類別和BAs 水解酶的活性，革蘭陽性菌比革蘭陰性菌更為敏感，而BAs 水解酶對腸道內細菌的定植和生長很重要。DEVKOTA 等［35］發現：由高乳脂飲食喂養白細胞介素10（interleukin-10，IL-10）－/－小鼠可促進?；撬峤Y合BAs 的合成和沃氏嗜膽菌的生長。肝臟損傷后BAs 的分泌減少會導致小腸中菌群過度生長，而結腸中BAs 水平明顯降低，這與回腸的重吸收有關，有利于細菌定植和BAs代謝。ISLAM 等［36］發現：經CA 喂養的大鼠，其糞便中總BAs 水平明顯高于對照組大鼠，總細菌數與CA 水平成反比；厚壁菌門相對豐度升高，擬桿菌門相對豐度降低，其他菌門幾乎消失。

BAs 還是重要的內分泌信號分子，可以通過激活法尼醇X 受體（farnesoid X receptor，FXR） 和Takeda G 蛋白偶聯受體5 （Takeda G proteincoupled receptor 5，TGR5） 等因子，從而調節脂質、葡萄糖和能量代謝，并抑制炎癥反應，參與免疫應答，構成機體代謝的基礎［37］。FXR 和TGR5均可通過抑制核因子κB （nuclear factor- κB，NF-κB）依賴性炎癥介質釋放，從而改善AS。CHIANG 等［38］發現：肝臟FXR 通路可以抑制BAs的合成，而腸道FXR 則可改善肥胖和肝脂肪變性等代謝性疾病。HALKIAS 等［39］發現：TGR5 能夠被BAs 激活，促進蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）磷酸化和上調鈣離子濃度，進而促進內皮型一氧化氮合成酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）磷酸化，誘導一氧化氮的產生，其可舒張血管、抑制血管平滑肌細胞增殖和血小板聚集內皮細胞的黏附，進而發揮抗AS 的特性。

3.3 脂質代謝脂質代謝異常是 AS 的重要危險因素。脂質代謝過程可分為外源性代謝途徑、內源性代謝途徑和RCT 3 種途徑。其中外源性代謝途徑是人體獲取外源性膽固醇的主要方式，而內源性代謝途徑和RCT 則是人體獲取外源性膽固醇后在體內代謝的過程。研究［40］顯示：LDL 的絕對值和總持續時間與AS 患病風險呈正相關關系。內源性代謝途徑主要研究LDL 的代謝情況。RCT 是以高密度脂蛋白（high density lipoprotein，HDL）為載體將外周組織細胞中的膽固醇轉運到肝臟中并進行分解代謝的過程。

肝臟通過調節膽固醇從頭合成和RCT 等機制影響脂質代謝，從而影響AS 的發生發展［41］。脂肪主要經小腸上段的各種酶及膽汁酸鹽，水解為甘油和脂肪酸等。脂類吸收有兩種：一是由中鏈和短鏈脂肪酸構成的甘油三酯，乳化后即可吸收，并經門靜脈入血；二是長鏈脂肪酸構成的甘油三酯，與膽固醇和載脂蛋白等結合，形成乳糜微粒，后經淋巴入血［42］。宿主真核細胞和腸道菌群之間的動態平衡決定了腸系環境的穩態，根據致病性菌群可分為有益菌、致病菌和中性菌，而腸道有益菌可以通過調控免疫反應，調節脂質的生成與代謝，延緩AS的發展；致病菌則相反，可以通過引起脂質代謝紊亂，加速AS 的發展［43］。過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferators-activated receptors，PPARs）作為核激素受體家族中的配體激活受體，在肝、腸、腎和血管壁等組織中高度表達。PPARs家族可分為PPARα、PPARδ 和PPARγ 3 種亞型。PPARα 主要參與調控脂肪酸運輸和脂肪酸氧化（fatty acid oxidation，FAO）。PPARγ 主要通過提高胰島素敏感性參與葡萄糖代謝，同時，其激活可減輕內皮細胞的炎癥反應，改善血管AS。而PPARδ 則是脂肪酸氧化和葡萄糖攝取的重要調控因子，其激活可以通過減少血管斑塊中髓樣細胞數，促進巨噬細胞發生極化，從而延緩AS 的發展。PPARs 信號通路可上調肝X 受體α （liver X receptor- α， LXR- α）、 三磷酸腺苷（adenosine triphosphate， ATP） 結合盒轉運子A1 （ATPbinding cassette transporter A1，ABCA1） 和ATP結合盒轉運體G1 （ATP-binding cassette G1，ABCG1） 等，降低尼曼-匹克C1 型類似蛋白（Niemann-pick C1-like1，NPC1L1），促進膽固醇外流和排泄，抑制腸道對膽固醇的吸收和代謝，并減少肝臟組織中脂肪的蓄積［44］。因此，腸道菌群通過影響PPARs 信號通路調控膽固醇的吸收和代謝，調控脂質代謝，進而減輕AS 的病變程度。

