李軼男 裴漢軍

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide，TMAO)是膽堿、卵磷脂和肉堿的代謝產(chǎn)物，可由三甲胺(trimethylamine，TMA)轉(zhuǎn)變而來。腸道中的膳食膽堿和左旋肉堿在多種酶的作用下產(chǎn)生TMA，后者在腸道上皮細(xì)胞被吸收并輸送到肝臟，在肝臟中被黃素單加氧酶3(flavin-containing monooxygenase 3，F(xiàn)MO3)進(jìn)一步氧化，形成TMAO，之后生成的TMAO一部分作為滲透壓調(diào)節(jié)劑被轉(zhuǎn)運(yùn)到組織中積累，其余絕大部分以尿液的形式排出體外[1]。近年來TMAO被認(rèn)為是動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)形成和發(fā)展的重要因素，并且有望在改善冠心病患者危險(xiǎn)分層及預(yù)后方面發(fā)揮作用?，F(xiàn)就TMAO促AS機(jī)制、TMAO在臨床研究中的作用及干預(yù)TMAO產(chǎn)生的治療方案展開綜述，旨在為防治AS及改善冠心病患者臨床預(yù)后提供新靶點(diǎn)。

1 TMAO促AS的機(jī)制

TMAO作為一種代謝產(chǎn)物，其促AS的機(jī)制可概括為以下五點(diǎn)，如圖1所示：(A)調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表面的受體促使其對(duì)氧化型低密度脂蛋白的攝取增多、排出減少，促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成；(B)激活三磷酸肌醇通路，增加血小板反應(yīng)性；(C)減少一氧化氮(nitric oxide，NO)產(chǎn)生及生物利用度，引起內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙；(D)下調(diào)CYP7A1的表達(dá)，減少肝內(nèi)膽汁酸合成；(E)促進(jìn)炎癥反應(yīng)。

1.1 促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成

巨噬細(xì)胞吞噬膽固醇形成的內(nèi)源性泡沫細(xì)胞是AS早期病變的主要標(biāo)志。其中CD36和A1類清道夫受體(class A1 scavenger receptor，SR-A1)是巨噬細(xì)胞表面的受體，它們可識(shí)別并介導(dǎo)巨噬細(xì)胞對(duì)氧化型低密度脂蛋白攝取[2]。膽固醇酰基轉(zhuǎn)移酶-1和中性膽固醇酯水解酶調(diào)節(jié)膽固醇的酯化作用。ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1、G1和清道夫受體BI則在巨噬細(xì)胞膽固醇輸出中起關(guān)鍵作用。當(dāng)膽固醇攝取和酯化作用增加和/或膽固醇輸出減少時(shí)，脂質(zhì)超負(fù)荷的巨噬細(xì)胞將轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞，即AS斑塊中的典型細(xì)胞[3]。TMAO則可激活巨噬細(xì)胞SR-A1和CD36受體的表達(dá)，刺激對(duì)氧化型低密度脂蛋白的攝取來促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成[4]。同樣的，Mohammadi等[5]也發(fā)現(xiàn)TMAO既可上調(diào)SR-A1的表達(dá)，又能下調(diào)ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1，促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成。

注:ABCA1,ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1;ROS,活性氧;FGF15,成纖維細(xì)胞生長因子15;FGFR4,成纖維細(xì)胞生長因子受體4;CRP,C反應(yīng)蛋白;TNF-α,腫瘤壞死因子-α;SHP,小異二聚體伴侶;IP3,三磷酸肌醇;TXNIP,硫氧還蛋白互作蛋白;NLRP3,NOD樣受體蛋白3;ox-LDL,氧化型低密度脂蛋白;COX2,環(huán)氧合酶2;ICAM-1,細(xì)胞間黏附分子-1;FXR,法尼酯X受體;CYP7A1,膽固醇7α-羥化酶;NF-κB,核因子κB;IL,白介素;ADP,腺苷二磷酸。圖1 TMAO促AS機(jī)制

