肠源性皮质酮的合成或是肠道菌群影响高血压的潜在原因

  导读

  1、高盐饮食是高血压的重要危险因素之一。据报道，肠道菌群与高盐诱导的高血压(hSIH)有关。然而，肠道菌群在hSIH发病机制中的具体作用尚未完全阐明。

  2、采用16s rRNA基因测序、非靶向代谢组学、选择性细菌培养和粪便微生物群移植等技术对上述问题进行了研究。我们在Wistar大鼠体内发现HSD引起的高血压。健康大鼠粪便微生物群可显著降低高血压大鼠的血压(BP) ，而粪便微生物群具有相反的作用。鼠肠道菌群的组成、代谢和相互关系发生了重大变化，包括皮质酮水平升高，类杆菌和花生四烯酸(AA)水平降低，这些与血压密切相关。大鼠血清皮质酮水平也明显升高。此外，上述异常在高血压患者中得到证实。Bacteroides fragilis (B. fragilis) 可以通过其代谢物AA抑制HSD诱导的肠源性皮质酮的产生。

  3、肠道菌群可以通过 FMT 转移，表明肠道菌群在hSIH发展中的关键作用。HSD降低了肠道中B. fragilis 和 AA 的水平，增加了肠道和血清中皮质酮的产生，从而促进了血压的升高。本研究揭示了一种不同于炎症/免疫调节血压的新机制，即肠道菌群通过影响类固醇激素水平调节血压。这些发现丰富了人们对肠道菌群功能及其对高血压影响的认识。

  研究背景

  1、高血压是一种常见的慢性疾病，亦是导致严重心脑血管疾病如中风及心力衰竭的最重要危险因素之一。全世界每年至少有45% 的心脏病和51% 的中风死于高血压。

  2、饮食习惯与高血压的发病率密切相关。大量研究表明，高盐饮食(HSD)是高血压的一个重要的独立危险因素。高盐引起的高血压是许多高血压患者的病因，目前认为其发病机制主要与肾脏钠潴留、血容量升高有关。然而，这些病理变化的具体机制尚未完全阐明。报道的机制包括肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的异常激活，交感神经和激肽释放酶-激肽系统。

  3、糖皮质激素(即人类的皮质醇，啮齿动物的皮质酮)在许多生理和病理过程中发挥重要作用。肾上腺皮质是皮质酮和皮质醇合成和释放的主要部位。皮质酮、皮质醇和醛固酮是体内钠钾平衡、血流动力学和血压的主要调节因子。因此，这些激素水平的异常升高与高血压的发生密切相关。

  4、人体肠道内大约有1013-1014种细菌(即肠道菌群) ，在各种疾病的发展中起着关键作用，例如动脉粥样硬化、糖尿病、恶性肿瘤和自身免疫性疾病。最近的研究表明，高血压患者和动物的肠道菌群有明显的改变，包括产生短链脂肪酸的细菌减少，促炎细菌和条件致病菌增加。然而，关于肠道菌群与高血压关系的机制研究还很少。本研究采用16s rRNA 基因测序、代谢组学和功能研究方法，探讨了大鼠肠道菌群与肠道菌群的关系及其机制。

  研究内容

  第一部分 异常的肠道菌群导致了hsih的发展

  HSD组大鼠进食后血压逐渐升高，4周达到高血压标准(sbp/dbp: 167.9 ± 13/125.4 ± 17mmhg) ，明显高于对照组(sbp/dbp: 113.6 ±11/85.2 ± 8mmhg)。为了探讨 HSD 组大鼠肠道菌群与血压升高之间的因果关系，采用四联抗生素方案处理 HSD 组和对照组大鼠，去除肠道原有菌群，然后移植不同菌群。结果表明，抗生素鸡尾酒能显著降低大鼠肠道菌群的序列变异。对照组大鼠经抗生素治疗后收缩压(sbp)和舒张压(dbp)升高，高血压大鼠肠道菌群移植后收缩压(sbp)和舒张压(dbp)进一步升高。       第二部分 HSD 引起肠道菌群失调，包括有益菌的减少

