Введение

Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной смертности во всем мире: ежегодно от ССЗ умирают 17,8 млн человек, при этом смертность продолжает стремительно расти [1]. В основе патогенеза большинства ССЗ лежит атеросклероз, традиционные факторы риска развития которого хорошо изучены. Согласно рекомендациям Европейского кардиологического общества по профилактике ССЗ (2021), к факторам риска развития атеросклероза относятся высокий уровень холестерина, артериальная гипертензия, курение, сахарный диабет, ожирение и многие другие [2]. За последние несколько десятилетий опубликованы убедительные данные о существовании и других, ранее не учтенных факторов, играющих роль в формировании атеросклеротических бляшек в кровеносных сосудах. В частности, появляется все больше доказательств значительного влияния состава кишечной микробиоты (КМ) и ее метаболитов на риск развития атеросклероза и ассоциированных с ним ССЗ.

КМ представляет собой совокупность множества микроорганизмов, в первую очередь бактерий, которые задействованы практически во всех метаболических процессах организма хозяина. Состав КМ у каждого человека уникален, он определяется генетическими, средовыми и поведенческими факторами. Во многих работах показана связь между наличием тех или иных ССЗ и специфическими изменениями КМ. КМ насчитывает более 5000 видов микроорганизмов, общая масса которых достигает 1—2 кг. Большая часть микробиоты принадлежит к 5 основным филотипам: Bacteroidetes, Firmicutes, Actinobacteria, Proteobacteria, Cerrucomicrobia. До 90% видов бактерий относятся к Bacteroidetes и Firmicutes [3]. В ряде исследований продемонстрировано, что соотношение филотипов Firmicutes и Bacteroidetes (F/B) служит показателем здоровья КМ и может изменяться при ожирении, ССЗ и других заболеваниях [4]. Взаимодействие метаболических процессов и КМ носит двусторонний характер: пейзаж микробиоты меняется при определенных заболеваниях, при этом определенные изменения состава и продуктов метаболизма КМ способны влиять на течение и прогрессирование этих заболеваний. В связи с этим изменения состава и метаболизма КМ могут выступать независимым фактором риска ССЗ, что подтверждается данными многих клинических исследований. Так, повышенное содержание одного из метаболитов КМ — триметиламин N-оксида (ТМАО) — существенно повышает риск развития больших сердечно-сосудистых событий у пациентов с имеющейся ишемической болезнью сердца (отношение рисков (ОР) 1,58; 95% ДИ 1,35—1,84, p<0,001), что продемонстрировано в недавнем метаанализе M.E. Yao и соавт. (2020) [5].

Микробиота атеросклеротических бляшек

С помощью различных методов доказано присутствие бактериальных молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в атеросклеротических бляшках человека. В атеросклеротических бляшках чаще всего обнаруживалась бактерия C. pneumoniae [6], вызывающая респираторные инфекции. Кроме того, C. pneumoniae идентифицирована в составе атеросклеротических бляшек коронарных артерий после аутопсии и в атеросклеротических бляшках сонных артерий после проведения эндартерэктомии. Следует отметить, что взаимосвязь между нестабильностью атеросклеротических бляшек, распространенностью атеросклероза и C. pneumoniae не выявлена [7]. В то же время обнаружена корреляция между содержанием C. pneumoniae, цитотоксических CD8+ T-клеток в симптомных атеросклеротических бляшках и повышением уровня С-реактивного белка в сыворотке крови [8]. Помимо C. pneumoniae, в составе атеросклеротических бляшек выявлено более 50 видов бактерий по сравнению с контрольными тканями [9]. Усовершенствование технологий секвенирования и биоинформатики позволило более детально провести анализ бактериальных генов 16S рРНК в атеросклеротических бляшках. В ряде работ получены данные о том, что в атеросклеротических бляшках у пациентов с симптомами атеросклероза более распространены бактериальные ДНК потенциально патогенных семейств Helicobacteraceae и Neisseriaceae по сравнению с бессимптомными пациентами [10]. Однако для подтверждения этой находки требуется проведение более крупных исследований. В дальнейшем необходимо определить корреляцию между морфологией уязвимых и подверженных риску разрыва атеросклеротических бляшек и их бактериального содержимого. Несмотря на наличие бактериальных ДНК в атеросклеротических бляшках, остается неизвестной их непосредственная роль в инициации и прогрессировании атеросклероза.

