原創 登峰 微生態 2019-07-06
導讀
儘管通過調整傳統的心血管疾病的危險因素在降低心血管疾病負擔方面取得了重大進展，但仍存在著顯著的殘餘風險。最近發現的與腸道微生物群和心血管疾病相關的研究拓寬了我們對膳食營養素如何影響心血管健康和疾病的理解。雖然二代測序技術可以識別腸道菌群落參與者，並提供對生理反應和膳食暴露的微生物組成變化的見解，但益生元或益生菌的補給顯示出對心血管疾病的治療益處。我們對腸道微生物群衍生的生理學調節劑（如短鏈脂肪酸）和宿主疾病易感性的致病介質（如三甲胺N-氧化物）的深入理解已經為改善心血管健康創造了新的潛在治療機會。這篇綜述討論了人體腸道微生物群在正常生理學中的作用，他們與心血管疾病易感性的關係，以及通過調節腸道微生物群的組成和代謝作為治療心血管疾病的新靶點的潛在可能性。本文重點如下：（1）腸道微生物可以與影響心血管健康相關的生理過程進行有機的結合；（2）膳食營養是腸道微生物和人體宿主新陳代謝的關鍵性的環境影響因子。（3）調節腸道微生物的組成和代謝能作為心血管疾病預防的靶點。
論文ID
原名：Intestinal Microbiota in Cardiovascular Health and Disease
譯名：腸道菌群在心血管健康和疾病中的作用
期刊：Journal of The American College of Cardiology
IF：11.582
發表時間：2019
通信作者：W.H. Wilson Tang, MD
通信作者單位：Cleveland Clinic, 9500 Euclid Avenue, DeskJ3-4, Cleveland, Ohio 44195.
綜述內容
引言
營養是心血管健康的關鍵性可調節的風險因素之一。然而，現行的飲食的理想水平仍偏低，保持這低水平，兒童只達到0.6%，成人只達到1.5%。並且，50%的年輕人（20至49歲）和30.9%的老年人（50歲或者以上）被報道飲食水平很低。最近的研究報道把飲食的營養攝入量強調為對全球健康和疾病易感性的一個關鍵性因素。我們吃的食物也為腸道微生物代謝提供營養。因此，更全面的新陳代謝的觀點正在發展-腸道微生物群和宿主代謝轉化二者的聯合有助於我們新陳代謝特性中的整體新陳代謝和個體差異。腸道微生物可以作為我們飲食這個龐大的暴露環境的一個過濾系統。由於各種各樣的腸道微生物產生的代謝物具有相關的生物活性並影響宿主的表型，因此腸道微生物群也可作為一個主要的內分泌器官對食物的攝入具有反應。它通過腸道微生物群產生代謝物的複雜途徑與宿主的遠端器官進行聯繫，並且已經顯示出影響與心血管疾病相關的表型，包括炎症、肥胖和胰島素抵抗，甚至到更直接的過程，如動脈粥樣硬化和血栓形成易感性。本綜述討論了人體腸道微生物群在正常生理學中的作用，它們與疾病易感性的關係，以及調節腸道微生物群作為心血管疾病新型治療靶點的可能性。
人體腸道擁有數萬億個微生物細胞，是我們健康生理生態系統的重要組成部分。這些細菌，真菌，古細菌和病毒群體通常統稱為“微生物群”，它們的基因組稱為“微生物組學”。 大多數已知的腸道微生物群落都是由擬桿菌門，厚壁菌門（特別是梭狀芽胞桿菌屬），放線菌門，變形菌門和疣粒菌門組成（圖4）。理解或定義什麼構成正常微生物群是具有挑戰性的，需要包括對功能核心，健康的群落生態學以及微生物生態學和相關代謝物的抗性，恢復力和穩定性觀點的考慮。這些不同門的菌群在單個個體內隨著時間的推移相對穩定，在來自同一個家庭中的不同個體中也相對一致，然而在非親屬關係的不同家庭中的個體之間差異很大。然而，家庭中的微生物群落可能會發生顯著變化，尤其是那些有身體接觸的群體。
