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肠道菌群与动脉粥样硬化：从全身代谢紊乱到斑块内微生物信号的系统性–局部整合框架摘要： 动脉粥样硬化（Atherosclerosis，AS）仍然是心血管疾病发病率和死亡率的主要原因。越来越多的证据表明，微生物群与宿主之间的相互作用通过全身性和局部性机制促进动脉粥样硬化的发生发展。本综述总结了关于肠道微生物群、微生物代谢产物以及斑块相关微生物信号的现有证据，并讨论了其潜在的治疗意义。肠道菌群失调可能通过多种依赖于代谢产物、免疫、血管和代谢的途径促进动脉粥样硬化。近年来的多组学（multi-omics）和实验研究进一步表明，微生物群对血管生物学的影响不仅限于组成变化。与此同时，斑块相关微生物信号（可能源自口腔或肠道）可能通过局部炎症、氧化应激、坏死核心扩张和斑块易损性等机制发挥作用。研究人员进一步讨论了假定的肠道–口腔–斑块内轴（gut–oral–intraplaque axis）、斑块内潜在的局部微生物代谢产物微环境，以及肠道真菌与细菌之间可能的跨界相互作用（cross-kingdom interactions）。综上所述，这些发现支持一个整合框架，即微生物群可能通过相互关联的全身性和局部性途径塑造动脉粥样硬化的进程，这对生物标志物开发和微生物群靶向治疗具有潜在意义。 论文主体内容总结1. 引言动脉粥样硬化（Atherosclerosis，AS）是心血管疾病和缺血性脑卒中的主要病理基础，以慢性炎症和代谢紊乱为特征。尽管高脂血症、高血压和糖尿病等传统危险因素已被充分确立，但充分控制这些因素并不能完全消除残余风险，提示存在尚未充分解释的额外机制。近年来，肠道菌群作为人体最大的微生物生态系统，已成为心血管研究的新焦点。通过调节脂质代谢、免疫稳态和炎症反应，肠道菌群对宿主心血管健康产生深远影响。越来越多的证据将肠道菌群失调及其代谢改变与AS的发生和进展联系起来。更有趣的是，一些研究在动脉粥样硬化斑块内检测到细菌DNA和其他微生物信号，提示微生物组分可能存在于动脉壁内，这些斑块相关微生物信号可能与局部微环境相互作用，并可能促进AS进展。 2. 肠道菌群失调与动脉粥样硬化之间的致病机制饮食在塑造肠道微生物组中起关键作用。西方饮食（高饱和脂肪、低纤维）容易诱导菌群失调。生理条件下，人类和小鼠的肠道菌群以拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）为主，二者合计占微生物总数的近90%。厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值升高与肥胖和心血管疾病相关。西方饮食可能促进疾病相关或促炎类群的扩增，同时减少产生短链脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）的类群，从而损害肠道屏障完整性，增加肠道通透性，促进脂多糖（Lipopolysaccharides，LPS）等微生物组分转位进入循环，诱导全身性炎症。 微生物代谢产物是肠–心轴的关键介质。菌群失调常促进三甲胺（Trimethylamine，TMA）产生菌（如大肠杆菌和肺炎克雷伯菌）的过度生长，导致血浆三甲胺N-氧化物（Trimethylamine N-oxide，TMAO）水平升高，与心血管风险增加密切相关。相反，菌群失调抑制SCFA产生菌，削弱脂质平衡和抗炎防御。 当菌群失调损害肠道屏障功能时，LPS和肽聚糖等细菌产物可转位进入循环，与免疫细胞上的Toll样受体4（TLR4）相互作用，激活NF-κB信号通路，诱导慢性低度炎症，促进活性氧、黏附分子和促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）的产生，增强Th1/Th17免疫应答，驱动内皮损伤、斑块形成和不稳定。 在动脉粥样硬化斑块中已检测到微生物DNA和细菌类群。Koren等人在动脉粥样硬化斑块中鉴定出细菌群落，并报道了与口腔和肠道菌群的重叠，包括韦荣球菌属（Veillonella）和链球菌属（Streptococcus）。这些发现支持斑块相关微生物信号的存在，但尚未确定其活性、来源或进入途径。 