腹主动脉瘤中的肠道菌群失调、性别与血管平滑肌细胞

《Current Atherosclerosis Reports》：Gut Dysbiosis, Sex, and Vascular Smooth Muscle Cells in Abdominal Aortic Aneurysms

　　

本综述旨在梳理有关肠道菌群失调的性别差异如何影响血管平滑肌细胞（vascular smooth muscle cell, VSMC）行为，进而参与腹主动脉瘤（abdominal aortic aneurysm, AAA）发病机制的现有文献。近期研究发现，肠道微生物代谢产物如氧化三甲胺（trimethylamine oxide, TMAO）和苯乙酰谷氨酰胺（phenylacetyl glutamine, PAG）通过炎症和血管损伤与AAA发病机制相关联。性激素亦直接调控VSMC表型转换，其中雌激素具有保护作用，而睾酮可能增强炎症反应。新型生物标志物和分子调控因子的涌现为AAA治疗提供了潜在靶点，开辟了新的治疗途径。总之，肠道菌群失调通过炎症、VSMC功能障碍及免疫激活促进AAA进展。这些效应随性别不同而存在差异，并受性激素及VSMC结构差异的影响，但仍需进一步研究以明确其确切关系。

# VSMC Dysfunction in AAA（AAA中的血管平滑肌细胞功能障碍）

在生理条件下，VSMC维持分化、收缩表型，高表达平滑肌α-肌动蛋白（smooth muscle alpha-actin, SMA-α）和钙调蛋白等收缩蛋白，并通过产生弹性蛋白和胶原蛋白等结构蛋白维持细胞外基质（extracellular matrix, ECM）稳态。VSMC还通过Ca²⁺依赖性收缩调节血管直径和血流分布，其功能受内皮源性物质、自主神经输入、肾上腺激素、血管活性肽及活性氧（reactive oxygen species, ROS）等微环境因素调控。然而，收缩表型并非固定不变，而是响应环境、代谢和病理信号而动态调节。

## VSMC Phenotype Switching and Plasticity（VSMC表型转换与可塑性）

VSMC表现出显著的表型可塑性，可响应环境和病理刺激。体外高乳酸培养的VSMC增殖和迁移增加，收缩标志物下调、合成标志物上调，并出现异常形态改变。高同型半胱氨酸水平则促进成骨表型转换和血管钙化。AAA进展的标志性事件是VSMC从收缩表型向去分化合成表型转换，该过程由细胞因子暴露、氧化应激、ECM降解或生物力学应变等病理应激触发。合成表型VSMC分泌促炎细胞因子（如IL-1、IL-6和TNF-α）、趋化因子及基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases, MMPs），促进免疫细胞募集、血管炎症和中膜降解。弹性蛋白片段等ECM降解产物作为损伤相关分子模式（damage-associated molecular patterns, DAMPs）激活Toll样受体（toll-like receptor, TLR）信号，放大血管炎症和基质降解。急性损伤时合成表型有利于血管修复，但慢性激活则导致持续炎症和过度ECM降解，最终引起动脉瘤性退变。此外，尚存在巨噬细胞样和成骨细胞样等其他去分化表型，分别与动脉粥样硬化和血管钙化相关。

## Molecular Influence on VSMC Phenotype（VSMC表型的分子调控）

VSMC表型可塑性受转录因子和表观遗传调控因子网络控制。Krüppel样因子4（Krüppel-Like factor 4, KLF4）通过多种机制抑制VSMC收缩标志基因表达：KLF4结合SM22α启动子区的CArG盒，阻止血清反应因子（serum response factor, SRF）和心肌蛋白（myocardin）的结合；同时募集组蛋白H4去乙酰化酶活性，导致SRF无法与甲基化组蛋白及CArG盒结合，从而抑制收缩基因转录。相反，转录因子EB（transcription factor EB, TFEB）作为溶酶体生物发生和自噬的主调控因子，通过上调抗凋亡B细胞淋巴瘤2（B-cell lymphoma 2, BCL2）抑制VSMC凋亡，减少动脉瘤形成。TFEB敲除加剧血管紧张素-II（Angiotensin-II, Ang-II）和弹性蛋白酶诱导的AAA模型中的VSMC凋亡和动脉瘤进展，而药理性激活TFEB可依赖TFEB方式减缓动脉瘤生长。染色质重塑复合体SWItch/蔗糖非发酵（SWItch/sucrose nonfermentable, SWI/SNF）亚基BAF60c与SRF和myocardin相互作用，转录激活VSMC收缩基因。在人和小鼠AAA组织中BAF60c表达降低，BAF60c敲除小鼠在Ang-II和弹性蛋白酶诱导模型中表现出更高的AAA发生率和更大的最大主动脉直径，提示BAF60c通过维持收缩表型发挥保护作用。VSMC的胚胎起源亦影响其功能障碍：腹主动脉下段（AAA最常见部位）主要含中胚层VSMC，其对促炎细胞因子如IL-1β诱导MMP(2和9)表达和ECM降解的敏感性更高，从而增加该部位对动脉瘤形成的易感性。