儘管下一代微生物測序方法取得了進展，但其臨床和研究應用仍然存在一些侷限。核酸的回收數量以及質量均受到樣品採集時間（如樣品類型、來源以及收集樣品的方法等）、採集技術以及處理技術（如基因組的提取、文庫的製備、測序、質量過濾以及序列識別等）。從技術層面講，擴增偏差、不充分的內部測序控制（陽性和陰性）或汙染均可能導致微生物組的組成變化不能真實反映內部的變化。同時，阻止樣本以宿主DNA為主，高通量測序時富集到的微生物DNA測序的主要分析方法。此外，這種分析的結果通常是以比例而非絕對水平表示，基於高通量測序技術測定存在的某些致病微生物並不等同於致病性。
圖1 人腸道微生物的遺傳樹。根據MetaPhlAn在人類微生物學組中的224個樣本的推斷，在無症狀的西方種群中，腸道微生物群中的一個或兩個群體中存在的所有的分類分支圖都是由MetaPhlAn推斷的。 計劃(n 1/4 139)和MetaHIT(人類腸道元組學)(n 1/4 85)隊列。圓圈大小與平均丰度的對數成正比，顏色代表相對富集的a。 普通的分類群(1美元組平均1%)。節點的大小反映了它們的相對丰度(143)。
微生物多樣性
除了個體間的變異，人類還有不同的腸道微生物群來自於其他物種。然而，目前大多數腸道微生物群的研究主要使用具有明確定義表型和基因型的小鼠模型，實驗過程中實驗人員精心的控制小鼠的生存環境，如飲食和活動空間等。近交系中小鼠的差異很大，從解剖學、遺傳學以及生理學角度分析，小鼠咋飲食攝入以及環境暴露方面，內部腸道菌群於人存在明顯的不同。不同的小鼠模型也可以導致腸道微生物群組成的不同變化，並且可能在腸道微生物群和宿主之間具有不同的交叉鏈。儘管如此，目前腸道菌群研究中使用的很多概念都是通過採用諸如無菌鼠進行驗證的。藉助於無菌小鼠模型，科研人員發現了腸道微生物群與宿主的CVD易感性具有非常緊密的聯繫，該實驗也證明了微生物發病機制的“科赫假設”。微生物轉移實驗研究表明，與CVD相關的表型傳播包括肥胖和/或者肥胖、動脈粥樣硬化、高血壓、血栓形成、腎功能不全和胰島素抵抗。目前大人群的糞便樣本分析表明疾病表型的可傳遞性（例如代謝綜合症等）。關於腸道微生物群對肥胖和炎症性疾病的貢獻作用的討論最近在其他地方得到了廣泛的評論。
圖2 當代人類基因組測序技術
腸道微生物群組成的變化：生態失調
“生態失調”是指在身體內或者身體上具有微生物群落不平衡的狀況。與許多疾病和/或表型的存在相關的腸道微生物組成變化稱為過去十年中大多數人類微生物組研究的焦點。能夠識別與隨時間推移的疾病易感性增強相關的特定微生物群組成模式是一個有吸引力的概念。在健康人體的腸道中，擬桿菌門以及厚壁菌門是主要的兩個門，二者的比例通常為腸道健康的標誌。擬桿菌門和厚壁菌門雖然具有潛在的洞察力，但他們卻代表了不同的門，因此這種分析相對粗糙，在本質上也是純粹的聯想。此外，宿主-微生物的相互作用通常是動態的，這取決於當地營養物的可用性、氧氣張力、pH、胃動力以及其他一些參數。因此微生物群落在消化道的不同部位是不同的。這些差異性對於解釋微生物的組成提出了很大的挑戰。病毒、真菌以及古細菌也有助於在細菌之外的深度測序分析過程中獲得非宿主的DNA序列數據，進而導致分析和結果解析的進一步的複雜化。