3. 动脉粥样硬化中代表性的肠道微生物代谢产物TMAO激活NF-κB通路，促进内皮细胞黏附分子表达，刺激全身性氧化应激，损害内皮细胞间紧密连接，促进炎症因子产生和炎症小体激活。LPS结合Toll样受体并通过MYD88复合物激活NF-κB通路。SCFAs结合G蛋白偶联受体，可抑制免疫细胞中的氧化应激和炎症小体激活，同时促进巨噬细胞中ABCA1蛋白表达，增强脂质外流。脱氧胆酸（DCA）激活TGR5受体并增强cAMP/PKA信号通路，抑制NLRP3炎症小体激活。咪唑丙酸（ImP）抑制PI3K/Akt通路，导致转录因子FOXO1持续激活，损害内皮细胞功能。 胆碱和肉碱等营养素被肠道微生物代谢为三甲胺，随后被肝脏含黄素单加氧酶氧化为TMAO。细胞研究表明TMAO破坏内皮连接蛋白（包括occludin），激活MAPK/NF-κB和NLRP3信号通路。动物研究表明TMAO促进巨噬细胞胆固醇积累和泡沫细胞形成，增加动脉粥样硬化病变负担，损害反向胆固醇转运。在冠心病或急性心肌梗死患者中，较高的循环TMAO水平与易损斑块特征相关。然而，TMAO浓度也受饮食、肾脏清除率和宿主合并症影响，应被视为一种依赖情境的生物标志物。 SCFAs（主要为乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐）通过膳食纤维的微生物发酵产生。在ApoE?/?小鼠中，丙酸盐通过增加肠道调节性T细胞和IL-10水平、抑制NPC1L1表达来减少肠道胆固醇吸收和动脉粥样硬化病变形成。丁酸盐通过促进ABCA1介导的胆固醇外流减轻动脉粥样硬化。乙酸盐通过GPR43–AMPK信号通路减轻动脉粥样硬化。三种SCFA对动脉粥样硬化的作用不同，应分别考虑。 LPS在肠道通透性增加时进入全身循环，通过TLR4激活NF-κB信号，导致NADPH氧化酶2（NOX2）激活、氧化型低密度脂蛋白增加、血小板活化和斑块内巨噬细胞介导的炎症反应，损害斑块稳定性。苯乙酰谷氨酰胺（PAGln）是苯丙氨酸的肠道微生物代谢产物，与G蛋白偶联受体（特别是肾上腺素能受体）相互作用，增强血小板反应性和炎症。胆汁酸（BAs）通过核受体FXR和胆汁酸受体TGR5调节AS，TGR5激活通过抑制NF-κB/Akt信号发挥抗炎和血管保护作用。 4. 动脉粥样硬化相关疾病中的肠道菌群改变在冠心病（CAD）患者中，拟杆菌门和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的相对丰度显著降低，而变形菌门（Proteobacteria）（特别是肠杆菌科）和某些厚壁菌门类群（如链球菌属）增加。严重狭窄（≥70%）患者中萨特氏菌属（Sutterella）和粪球菌属（Faecalitalea）富集。不同CAD亚型具有不同菌群特征：稳定型心绞痛患者富集瘤胃球菌属（Ruminococcus）等，不稳定型心绞痛患者富集毛螺菌属（Lachnospira）等，急性心肌梗死患者中另枝菌属（Alistipes）和罗氏菌属（Rothia）水平升高。 在动脉粥样硬化性颈动脉狭窄（CAS）和缺血性脑卒中患者中，报道了卵形拟杆菌（Bacteroides eggerthii）、大肠杆菌和肺炎克雷伯菌的富集。动脉粥样硬化性脑卒中患者中拟杆菌门显著减少，而厚壁菌门、变形菌门和放线菌门增加，伴随TMAO代谢增强。在颈动脉斑块和粪便样本中鉴定出共享细菌属（如克雷伯菌属、链球菌属和梭菌属），提示微生物可能通过受损的肠道屏障转位。 在真菌方面，动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）患者中富集了机会性真菌，包括白色念珠菌（Candida albicans）、外瓶霉（Exophiala spinifera）和限制性马拉色菌（Malassezia restricta）。白色念珠菌产生甲酰甲硫氨酸（fMet），可激活HIF-2α通路并促进神经酰胺合成。研究人员假设肠道真菌和细菌可能发生跨界相互作用，真菌过度生长可能与SCFA产生菌的丧失同时发生，真菌和细菌产物可能汇聚于共享的炎症通路（包括HIF-2α、神经酰胺和NF-κB相关信号），加剧斑块发展。 5. 