班宜奎 任慶華 金娜英 孫垚 張勇

（北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院 北京 100700）

腦卒中是由于腦部血管破裂或由于腦血管阻塞導(dǎo)致血流不能順利通過大腦而引起的腦組織損傷，分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中。一項針對中國卒中的流行病學(xué)調(diào)查顯示我國腦卒中發(fā)生率、致殘率和死亡率均較高，其造成的殘疾或死亡已超過了其他疾病。而在發(fā)病和流行的卒中中，缺血性腦卒中（Ischemic Stroke,IS）則分別占69.6%和77.8%[1]。雖然臨床上已采用如動靜脈溶栓、血管介入及神經(jīng)保護等療法，但是也存在著諸多問題。溶栓治療有嚴(yán)格的時間窗限制且有顱內(nèi)出血的危險；介入治療則要考慮手術(shù)時間和術(shù)后藥物應(yīng)用的問題；神經(jīng)保護治療雖然理論上可以促進神經(jīng)功能恢復(fù)，但實際作用并不理想[2]。而隨著腦腸軸的發(fā)現(xiàn)，研究者們認(rèn)識到急性腦損傷會導(dǎo)致腸道微生物群失調(diào)，反過來，腸道微生物群的變化可通過免疫機制等影響卒中后的神經(jīng)內(nèi)分泌和功能等，是啟動卒中后神經(jīng)炎癥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[3]。本研究就微生物-腸-腦軸相關(guān)性及相應(yīng)的干預(yù)方法進行綜述，以期為IS 的治療提供新思路?，F(xiàn)綜述如下：

1 微生物-腸-腦軸

腦腸軸是整合了腸和腦之間自主神經(jīng)系統(tǒng)，下丘腦-垂體-腎上腺軸和交感-腎上腺軸等結(jié)構(gòu)的雙向溝通系統(tǒng)，腸道菌群作為腦腸軸的重要組成部分，通過免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、色氨酸代謝及其代謝產(chǎn)物等與大腦相互交流，在大腦發(fā)育及病理反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[4]。Sharon 等[5]研究發(fā)現(xiàn)共生腸道菌群與神經(jīng)發(fā)生、髓鞘形成、小膠質(zhì)細(xì)胞成熟、血腦屏障和神經(jīng)元生長、分化有關(guān)；宿主微生物群的耗損嚴(yán)重改變了小膠質(zhì)細(xì)胞的特性，并且微生物群復(fù)雜性降低也會導(dǎo)致小膠質(zhì)細(xì)胞缺陷，復(fù)雜微生物群的再定植則恢復(fù)了小膠質(zhì)細(xì)胞的特征[6]。中醫(yī)藏象理論認(rèn)為“心與小腸相表里”“心主血脈，主藏神”“小腸主受盛化物，分清別濁”。心神清明，血脈通暢，小腸的吸收轉(zhuǎn)化和輸布功能才能正常；小腸泌別清濁功能正常，才能化生精血滋養(yǎng)心脈，兩者在生理和病理上密切關(guān)聯(lián)。中醫(yī)所說的“心”與腦的功能實際上是相通的，腸道菌群參與小腸對食物的消化吸收，是小腸功能系統(tǒng)的重要組成部分，因此“心與小腸相表里”實際上類似于現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的腦腸軸。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究亦證實，心與小腸來源于同一胚層，胚胎發(fā)育早期產(chǎn)生的神經(jīng)脊分別進入了中樞神經(jīng)系統(tǒng)和腸神經(jīng)系統(tǒng)[7]。因此不管是從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究還是從傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的理論來看，從腸道菌群干預(yù)腦系疾病具有一定的可行性。

2 IS 與腸道菌群相關(guān)性

傳統(tǒng)認(rèn)為IS 的發(fā)生發(fā)展與糖尿病、高血壓、動脈粥樣硬化、心房顫動等因素有關(guān)[8]，近年來隨著腦腸軸的研究成為熱點，學(xué)者發(fā)現(xiàn)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可以通過影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)、調(diào)節(jié)糖脂代謝及免疫反應(yīng)等方式直接或間接影響IS 的病理發(fā)展。同時腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的變化在IS 的早期診斷和防治方面具有重要意義。