表1 與心血管疾病有關的腸道微生物組成變化
動脈粥樣硬化
與動脈相關的疾病
表1 給出了基於不同表型的動脈粥樣硬化患者分辨菌群的結果，但是該結果還無法對腸道菌群與CAD之間關係，以及藥物治療對CAD的效果方面的研究還未進行。Koren等人的研究結果給出了動脈粥樣硬化斑塊與口腔、腸道微生物群之間的關係。本研究基於16SrRNA測序技術對於動脈粥樣硬化與腸道菌群的關係進行了表徵，結果顯示動脈粥樣硬化增加了乳桿菌（厚壁菌門）的比例，而減少了擬桿菌的比例，該現象未在糖尿病患者的隊列分析中觀察到。相關研究觀察到動脈粥樣硬化性CVD患者與健康對照組相比，腸桿菌科細菌和口腔混合細菌以及產生丁酸鹽的細菌數量增加。動脈粥樣硬化性心血管病發病機制中的生態失調的潛在影響不應與先前關注與流行病學關聯有關的微生物病原體的研究相混淆。機理研究表明，特定的微生物病原體如肺炎衣原體，幽門螺桿菌和牙齦卟啉單胞菌可直接侵入血管細胞和白細胞，並促進牙齦或肺部的炎症。然而，使用抗生素靶向這些微生物病原體的隨機對照試驗並未在降低CAD患者的發病率和死亡率方面產生任何臨床益處。這些微生物的致病作用仍不清楚。早期研究中的仔細檢查顯示，在動脈粥樣硬化斑塊樣本中可以識別出單胞菌屬，並且動脈粥樣硬化斑塊中韋永氏菌屬和鏈球菌屬的丰度與其在口腔中的丰度相關，這是牙周病與動脈粥樣硬化之間的另一個間接聯繫。動脈內膜切除術樣本顯示出主要屬於變形菌門和放線菌門的分類群，無症狀和有症狀的患者或斑塊區域之間沒有差異，這表明對斑塊脆弱性的影響較小。
在心臟衰竭患者中的菌群生態失調研究中。心力衰竭（HF）患者已經充分描述了腸道微生物組成的變化，尤其是核心腸道微生物群的多樣性和消耗減少。作為潛在的結果，長期以來觀察到HF患者更容易發生艱難梭菌感染。仔細表徵腸腔表面已顯示HF患者與非HF對照受試者的粘膜生物膜和細菌粘連增加顯著增加細菌過度生長。伴隨HF的內臟充血伴腸壁水腫，腸道屏障功能受損，微生物群的結構成分可能增強與宿主腸粘膜的相互作用。當這種相互作用發生在表面腸上皮細胞上時模式識別受體，它可以刺激宿主免疫反應，導致血管炎症。這在HF的情況下觀察到，其中急性惡化與循環脂多糖檢測和下游炎症反應增加有關。從HF患者的糞便樣本中分離出增加的真菌（念珠菌屬）和細菌（彎曲桿菌，志賀氏菌和耶爾森氏菌）的病原微生物菌落的豐富度，特別是在右心房壓力升高和腸屏障功能受損的患者中。三個獨立的HF隊列使用測序技術來表徵腸道微生物組成，報告了微生物多樣性的持續減少和幾種丁酸鹽生產者（普拉梭菌，毛螺菌科，霍氏真桿菌）的消耗，這些生物標記與炎症生物標誌物成反比關聯。
中心插圖 腸道微生物群及其代謝對心血管健康和疾病的貢獻
高血壓以及糖尿病與菌群失衡之間的關係
雖然關於糖尿病與腸道微生物群的變化報道不一致，但是目前II型糖尿病患者具有明顯的腸道微生物群的特徵。具體而言，觀察到較低濃度的產丁酸鹽的微生物如Roseburia intestinalis和Faecalibacterium prausnitzii，以及更高濃度的加氏乳桿菌，變形鏈球菌和一些梭菌，脫硫弧菌和變形菌種。二甲雙胍給藥增加了Akkermansia muciniphila並導致一些埃希氏菌屬物種的相對增加，這可能對葡萄糖穩態產生有益的影響。同時，胰島素抵抗患者的支鏈氨基酸水平增加，這與普氏菌和擬桿菌的存在尤其相關，這可能驅動胰島素抵抗並增加小鼠的支鏈氨基酸水平。人體研究表明，餐後葡萄糖對膳食攝入的反應可能受到腸道微生物群的調節。