多组学和动物研究揭示的肠道菌群在动脉粥样硬化中的新机制在血小板功能和血栓形成方面，健康个体中拟杆菌属（Bacteroides）丰度增加，血清脱氧胆酸（DCA）水平升高。DCA通过TGR5激活下游cAMP/PKA信号抑制激动剂诱导的血小板活化。补充DCA、定植多形拟杆菌（Bacteroides vulgatus）或健康供体粪便菌群移植可显著减少血小板高反应性、减轻血栓形成。 在肠道屏障维持方面，普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）丰度与CAD呈负相关。活菌可增加肠道上皮细胞中ZO-1表达，口服给药可增强肠道黏液和紧密连接屏障，减少循环LPS和血管炎症，减轻动脉粥样硬化病变。嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）补充可缓解屏障功能障碍和血管炎症。 在微生物毒力因子方面，2型糖尿病（T2DM）相关ASCVD患者中，肠杆菌科/埃希氏菌-志贺菌属（Escherichia-Shigella）和III型分泌系统（T3SS）相关毒力基因富集，并与冠状动脉狭窄严重程度正相关。循环3-甲基-L-组氨酸（3-MH）水平与颈动脉内中膜厚度和致动脉粥样硬化脂质谱正相关。T3SS功能完备的柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）加重糖尿病ApoE?/?小鼠的肠道屏障功能障碍和动脉粥样硬化病变。 在内皮和免疫细胞功能调节方面，CAD患者中循环咪唑丙酸（ImP）水平升高，吲哚-3-丙酸（IPA）水平降低，ASCVD患者中卵形拟杆菌（Bacteroides ovatus）丰度和循环吲哚-3-乙酸（IAA）水平降低。ImP通过抑制PI3K/AKT信号和维持FOXO1激活损害人主动脉内皮细胞迁移和血管生成能力。IPA通过miR-142-5p–ABCA1通路促进胆固醇外流。IAA抑制促炎巨噬细胞中TLR4/MyD88/NF-κB信号，同时促进M2巨噬细胞极化。 6. 斑块内微生物研究进展通过16S rRNA基因测序、宏基因组测序或定量PCR，已在颈动脉和冠状动脉斑块中鉴定出细菌遗传物质，包括链球菌属、韦荣球菌属、卟啉单胞菌属（Porphyromonas）和奈瑟菌属（Neisseria）。空间定位提供了额外证据：Huang等人使用Pg特异性FISH探针在人类冠状动脉斑块中直接可视化牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）阳性簇。Karhunen等人通过免疫组织化学在粥样硬化核心、纤维帽和斑块破裂部位定位链球菌免疫反应性。直接证据仍然稀缺：部分颈动脉斑块中检测到肺炎衣原体mRNA，Lanter等人从人类颈动脉粥样硬化组织中培养出活的痤疮丙酸杆菌（Cutibacterium acnes）。 斑块内微生物组研究的异质性来源包括：不同血管床的斑块组成差异（破裂倾向的冠状动脉斑块通常富含脂质坏死核心和薄纤维帽，而外周动脉斑块含更多纤维成分）、斑块采样策略差异、微生物检测和分析方法差异，以及污染控制问题。动脉粥样硬化斑块是低生物量标本，特别容易受到手术采样、标本处理、DNA提取和测序过程中的污染影响。 在功能作用方面，鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）来源的膜囊泡（MVs）可选择性靶向泡沫巨噬细胞，激活NR1H3–ABCA1通路促进胆固醇外流，并将巨噬细胞从促炎M1（CD86+）极化为抗炎M2（CD206+）表型。相反，具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）可通过血流进入血管内膜，诱导巨噬细胞M1极化和脂质代谢紊乱。牙龈卟啉单胞菌通过激活TLR4和MAPK/ERK–FOXO3通路促进巨噬细胞脂质摄取和斑块不稳定。 研究人员提出假定的肠道–口腔–斑块内微生物轴：一些斑块相关微生物可能源自受损的口腔或肠道屏障，通过血行和可能的淋巴途径到达动脉粥样硬化病变，并在斑块微环境中持续存在。如果活微生物局部持续存在，它们可能创造斑块特异性的微生物代谢微环境。然而，目前缺乏直接证据证明人类动脉粥样硬化斑块内微生物代谢产物的原位产生，该假说仍需进一步验证。 