Механизмы влияния кишечной микробиоты на метаболизм липидов

Разнообразие состава КМ во многом определяется характером питания. «Западная» диета с высоким содержанием жиров и углеводов приводит к изменению КМ и развитию нарушений липидного метаболизма. На рисунке на цв. вклейке представлено несколько путей регуляции липидного обмена, опосредованных КМ [11].

Роль кишечной микробиоты в развитии гиперлипидемии (адаптировано из [11]).

Кишечная микробиота и ее метаболиты способны нарушать целостность кишечной стенки и воздействовать на периферические ткани. КМ может влиять на взаимосвязь нервной системы и желудочно-кишечного тракта путем воздействия на блуждающий нерв и иммунные механизмы. Нарушение состава КМ приводит к росту патогенных бактерий, которые обладают провоспалительным действием и усиливают локальный иммунный ответ [12]. Это сопровождается продукцией провоспалительных цитокинов и адипокинов (фактор некроза опухоли альфа, интерлейкин-6 (IL-6), лептин) [13]. В то же время течение данных процессов усугубляется повышением проницаемости кишечной стенки на фоне питания с повышенным содержанием жиров. Кишечная микробиота воздействует не только на местный воспалительный ответ. Получены свидетельства ее активирующего влияния на микроглии в головном мозге, что потенцирует воспаление нервной ткани и приводит к повышению активности нейронов гипоталамуса, ответственных за аппетит. Наблюдается снижение количества потребляемой пищи, при этом ее энергетическая ценность возрастает [14]. Метаболиты КМ способны активировать энтероэндокринные клетки, в результате чего происходит выброс гормонов кишечника, которые воздействуют на нервную регуляцию желудочно-кишечного тракта, осуществляющуюся блуждающим нервом. Генерируемые локальные нервные импульсы транслируются в головной мозг, где воздействуют на регуляцию пищевого поведения, аппетита и насыщения [15]. КМ изменяет проницаемость клеток кишечного эпителия, участвует в регуляции метаболизма холестерина в печени и накоплении липидов в жировой ткани, а также провоцирует окисление липидов в мышечной ткани.

Роль микробиоты кишечника и ее метаболитов в развитии атеросклероза и дислипидемии

Совокупность микроорганизмов, населяющих кишечник, представляет собой крайне сложную экосистему. КМ получает энергию из поступающей в желудочно-кишечный тракт пищи, участвует в энергетическом метаболизме и влияет в том числе на процессы образования атеросклеротических бляшек. КМ оказывает влияние на развитие дислипидемии и ССЗ как непосредственно, так и при помощи различных метаболитов, таких как желчные кислоты, копростанол, жирные кислоты и ТМАО. Более того, при определенных изменениях состава КМ и ее метаболизма активируются процессы воспаления, которые также играют важную роль в прогрессировании атеросклероза.

Для поддержания нормального обмена липидов необходимо наличие «здоровой» КМ. У стерильных мышей наблюдаются более низкое содержание триглицеридов (ТГ) в печени и жировой ткани и более высокий уровень ТГ в крови по сравнению с мышами, которым трансплантирована КМ Firmicutes и Bacteroidetes [16]. У стерильных мышей, которые получают питание, богатое жирами и углеводами, аналогичное «западной» диете, наблюдается меньшая склонность к развитию гиперхолестеринемии и повышенная экскреция холестерина печенью и через желудочно-кишечный тракт [17]. Описанные факты подтверждают непосредственное влияние КМ на регуляцию метаболизма липидов и развитие гиперлипидемии.