1.2 增加血小板的反應(yīng)性

血小板活化作為AS形成過程中的重要因素，參與血栓的形成和AS斑塊的破裂，故促進(jìn)血小板活化，血小板反應(yīng)性的增加，會(huì)加重AS[6]。Zhu等[7]研究發(fā)現(xiàn)口服膽堿補(bǔ)充劑，受試者血漿TMAO水平增加，同時(shí)伴隨著血小板對(duì)腺苷二磷酸(adenosine diphosphate，ADP)的聚集反應(yīng)相應(yīng)增強(qiáng)。還有研究[8]發(fā)現(xiàn)TMAO可直接增加血小板對(duì)多種不同激動(dòng)劑(ADP、凝血酶和膠原)的反應(yīng)性，促進(jìn)血小板與它們之間的黏附性，而且在ADP和凝血酶作為激動(dòng)劑的前提下，TMAO會(huì)激活血小板中三磷酸肌醇信號(hào)通路，促使細(xì)胞內(nèi)儲(chǔ)存的Ca2+依賴性釋放來提高血小板高反應(yīng)性。

1.3 促使血管內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙

內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是公認(rèn)的心血管危險(xiǎn)因素，是AS發(fā)展的早期事件。許多臨床和基礎(chǔ)研究顯示內(nèi)皮祖細(xì)胞在恢復(fù)內(nèi)皮損傷和維持內(nèi)皮功能中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)血管發(fā)生損傷時(shí)，骨髓來源的內(nèi)皮祖細(xì)胞可動(dòng)員到外周循環(huán)，并在損傷的內(nèi)皮部位分化為內(nèi)皮細(xì)胞[9]，而且內(nèi)皮祖細(xì)胞的數(shù)量和冠心病的危險(xiǎn)因素負(fù)相關(guān)[10]。研究發(fā)現(xiàn)TMAO可通過增加體外培養(yǎng)的內(nèi)皮祖細(xì)胞內(nèi)炎癥和活性氧的產(chǎn)生，直接導(dǎo)致循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞功能損傷，并最終導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙，同時(shí)TMAO還可減少內(nèi)皮祖細(xì)胞內(nèi)NO的表達(dá)，使NO介導(dǎo)的內(nèi)皮功能受損[11]。而NO的產(chǎn)生或可用性降低也是內(nèi)皮功能障礙的重要原因，Li等[1]發(fā)現(xiàn)在老年大鼠中，高水平的TMAO可通過增加血管炎癥和氧化應(yīng)激減弱內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶來源的NO的生物利用度，從而導(dǎo)致與衰老相關(guān)的血管內(nèi)皮功能障礙；且NO介導(dǎo)的處于靜止?fàn)顟B(tài)的內(nèi)皮細(xì)胞在受到氧化還原信號(hào)的刺激時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)化為激活狀態(tài)[12]，導(dǎo)致炎癥、血管收縮和重塑，促進(jìn)AS的發(fā)展。

1.4 影響膽汁酸代謝

高膽固醇是AS的主要危險(xiǎn)因素之一，膽固醇合成膽汁酸是清除體內(nèi)多余膽固醇的主要途徑，有助于AS的消退[13]。膽汁酸已被證明是核受體法尼酯X受體(farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)的內(nèi)源性配體，F(xiàn)XR調(diào)節(jié)參與膽汁酸合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、結(jié)合和排泄等基因的活性[14]。膽汁酸激活FXR通過反饋機(jī)制下調(diào)膽固醇7α-羥化酶(cholesterol 7α-hydroxylase，CYP7A1)的表達(dá)可限制肝內(nèi)膽汁酸的合成[15]。Ding等[16]發(fā)現(xiàn)TMAO僅可改變膽汁酸的分布，激活核FXR及小異二聚體伴侶受體，下調(diào)CYP7A1的表達(dá)抑制膽汁酸合成，增加主動(dòng)脈壁內(nèi)泡沫細(xì)胞的積聚和斑塊面積，加速小鼠主動(dòng)脈損傷的形成。還有研究[17]發(fā)現(xiàn)與正常喂養(yǎng)的小鼠相比，補(bǔ)充膳食TMAO的小鼠表現(xiàn)出肝膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性的下降和總膽汁酸池大小的減少。白藜蘆醇則可降低TMAO的水平，并通過腸肝FXR-成纖維細(xì)胞生長因子15軸誘導(dǎo)肝膽汁酸的合成來影響膽固醇代謝，減弱TMAO所致的AS[18]。由此可見TMAO引起的膽汁酸合成減少在促AS中發(fā)揮重要作用。