7. 肠道菌群介导的抗动脉粥样硬化治疗策略益生菌方面，大肠杆菌Nissle 1917通过重塑肠道菌群和血清代谢组、抑制瓜氨酸相关Caspase1/NLRP3/GSDMD介导的焦亡减轻动脉粥样硬化。动物双歧杆菌乳亚种F1-7通过调节胆汁酸代谢和下调肠道FXR信号减少斑块和脂质积累。普拉梭菌已获得人类多组学、细胞和动物证据支持。 益生元方面，短链和长链菊粉均减少动脉粥样硬化斑块负担、炎症和肠道屏障功能障碍。甘露寡糖和老化大蒜寡糖也显示出抗动脉粥样硬化效果。后生元方面，凝结芽孢杆菌（Weizmannia coagulans）JA845来源的后生元减少斑块形成和血管炎症，伴随TMAO水平降低和JAK/STAT3信号抑制。巴氏灭活的阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）在随机双盲安慰剂对照研究中改善了超重和肥胖胰岛素抵抗个体的胰岛素敏感性并降低血浆总胆固醇。合生元方面，植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）M10与异麦芽糖联合补充改善脂质代谢和肠道菌群组成，减少主动脉增厚和血管炎症。 中药和天然产物方面，葛根素在ApoE?/?小鼠中通过减少普雷沃氏菌（Prevotella copri）及其TMA产生能力减轻动脉粥样硬化，颈动脉斑块患者短期干预降低了P. copri丰度和循环TMAO水平。水飞蓟宾、巴马汀和桃叶珊瑚苷通过调节肠道菌群组成和代谢物、肠道屏障功能、脂质代谢和血管炎症减轻实验模型中的动脉粥样硬化病变。补阳还五汤减少斑块负担，伴随肠道菌群改变、TMAO水平降低、胆汁酸代谢改变和TLR4/NF-κB/NLRP3信号抑制。 膳食谷物方面，全谷物青稞减少动脉粥样硬化斑块负担并抑制NLRP3相关炎症。越橘补充减少斑块形成并改变肠道菌群组成和代谢物。小米麸皮来源的FMB-BBTI减轻动脉粥样硬化并重塑肠道菌群。吲哚-3-甲醇减少高胆碱喂养ApoE?/?小鼠的动脉粥样硬化。槲皮素调节实验性动脉粥样硬化中的肠道菌群和代谢谱。 尽管这些治疗策略的分子靶点不同，但许多都汇聚于微生物群–宿主相互作用。然而，微生物群靶向干预的临床转化面临挑战：个体间基线肠道菌群差异、益生菌效果的菌株和制剂特异性、最佳剂量和疗程缺乏标准化，以及大多数证据仍来自动物和机制研究。 8. 微生物组–动脉粥样硬化研究中的方法学局限性和转化挑战生物学异质性和临床混杂因素可显著影响肠道微生物组。饮食决定微生物代谢的底物。年龄影响微生物组的组成和功能。性别和性激素与肠道菌群存在双向关系。肥胖、胰岛素抵抗和糖尿病通过特定的微生物相关代谢途径构成重要混杂因素。药物暴露是另一个重要混杂因素：他汀类药物可能重塑肠道微生物组，抗生素暴露可直接扰动易感微生物种群。 方法学异质性构成额外变异来源。样本采集和储存、DNA提取、文库制备、测序平台、测序深度和生物信息学处理的差异可引入批量效应。16S rRNA测序的引物选择和靶向高变区可优先扩增或低估特定类群，有限的序列长度限制了物种和菌株水平的分类分辨率。宏基因组鸟枪法测序避免靶向16S扩增，提供更高的分类分辨率和更直接的微生物基因含量表征，但仍受测序深度、宿主DNA污染、参考基因组覆盖率和分类算法影响。微生物组测序数据本质上是成分性的，相对丰度的表观增加可能部分反映其他类群的变化。从16S rRNA数据推断的功能通路是基于参考基因组的预测，而非微生物基因或活性的直接测量。 9. 结论与展望肠道菌群组成的改变日益被认为是心脑血管疾病的重要特征。现有证据表明，肠道菌群失调通过多种相互关联的机制促进动脉粥样硬化，包括微生物代谢产物改变、肠道屏障完整性损害以及免疫和炎症反应失调。与此同时，动脉粥样硬化斑块内微生物信号的检测提示斑块内微生物可能进一步影响局部免疫激活、脂质处理和斑块易损性。未来研究应优先鉴定疾病相关或潜在促动脉粥样硬化的类群，阐明宿主–微生物相互作用通路，区分真正的斑块内定植与污染或瞬时微生物信号。整合多组学方法、空间代谢组学和转录组学、微生物活性测定和实验模型对于确定斑块相关微生物的生物学相关性至关重要。微生物群调节疗法在动脉粥样硬化防治中展现出前景，但其临床转化需要大规模、多中心验证和标准化分析方法。 |
