沈阳白癜风医院 http://pf.39.net/bdfyy/bdfzj/171111/5837445.html原文出处ShiH,ZhangB,Abo-HamzyT,etal.RestructuringtheGutMicrobiotabyIntermittentFastingLowersBloodPressure.CircRes.;(9):-.研究背景
多项研究表明在高血压动物模型中存在肠道菌群失调。此外，将肠道菌群从高血压受试者和动物模型移植到正常血压动物会增加受体的血压，证明肠道菌群失调可能是高血压的潜在危险因素。预防这种菌群失调可以减轻或消除高血压。目前尚不清楚肠道菌群影响宿主血压调节的机制以及调节肠道菌群是否是预防或治疗高血压的有效途径。间歇性禁食(intermittentfasting，IF)已经被证明可以改变肠道菌群。在这篇文章中，作者通过对Wistar-Kyoto大鼠(Wister-Kyotorat，WKY)和自发性高血压卒中易感大鼠（spontaneouslyhypertensivestroke-pronerats，SHRSP）进行间歇性禁食，并使用多组学方法来检查对肠道菌群和代谢组的影响，从而验证了IF通过改变肠道菌群的组成来降低SHRSP大鼠血压的假设，并认为胆汁酸可能是在肠道菌群和血压调节之间起枢纽作用的微生物代谢产物。
研究结果1、隔日禁食对SHRSP大鼠血压的影响
5周龄WKY和SHRSP大鼠随机分为自由饲养组(对照组)和每隔一天禁食(everyotherdayfasting，EODF)组。EODF大鼠24小时随意进食和24小时不进食交替进行(图1A)。每日和累积的食物摄入量在WKY组和SHRSP大鼠对照组之间没有差异(图1B和1C)。WKY和SHRSP大鼠EODF组比各自的对照组每天摄入更多的食物，SHRSP大鼠EODF组的每天摄食量显著高于WKYEODF组(图1B)。在整个10周方案中，SHRSP大鼠EODF的食物摄入总量明显高于WKYEODF组(图1C)。与各自的对照相比，EODF显著减少了WKY(减少35%)和SHRSP大鼠(减少27%)的总食物消耗量(图1C)。与对照组相比，WKY组和SHRSP大鼠EODF组的摄食量减少导致体重显著降低(图1D)。然而，尽管SHRSP大鼠对照组与WKY大鼠对照组摄食量相似，但SHRSP大鼠对照组的体重明显低于WKY组(图1D)。这一观察结果与先前证明SHRSP大鼠代谢功能障碍的研究是一致的。
从9周龄开始，所有组每周测量一次收缩压（systolicbloodpressure，SBP）。SHRSP大鼠组SBP明显高于WKY组。而EODF显著降低了SHRSP大鼠的SBP，与SHRSP大鼠对照组相比，在研究的最后3周平均降低了40mmHg(图1E)。SHRSP大鼠EODF组与WKY对照组各时间点SBP差异均无统计学意义(P0.05)。EODF对WKY大鼠的SBP无明显影响(图1E)。
2、利用EODF技术重建肠道菌群
已证明包括EODF在内的IF模型会对菌群和宿主生理造成改变。为了确定EODF对SBP的影响是否可以仅归因于菌群，作者通过口服方式将从WKY和SHRSP大鼠对照组以及EODF组收集的盲肠内容物移植到无菌(germ-free，GF)大鼠体内。三因素方差分析显示供体品系或喂养方式对受体体重没有显著影响(图2A)。
与其菌群供体相似，接受SHRSP大鼠对照菌群的GF大鼠与接受WKY对照菌群的大鼠相比，表现出显著更高的收缩压(图2B)。与SHRSP大鼠对照受体相比，接受SHRSP大鼠EODF菌群的GF大鼠SBP显著降低，而与WKY对照受体无显著差异(图2B)。这些结果表明，EODF诱导的SHRSP大鼠菌群的改变足以引起EODF的降压作用。