高血壓時CVD的主要成因並且高度攝入食鹽與高血壓的病理成因有關。最近實驗報道了高鹽攝入與腸道微生物之間的關係。高鹽攝入導致腸道內鼠乳桿菌丰度的下降，也證明了鼠乳桿菌可能會調節高血壓的症狀。實驗結果還表明鼠乳桿菌可以有效的通過調節TH17細胞來預防鹽敏感性高血壓。這些結果對於高血壓的防治具有重要的意義。
圖3 穩定型心臟病患者血漿TMAO水平與全死因死亡率的關係
益生菌和飲食干預目標
目前的實驗結果給出了很多膳食營養素與腸道菌群之間的關係，我們可以通過這些響應因素去分析腸道菌群及其代謝產物與相關疾病之間的關係。比如，我們可以通過檢測血糖的水平，然和結合機器學習的算法，為患者提供精準的飲食方案。有實驗分別使用了16S rRNA以及鳥槍法對800人群的宏基因組進行了分析。結果顯示通過基於腸道微生物組的變化而進行的膳食的調整可以有效的減少餐後葡萄糖的增加。這些結果可以有效的提供更為科學的“精準化”的膳食意見。但是目前我們還需要更嚴謹的實驗確定這些方法是否會增加心血管疾病的風險。
理論上講，基於微生物組學信息進行的膳食干預可以有效的促進心血管健康。大鼠心肌梗死模型結果顯示廣譜抗生素與瘦素水平與芳香族氨基酸分解代謝的變化以及梗塞面積的減少有關。此外，植物乳桿菌或者鼠李糖乳桿菌GR-1與大鼠梗塞後心髒重塑的效果有關。有趣的是，食源性微生物只是短暫的定植在腸道內。但是益生菌和益生元是否可以直接影響整體微生物分佈尚未在人類研究中得以確立。儘管益生菌對降低血脂和降血壓的報道不盡相同，但人類干預研究結果表明其療效有限，目前尚無臨床建議。
微生物代謝產物作為生理調節劑：短鏈脂肪酸和膽汁酸
腸道菌群的調節宿主生理作用的一個關鍵途徑就是通過發酵攝入的食物產生功能性的因素。某些代謝物甚至可以直接被吸收到宿主循環中，並作為激素作用位點。其他代謝物可以作為下游介質或者信號分子。大多數微生物產生的代謝物可能提供促進健康的協同效應。然而，在此過程中，腸道內也可以積累很多有毒的代謝物，這些代謝物多發生在致病微生物定植或者宿主某些功能（比如腎損傷）受損時。對這些食物代謝組進行檢測不僅可以瞭解食物攝入的質量和數量，並且還可以瞭解複雜的微生物-宿主代謝導致的功能後果。
短鏈脂肪酸的生理作用
某些未消化的營養素（如抗性澱粉、膳食纖維和各種複合多糖）經過厭氧發酵可以禪僧1至6個碳鏈的脂肪酸，這些脂肪酸通常被稱為短鏈脂肪酸（SCFA）。比如乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等可以在結腸上皮被主動和被動脈吸收進入門靜脈。目前公認的是短鏈脂肪酸不僅可以未宿主提供約5%至10%左右的能量物質，還可以作為宿主身體系統的信號分子，比如參與宿主自動調節以及全身血壓的調節、炎症反應以及其他的一些細胞功能等。短鏈脂肪酸具有廣泛的生理功能，比如抑制組蛋白脫乙酰酶的抑制，趨化性和吞噬作用的調節，活性氧物種的誘導，細胞增殖和腸道屏障的完整性改變等。患有II型糖尿病患者體內產生的丁酸鹽的細菌以及乳桿菌數量顯著降低。短鏈脂肪酸，特別是丁酸鹽，可以作為腸上皮細胞的能量底物。此外，實驗結果還表明，萬古黴素治療的代謝綜合症患者體內產丁酸鹽細菌的丰度值下降，這些實驗結果表明了丁酸鹽在維持胰島素敏感性中的重要作用。