1.5 引起炎癥反應(yīng)

AS是一種慢性炎癥疾病，核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路在許多與AS相關(guān)的促炎基因的表達(dá)中起調(diào)節(jié)作用。TMAO可通過激活NF-κB通路誘導(dǎo)包括環(huán)氧化酶2、E選擇素、白介素(interleukin，IL)-6和細(xì)胞間黏附分子-1在內(nèi)的幾種促AS的炎癥基因的表達(dá)[17]。Sun等[19]發(fā)現(xiàn)在人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞中，TMAO可觸發(fā)氧化應(yīng)激，激活硫氧還蛋白互作蛋白-NOD樣受體蛋白3(TXNIP-NLRP3)炎癥小體，釋放促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18，且使內(nèi)皮一氧化氮合酶和NO的產(chǎn)生受到抑制；而促炎細(xì)胞因子IL-1β和IL-18的成熟和分泌引起的炎癥反應(yīng)，則在促進(jìn)脂質(zhì)斑塊的發(fā)展和破壞AS斑塊的穩(wěn)定中起著重要的作用[20]。此外，TMAO還可激活人冠狀動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的NF-κB信號(hào)通路來增加組織因子的表達(dá)和活性，促進(jìn)AS血栓形成[21]。

2 TMAO在臨床研究中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 預(yù)測冠心病患者冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊負(fù)荷

高SYNTAX和Gensini評(píng)分以及多支血管病變被認(rèn)為是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)荷的臨床標(biāo)志物，與冠心病患者預(yù)后不良相關(guān)。Waleed等[22]在一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)血漿TMAO水平與非ST段抬高型心肌梗死(non-ST-segment elevation myocardial infarction，NSTEMI)患者的高AS負(fù)荷相關(guān)，高TMAO水平的NSTEMI患者的SYNTAX和Gensini評(píng)分增高，且在NSTEMI患者中多支血管病變的患者血漿TMAO水平比單支血管病變患者TMAO水平高。此外，TMAO水平在穩(wěn)定型心絞痛患者及ST段抬高型心肌梗死(ST-segment elevation myocardial infarction，STEMI)患者中也顯示出與高AS負(fù)荷相關(guān)[23-24]，TMAO水平越高預(yù)示著更高的SYNTAX評(píng)分及冠狀動(dòng)脈多支血管病變的存在，因此TMAO水平可作為AS負(fù)荷的獨(dú)立預(yù)測因子。