Триметиламин N-оксид. Наиболее хорошо изученным метаболитом КМ в отношении влияния на развитие атеросклероза является ТМАО. Данное соединение образуется из фосфатидилхолина, карнитина, бутиробетаина, бетаина и других компонентов продуктов животного происхождения, таких как красное мясо, яйца, молочные продукты и рыба [18]. В кишечнике указанные выше компоненты пищи ферментируются бактериями, в результате чего образуется триметиламин. Затем триметиламин всасывается в кровь и поступает в печень, где под действием флавиновых монооксидаз FMO1 и FMO3 превращается в ТМАО. Проатерогенный потенциал ТМАО реализуется через несколько возможных механизмов. Описана способность ТМАО активировать белок теплового шока HSP60, который запускает процесс образования пенистых клеток, активируя toll-подобные рецепторы [19]. ТМАО также повышает экспрессию проатерогенного скавенджер-рецептора CD36 на поверхности макрофагов, что ускоряет их трансформацию в пенистые клетки и провоцирует появление атеросклеротических бляшек [20]. В настоящее время ТМАО рассматривают как один из наиболее перспективных новых маркеров атеросклероза, во множестве работ доказан его независимый вклад в увеличение риска ССЗ. В недавнем проспективном исследовании, выполненном W. Tang и соавт. (2021), продемонстрирован потенциал ТМАО как маркера риска ССЗ [21]. Средняя продолжительность наблюдения составила 8 лет, сравнивали 908 пациентов, у которых за время исследования развилась ишемическая болезнь сердца (ИБС), и 1237 пациентов контрольной группы: у пациентов первой группы уровень ТМАО, а также его предшественников, холина и бетаина, был на 58% выше, чем у пациентов контрольной группы (ОШ 1,58; 95% ДИ 1,21—2,06; p<0,001). В еще одной работе проанализирована зависимость между уровнем ТМАО и частотой впервые выявленных и повторных ССЗ, причиной которых являлся атеросклероз: при сравнении квартилей с наименьшим и наибольшим уровнем ТМАО отношение рисков составило 1,21 (95% ДИ 1,02—1,42; p<0,029) [22]. В основном ТМАО продуцируют представители типа Firmicutes. По данным геномных исследований, наиболее выражена продукция ТМАО у таких представителей Firmicutes, как Anaerococcus, Clostridium, Desulfitobacterium, Enterococcus, Streptococcus, а также у представителей протеобактерий [23].

Липополисахарид. В рамках изучения влияния метаболитов КМ на прогрессирование атеросклероза отдельного внимания заслуживает липополисахарид (ЛПС) — основной компонент внешней мембраны грамотрицательных бактерий, который обнаруживается в свободном виде, главным образом, в ротовой полости и кишечнике. Бактерии, способные вырабатывать ЛПС, увеличивают общее содержание ЛПС в плазме крови, усиливают воспалительный ответ и провоцируют накопление липидов в жировой ткани [24]. Свободный ЛПС выделяется при разрушении бактериальных мембран, что наиболее ярко проявляется при системных воспалительных реакциях, вплоть до септического шока. Появляется все больше доказательств прямого влияния воспаления на скорость прогрессирования атеросклероза: чем более выражен воспалительный фон, тем выше вероятность развития неблагоприятных сердечно-сосудистых событий, и наоборот. Так, в исследовании CANTOS получены данные об эффективности канакинумаба, моноклонального антитела к IL-1β в отношении снижения риска развития сердечно-сосудистых событий [25]. Липополисахарид также увеличивает риск развития атеросклероза и ССЗ, что неоднократно описано в литературе. Например, в работе R. Carnevale и соавт. (2018) приведены данные о том, что ЛПС способен стимулировать рецепторы TLR4, тем самым активируя моноциты и опосредованно провоцируя окислительный стресс [26]. Авторы также продемонстрировали зависимость между уровнем ЛПС и наличием критического атеросклероза сонных артерий.

Желчные кислоты. Значительную роль в метаболизме холестерина и во всасывании питательных веществ в желудочно-кишечном тракте играют желчные кислоты, которые образуются из холестерина под действием фермента 7-альфа-холестерол-гидроксилазы [27]. Первичные желчные кислоты — холевая и хенодезоксихолевая — образуются в печени, где превращаются в конъюгаты — соединения с глицином и таурином, которые попадают в желчный пузырь и затем секретируются в просвет кишечника. Далее они подвергаются воздействию кишечной микробиоты и превращаются во вторичные желчные кислоты: дезоксихолевую, литохолевую и урсодезоксихолевую. Желчные кислоты выступают в роли сигнальных молекул и, активируя фарнезоидные X-рецепторы (FXR), способны уменьшать свой синтез, тем самым повышая уровень холестерина [28].

Ключевую роль в реализации проатерогенного воздействия КМ играет не только уровень специфических метаболитов, но и соотношение различных видов бактерий. В норме в составе микробиоты преобладают бактерии Firmicutes и Bacteroidetes, а их соотношение служит индикатором нарушения баланса экосистемы кишечника [4]. Во многих работах описано преобладание Firmicutes над Bacteroidetes у пациентов с ожирением и ССЗ. Так, в исследовании E. Sawicka-Smiarowska и соавт. (2021) в результате секвенирования микробиома 169 пациентов с ИБС и 166 человек из контрольной группы обнаружено, что у пациентов с ИБС наблюдается повышение соотношения Firmicutes и Bacteroidetes (1,67 [0,95—3,0] по сравнению с 1,42 [0,94—2,3] у участников контрольной группы) [29]. В другой работе проанализированы состав микробиоты, уровень ТМАО и выраженность факторов риска у 31 пациента с атеросклерозом сонных артерий и 51 пациента контрольной группы [30]. Обнаружено, что преобладающие виды бактерий в двух группах неодинаковы: у пациентов с каротидным атеросклерозом наблюдалось повышение количества Bacteroides eggerthii, Escherichia coli и Klebsiella pneumoniae, а у пациентов контрольной группы — Parabacteroides unclassified, Prevotella copri, Bacteroides sp 3_1_19 и Haemophilus parainfluenzae. У пациентов группы атеросклероза также был выше уровень ТМАО. Авторы пришли к выводу, что повышение уровня ТМАО обусловлено различиями в метаболизме преобладающих видов бактерий: КМ здоровых людей способна более эффективно утилизировать ТМАО, например посредством описанного исследователями пути P185-PWY.