## Apoptosis and Senescence in AAA Progression（AAA进展中的细胞凋亡与衰老）

多种病理触发因素促进VSMC凋亡。VSMC凋亡导致ECM维持和修复所需细胞减少，削弱血管壁结构完整性。凋亡还释放DAMPs，加剧炎症和ECM降解。内质网（endoplasmic reticulum, ER）应激通路中的蛋白激酶R样内质网激酶（Protein Kinase R-like ER Kinase, PERK）通过磷酸化真核起始因子2α（eukaryotic initiation factor 2 alpha, eIF2α）激活整合应激反应，选择性增强激活转录因子4（activating transcription factor 4, ATF4）翻译，ATF4入核诱导促凋亡基因C/EBP同源蛋白（C/EBP homologous protein, CHOP）表达，触发线粒体功能障碍、caspase激活和凋亡。VSMC特异性敲除或药理学抑制PERK可在弹性蛋白酶和Ang-II诱导模型中维持VSMC功能、减少弹性蛋白断裂、抑制VSMC凋亡并限制AAA生长。VSMC衰老亦为重要因素，衰老VSMC进入G1期停滞，但持续代谢活跃并分泌衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype, SASP），包括细胞因子、蛋白酶和生长因子，促进慢性炎症和ECM降解。衰老VSMC还分泌大量MMPs，特别是降解弹性蛋白的MMPs，并表现出收缩标志物减少和合成标志物增加。

# Gender Differences, VSMC Behavior, and AAA Pathogenesis（性别差异、VSMC行为与AAA发病机制）

AAA存在显著性别二态性：男性发病率更高，但女性确诊时病情更晚、在较小直径时破裂风险更高、术后生存更差。雌激素被认为通过促进VSMC收缩性、降低MMP表达和增强一氧化氮（nitric oxide, NO）生物利用度发挥保护作用。然而，有综述报道男性AAA患者循环雌二醇和孕酮水平高于健康对照，提示性激素信号的复杂性。雌二醇补充可降低雄性小鼠主动脉组织MMP水平，使其接近雌性基线水平。雌激素主要受体包括雌激素受体α（estrogen receptor α, ER-α）、G蛋白偶联雌激素受体（G protein-coupled estrogen receptor, GCER）和雌激素受体β（estrogen receptor β, ER-β），其中ER-α在VSMC高表达。ER-α基因敲除小鼠失去雌激素对血管损伤的保护作用。雌激素还使VSMC进入G1期阻滞，抑制合成表型增殖。在弹性蛋白酶灌注模型中，外源性雌激素降低了雄性大鼠MMP-9和MMP-2水平并减缓AAA进展。雌激素可上调KLF4表达，这与雌激素的保护作用看似矛盾，提示其保护机制可能涉及KLF4之外的替代或优势通路。雄激素方面，睾酮缺乏与炎症标志物升高相关，长期睾酮治疗可减轻性腺功能低下男性的炎症。男性AAA患者睾酮水平降低，而睾酮缺乏随年龄增长而增加，这可能与65岁以上男性AAA高发有关。

性别差异也体现在VSMC本身。雄性VSMC因STIM/Orai1通路上调、睾酮诱导蛋白激酶Cδ（protein kinase C delta, PKCδ）激活增强钙通道Ca²⁺内流，以及Na⁺-K⁺-2Cl^?共转运体（NKCC）增强膜去极化，导致胞质Ca²⁺浓度升高。高Ca²⁺环境在应激下激活钙调蛋白依赖性激酶（calmodulin-dependent kinases, CaMKs），驱动促合成和促炎表型基因表达。雌性VSMC基线胞质Ca²⁺浓度较低，部分与基质相互作用分子1（stromal interaction molecule 1, STIM1）表达和行为差异有关，低Ca²⁺有利于维持收缩表型，而高Ca²⁺易使细胞向合成表型转变。孕酮还可诱导血管平滑肌舒张，降低血压，有助于绝经前女性风险降低，但绝经后保护作用减弱。

