編譯：北越城主，編輯：Tracy、江舜堯。
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動物研究揭示了腸道微生物和血壓（BP）調(diào)節(jié)的代謝途徑相關(guān)機制，但缺乏在人體內(nèi)的相關(guān)研究數(shù)據(jù)。為了將BP治療的影響降到最低，我們選擇在未使用抗高血壓藥物的人群中（30-69歲，女性占54％）進(jìn)行研究，調(diào)整了多變量修正后的數(shù)據(jù)（例如飲食，身體活動，吸煙，腎功能），包括腸道菌群測量值（16S rRNA，N = 1003）與血漿代謝物組（LC-MS，N = 434）與收縮壓（SBP = 126.0±17.4 mm Hg）和舒張壓BP（DBP=80.7±10.7 mm Hg），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過主坐標(biāo)分析評估的整體微生物群落受SBP和DBP的影響而變化（ANOVA P<0.05）。為了說明代謝物之間的強相關(guān)性，我們首先檢查了從主成分分析得出的代謝物模式，發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)模式與SBP正相關(guān)，在1104個單獨的代謝物中，分別有34個和39個代謝物分別與SBP和DBP正相關(guān)，包括亞油酸酯，棕櫚酸酯，二高油酸酯，8個鞘磷脂，4個?；鈮A和2個磷脂酰肌醇，隨后的途徑分析表明，長鏈飽和?；鈮A，磷脂酰肌醇和鞘磷脂的代謝途徑分別與SBP和DBP相關(guān)。我們的結(jié)果表明，微生物群和代謝物在血壓調(diào)節(jié)中的潛在作用有利于后續(xù)的臨床研究。
論文ID
實驗設(shè)計
實驗結(jié)果
我們的樣本的高血壓患病率為27.6％，其中收縮壓（SBP = 126.0±17.4 mm Hg）和舒張壓BP（DBP=80.7±10.7 mm Hg）有很大數(shù)據(jù)波動。我們首先評估了整體腸道微生物的數(shù)據(jù)質(zhì)量，數(shù)據(jù)顯示在人內(nèi)微生物多樣性（香農(nóng)指數(shù)和豐富度）與SBP或DBP無關(guān)。PCoA分析顯示患者體內(nèi)腸道微生物因SBP和DBP而異。只有在PCoA的第四軸上能顯著分離，在較高軸和高SBP相關(guān)。同時這個軸還Rothia, Serratia, Enterobacteriaceae, Leuconostocaceae呈正相關(guān)，與Fusobacterium, Coprococcus, Adlercreutzia, Eggerthella, Raistonia呈負(fù)相關(guān)（圖1），然而，經(jīng)過多重假設(shè)檢驗校正后，1008個特異性屬中沒有一個與SBP或DBP相關(guān)，在對LDL-C進(jìn)行校正后，我們觀察到了相似的結(jié)果。
圖1 在高血壓患者中利用主坐標(biāo)分析評估個體間微生物多樣性(β-多樣性)
在對年齡，性別，省份，城市化指數(shù)，人均家庭收入，教育，總能量攝入，動物源性食物，體力活動，吸煙，酒精和腎小球濾過率進(jìn)行調(diào)整后，在排列多元方差分析（N= 1003）中，SBP的R2為0.20％，P值為0.002。進(jìn)一步調(diào)整體重指數(shù)后，結(jié)果保持不變。
在血漿代謝物分析中，我們使用主成分分析確定了3種生物學(xué)上可能的模式，每種模式解釋了9.63％，4.79％和4.69％的變化（表1）。第二個以脂質(zhì)為特征的模式中，如亞油酸酯，棕櫚酸酯和油酸酯與SBP和DBP表現(xiàn)為正相關(guān)，通過調(diào)整BMI，結(jié)果略有減弱。
表1 代謝物模式與收縮壓和舒張壓(mm Hg)的相關(guān)性系數(shù)(95%CI)
模式來源于主成分分析，隨后是874個代謝物(N=434)的最大變異數(shù)。相關(guān)系數(shù)表示收縮壓或舒張壓與每1個SD代謝物模式評分在線性回歸中相關(guān)。