Представители кишечной микробиоты и метаболиты с протективным действием в отношении атеросклероза

В настоящее время исследователями активно изучаются естественные механизмы снижения атерогенности, ассоциированные с КМ. Гиполипидемическое действие оказывают многие изученные виды бактерий и их метаболиты.

КМ метаболизирует сложные углеводы с образованием короткоцепочечных жирных кислот (КЦЖК), которые принимают участие в передаче сигналов другим представителям экосистемы кишечника, энергетическом обмене, поддержании уровня pH, оптимального для существования микробиоты. К наиболее распространенным КЦЖК относятся бутират, ацетат и пропионат. КЦЖК обладают гиполипидемическим действием благодаря способности блокировать синтез холестерина в печени [31]. Некоторые представители таксона Bacteroidetes, в частности Bacteroides vulgatus и Bacteroides dorei, обладают способностью снижать уровень ЛПС в просвете кишечника, что показано в исследовании N. Yoshida и соавт. (2018) [32]. Снижение уровня ЛПС уменьшает выраженность воспаления в просвете кишечника и подавляет прогрессирование атеросклероза. В более позднем исследовании тех же авторов показана статистически значимая обратная зависимость между уровнем ЛПС в просвете кишечника и наличием ИБС, а также получены данные о том, что ЛПС таксона Bacteroidetes оказывает меньшее провоспалительное действие, чем ЛПС E. coli [33].

Благотворно влияет на течение атеросклероза Akkermansia muciniphila, которая является частью нормальной микробиоты и играет важную роль в защите кишечного барьера при ожирении [34]. У мышей Apoe–/–, получавших западную диету с добавлением A. muciniphila, выявлено уменьшение распространенности атеросклеротического поражения, которое можно объяснить нормализацией функции кишечного барьера и снижением воспалительного профиля [35].

Перспективы модуляции кишечной микробиоты для управления сердечно-сосудистым риском

Изученные механизмы влияния КМ на метаболизм холестерина и развитие атеросклероза позволяют разрабатывать новые подходы к профилактике и лечению атеросклероза и ассоциированных с ним ССЗ. Воздействовать на состав микробиоты можно как путем модуляции оптимальных условий существования интересующих семейств/родов/видов бактерий при помощи диетических подходов, приема пребиотиков и пробиотиков, так и посредством трансплантации фекальной микробиоты.

Индивидуальный сердечно-сосудистый риск во многом определяется характером питания. В клинических исследованиях неоднократно доказана эффективность средиземноморской диеты для первичной профилактики ССЗ. В недавнем исследовании CORDIOPREV впервые продемонстрирована эффективность данной диеты для вторичной профилактики прогрессирования атеросклероза у лиц с ИБС. В исследование включены 1002 пациента с ИБС, которые случайным образом распределены в группы средиземноморской и гиполипидемической диеты. В начале исследования, через 5 и 7 лет наблюдения проводили измерение толщины комплекса интима-медиа сонных артерий. Результаты показали, что соблюдение средиземноморской диеты существенно снижает скорость прогрессирования атеросклероза сонных артерий по сравнению с гиполипидемической диетой. Через 5 лет снижение толщины комплекса интима-медиа сонных артерий составило 0,027 мм (p<0,001), через 7 лет — 0,031 мм (p<0,001), в то время как у пациентов группы гиполипидемической диеты статистически значимого замедления роста атеросклеротических бляшек не было. Подобный эффект соблюдения средиземноморской диеты может быть частично обусловлен влиянием на состав КМ [36]. Например, соблюдение средиземноморской диеты способствует снижению уровня ТМАО, что показано в исследовании, в котором участвовали 153 здоровых добровольца [37]. Проанализирован состав их КМ и метаболома, а также собраны данные о пищевых привычках. Показано, что у людей с высокой приверженностью средиземноморской диете формировался более благоприятный состав КМ с более высоким содержанием Prevotella и Firmicutes, способных перерабатывать клетчатку.