2.1 病理相關(guān)性 Dang 等[9]發(fā)現(xiàn)腦卒中會引起明顯的腸道菌群失調(diào)，與健康對照組相比，腦卒中后患者腸道菌群α 多樣性更高，Beta 分析顯示產(chǎn)短鏈脂肪酸的細(xì)菌豐度降低，條件致病菌豐度增加。針對大動脈粥樣硬化卒中的病例對照研究顯示，與無癥狀對照組相比，卒中患者腸道菌群以有害菌、條件致病菌及少數(shù)共生菌過度生長為特征[10]。腸道菌群的失調(diào)反過來又會影響卒中的進程，Spychala 等[11]利用幼齡和老年小鼠建立缺血性中風(fēng)模型（MACO），然后通過糞便移植灌胃改變幼齡小鼠的腸道微生物群使其與老年小鼠相似，結(jié)果MACO 后死亡率增加，行為測試表現(xiàn)下降，促炎細(xì)胞因子水平升高；而改變老年小鼠的微生物組使其與年輕小鼠相似，則可提高生存率且保護性的細(xì)胞因子增加。這可能與失調(diào)的腸道菌群會影響卒中后全身炎癥[12]、調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶水平并影響血腦屏障通透性[13]、誘發(fā)卒中后感染有關(guān)[14]。然而生理性腸道菌群的存在對于IS患者亦具有重要意義，Winek 等[15]通過廣譜抗生素制造了腸道微生物耗盡的卒中小鼠模型，并設(shè)置了假手術(shù)組作為對照，發(fā)現(xiàn)卒中小鼠模型的存活率顯著降低，并且出現(xiàn)了嚴(yán)重的急性結(jié)腸炎。另一項動物實驗發(fā)現(xiàn)相對于腸道無菌小鼠，常規(guī)小鼠和細(xì)菌再定植小鼠的卒中結(jié)局改善，并表明腦損傷后需要腸道微生物群來產(chǎn)生足夠的淋巴細(xì)胞激發(fā)免疫反應(yīng)，執(zhí)行組織保護，而淋巴細(xì)胞缺陷小鼠中則沒有微生物介導(dǎo)的腦保護[16]。

2.2 診斷和防治相關(guān)性 由于IS 的嚴(yán)重危害性及治療方法上的不足之處使得IS 的早期診斷和防治顯得尤為重要。隨著臨床和動物實驗的開展，研究者們發(fā)現(xiàn)卒中后腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的水平可能在IS 的早期診斷和防治方面具備潛力。Ji 等[17]通過高通量測序技術(shù)對IS 患者腸道菌群進行分析，發(fā)現(xiàn)在IS 發(fā)病前腸道菌群可能已發(fā)生變化，或許可以作為早期診斷的指標(biāo)。Wang 等[18]通過對腦梗死患者和健康人群糞便進行腸道微生物調(diào)查，發(fā)現(xiàn)腦梗死患者與健康人群糞便菌群的結(jié)構(gòu)和多樣性存在顯著差異，認(rèn)為腸道菌群可以作為腦梗死的一個輔助診斷指標(biāo)。通過對腔隙性或非腔隙性急性缺血性梗死患者的糞便樣本進行分析，并與健康志愿者的結(jié)果進行比較，結(jié)果鑒定出了可以用于診斷不同類型缺血性腦中風(fēng)的微生物標(biāo)志物，其中毛螺菌科和擬桿菌屬可以作為腔隙性腦梗死的標(biāo)志物，嗜膽菌屬和毛螺菌科可以用于非腔隙性急性缺血性腦梗死的診斷[19]。在防治方面，Zeng 等[20]將無卒中史的患者按照傳統(tǒng)風(fēng)險因素分為低危、中危和高危組，發(fā)現(xiàn)與低風(fēng)險組相比，高危組條件致病菌和產(chǎn)乳酸菌富集，而產(chǎn)丁酸菌減少，高危組糞便樣本中的丁酸鹽濃度也低于低危組。Gu 等[21]通過對輕微和非輕微卒中患者糞便微生物群的組成和結(jié)構(gòu)分析，發(fā)現(xiàn)卒中嚴(yán)重程度不同，微生物群組成也不同。其中羅氏菌屬豐度與急性缺血性卒中的嚴(yán)重程度、演變和預(yù)后相關(guān)，或許可以作為早期防治指標(biāo)。另一項研究則表明羅氏菌屬的減少和條件致病菌富集的微生物群落與卒中相關(guān)性肺炎風(fēng)險增加有關(guān)，腸道菌群篩查有助于識別卒中相關(guān)肺炎高風(fēng)險患者[22]。苯乙酰谷氨酰胺（PAGIn）是一種腸道微生物來源的代謝物，研究表明入院時血漿PAGIn 水平與IS 患者腦白質(zhì)高強度的嚴(yán)重程度相關(guān)，調(diào)整年齡、性別和混雜因素后，較高的PAGIn 水平與中度嚴(yán)重的整體腦白質(zhì)高強度獨立相關(guān)，而腦白質(zhì)高強度負(fù)荷又與IS 的高風(fēng)險相關(guān)[23]。三甲胺-N-氧化物（TMAO）是由膽堿等通過腸道微生物代謝產(chǎn)生的一種有機化合物，研究發(fā)現(xiàn)TMAO 水平是首次卒中患者的獨立預(yù)測因子，即使在調(diào)整了傳統(tǒng)的危險因素后，這種關(guān)系仍然存在，可能是預(yù)測主要不良心血管事件的潛在生物標(biāo)志物[24]。Zhang 等[25]研究了首次急性缺血性卒中患者的空腹TMAO 水平與3 個月功能轉(zhuǎn)歸和死亡率之間的關(guān)系，結(jié)果顯示入院時TMAO 水平顯著升高的患者與不良轉(zhuǎn)歸相關(guān)，調(diào)整傳統(tǒng)風(fēng)險因素后，TMAO 水平仍然可以預(yù)測卒中患者的不良結(jié)局，并提高了其他預(yù)測指標(biāo)的預(yù)后準(zhǔn)確性。急性缺血性卒中患者中短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌和短鏈脂肪酸（SCFAs）的失調(diào)同樣會增加隨后出現(xiàn)不良功能結(jié)果的風(fēng)險。研究發(fā)現(xiàn)卒中時SCFAs水平升高與促炎因子升高、身體恢復(fù)較差以及出院時癥狀加重有關(guān)[26]。