2.2 作為評(píng)估冠狀動(dòng)脈斑塊易破裂性的生物標(biāo)志物

斑塊破裂和侵蝕是發(fā)生STEMI的主要原因，斑塊破裂或侵蝕不僅發(fā)生在完整的脂質(zhì)或纖維化斑塊中，而且也可發(fā)生在急性事件后先前已愈合的斑塊中。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)STEMI患者血漿TMAO水平與罪犯斑塊的愈合相關(guān)。斑塊愈合患者的TMAO水平顯著高于未愈合斑塊患者，已愈合的罪犯斑塊的STEMI患者比罪犯斑塊未愈合的STEMI患者更易出現(xiàn)斑塊的易損性，包括斑塊破裂和薄纖維帽粥樣斑塊(thin-cap fibroatheroma，TCFA)。此外TMAO水平與非罪犯斑塊的易破裂性(又稱易損性)也存在相關(guān)性。與低水平TMAO的冠心病患者相比，TMAO水平較高的冠心病患者非罪犯斑塊更加脆弱，表現(xiàn)為增高的TCFA和微血管發(fā)生率[26]，而TCFA與微血管的形成正是易損斑塊典型的形態(tài)學(xué)特征。以上研究表明TMAO可作為識(shí)別STEMI患者已愈合罪犯斑塊破裂及冠心病患者非罪犯斑塊破裂的生物標(biāo)志物，檢測TMAO水平對(duì)改善冠心病患者預(yù)后和臨床管理至關(guān)重要。

3 以TMAO為靶點(diǎn)的防治AS的策略

3.1 減少TMA的生成，從而減少向TMAO轉(zhuǎn)化

ZDY01是具有TMA代謝能力的產(chǎn)氣腸桿菌，ZDY01可降低具有TMA裂解酶活性的梭菌屬和不動(dòng)桿菌屬的相對(duì)豐度，減少膽堿或肉堿形成TMA[27-28]。Qiu等[29]用ZDY01處理膽堿喂養(yǎng)的小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠血清TMAO水平顯著降低。

3，3-二甲基-1-丁醇(3，3-dimethyl-1-butanol，DMB)是一種膽堿結(jié)構(gòu)類似物，在一些食品(如一些香醋、紅葡萄酒，以及一些冷榨特級(jí)初榨橄欖油和葡萄籽油)中可檢測到。有研究發(fā)現(xiàn)它可抑制部分TMA裂解酶，減少TMA的生成。雖然DMB療法對(duì)循環(huán)膽固醇、膽堿和其他致AS的危險(xiǎn)因素?zé)o顯著影響，但它抑制了膽堿飲食依賴的巨噬細(xì)胞膽固醇酯積累(泡沫細(xì)胞形成)和主動(dòng)脈根部AS斑塊的形成。此外DMB還促進(jìn)了一些與血漿TMA和TMAO水平以及主動(dòng)脈斑塊范圍相關(guān)的微生物類群比例的降低[30]。

已知產(chǎn)甲烷古細(xì)菌(methanogenic archaea，MA)的某些成員可在培養(yǎng)中使用甲基化胺(如TMA)作為生長底物，因此為使用MA腸道定植降低血漿TMAO提供了可能。Ramezani等[31]研究發(fā)現(xiàn)，將某些MA腸道定植到小鼠體內(nèi)，可降低血漿TMAO濃度，尤其是在喂食高膽堿/TMA的Apoe-/-小鼠中降低血漿TMAO水平最有效，并顯示出減輕AS的趨勢。與此同時(shí)，該研究還發(fā)現(xiàn)使用抗生素抑制腸道內(nèi)源性微生物，可增加MA的定植。然而由于抗生素帶來的種種副作用，在人類身上使用抗生素增加MA的定植，降低TMAO水平顯然不可取。將來應(yīng)進(jìn)一步明確MA降低血漿TMAO水平的具體機(jī)制，然后再推廣應(yīng)用到人類。

ZDY01和DMB都是通過抑制微生物TMA裂解酶來減少微生物TMA產(chǎn)生，MA則是通過消耗TMA生成甲烷，三者最終都使TMA的含量降低，進(jìn)而減少TMA向TMAO的轉(zhuǎn)化。