最近的實驗表明，短鏈脂肪酸可以直接激活特異性不同的G蛋白偶聯受體，比如G蛋白受體41（GRP41）和嗅覺受體78（OLFR78）（圖2）。OLFR78在腎臟腎小球旁邊器官中高度表達，並響應短鏈脂肪酸介導的腎素分泌。此外，OLFR78和GRP41均在小阻力血管的平滑肌細胞中表達，此時，兩種受體在介導血管張力方面存在明顯的差異。OLFR78敲除小鼠罹患低血壓，而GRP41敲除小鼠罹患高血壓，這些實驗也進一步的證明了短鏈脂肪酸與宿主血壓控制之間的生理學上的關係。丙酸鹽可以刺激OLFR78升高血壓，而刺激GRP41降低血壓。最近的動物實驗表明腸道微生物群產生的短鏈脂肪酸對於有或者沒有抗生素處理的心肌梗塞的小鼠模型的宿主免疫反應和心臟修復能力至關重要。然後，目前這種關係在人體心血管疾病的研究還十分有限。
膽汁酸和膽汁酸的生理作用
微生物調節
膽汁酸可以促進膳食脂肪和脂溶性分子的吸收，幾種膽汁酸可以通過激活核受體（如G蛋白偶聯膽汁酸受體1-TGR5和法尼醇X受體-FXR）來調節能量代謝。腸內的FXR似乎通過成纖維細胞生長因子（FGF）調節肝膽固醇7α-羥化酶（CYP7A1）以及膽汁酸合成中的限速酶。因此，人類產生了大量的共軛親水的膽汁酸，通過FXR在腸和肝中正反饋拮抗作用維持。通過膽汁鹽水解和膽汁酸7α-脫羥基作用，腸道微生物群能夠通過腸道和肝臟中的FXR的激動作用產生影響宿主生理的二級膽汁酸激素，從而產生較小的，未接合的疏水性膽汁酸池。因為膽汁酸在細菌膜上具有疏水性和去汙性。因此，飲食-腸道，微生物-膽汁酸池大小和組成之間存在動態平衡。膽汁酸池的親水性可與疾病狀態相關，而腸道中膽汁酸水平的降低可與細菌過度生長和炎症相關。一種半合成的膽汁酸類似物和一種有效的FXR激動劑，最近被批准用於治療非酒精性脂肪性肝炎，對羥基苯甲酸，可以減少細菌移位和腸道驗證。
短鏈脂肪酸為基礎的膳食干預
腸道微生物菌群、代謝物對心血管疾病或者代謝疾病的易感性之間的關係已經稱為腸道微生物組的焦點。目前，飲食調節是臨床實踐中用於影響慢性代謝疾病的主要治療工具。雖然生活方式的相互作用可以明顯的影響腸道微生物群落結構和功能，但是關於這方面的研究非常有限。目前的研究主要針對動物，而對人類中的研究非常有限。研究顯示以動物為基礎的膳食可以降低代謝膽汁的微生物（Alistipes,Bilophila 和Bacteroides）以及代謝植物多糖的微生物（Roseburia, Eubacterium recale 以及Ruminococcus bromii）的厚壁菌門的水平。此外，當受試者的飲食轉變為植物源的食品時，分辨醋酸鹽和丁酸鹽的濃度顯著的降低。在植物多糖存在的情況下，Roseburia intestinalis 可以產生丁酸鹽並提供抗動脈粥樣硬化的保護，而在低植物多糖飲食中沒有觀察到保護作用。類似的，當飼餵富含植物多糖的飼料時，微生物群保護Apoe-/-小鼠免於動脈粥樣硬化，但在餵食西式飲食時則不然。
致病介質的代謝產物：三甲胺N-氧化物