3 IS 與腸道菌群相互影響機制

腦卒中損傷可能通過激活下丘腦-垂體-腎上腺軸，引起脾臟萎縮，進而導(dǎo)致淋巴細(xì)胞生成缺陷和自然殺傷細(xì)胞缺乏，進一步導(dǎo)致外周免疫抑制，降低宿主對細(xì)菌的防御能力[27]，引起條件致病菌和致病菌富集，導(dǎo)致菌群失調(diào)。Xu 等[28]通過研究發(fā)現(xiàn)IS 可誘導(dǎo)腸道缺血并產(chǎn)生過量硝酸鹽，從而導(dǎo)致腸道微生物失調(diào)。

大動脈粥樣硬化、血栓形成、無菌性炎癥在急性IS 發(fā)病和加重中發(fā)揮重要作用[29]，而三者與腸道菌群及其代謝產(chǎn)物有密切關(guān)系。另有研究認(rèn)為氧化應(yīng)激和異常自噬可能是急性IS 的機制之一，而腸道菌群失衡可能是促發(fā)因素[30]。

一項動物實驗發(fā)現(xiàn)攜帶羅氏菌屬的小鼠在喂食高纖維飲食后，動脈硬化斑塊減少，并證明其機制與丁酸生成菌產(chǎn)生的丁酸降低腸道通透性、減少內(nèi)毒素血癥、降低血管細(xì)胞黏附因子1 的表達、脂質(zhì)沉積和斑塊中的巨噬細(xì)胞積聚有關(guān)[31]。Cason 等[32]對來源于腸道微生物的特定吲哚和苯基衍生代謝物進行了代謝組學(xué)研究，發(fā)現(xiàn)吲哚和苯基衍生代謝物也會影響晚期動脈粥樣硬化。Wang 等[33]則發(fā)現(xiàn)TMAO 可促進與動脈粥樣硬化相關(guān)的多種巨噬細(xì)胞清道夫受體的上調(diào)，而抑制動脈粥樣硬化易感小鼠的腸道菌群可抑制動脈粥樣硬化。

中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后全身免疫的改變可能導(dǎo)致腸道黏膜屏障的破壞和細(xì)菌及其產(chǎn)物易位到全身血液循環(huán)，影響免疫系統(tǒng)。脂多糖（LPS）是革蘭陰性菌外膜的主要成分，通過Toll 樣受體4（TLR4）激活固有免疫反應(yīng)。腸道屏障功能受損后，會導(dǎo)致微生物群衍生的LPS 移位到循環(huán)系統(tǒng)，導(dǎo)致代謝性內(nèi)毒素血癥，并隨血液循環(huán)黏附在小膠質(zhì)細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和神經(jīng)元的表面加劇神經(jīng)炎癥，惡化卒中結(jié)局[34]。同時LPS 可通過蛋白激酶刺激血小板分泌并增強血小板聚集，從而加重血栓的形成[35]。TMAO 作為菌群代謝產(chǎn)物，研究發(fā)現(xiàn)高血清TMAO 可能通過激活小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞來增強細(xì)胞炎癥反應(yīng)[36]，并可通過促進細(xì)胞內(nèi)儲存的Ca2+釋放、增強血小板對多種激動劑（二磷酸腺苷、凝血酶和膠原蛋白）的反應(yīng)性而導(dǎo)致血小板高反應(yīng)性及血栓形成風(fēng)險升高[37]。