# Gut Dysbiosis and the Gut-Vascular Axis in AAA（肠道菌群失调与AAA中的肠-血管轴）

肠道微生物组是心血管和代谢健康的调节因子。人体肠道微生物组主要由拟杆菌门（Bacteroidetes，9%–42%）、厚壁菌门（Firmicutes，30%–52%）和放线菌门（Actinobacteria，1%–13%）组成，比例失调即“菌群失调”。污染、抗生素、不良饮食和系统性炎症均可导致菌群失调。菌群失调可增加致病菌（如葡萄球菌属、链球菌属和肠杆菌科），损伤肠上皮屏障，使细菌及其代谢产物进入循环，引发炎症和血管损伤。全身性炎症和血管损伤均促使VSMC转向合成表型，慢性炎症则维持该表型，损害血管稳定性并加速动脉瘤形成。微生物代谢产物如TMAO、PAG、短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）和脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）通过与其受体相互作用与心血管疾病风险相关。

## TMAO

TMAO是最早被研究的肠道微生物组与心血管疾病联系代谢物之一。饮食中的磷脂酰胆碱被肠道微生物代谢为胆碱和氧化三甲胺前体三甲胺（trimethylamine, TMA），TMA经门静脉转运至肝脏，被含黄素单加氧酶3（flavin-containing monooxygenase 3, FMO3）氧化为TMAO。TMAO与胆固醇清除受损、血小板反应性增强、泡沫细胞形成增加、促炎信号及内皮功能障碍相关。TMAO通过激活NF-κB通路上调VSMC中促炎细胞因子和合成标志物表达，同时下调收缩标志物，促进合成表型转换。AAA患者血浆TMAO显著升高，且仅在男性中与AAA风险相关，提示性别差异。抑制肠道微生物可限制AAA生长并下调PERK应激反应。TMAO增加Ang-II小鼠模型中最大主动脉直径、AAA发生率、弹性蛋白降解程度、衰老标志物p21和p16及MMP-2积累。TMAO抑制剂氟甲基胆碱通过抗炎、抗氧化和抗纤维化作用减缓动脉瘤进展。

## PAG

苯乙酰谷氨酰胺（PAG）由必需氨基酸苯丙氨酸衍生而来。肠道微生物将苯丙氨酸转化为苯乙酸，肝脏将其代谢为PAG。PAG增加ROS并诱导全身性炎症，促进VSMC合成表型。PAG还通过与G蛋白偶联肾上腺素能受体（如ADRB2、ADRA2A和ADRA2B）相互作用增强血小板反应性和血栓形成潜能，加重血管壁应力和局部缺氧，进一步促进VSMC功能障碍和炎症，形成易患动脉瘤的环境。

## LPS and TLRs

Toll样受体（TLRs）是介导炎症和免疫激活的固有免疫传感器。TLR-2和TLR-4在VSMC表达，并可响应肠道微生物信号。LPS是革兰阴性菌细胞壁来源的内毒素，菌群失调时全身水平升高。LPS激活VSMC中TLR-4，启动NF-κB信号，上调促炎细胞因子、MMPs和ROS。相反，TLR-2可能发挥保护功能，TLR-2激活可减轻动脉瘤形成，TLR-2敲除小鼠在Ang-II诱导模型中表现出更多AAA形成。TLR-VSMC轴是肠道菌群失调与主动脉壁削弱之间的机制联系，可能为调节炎症和维持VSMC稳定性提供靶点。

## SCFAs

短链脂肪酸（SCFAs）包括甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，是肠道微生物发酵非消化性碳水化合物的产物。SCFAs通过调节T细胞极化和促进T细胞分化为效应T细胞及调节性T细胞（regulatory T cells, Tregs）维持肠道免疫稳态，并影响中性粒细胞、单核细胞和巨噬细胞活性，控制免疫细胞因子产生，塑造炎症反应方向。动物研究表明，抗生素抑制肠道微生物可减弱载脂蛋白E缺陷小鼠的动脉瘤扩张并降低破裂风险。

# Conclusion（结论）

性别差异和肠道菌群失调与AAA发病机制相关。雌激素在健康表型和组织中发挥保护作用，而睾酮具有促炎和促凋亡特性。菌群失调使代谢产物泄漏入循环，与免疫细胞和VSMC相互作用，诱导炎症反应和ECM降解。尽管存在关联性证据，机制细节仍需进一步探究。对肠道微生物组-性别-AAA轴的深入研究可能揭示新的生物标志物和治疗靶点，以减缓AAA生长并改善预后，这在人口老龄化背景下尤为重要。