3.4 炎癥反應炎癥反應貫穿于AS 發生發展的全過程［45］。當機體受到損傷時，大量炎性介質和炎性細胞因子如IL-1 和TNF-α 等物質得到大量釋放，激活血液中的單核細胞，在黏附分子、趨化因子和細胞因子的共同作用下，誘導單核細胞遷移至血管損傷部位，進入內皮下轉化為巨噬細胞。巨噬細胞大量攝取膽固醇后轉變為泡沫細胞，構成脂質壞死核心，形成AS 斑塊，從而加快AS 的發展［46］。

過量高脂、高膽固醇及酒精的攝入會影響腸道菌群穩態，導致致病菌增加和有益菌減少，進而感染血管壁，損傷腸道屏障功能，進一步加重損傷部位的炎癥反應。同時，酒精直接作用于腸道屏障，提高腸道黏膜通透性，使得細菌、毒素和某些代謝物等有害物質肆意通過，進而引起腸道炎癥的發生，并損害肝臟的正常功能。當肝臟功能受損時，又會進一步加重腸道菌群的失調，從而形成惡性循環［47］。因此，腸道的炎癥反應會造成腸道菌群的失調從而引發肝臟炎癥，而肝臟炎癥亦會加重腸道菌群的紊亂，進而導致損傷部位炎癥反應升級，因此，保持腸道菌群的健康穩態是維持肝臟功能和腸道功能正常的重要保障。

研究［48-49］顯示：炎癥性腸?。╥nflammatorybowel disease， IBD） 和 AS 也 有 關 聯。YAMASHITA 等［50］發現：AS 患者血管斑塊中存在多種細菌， 且與腸道中共有的細菌有Bacteroides、Streptococcus 和Veillonella 等，其機制可能為細菌被腸道上皮內層巨噬細胞吞噬，并隨之到達損傷的血管壁部位，進入血管內皮層并轉化為泡沫細胞，并最終存在于AS 的斑塊中。核苷酸結合寡聚結構域樣受體蛋白3（NOD-like receptor protein 3，NLRP3）炎癥小體是機體細胞中的多蛋白復合體，作為一種模式識別受體，能夠感知機體內外的危險信號，參與感染、炎癥和自身免疫等，其廣泛表達于髓系細胞，如樹突狀細胞、單核細胞、巨噬細胞和中性粒細胞等，可識別膽固醇晶體和受損細胞產生的ATP 和活性氧等受損組織細胞產生的損傷相關分子模式（damage-associated molecular pattern，DAMP）及侵入機體的細菌崩解的代謝產物等，介導促炎細胞因子白細胞介素1β（interleukin-1β， IL-1β） 和 白 細 胞 介 素 18（interleukin-18，IL-18） 的產生，從而促進AS 發展。研究［51］顯示：NLRP3 炎癥小體信號受阻可能會造成免疫失調和腸道致病菌數的增加，進而引起腸道菌群失衡，并滲入至腸道黏膜固有層，誘導免疫細胞招募，刺激其產生異常的免疫應答反應，進而導致腸道炎癥。不同腸道疾病的模型常伴隨著BAs 水平的改變，這可能與影響NLRP3 炎癥小體有關。當BAs 作為內源性DAMP 或與外源性病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular pattern，PAMP）協同作用于NLRP3 炎癥小體時，其能夠調控腸道內的環境穩態，引起或加重腸道炎癥反應［52-54］。因此，腸-肝軸可以通過影響肝臟和腸道的炎癥反應，加快 AS 的發生發展。