但Benakis 等[38]通過抗生素誘導(dǎo)腸道菌群改變，發(fā)現(xiàn)其通過改變樹突狀細(xì)胞活性導(dǎo)致調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞增加和γδ T 細(xì)胞減少，并抑制中風(fēng)后效應(yīng)T 細(xì)胞從腸道向軟腦膜的轉(zhuǎn)運，從而減輕了小鼠缺血性腦損傷。腸道微生物群衍生的SCFAs 可以影響外周淋巴細(xì)胞成熟或從初級淋巴組織中排出，減少其腦侵襲和分泌細(xì)胞因子譜的極化，并且可以調(diào)節(jié)侵入大腦循環(huán)的淋巴細(xì)胞對小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，從而減輕卒中后炎癥反應(yīng)[39]。動物實驗亦證明了SCFAs 的有益作用，研究發(fā)現(xiàn)丁酸鈉可以保護腸道屏障完整性，降低脂多糖和促炎細(xì)胞因子的血清水平，緩解全身炎癥，保護血腦屏障，對腦卒中損傷具有保護作用[40]。說明腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對IS 預(yù)后起到雙向影響。

4 從腸道菌群干預(yù)IS 的策略

隨著相關(guān)研究的不斷開展，從腸道菌群入手干預(yù)IS 的方法和思路不斷拓展，現(xiàn)代研究主要集中在菌群移植、益生菌與益生元療法、飲食調(diào)控、抗生素治療以及將腸道菌群代謝物作為治療靶點等幾個方面。為了確定中風(fēng)后恢復(fù)年輕的腸道菌群是否有助于老年受試者的恢復(fù)，Lee 等[41]設(shè)置老年小鼠中風(fēng)模型，并通過年輕糞便移植灌胃改變其腸道菌群，結(jié)果發(fā)現(xiàn)老年小鼠大腦和腸道炎癥減輕，研究者進一步將短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌進行移植，結(jié)果顯示小鼠神經(jīng)功能和炎癥得到改善。Chen 等[42]發(fā)現(xiàn)糞便菌群移植對于IS 預(yù)后相似的有利影響，但由于主要集中在動物實驗方面，作用在人體身上是否會產(chǎn)生類似的結(jié)果尚未確定，值得進一步研究。

研究發(fā)現(xiàn)益生菌、益生元可以提高抗炎因子水平，調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)，并通過增加有益菌和減少某些致病菌，在減輕腸道菌群異常、促進腸道健康方面發(fā)揮積極作用[43]。孫后超等[44]納入100 例卒中患者分別給予常規(guī)腸內(nèi)營養(yǎng)和聯(lián)合雙歧桿菌四聯(lián)活菌片治療，發(fā)現(xiàn)給予雙歧桿菌四聯(lián)活菌片能夠促進有益菌并抑制有害菌的生長，保護腸道屏障，促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而有效提高了患者的營養(yǎng)狀況指標(biāo)水平。Liu 等[45]通過檢索多個數(shù)據(jù)庫，納入重癥腦卒中患者應(yīng)用益生菌的隨機對照試驗進行Meta 分析，結(jié)果表明益生菌聯(lián)合腸內(nèi)營養(yǎng)要比單獨使用腸內(nèi)營養(yǎng)有更好的結(jié)果。腦卒中早期患者處于應(yīng)激狀態(tài)，會出現(xiàn)低蛋白血癥、酸堿失衡、電解質(zhì)紊亂等并發(fā)癥[46]，并且由于患者常會出現(xiàn)嘔吐、吞咽困難，可引起脫水及營養(yǎng)不良，影響神經(jīng)功能恢復(fù)，然而IS 會引起腸道菌群失調(diào)以及腸道炎癥，影響胃腸的吸收，因此益生菌及益生元療法對于改善卒中預(yù)后有積極意義。