Пребиотики представляют собой неперевариваемые соединения (например, инулин, олигосахариды), которые метаболизируются в кишечном тракте и поддерживают пролиферацию полезных кишечных бактерий, таких как лактобациллы и бифидобактерии.

В работе T. Jiang и соавт. (2020) показано, что включение в питание достаточного количества клетчатки ассоциировано с повышением уровня специфического для человека вида бактерий Lactobacillus mucosae A1. Добавление L. mucosae A1 к рациону мышей приводило к замедлению прогрессирования атеросклероза, что говорит о гиполипидемическом действии данного вида бактерий [38]. Еще в одном доклиническом исследовании на мышах показано, что добавление к их рациону пребиотика, содержащего пищевые волокна, привело к снижению уровня общего холестерина и ТГ, и это связано с благоприятными изменениями состава КМ за счет увеличения численности бактерий, продуцирующих КЦЖК. На протяжении 10 нед мыши получали пребиотик с содержанием клетчатки 0, 10 или 20%. Снижение уровня холестерина на 25% наблюдалось у животных, получавших дозы 10 и 20%. Кроме того, у мышей с ожирением наблюдалось снижение накопления в печени ТГ более чем на 40% [39].

Пробиотики — живые микроорганизмы, которые при введении в организм в адекватных количествах оказывают положительное влияние на состояние здоровья хозяина [40]. Пробиотики также могут быть включены в состав пищевых продуктов и биодобавок, в большинстве случаев они представлены лакто- и бифидобактериями. Накоплены данные, подтверждающие эффективность пробиотиков в отношении регуляции метаболизма холестерина. По результатам крупного метаанализа, в который вошли 19 исследований с участием 967 пациентов, применение различных пробиотиков статистически значимо снижает уровни ТГ и липопротеинов низкой плотности — на 0,25 и 0,17 ммоль/л соответственно [41]. У мужчин со стабильной ИБС, которые получали пробиотик, содержащий Lactobacillus plantarum 299v (Lp299v), улучшалась функция эндотелия и снижалась выраженность системного воспаления вне зависимости от влияния традиционных факторов риска и ТМАО [42].

Трансплантация фекальной микробиоты (ТФМ) — процесс переноса микробиоты фекалий здорового донора в желудочно-кишечный тракт реципиента с целью определенным образом изменить состав КМ. Если ранее ТФМ имела крайне узкий диапазон применения, в частности лечение инфекций, вызванных Clostridium difficile, то сейчас все больше данных говорит в пользу расширения показаний к ее использованию [43].

В доклиническом исследовании, выполненном H. Liu и соавт., показано, что при имплантации микробиоты от пациентов с ИБС стерильным мышам наблюдалось развитие эндотелиальной дисфункции и нарушение метаболизма желчных кислот [44]. Взаимоотношения между составом микробиоты и развитием атеросклероза также продемонстрированы в исследовании, в котором авторы использовали ТФМ для воздействия на КМ мышей, перенесших овариэктомию, с целью установить, как ТФМ влияет на липидный профиль, метаболизм липидов и развитие атеросклероза в постменопаузе. Показано, что прекращение выработки эстрогенов и развитие гиперлипидемии в постменопаузе в значительной степени изменяют состав КМ и приводят к росту атеросклеротических бляшек. При ТФМ от мышей, которые получали лечение эстрогенами, наблюдалось снижение выраженности атеросклероза, в том числе уменьшение размера атеросклеротических бляшек в грудном отделе и корне аорты. Подобные результаты свидетельствуют об эффективности ТФМ для коррекции нарушений липидного метаболизма и снижения прогрессирования атеросклероза у мышей в постменопаузальном периоде [45].

Заключение

Взаимодействие между КМ и организмом хозяина служит одним из решающих факторов развития атеросклероза. В настоящее время имеются убедительные доказательства о влиянии КМ на прогрессирование атеросклероза путем активации иммунной системы, нарушения метаболизма холестерина и синтеза проатерогенных метаболитов. Указанные процессы вкупе могут инициировать, поддерживать и усугублять непрерывный рост атеросклеротических бляшек, вплоть до их разрыва. Новые терапевтические подходы, нацеленные на модуляцию КМ и регуляцию путей синтеза проатерогенных метаболитов, могут представлять эффективный инструмент для профилактики и повышения эффективности лечения ССЗ, ассоциированных с атеросклерозом.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.