Hypertension：血管紧张素介导的代谢组变化依赖于肠道菌群 | 微生物专题

高血压（Hypertension）是全球性的健康问题，可伴有心、脑、肾等器官的功能或器质性损害的临床综合征。高血压是最常见的慢性病，也是心脑血管病最主要的危险因素。已知多种途径起重要作用，包括肾素-血管紧张素-醛固酮系统（见图1）、免疫系统和内皮功能障碍。近年来，在人和动物模型中出现的新证据表明，肠道菌群也在高血压发生中起作用。肠道菌群影响宿主的主要途径是通过其代谢产物。然而，迄今为止仅检测出少数高血压相关的微生物代谢产物。本研究中，作者构建了一个慢性血管紧张素II灌输小鼠模型，来对肠道微生物代谢产物的变化进行无偏倚的筛选，鉴定与血压调节相关的新的微生物代谢产物。

图1 肾素-血管紧张素-醛固酮系统（图片来源网络，侵删）

血管紧张素Ⅱ具有血管收缩作用及刺激肾上腺髓质释放出肾上腺素，促使交感神经末梢释放出去甲肾上腺素，产生升压作用。与此同时，血管紧张素Ⅱ与血管紧张素Ⅲ刺激肾上腺皮质分泌醛固酮，引起体内水和钠的潴留，也产生升压作用。

发表期刊：Hypertension

影响因子：7.017

发表时间：2019

研究方法：血浆和粪便代谢组，粪便16S微生物组分析

材料选择1. 正常小鼠与无菌（GF）小鼠（没有天然微生物群的小鼠）2. 血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）或盐水灌输

实验方法图2 实验设计流程
1.选择正常小鼠和GF小鼠各6只利用微型泵注入AngⅡ 4周（400 ng·kg-1·min-1），平行对照组也是选择正常小鼠和GF小鼠各6只利用植入的微型泵来注射等量的生理盐水。将所有的小鼠分开饲养以避免笼群效应。光照：黑暗=14：10，期间饮食控制饮水自由。
2.饲养结束后收集小鼠的粪便和血浆样本。3.对粪便样本进行16S rRNA基因微生物组分析，对粪便及血浆进行代谢组学分析。

主要结果1. 在血浆中检测到总共822 种代谢产物，在粪便中检测到 944 种代谢产物。血浆和粪便代谢组学数据的主成分分析表明，常规组和GF组通常彼此分开，并且GF状态（特别是对于粪便）与治疗状态相比，影响更大。由于在血浆样品的主成分分析中发现性别差异，因此按性别和治疗方法分析血浆数据。
2.     在血浆中，发现在正常小鼠中，AngⅡ处理可显著上调4种代谢物，显著下调8种代谢物。在GF小鼠中，这些代谢产物均未改变。3.     在粪便中，发现在正常小鼠中，AngⅡ处理可显著上调25种代谢产物，显著下调71种代谢产物。在GF小鼠中，这些代谢产物均未改变。4.     粪便16S测序显示接受AngⅡ灌输的正常小鼠的微生物组发生了重大变化，包括性别特异性变化。这些数据表明，受AngⅡ差异调节的代谢产物依赖于肠道微生物组。

主要图表展示图3 血浆和粪便中代谢产物的主成分分析，A为血浆、B为粪便。血浆和粪便代谢产物的主成分分析显示，无菌状态具有更强的作用。
图4. 显示了在正常小鼠中通过AngⅡ灌输显著上调（红色）或显著下调（绿色）的血浆代谢产物（ANOVA，P <0.05，Q <0.2）。第2栏和第3 栏显示了正常（第 2 栏）和无菌（第 3 栏）小鼠的代谢产物丰度（表示为AngⅡ /盐水）的倍数变化。在第4和第5栏中，显示了盐水和AngⅡ灌输的GF /正常小鼠的代谢产物丰度的倍数变化；在这些栏中，绿色表示发现的代谢物在GF小鼠中含量明显较低。最后，第6栏和第7栏显示了用AngⅡ灌输小鼠粪便中这些代谢物的丰度变化倍数。ND表示未检测到。图5. 在AngⅡ灌输的正常小鼠中显著上调或下调的血浆代谢物。在（A）中显示了在正常（Conv）小鼠中用 AngⅡ灌输显著上调的血浆代谢物。（B）中显示了在Conv小鼠中用AngⅡ灌输显著下调的血浆代谢物。所有代谢物均具有统计学意义（Conv 盐水[Sal] vs Conv AngⅡ；ANOVA 的P<0.05，P <0.2）。图6. 在AngⅡ灌输的正常小鼠中显著上调或下调的Top 8种粪便代谢产物。Top 8上调的粪便代谢产物如图（A）所示，Top 8下调的粪便代谢产物见（B）。
图7. 用AngⅡ或生理盐水灌输的正常（Conv）小鼠粪便中的微生物组测序（16S）显示，AngⅡ会显著改变菌群组成。虽然盐水和Ang II灌输组在α多样性上没有明显差异，但在属（Top 50）和种（Top 100）水平上显示其通过处理方式聚类（图7A），这表明Ang II灌输显著改变了菌群。门水平上主要为厚壁菌门、拟杆菌门和软壁菌门（图7B）。与Ang II诱导的菌群改变一致，β多样性的PCA分析（图7C）显示，盐水与Ang II灌输的小鼠，微生物群落显著不同；然而没有观察到雌雄之间β多样性的显著差异。值得注意的是，有个别物种/OTU，与性别和处理方式有关。用盐水灌输的雄性小鼠、用Ang II灌输的雄性小鼠、或用盐水灌输的雌性小鼠中，Clostridium celatum几乎未检测到；但在用Ang II灌输的雌性小鼠中显著上调（图7D）。

结论及意义肠道菌群产生各种代谢产物，这些代谢产物可以进入循环血液并在宿主中充当信号分子。最近的研究表明，肠道微生物在高血压中起关键作用。在这项研究中，作者首次表明 AngⅡ介导的血浆和粪便代谢产物的变化完全依赖于肠道菌群。肠源性代谢物包括潜在有益和潜在有害分子，这意味着肠道菌群对宿主健康的影响可能是多效的。作者还发现肠道菌群本身发生了重大变化。总之，这项研究首次揭示了在应答Ang II过程中，肠道微生物群在代谢组改变中发挥主要作用。
编者说这篇文章利用了无菌小鼠和正常小鼠对照实验来研究Ang II灌输（引起高血压的因素之一）模型中代谢组和肠道菌群的变化，并鉴定出新的可能与高血压相关的微生物代谢物。实验设计简洁，思路清晰，可做为肠道菌群及其代谢组对外源刺激响应研究的范例。

参考文献Cheema MU, et al. Gut Microbiota Plays a Central Role to Modulate the Plasma and Fecal Metabolomes in Response to Angiotensin II. Hypertension. 2019 Jul;74(1):184-193.
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