分析宿主對某些疾病易感性的直接或者間接因素有利於研究研究人員從另外的角度去分析微生物-宿主之間的相關關係，並且去分析這種相互關係如何調控心腦血管疾病。在基於非靶向代謝組學分析的初步發現中，Wang等人（75）對2000多個人群的代謝物進行了分析，人群基於是否具有心血管疾病症狀（死亡、心肌梗死和中風）分為兩組，兩組之間的代謝物存在明顯的差別，結合統計學分析，作者發現了18種差異明顯的代謝物。目前這些代謝物種有的已經被發現可以作為心血管疾病的生物標記物，並且這種代謝物是與腸道菌群相關，比如L-瓜氨酸。其中的三種代謝物（碎片離子分別為76，104，118）彼此相關聯，說明三者共同參與了同一個通路。其中一個（碎片離子峰為76）似乎與心血管疾病的發病風險關係有一定的關聯性，該物質被鑑定為三甲胺N-氧化物（TMAO），該物質是腸道微生物代謝膳食的膽鹼以及磷脂酰膽鹼的副產物。此外，另外一種未知的物質的含量與心血管疾病的發病風險密切相關，該物質被鑑定為氨基三甲基賴氨酸（TML），並且研究還證明該物質是腸道菌群代謝產生TMAO的前體物質。
微生物產生TML VS 宿主產生TMAO
腸道內某些微生物含有TMA裂解酶，可以分解含有三甲胺[N(CH3)3]基團（TMA）的營養物質（比如膽鹼、磷脂酰膽鹼以及L-肉鹼）,從而釋放TMA。TMA是一種帶有腐臭魚味的惡臭氣體，然後被宿主吸收，並通過門靜脈循環遞送至肝臟中，通過肝黃素單加氧酶（FMO，特別是FMO3），迅速轉化為TMAO。雖然雌性小鼠體內FMO3的活性比雄性小鼠體內的高，但是人類基因組的關聯性分析未發現有性別方面的差異。罹患FMO3遺傳多態症的患者通常會造成TMA代謝紊亂，從而積累更多的TMA，該症狀稱為魚臭綜合徵（或者稱為三甲胺尿綜合徵）。TMAO最終主要通過腎臟得以排出體內。
汙水淨化過程中經常會出現TMA的積累，最後發現該物質是一種有毒的化合物，從而引起了人們的重視。膽鹼是膽汁中一種非常豐富的化合物，而且不斷的被釋放至雜事動物或者素食動物的腸道內。肉鹼主要存在與肉（特別是紅肉）中。腸道內的肉鹼以及膽鹼主要通過某些通道蛋白被吸收進入腸腔內。但是一般而言，尤其是當攝入食物比較多時，會導致肉鹼以及膽鹼的吸收不完全。最終，膳食攝入的膽鹼以及肉鹼會導致宿主內TMA以及TMAO含量的增加，從而對宿主代謝產生負面的影響，這兩類化合物的積累尤其會增加心血管疾病的發病風險。
膳食引起的TMAO的產生以及動脈粥樣硬化的發生
研究人員最初發現血漿中TMAO的含量與心血管疾病的發病與否存在某些相互依賴的關係，因此接下來科研工作者試圖去尋找TMAO是否時導致心血管疾病發病的因素。為了直接顯示（微生物以及宿主）共同參與的TMAO通路可以導致動脈粥樣硬化，研究人員以小鼠為模型，分別餵食富含膽鹼以及肉鹼的飼料，結果顯示小鼠血漿中TMAO含量明顯的升高，富含膽固醇的巨噬細胞大量生成，並且導致主動脈粥樣硬化斑塊的形成。
相反的是，無菌小鼠或者非光譜抗生素的處理均可以導致小鼠腸道內產生TMAO的能力消失，並且還可以抑制依賴於飲食（肉鹼或者膽鹼）的粥樣硬化斑塊的進一步的擴大。此外，當移植富含TMA/TMAO的糞便至上述無菌小鼠或者抗生素處理小鼠體內後，小鼠體內依賴於膽鹼形成的粥樣硬化斑塊明顯增加。Zhu等人的實驗結果也證實了上述的觀點。基於以上分析，我們基本可以判斷粥樣硬化患者體內的TMAO以及膽鹼的代謝物的產生都是腸道微生物的發酵作用所致。
人群中監測血漿中TMAO含量的實際意義