为了检验WKY和SHRSP大鼠菌群之间的差异以及EODF的影响，作者对对照组和EODF喂养10周的大鼠盲肠内容物进行了全基因组鸟枪测序。α多样性的测量结果显示，不同群体之间没有显著差异。与WKY对照组相比，SHRSP大鼠组盲肠细菌负荷显著增加，EODF对其无明显影响。Bray-Curtis相异度分析表明，4个群体的群落结构存在显著差异(图3A)。左侧图3A包括所有4个组，并显示老鼠品系对群落差异的贡献比喂养方案更大。SHRSP大鼠对照(红色)与WKY(蓝色和紫色)分离并移除，SHRSP大鼠EODF组(绿色)聚集在更靠近WKY的位置。而图3A的中间和右侧显示，EODF分别显著改变了WKY和SHRSP大鼠的群落结构。对4组主要菌门的比较显示，菌株对放线杆菌、拟杆菌、菌丝体和变形杆菌有显著的主效应(图3B)。与WKY对照组相比，SHRSP大鼠对照组拟杆菌明显减少，而变形杆菌和放线菌显著增加。EODF显著降低了SHRSP大鼠在对照组中观察到的变形杆菌丰度的增加(图3B)。
为了确定WKY对照与SHRSP大鼠对照或SHRSP大鼠对照与SHRSP大鼠EODF之间的差异，作者进行了LEfSe分析(线性判别分析效应大小)(图3C)。SHRSP大鼠对照组的特征是一些物种属于传统上归类为有益微生物的属，包括乳杆菌和双歧杆菌。在WKY和SHRSP大鼠对照组间发现了几种已知在BA代谢中发挥作用的种属，包括Ljohnsonii、Lmurinis、Lreuteri、Banimalis、Bpseudolongum、Bvuggatus、Buniformis和Pexcrementehominis。
3、应用EODF技术重建盲肠和血浆代谢物
肠道来源的代谢产物是肠道菌群和宿主之间相互作用的关键成分。之前对肠道菌群失调和高血压之间潜在联系的研究已经确定了一些可能影响血压的微生物代谢产物，包括短链脂肪酸、内*素和尿*症*素。然而，这些研究使用了一种有针对性的方法来检查几种选定的微生物产物的作用。据估计，菌群负责产生或修饰存在于血浆中多种不同的代谢物。因此，很可能参与血压调节的大量微生物代谢物尚未确定。为了更全面地了解可能有助于宿主血压调节的代谢物，作者对所有4组的血浆和盲肠内容物进行了无靶向代谢组学研究。
为了检验分析作者的WGS和代谢组学数据集之间关系的有效性，作者使用了数据集成分析(DataIntegrationAnalysis)来发现生物标记物，使用潜在变量法进行OMICS研究(DIABLO)。使用这种集成的多组学方法，作者确定了分类学特征、微生物功能以及血浆和盲肠代谢物之间的高度相关性(图4A的下对角线)。对于每个组学数据集，计算使数据集变异最大化的第一主成分。当绘制每个数据集的第一个组件与每个其他数据集的第一个组件的关系图时，SHRSP大鼠控件显示出明显的相关性，并且EODF在所有情况下都将SHRSP大鼠移位到与WKY控件和EODF相似的位置(图4A的上对角线)。这些结果表明了菌群与代谢组之间的密切关系，并证明了研究微生物代谢物作为微生物与宿主相互作用的纽带的价值。
虽然4组的血浆代谢物是不同的，但EODF使SHRSP大鼠代谢体移位到与WKY对照组更接近的位置，如PC1轴向左移位所示(图4B，左)。基于5倍交叉验证的排列测试也显示4组盲肠代谢物的组成有显著差异。EODF再次将SHRSP大鼠盲肠代谢组移动到与WKY更相似的位置，如PC1轴向右移动所示(图4B，右)。为了确定可能参与高血压发展和受EODF影响的代谢物，作者进行了随机森林分类，以确定区分这四个组中重要的代谢物。每种代谢物的重要性是通过基尼指数或平均降幅来计算。作者发现，已确定的一些代谢物途径受到肠道菌群的影响，包括色氨酸代谢、支链氨基酸、组氨酸代谢和BA代谢(图4C)。在血浆和盲肠代谢物中发现了BA的初级代谢和次级代谢。
为了进一步研究菌群对代谢物的影响，作者检测了物种丰度和随机森林分类确定的代谢物之间的相关性以区分这4个组(图4D)。与微生物代谢相关的途径，如氨基酸、维生素和脂肪代谢，与肠道菌群高度相关。脂类代谢受原发和继发BAs的影响，是最大的代谢物种类，表现出较高的特征性和Spearman相关性。