為了確定這種脂質(zhì)模式的特定代謝物是否推動了與SBP和DBP的關(guān)聯(lián)，我們檢查了1104種代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)34種代謝物與SBP（表2）有關(guān)和39種代謝物和DBP（表3）有關(guān)，分別包括8種鞘磷脂，4種酰基肉堿和膽固醇。在這些與SBP和DBP相關(guān)的代謝產(chǎn)物中，分別有8種（23.5％）和19種（48.7％）代謝產(chǎn)物具有較高的脂類負(fù)載量（> 0.4），包括?；鈮A（C16，C26，C14和C12），1-棕櫚油酰甘油（16：1）和雙高油酸酯（20：3n3或3n6），與這兩種BP措施均呈正相關(guān)，而對于其他兩種代謝物模式，高載量的SBP和DBP相關(guān)代謝物明顯減少（0％–11.8％）。調(diào)整BMI后，分別只有9和17種代謝物與SBP和DBP顯著相關(guān)，包括鞘磷脂（d18：1/23：0，d18：1/24：0和d18：2/24：2）和酰基肉堿（C16和C14）。調(diào)整LDL-C后，代謝物模式的結(jié)果與主要模型結(jié)果相似，只有19種代謝物與DBP保持統(tǒng)計學(xué)上顯著相關(guān)。
表2 個體代謝產(chǎn)物與收縮壓的關(guān)系(mmHg)
系數(shù)表示SBP與線性回歸中代謝物的豐度或每類變化的倍數(shù)增加相關(guān)(N=434)。使用Wald檢驗評估25-50%BDL代謝產(chǎn)物的統(tǒng)計學(xué)顯著性。模型1對年齡、性別、省份、批次、城市化指數(shù)、人均家庭收入、教育、總能量攝入、動物源食品、鈉、體育活動、吸煙、酒精和腎小球濾過率的估計進(jìn)行了調(diào)整。模型2還根據(jù)體重指數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。
表3 個體代謝物與DBP的關(guān)系(mmHg)相關(guān)系數(shù)表明DBP(mm Hg)與線性回歸中給定代謝物豐度的倍增相關(guān)(N=434)
模型1對年齡、性別、省份、批次、城市化指數(shù)、人均家庭收入、教育、總能量攝入、動物源食品、鈉、體育活動、吸煙、酒精和腎小球濾過率的估計進(jìn)行了調(diào)整。模型2還根據(jù)體重指數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。
在通過分析特定代謝途徑中的BP與代謝物之間正向或負(fù)向關(guān)聯(lián)的數(shù)目是否超出預(yù)期而進(jìn)行的途徑分析中（表4），我們發(fā)現(xiàn)二酰基甘油，?；鈮A（長鏈飽和），磷脂酰膽堿，磷脂酰肌醇，鞘磷脂代謝途徑與SBP相關(guān)（FDR調(diào)整后P <0.05）；皮質(zhì)類固醇，酰基肉堿（長鏈飽和和中鏈），單?；视?，磷脂酰肌醇和鞘磷脂的代謝途徑與DBP相關(guān)。
表4 與收縮壓或舒張壓相關(guān)的代謝途徑
BP表示血壓；DBP，舒張壓；PC，磷脂酰膽堿；PI，磷脂酰肌醇；和SBP，收縮壓。
在355名參與者的子樣本中，SBP和DBP的分布與全部樣本相似，我們整合微生物群和代謝物分析以檢查微生物群和代謝物之間的相互關(guān)系，以及微生物群和代謝物數(shù)據(jù)是否比宿主社會人口統(tǒng)計學(xué)和行為危險因素具有更好的BP預(yù)測性能。我們觀察到與BP相關(guān)的第四腸道菌群PCoA軸與54種與BP相關(guān)的代謝產(chǎn)物均無相關(guān)性，而通過使用隨機森林回歸，我們發(fā)現(xiàn)宿主因子，微生物群和代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)在預(yù)測SBP和DBP方面具有很好的準(zhǔn)確性。
討論
在以人群為基礎(chǔ)的中國中年人群中，我們在考慮了廣泛的社會人口統(tǒng)計學(xué)因素，健康行為和腎臟功能后，發(fā)現(xiàn)整體腸道菌群（人與人之間的多樣性）與SBP和DBP之間存在關(guān)聯(lián)。通過血漿代謝組數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)模式和幾種單個代謝產(chǎn)物如鞘磷脂，酰基肉堿和膽固醇與SBP和DBP正相關(guān)。我們的結(jié)果表明，在未經(jīng)治療的高血壓高發(fā)人群（27.6％）中，腸道菌群和血漿代謝物可能在高血壓中起重要作用。