人群實驗顯示，當志願者服用了一段時間吸收較差的抗生素後，其產生TMAO的含量受到明顯的抑制，該結果也充分的證明了腸道菌群在產生TMA或者TMAO過程中的作用。在一項針對1800個人群的實驗顯示，血漿中TMAO的含量與罹患粥樣硬化、外周動脈疾病以及心肌梗死的幾率成正比。此外，在接下來參與人群實驗的4000人均進行了選擇性的冠狀動脈造影治療，我們發現當TMAO的含量升高時會導致很多與心血管相關的疾病的發生，比如死亡，心肌梗死，中風等，並且結果還顯示此時血漿中膽鹼以及肉鹼的含量也會顯著的升高。上述對TMAO水平的監測從而預判心血管疾病方面的效果也適用於HF患者，糖尿病患者，外周動脈疾病患者(92),慢性腎炎患者，高膽固醇患者、急性冠心綜合症或者稱為心肌梗死患者以及非心血管疾病的人群等，這些因素與傳統的風險因素無關。此外，TMAO含量的升高還與膽固醇的含量成正比，這類患者通過血管造影術顯示血管的數量增加，並且SYNTAX分數升高。上述發現也得到了不同的研究團隊研究成果的支撐，並且最近又有幾篇該領域薈萃分析的文章得以發表。這些數據表明臨界值為6時可以有效的預測心血管疾病的發病預測值（Figure3）。但是當患者血漿中TMAO的含量過高（比如第一個分位值為25到50pM時），利用TMAO進行心血管ji並的預測成功的可能性下降，並且此時益生菌對於這類患者體內TMAO的水平沒有顯著性的效果。
儘管動物實驗結果顯示TMAO的增加會增加動脈粥樣硬化或者血栓的以及炎症的發生概率，但是宿主體內改化合物的受體還是未知的。動物實驗表明TMA/TMAO的產生會改變膽固醇、甾醇以及膽汁酸的代謝，此外該化合物還會改變膽汁酸通道的大小、組成以及轉運過程。此外，TMAO還會破會膽固醇的逆行轉運而促進膽固醇的主動轉運過程。體內外實驗均證實TMAO會改變血管功能以及促進炎症反應，例如基於NLRP3的炎症反應。動物實驗還表明，周齡越長的小鼠，抗生素改善血管內皮功能障礙的效果更好，並且會使得動脈的性狀更優，隨之而來的是血漿中TMAO水平升高，抗氧化能力更佳，與抗氧化相關的酶表達也隨之升高。
目前實驗發現TMAO可以明顯的作用於血小板，改變細胞內鈣離子的信號通路以應對多種刺激因素的發生，並且TMAO還可以促進增強的血小板的響應以及血栓形成的風險。在多種血栓模型的小鼠中，我們均發現直接攝入TMAO或者攝入富含膽鹼的食物，均會導致依賴於腸道菌群的TMAO含量的增加，這些處理可以快速的增加血小板的響應性，從而促進血栓的形成。同樣，當我們改變小鼠肝臟中FMO3的表達水平（比如沉默等方式）可以改變宿主內TMAO的整體水平以及血小板的響應能力。
Framingham隊列研究結果顯示腎功能正常的個體中高的TMAO的含量會增加罹患心血管疾病的風險；動物實驗結果表明緩慢的升高TMAO的含量會促進腎功能的損傷以及腎間質纖維化的患病風險，並且會伴隨著與纖維化密切相關的生長因子β通路的激活。在一項利用膽鹼刺激形成的心血管疾病模型的小鼠實驗中，我們發現肝臟中FMO3的表達明顯上調，並且此時TMAO含量也明顯的上升。在鼠科動物實驗模型中，增加TMAO的含量會導致血壓升高非常明顯。
其他腸道代謝物
由於同一種營養無助會被小腸的不同部位分解成不同的化合物，因此目前從血漿中檢測到的食品代謝組僅僅可以代表所有物質的一個總和。在複雜的肉鹼合成通路中，作為肉鹼的前體物質，γ-三甲丁內銨鹽（γBB）以及TML也需要進行詳細的研究，因為這兩種物質會作為TMA以及TMAO潛在的反應底物。膳食攝入的L-肉鹼在人體內可以通過兩步驟轉化生成TMAO，首先肉鹼被快速代謝生成γBB，然後通過腸道內低丰度的菌群（而非某株單菌）轉化生成TMA。有實驗表明這些代謝物本身對心血管疾病的影響比TMAO還要高。