3.2 補(bǔ)充某些中草藥及化合物

小檗堿(berberine，BBR)是從黃連和小檗等草本植物中提取的異喹啉生物堿，在中國傳統(tǒng)上用于治療細(xì)菌性腹瀉，現(xiàn)在許多現(xiàn)代藥理學(xué)研究證明BBR對(duì)心血管疾病和代謝紊亂具有良好的治療作用[32]，有研究發(fā)現(xiàn)BBR通過降低主要TMA合成途徑的關(guān)鍵基因cutC和cntA的功能基因水平，降低膽堿向TMA的轉(zhuǎn)化，最終使血清TMAO水平降低，從而減弱AS的發(fā)展，此外該研究還指出BBR對(duì)來自人類糞便的腸道微生物群的TMA形成的抑制作用與膽堿喂養(yǎng)的小鼠抑制作用相當(dāng)[33]，這一發(fā)現(xiàn)，將BBR降低TMAO水平的機(jī)制應(yīng)用到人類提供了可能。

Annunziata等[34]使用了一種含有麥芽糊精微膠囊化的葡萄渣多酚提取物，注冊(cè)為Taurisolo?，對(duì)健康受試者進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)、安慰劑對(duì)照、交叉臨床試驗(yàn)。在研究中，證明了基于葡萄渣多酚提取物的新型營養(yǎng)制劑在降低健康受試者血清TMAO水平方面的效果。此外白藜蘆醇作為最有代表性的Taurisolo多酚，被發(fā)現(xiàn)它可降低TMAO的水平，調(diào)節(jié)腸道菌群的重塑[19]

大蒜素是一種公認(rèn)的抗菌植物化學(xué)物質(zhì)，可從新鮮的大蒜中提取，易從飲食中獲得。Wu等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在腸道富含肉堿的環(huán)境中，補(bǔ)充大蒜素可完全抑制小鼠腸道微生物群產(chǎn)生TMAO的代謝能力。這意味著肉堿飲食誘導(dǎo)的腸道微生物群的功能改變可通過添加另一種具有抗微生物潛力食物來源的物質(zhì)(大蒜素)來預(yù)防。但大蒜素及其代謝物的抗菌譜非常廣泛，究竟大蒜素是影響哪種微生物的改變從而引起TMAO含量的改變，還需進(jìn)一步探究。

3.3 調(diào)控飲食結(jié)構(gòu)

Koeth等[36]發(fā)現(xiàn)紅肉中的營養(yǎng)物質(zhì)左旋肉堿在腸道微生物群的作用下生成TMAO，可促進(jìn)AS，在該研究中雜食受試者通過微生物群依賴機(jī)制攝入左旋肉堿后，產(chǎn)生的TMAO明顯多于素食主義者。此外在存在心血管疾病危險(xiǎn)因素的人群中，補(bǔ)充特級(jí)初榨橄欖油或堅(jiān)果等地中海飲食可降低主要心血管事件的發(fā)生率[37]，一項(xiàng)研究[38]發(fā)現(xiàn)無論男性或女性，堅(jiān)持地中海飲食都與低循環(huán)水平的TMAO有關(guān)。因此在飲食結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)叵虻刂泻ｏ嬍辰Y(jié)構(gòu)傾斜，減少過多紅肉的攝入，補(bǔ)充富含多酚類的水果、蔬菜，可延緩AS的進(jìn)展。

4 結(jié)語

AS是一種危害人類健康的慢性心血管疾病，也是老年人最常見的死亡原因之一。本綜述引入了膽堿等物質(zhì)的代謝產(chǎn)物TMAO，總結(jié)了TMAO促AS的機(jī)制及其在臨床研究中的應(yīng)用價(jià)值，TMAO可作為預(yù)測冠心病患者AS斑塊負(fù)荷及斑塊破裂的標(biāo)志物，因此以TMAO為治療目標(biāo)或能使AS患者獲益。但上述臨床研究均為單中心、小樣本的研究，且未對(duì)TMAO預(yù)測愈合斑塊形成的有效性及易損性進(jìn)行驗(yàn)證，未來需更大樣本量進(jìn)一步驗(yàn)證，明確TMAO與斑塊相互作用的關(guān)系。