代謝組學(xué)研究表明微生物代謝產(chǎn)物與BP之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)一步支持了腸道菌群在BP調(diào)節(jié)中的作用。來自美國，英國，日本的4630名中年成年人的INTERMAP研究（國際宏觀營養(yǎng)素和血壓人群研究）和中國的研究表明尿中的丙氨酸和馬尿酸鹽分別與BP呈正相關(guān)和負(fù)相關(guān)。ARIC研究（社區(qū)動脈粥樣硬化危險）顯示，血清4-羥基馬尿酸鹽每增加1個SD，其血壓就會升高17％。在我們的樣本中，我們發(fā)現(xiàn)來自厭氧細(xì)菌酪氨酸和苯丙氨酸代謝產(chǎn)物苯甲酸酯代謝的對甲酚硫酸鹽與DBP呈負(fù)相關(guān)；此外，我們發(fā)現(xiàn)腸道微生物群和血漿血漿代謝組之間的血壓預(yù)測準(zhǔn)確性相當(dāng)，這表明微生物群可能在代謝物BP關(guān)聯(lián)中發(fā)揮作用，因為已經(jīng)表明腸道微生物群參與宿主脂質(zhì)代謝并響應(yīng)血管緊張素II調(diào)節(jié)血漿代謝組。鑒于許多微生物介導(dǎo)的代謝產(chǎn)物與飲食密切相關(guān)，例如，源自飲食多酚的馬尿酸鹽，不同人群的不同飲食模式可能與這些研究的不同結(jié)果有關(guān)。
BP調(diào)節(jié)機制中還研究了宿主衍生的代謝物，例如酮體β-羥基丁酸酯，?；鈮A和長鏈脂肪酸在調(diào)節(jié)中發(fā)揮的作用，β-羥基丁酸酯前體的營養(yǎng)補充可減弱飼喂高鹽飲食的高血壓大鼠高血壓。結(jié)果顯示，在3980位英國雙胞胎女性中，一些血漿肉堿，長鏈脂肪酸和類固醇與BP呈正相關(guān)，包括十六烷二酸酯，棕櫚酸酯（16：0），辛酰基肉堿（C8），10-庚二烯酸酯（17：1n7）和二高油酸酯（20：2n6）特別是二羧酸十六烷二酸酯在男性和雌性的兩個復(fù)制隊列中均始終與BP呈正相關(guān)。隨后我們對大鼠模型進(jìn)行的分析表明，口服十六烷二酸酯可增加BP，這個結(jié)果證實了十六烷二酸酯在血壓調(diào)節(jié)中的作用。在另一項針對202名非洲黑人和白人男性的研究中，血清長鏈和中鏈?；鈮A（僅在白人中）與門診BP呈正相關(guān)；同樣，我們發(fā)現(xiàn)在中鏈和長鏈的?；鈮A，長鏈脂肪酸和長鏈脂肪酸驅(qū)動的脂肪模式與BP正相關(guān)。
此外，我們發(fā)現(xiàn)幾種鞘磷脂和鞘磷脂代謝途徑均與BP正相關(guān)。神經(jīng)酰胺作為前體鞘脂對心血管健康有害，包括血管舒張受損。當(dāng)脂肪酸超過能量需求或細(xì)胞儲存能力時，鞘脂就會過量。多項脂質(zhì)組學(xué)研究已確定鞘脂是人類心血管疾病的候選血液標(biāo)記物，例如 Poss等發(fā)現(xiàn)，冠狀動脈疾病患者（n = 462）的血清中鞘氨醇水平升高（n = 462），而對照組中鞘脂的風(fēng)險評分比甘油三酯和LDL-C等常規(guī)生物標(biāo)志物更有效。
我們研究的優(yōu)勢包括在特征明確的隊列中與臨床測量的BP配對的微生物群和代謝產(chǎn)物數(shù)據(jù)，此外，CHNS豐富的社會人口統(tǒng)計學(xué)和行為數(shù)據(jù)使我們能夠解釋各種潛在的混雜因素，高血壓的低治療率確保了足夠的樣本量和BP的較大變化，即使在排除服用降壓藥的人以最大程度地減少用藥效果之后也是如此。但是，由于橫截面設(shè)計的原因，我們無法推斷腸道菌群，宿主代謝組和BP之間的因果關(guān)系，而且我們的微生物16S rRNA數(shù)據(jù)未提供功能信息。目前需要進(jìn)一步的研究來證實我們的發(fā)現(xiàn)，特別是基于人群的研究，其中包括重復(fù)測量和實驗研究，以研究調(diào)節(jié)BP的因果生物學(xué)關(guān)系。
結(jié)論
1.納入未使用降壓藥的1082名成年人，分析其中1003人的腸道菌群及434人的血漿代謝組；
2.調(diào)整飲食、體育鍛煉、吸煙、腎功能等因素后，整體菌群群落因血壓變化而不同；
3.1104個代謝物中，分別有34及39個代謝物與收縮壓及舒張壓呈正相關(guān)，包括亞油酸、棕櫚酸、二氫亞麻酸、8種鞘磷脂，4種?；鈮A和2種磷脂酰肌醇；
4.功能分析顯示，長鏈飽和酰肉堿、磷脂酰肌醇和鞘磷脂代謝通路與收縮壓和舒張壓相關(guān)。