飲食調(diào)控亦是改善卒中預(yù)后的有效方法。Silva等[47]分別給卒中小鼠適度蛋白質(zhì)減少的飲食和正常的飲食，結(jié)果發(fā)現(xiàn)適度蛋白質(zhì)減少的飲食可增加長期神經(jīng)元存活，減少小膠質(zhì)細(xì)胞聚集和腦萎縮，并通過抗炎機制和促使共生腸道菌群恢復(fù)平衡誘導(dǎo)小鼠神經(jīng)功能的恢復(fù)。Huang 等[48]發(fā)現(xiàn)卡路里限制的IS小鼠獲得更好的長期恢復(fù)。而另一項比較工業(yè)化膳食和廚房飲食的研究顯示富含纖維的工業(yè)化膳食維持了營養(yǎng)狀況，并改善了腸道屏障通透性。而廚房飲食導(dǎo)致了蛋白質(zhì)的流失，表明腦卒中患者應(yīng)以工業(yè)膳食為基礎(chǔ)以改善腸道屏障完整性和營養(yǎng)狀況[49]。

由于腸道通透性的增加，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物會進入血液循環(huán)導(dǎo)致代謝性內(nèi)毒血癥。因此使用抗生素療法靶向代謝性內(nèi)毒素血癥可能是一種新的策略。針對卒中小鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，用非吸收性抗生素多粘菌素B 調(diào)節(jié)腸道微生物群可以減少腸桿菌科細(xì)菌的數(shù)量，降低循環(huán)和腦組織中的LPS 水平從而改善卒中結(jié)局[34]。Benakis 等[50]的研究表明抗生素混合物的治療減輕了小鼠在中風(fēng)急性期腦梗死體積，而在用野生型微生物群重新定植的小鼠中，神經(jīng)保護作用被消除。然而這種保護作用與特定的微生物群體相關(guān)，針對不同腸道菌群的抗生素對卒中結(jié)局的影響不同，氨芐西林類療效最突出，其他的抗生素則效率低下。同時由于抗生素治療可能產(chǎn)生副作用以及出現(xiàn)多重耐藥菌，因此抗生素治療可能并不適合臨床應(yīng)用。

多項研究發(fā)現(xiàn)靶向腸道微生物代謝物在IS 的發(fā)生發(fā)展和預(yù)后方面具有重要影響。例如，吲哚丙酸作為腸道菌群的代謝產(chǎn)物，研究發(fā)現(xiàn)其可以改變大腦中動脈閉塞（MCAO）小鼠的腸道菌群組成，增加有益菌，減少有害菌，修復(fù)腸道屏障，調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞和Th17 細(xì)胞的活動，從而減輕神經(jīng)炎癥和損傷[51]。通過評估短鏈脂肪酸對于MCAO 大鼠的療效，結(jié)果表明短鏈脂肪酸能夠減少神經(jīng)元凋亡和梗死面積并改善神經(jīng)功能[52]。血漿TMAO 水平已被證明與首次缺血性卒中[53]及缺血性卒中患者3 個月不良功能結(jié)局和死亡風(fēng)險呈正相關(guān)[25]，其代謝依賴于腸道微生物膽堿三甲胺（TMA）裂解酶，通過藥理靶向，或許可以降低宿主TMAO 水平，改善患者預(yù)后。另一項研究則發(fā)現(xiàn)載脂蛋白E（ApoE）在腦梗死患者血漿中顯著上調(diào)并且ApoE 與擬桿菌和變形菌物種之間存在相關(guān)性，可能是腸道菌群促進腦梗死的介質(zhì)，或許可以作為新的治療靶點[18]。

5 總結(jié)

綜上所述，現(xiàn)有的大量研究已經(jīng)證明微生物-腸-腦軸的雙向交流是客觀存在的，腸道菌群的變化會影響到IS 的發(fā)展和預(yù)后，再加上IS 現(xiàn)有治療方法存在不足之處，使得從腸道菌群干預(yù)的方法和思路具有潛在的意義和價值。然而，現(xiàn)有的研究多局限在動物實驗方面，臨床研究相對缺乏，已有的思路與方法是否在人體內(nèi)同樣適用尚未可知。而且多集中在卒中后調(diào)節(jié)腸道失調(diào)及其代謝產(chǎn)物方面，對于腦卒中引起腸道菌群失調(diào)的機制以及相應(yīng)干預(yù)方法的研究相對缺乏，而只有了解了腦卒中導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)的途徑并加以干預(yù)才能從根本上消除菌群失調(diào)對于腦卒中的不利影響，這或許可以成為未來研究的重點領(lǐng)域。