Antioxid Redox Signal:肠道菌群在血压调节和高血压发病中的作用及机制

2021-03-20 MedSci原创 MedSci原创

基于抗生素的作用,肠道菌群与血压控制和HTN有关。该研究讨论了与HTN相关的肠道和代谢紊乱情况,阐明了肠道微生物区系和血压之间的因果关系,总结了潜在的机制,并鼓励在HTN治疗中针对肠道进行干预。

 

高血压(HTN)具有复杂的病因,如遗传和环境因素等。它已成为全球健康负担,导致血管疾病和肾脏疾病,最终发展为过早死亡。越来越多的证据表明,肠道微生物群与代谢紊乱和炎症密切相关,而代谢紊乱和炎症与HTN密切相关。阜外医院高血压中心的Cai Jun教授在Antioxid Redox Signal杂志发表综述,探讨了这个问题。

最近利用细菌基因组分析、粪便微生物移植的研究以及大量重要的证据表明,肠道微生物群异常与HTN密切相关。HTN患者和动物肠道微生物群落均表现为细菌多样性降低、微生物结构和功能紊乱、发酵产物改变。肠道微生物区系的肠道生物失调和代谢产物在血压控制中起着重要作用,因此与HTN的发生有关。

抗生素在控制血压中的作用

绿色圆圈中显示的是能有效抑制宿主血压水平的抗生素。红色圆圈标出已被证明与血压无关,甚至导致血压升高的抗生素。维恩图中的重叠区域显示了在不同的研究中显示出对血压有争议的影响的抗生素,在降低血压方面有效或无效。

高血压动物模型中粪便微生物区系的变化(Ang II,血管紧张素IIF/B,菲米库斯/类杆菌; HTN,高血压;OSA,阻塞性睡眠呼吸暂停;SHR,自发性高血压大鼠。向上箭头表示增加,向下箭头表示减少。)

维恩图显示了与不同高血压动物模型相关的非生物肠道微生物菌群失调的特征。蓝色圆圈表示血管紧张素诱导的HTN动物肠道微生物的改变。橙色圆圈显示自发性高血压大鼠模型中显著的粪便微生物失调。绿色圆圈表示阻塞性睡眠呼吸暂停诱导的高血压动物模型中粪便微生物区系的失调。红色圆圈表示在高盐诱导的HTN中全球肠道微生物成分的改变。维恩图中的重叠区显示了不同高血压动物模型共有的肠道微生物的共同特征。

HTN患者的肠道微生物、肠道病毒和高血压肠道的病理改变(向上箭头表示增加,向下箭头表示减少。肠道微生物,肠道微生物区系;HTN,高血压。)

蓝色区域显示了患有HTN的人群中肠道微生物配置文件是如何变化的。粉红色区域表示高血压患者肠道病毒群落的变化。绿色区域显示与HTN有关的肠道上皮完整性和肠壁病理改变。

HTN相关的宿主代谢变化(向上箭头表示增加,向下箭头表示减少。肠道微生物,肠道微生物区系;HTN,高血压。)

橙色区域显示HTN的全血清代谢概况。紫色区域表示HTN患者粪便中肠道微生物代谢物的改变。绿色区域显示了HTN中尿代谢物的代谢情况。

肠道菌群控制血压的可能作用机制(向上箭头表示增加,向下箭头表示减少。“×”表示堵塞。红色虚线表示发生阻塞(“×”)时将发生的更改。“+”表示积极的效果。)

(A)短链脂肪酸介导肠道菌群对BP的调节作用。膳食纤维由转基因发酵,从而产生醋酸、丁酸盐和丙酸。短链脂肪酸被吸收到血液中,作用于两种受体,嗅觉受体78和G蛋白偶联受体41。在短链脂肪酸的刺激下,嗅觉受体78的激活参与了高血压效应,而G蛋白偶联受体41的作用是降低血压。嗅觉受体78和G蛋白偶联受体41对血压的作用维持在一个平衡的生理血压水平。当肠道细菌或单链脂肪酸或G蛋白偶联受体41被阻断时,血压会受到影响,从而形成HTN。