  测序深度达到饱和 (图a)。香农指数、辛普森指数在两组之间无显著性差异。然而，基于 asvs 的主成分分析(pca)和主坐标分析(pcoa)显示两组大鼠肠道菌群明显分离(图 b)。与对照组大鼠相比，HSD 组大鼠肠道粘菌/拟杆菌(f/b)比值明显升高 (图c)。结果表明，在门水平上，高盐诱导的高血压大鼠肠道中Spirochaetes的比例明显增加(图 d)， V errucomicrobia显著减少。

  属于放线菌、厚壁菌、变形菌门的9种细菌丰度明显增加(图a)。HSD 显著增加了多种肠道细菌，特别是变形菌和厚壁菌之间的正相关性，表明 HSD 可能加强了它们之间的共生关系。这些肠道细菌之间相关性的变化表明HSD 可能严重干扰肠道菌群之间的共生关系，这可能与 hSIH 的发展密切相关。       第三部分 HSD 显著改变了肠道菌群的代谢状况

  肠道菌群作为微生物与宿主之间的桥梁，许多代谢产物进入血液循环，影响宿主在肠道内的生理活动。为此，采用高效液相色谱-质谱联用技术对对照组和 hsd 组大鼠粪便样品进行分析，探讨肠道代谢轮廓。结果表明，对照组和 HSD 组的代谢数据簇彼此分离(图a，b)。在 +和 -模型中，分别有955和641个峰值特征，峰值强度有显著变化(图4c)。这些结果表明 HSD显著改变了肠道菌群代谢状况。肠道菌群、血压和多种改变代谢物之间存在显著相关性，(图d)。皮质酮与一些高度丰富的细菌如拟杆菌、乳酸杆菌呈显著负相关，此外，它也与收缩压和舒张压呈显著正相关(图4e)。

  第四部分 B. fragilis抑制 hsd 诱导的肠源性皮质酮的生成

  qpcr结果进一步证实 HSD 大鼠和高血压患者粪便中 B. fragilis ych46明显减少(图a)。除代谢组学显示 hsd 大鼠肠道皮质酮水平显著升高外，elisa 结果还显示高血压患者和/或大鼠血清和肠道皮质酮水平显著升高(图b，c)。正常饮食组大鼠相比，HSD 大鼠皮质酮合成关键酶水平显著上调，而能够抑制皮质酮的羟类固醇11-beta 脱氢酶2(hsd11b2)则显著下调(图d)。这些结果提示，HSD 可增加大鼠肠道皮质酮的合成，抑制其降解。HSD 小鼠肾上腺皮质酮的变化以及肾上腺皮质酮合成酶和前述酶的表达与 HSD大鼠一致。ych46(b.f.s)培养上清液能显著降低小鼠结肠组织中皮质酮水平 (图e-j)。       第五部分 B. fragilis产生的AA(Arachidonic acid)抑制了肠道中皮质酮的产生

  二十二碳六烯酸(DHA) ，二十碳五烯酸(EPA)和 AA 三种肠道代谢物与皮质酮水平和血压呈显著负相关，与拟杆菌呈显著正相关(图 a)。这三种代谢产物可能是拟杆菌类药物抑制肠道皮质酮合成的关键桥梁。结果进一步表明，AA 显著降低了MR，cyp11a1，cyp11b1，和hsd11b1在肠段的表达增加。并且显著上调 hsd11b2的表达，这种表达被 HSD抑制(Fig. B-F)。同时，AA 还能显著降低 HSD诱导的肠道皮质酮产量增加(图g)。高血压患者粪便中 AA含量也显著降低，与大鼠粪便代谢组学结果一致(图i)。结果表明，B. fragilis能够抑制肠道皮质酮合成，减轻 HSD 诱导的肠道皮质酮升高，从而发挥抗高血压作用。