3.5 中醫學對腸-肝軸與AS 關系的研究中醫藥在治療AS 這一復雜疾病中有獨特的優勢，其主要通過全面觀察和整體分析等方法進行辨證論治，具有多角度、多途徑及多層次的特點。藏象學說認為：人體五臟六腑之間通過相生相克、相互影響，共同維持機體的動態平衡，使之處于陰陽平和狀態。尤其是肝、心和脾三臟之間相互協調，胃、小腸和大腸之間相互銜接，密切配合，若其中任一臟腑發生病變，將引起其他臟腑隨之病變，并打破全身的動態平衡。若肝失疏泄、脾失運化，則氣血生化乏源，津液輸布失常，造成氣血虧虛、痰濁內生或者氣血運行失常，氣滯血瘀，痰濕中阻，進而痹阻心脈，形成胸痹。若胃、大腸和小腸功能受損，則不能受納腐熟水谷，精微物質生成減少或糟粕難以排出體外而沉積于體內，進一步影響臟腑功能，使得膏粱厚味淤積，痹阻心脈，發為胸痹，這與西醫學相關研究［55］中CVD 的發病機制相似。

因此，結合現代藥理實驗和組學研究［56-57］結果，有學者［58］提出腸-肝軸學說的中醫理論，并將其作為研究中醫藥治療AS 的機制之一。如郁晨［59］發現：冠心寧片能夠通過調節腸道菌屬減輕肝內脂質合成和胰島素抵抗，并改善機體炎癥反應，從而發揮抗AS 作用。段盈竹等［60］基于腸-肝軸學說認為：脂質代謝異常會引起膽固醇向BAs 轉化途徑失調，導致膽固醇的清除減少，腸道吸收增加，形成膏濁，膏濁沉積并阻塞脈道，加速AS 發展，而越鞠丸可通過腸-肝軸學說調控FXR/FGF15/SHP信號通路，促進膽固醇代謝，抑制腸道對膽固醇吸收，改善腸道菌群結構，維持膽固醇代謝穩態，從而防治AS。

4 總結與展望

腸道屏障是人體抵御外界環境的首道防線，而由胃腸道黏膜逃逸后的有害物質及其產生的細菌、氛和致癌物等到達肝臟后被清除，故肝臟被稱為第二道防線。機體正是通過腸道和肝臟兩道防線及其相互作用，減少了致病因素，且通過調節腸道菌群、調控BAs 代謝、增強脂質代謝和抑制炎癥反應等途徑，減少AS 的發生。

肝臟與腸道之間關系密切，腸道屏障和肝臟防御功能在維持機體內環境穩定方面起重要作用，腸道屏障受損會造成細菌、病毒和有害代謝產物等發生移位，并隨著門靜脈系統進入肝臟，從而促進肝臟免疫系統分泌白細胞介素6（interleukin6，IL-6）、TNF-α 等炎性細胞因子，造成肝臟損傷，并通過腸-肝軸的作用進一步加重腸黏膜損傷，并最終影響其他臟器。

綜上所述，腸-肝軸可以通過影響機體肝臟功能和腸道功能來調節腸道菌群的種類、數量和結構，調控BAs 代謝，影響脂質代謝和炎癥反應等，進而促進或抑制AS 的發生發展。腸-肝軸是調節AS 的重要樞紐，通過研究腸-肝軸與AS 間的相互關系及其作用機制，可為開發以腸-肝軸為靶點的藥物和AS 的中西醫防治提供新的思路。