接下来，作者检测了基因型和EODF对可能影响观察到的代谢物差异的微生物元基因组的影响。WGS分析发现/个EC注释的基因具有显著的主效应，其中个基因在WKY对照和SHRSP大鼠对照之间存在差异，个基因在SHRSP大鼠对照和SHRSP大鼠EODF之间存在差异。微生物BA代谢的两个主要基因7-α脱羟基酶和胆盐水解酶（bilesalthydrolase，BSH）在对照组中显著降低，而在EODF处理中显著升高(图4E和4F)。在已确定的细菌BSH基因的贡献者中，均匀拟杆菌是SHRSP大鼠对照组BSH降低的主要驱动因素(图4G)。这与以前的线性判别效应大小分析是一致的，与SHRSP大鼠对照相比，均匀拟杆菌在WKY对照和SHRSP大鼠EODF中更具代表性(图3C)。
4、EODF部分恢复SHRSP大鼠降低的血浆BA水平
血浆和盲肠代谢组学分析显示BA代谢在分离4个处理组中起着重要作用(图4)。然而，非靶向代谢组学并不能检测到所有主要的BA，由非靶向分析产生的候选通路需要得到验证。因此，作者使用有针对性的测量来评估主要的原发性和继发性BA的血浆水平。作者首先试图检查WKY和SHRSP大鼠对照之间的BA是否不同(图5A)。作者发现，在血浆中测得的18种BA中，有11种在SHRSP大鼠显著低于WKY(图5A)。各主要BA亚组包括初级、次级、共轭和非共轭的SHRSP大BA均降低。
先前的研究表明，限时喂养会引起血浆BA的节律性变化。因此，作者研究了EODF对SHRSP大鼠血浆BA在进食和禁食期间的影响。SHRSP大鼠禁食一天的血浆TDCA、GLCA、LCA、TCDCA、Tauro结合型MCA和αMCA/ωMCA均显著高于进食一天。DHCA是禁食一天中唯一显著降低的BA(图5B)。SHRSP大鼠EODF的TLCA在进食和禁食天数显著增加(图5B)。与自由采食相比，SHRSP大鼠EODF组中GHDCA/GUDCA/GCDCA/GDCA、THDCA和TUDCA有升高的趋势。
5、补充胆酸可降低SHRSP大鼠的血压
与WKY相比，SHRSP大鼠血浆中的胆酸(cholicacid，CA)显著降低，并且可作为SHRSP大鼠血浆中BA降低的前兆(图5A)。因此，作者在饲料中添加0.5%的CA给WKY和SHRSP大鼠补充。补充CA14周后，血浆TLCA、GHDCA/GUDCA/GCDCA/GDCA、HDCA、HCA、CA和αMCA/ωMCA显著升高(图6A)。与SHRSP大鼠对照组相比，SHRSP大鼠CA组血浆BA水平的升高与SBP的显著降低有关。虽然CA没有将SHRSP大鼠SBP降低到WKY水平，但在研究的最后6周，与SHRSP大鼠对照组相比，CA组SBP平均降低了18mmHg(图6B)。
6、TGR5激动剂OA降低SHRSP大鼠的血压并改善血管功能
BA受体TGR5存在于多种细胞上，包括内皮细胞、小胶质细胞、神经元和免疫细胞。此外，作者确定了一些已知能激活TGR5的BA，它们在SHRSP大鼠血浆中减少，或被EODF和CA处理后增加(图5和6)。因此，作者每天腹腔注射TGR5激动剂齐墩果酸（oleanolicacid，OA)处理SHRSP大鼠。虽然OA被证明能激活TGR5，但OA也具有抗氧化和抗炎的作用。OA处理显著降低收缩压。在研究的最后6周，与对照组SHRSP大鼠相比，OA使SBP平均降低了15mmHg(图7A)。在对照或OA治疗15周后，评估离体肠系膜动脉的血管功能。双因素方差分析显示OA处理使SHRSP大鼠肠系膜动脉对增加乙酰胆碱剂量的舒张反应有显著影响。这导致OA的EC50值与对照处理的血管相比显著降低(图7B)。
研究结论
研究显示，间歇性禁食通过改变肠道菌群组成阻断SHRSP大鼠高血压的发展。代谢组学分析显示胆汁酸在SHRSP大鼠循环中减少，并在间歇禁食后增加。最后，增加全身胆汁酸信号(如补充胆酸或胆汁酸受体激动剂)可降低SHRSP大鼠血压。这些研究证实间歇性禁食通过改变肠道菌群进而正常化胆汁酸信号来降低血压。
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