比如，膳食的肉鹼會加速Apoe-/-小鼠體內動脈粥樣硬化的症狀，該症狀的產生可能通過腸道菌群產生的TMA進行介導，因為當小鼠口服吸收較差的抗生素後肉鹼的上述作用就消失。臨床實驗表明統計模型中包含TMAO數據時會導致整個模型對CAD的預測成功率降低。目前關於γBB於罹患心血管疾病風險的研究比較少。因此，未來我們需要針對γBB作為標記物與罹患心血管疾病之間的關係，因為目前的研究結果表明膳食攝入γBB會增加小鼠主動脈根部動脈硬化的風險，但是這種效果只發生在含有完整腸道菌群的組別中。但是，從目前掌握的數據來看，我們找到的能夠調控心血管疾病的代謝物只是眾多可能因素中的冰山一角。目前有研究表明II型糖尿病患者體內會富集腸道菌群產生的丙酸亞胺酯丙酸酯，並且當向小鼠注射該物質時可以導致胰島素的耐受性，這些結果顯示疾病相關的代謝物的種類繁多。
膳食以及藥物干預TMAO的水平
與短鏈脂肪酸類似的時，TMA/TMAO的形成也時依賴於營養物質的攝入。膳食攝入的膽鹼以及卵磷脂或者肉鹼均可以影響TMAO的整體水平。總體而言，素食主義者體內的TMAO的水平以及糞便中產TMA/TMAO的能力高於肉食主義者。尤其需要指出的是，與攝食白肉或者不吃肉的群體相比，攝食紅肉的群體體內TMAO的水平更高，腎臟分泌的TMAO含量更少。長期口服L-肉鹼的群體體內TMA/TMAO的含量更高。這種現象在小鼠以及人體中均有發現。因為L-肉鹼是一類適用於人和動物的很普通的食品添加劑，而且長期攝入該物質對心血管健康的影響目前還是未知的，因此未來需要針對該物質的安全隱患進行全面的分析。血漿中TMAO的含量會隨著攝入高脂肪的食品而顯著的增加，但是這種效果是否會在相同熱量食物中體現，目前還不得而知。需要指出的是，臨床上常用於治療心血管疾病的藥物斯達汀也許也對血漿中TMAO的含量產生影響。有意思的是，健康人群攝入肉鹼或者膽鹼後，血液中TMAO的水平會顯著的增加，但是當口服阿司匹林後會一定程度上降低上述的效果。目前一項臨床干預實驗非常有意思，當從某位素食者體內將糞便移植到某個患有代謝綜合症的患者體內時，患者體內TMAO的水平未升高，但是血糖指標發生了顯著的升高。然而，本文所選擇的患者本身體內的TMAO的含量就低於其限值，因此本文才發現了患者體內糖代謝更加旺盛。
結論與展望
在過去的幾年內，越來越多的數據表明，腸道微生物與心血管疾病之間的關係。目前已知的信息顯示腸道微生物在膳食和心血管疾病的改善過程中發揮了非常重要的作用，比如微生物可以通過分解營養物質從而釋放短鏈脂肪酸等功能型物質，從而改善心血管疾病的症狀。但是目前的研究主要集中在分析腸道微生物的組成上，而不是分析腸道微生物的功能改變以及由此產生的代謝物的變化。目前實驗發現，微生物的代謝物可以產生對心血管疾病有害的物質，比如TMAO等，該物質可以提高罹患動脈粥樣硬化的風險。這些結果可以幫助我們通過監測腸道微生物的變化進而預測罹患心血管疾病的風險。我們可以通過個性化的膳食干預、益生菌和/益生元或者服用非致死量的微生物抑制劑等的方式預防心血管疾病（比如抑制TMA的生成）。目前，我們認為靶向TMAO合成通路的藥物也有助於改善諸如腎功能下降、II型糖尿病等疾病。但是，這種治療策略是否有效還需要更加真實的數據進行支撐。目前，還需要指出的是，心血管疾病的產生可能與很多代謝物有關，並且在不同的患者中代謝物的種類也存在很大的差異，並且TMAO很可能是其中某一個特異性的代謝產物。
閱讀更多 糖尿病便祕腸炎管理 的文章