(B)在高盐摄入量等刺激下,肠道细菌如L. murinusL.rhamnosus GG被耗尽,下游细菌代谢物的产生(吲哚)被抑制,导致CD80、CD86和TH1/TH2细胞因子的激活,并抑制ERK1/2、Akt和mTOR的磷酸化。同时,促炎T淋巴细胞谱系,如Th1,Th2和Th17,在肠道和血管系统中增加,而保护性T淋巴细胞,如Treg,减少。这些由肠道微生物驱动的行为导致HTN的发病。

(C)交感神经系统、免疫系统、肠道和心血管系统之间的通讯。神经元活动、神经炎症和小胶质细胞激活导致交感神经兴奋,从而激活免疫系统,促进造血干细胞动员和炎性细胞分化。免疫系统的激活反过来对交感神经系统产生积极作用。交感神经系统的活动增强也作用于肠道系统,促进肠道通透性增加和低度炎症,并改变肠道微生物的组成。肠道系统的变化正反馈给交感神经系统。同样,肠道系统和免疫系统之间的相互作用也是一个正反馈循环。由于正反馈环,交感神经系统持续激活,影响心血管系统的心脏和血管功能,最终导致HTN。

纠正肠道生物失调和改善HTN发展的干预策略(“√”表示有效。“×”表示无效。表明需要解决的重要问题。表示需要特别注意的问题。)

我们怎样才能操纵肠道菌群来预防HTN呢?该研究讨论了五种策略,包括使用益生菌、饮食干预、降压药物、噬菌体使用和FMT。益生菌的降压活性取决于某些特定的菌株(如红框所示)。同一种益生菌的降压效果在不同的HTN模型中有所不同(如紫色方格所示)。绿色方格中列出了许多据报道能有效降低宿主血压的益生菌菌株。通过饮食干预,高纤维和特级初榨橄榄油丰富的饮食已被证明能有效降低宿主的血压(如青色窗格所示)。一些降压药已被确定通过调节肠道微生物群来发挥其血压调节作用,至少部分是这样。关于噬菌体的使用,如何选择安全和有针对性的噬菌体菌株是一个关键问题(如粉色方格所示)。到FMT时,选择严格登记的健康捐献者必须相当谨慎(如黄色方格所示)。

该研究的目的在于了解肠道细菌的作用以及引起血压升高并导致HTN发病的病理环境的机制方面的最新进展。总结了旨在纠正肠道生物失调以促进HTN发展的潜在干预策略。

本研究讨论了肠道菌群在血压调节和HTN中的关键作用和可能的机制。此外,基于抗生素的作用,肠道菌群与血压控制和HTN有关该研究讨论了与HTN相关的肠道和代谢紊乱情况,阐明了肠道微生物区系和血压之间的因果关系,总结了潜在的机制,并鼓励在HTN治疗中针对肠道进行干预。指出了进一步了解肠道微生物和HTN的未来方向,强调了在未来的临床治疗中以肠道微生物为靶点对预防HTN的发展和降低心血管风险的重要意义。

未来应进行更多来自HTN参与者的粪便移植,以检查更换肠道微生物菌群后血压变化的幅度。肠道调节血压的机制尚待验证。使用益生菌、饮食干预、噬菌体和粪便移植的干预策略对HTN患者是否可行仍有待探索。

原文出处:

Li Jing,Yang Xinchun,Zhou Xin et al. The Role and Mechanism of Intestinal Flora in Blood Pressure Regulation and Hypertension Development.[J] .Antioxid Redox Signal, 2021, 34: 811-830.

 

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  1. 2021-03-20 肿肿

    机制研究离临床仍然有距离,不过与临床结合思考,仍然有帮助的,不能仅仅是纯临床思维,转化思维同样重要

    0

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