腸道菌群和高血壓病的相關性

于佳冬，王軍奎

(1. 西安醫(yī)學院，陜西 西安 710075；2.陜西省人民醫(yī)院 心血管內(nèi)科，陜西 西安 710075)

1 正常人體腸道菌群特點

人的胃腸道內(nèi)寄居著種類繁多的微生物，數(shù)量可達1×1014個，約為人體細胞總數(shù)的10倍，所包含的基因數(shù)約為人體基因數(shù)的100倍，是影響機體健康的“人類第二基因組”[1]，這些微生物稱為腸道菌群。它們按一定的比例組合，各菌間互相制約，互相依存，在質和量上形成一種生態(tài)平衡[2]。腸道微生物群大約由1000種菌株組成，主要由六種門控制構成：變形菌、放線菌、厚壁菌、擬桿菌、梭桿菌和疣粒菌，其中90%以上的細菌種類是厚壁菌門和擬桿菌。腸道不同解剖位置的腸道微生物群的組成沒有顯著變化，但駐留在腸道的不同區(qū)域的微生物的數(shù)量變化很大。升結腸具有最高數(shù)量的微生物，其次是遠端回腸，分別具有1011個細胞/g和107-8個細胞/g微生物?；啬c末端和空腸中的含量較少，僅為102-3個細胞/g[3]。

正常情況下腸道菌群的功能有：①參與人體能量代謝，包括短鏈脂肪酸、膽汁酸代謝等，為細菌生長和增殖提供能量和營養(yǎng)物[4]；②促進營養(yǎng)吸收，將人類無法吸收的多糖分解為可吸收的單糖、短鏈脂肪酸等[4]；③調(diào)節(jié)宿主免疫反應，正常腸道微生物群是我們針對病原體和毒素的第一道內(nèi)部防線，可與宿主免疫系統(tǒng)一起保護身體免受疾病侵害[5]；④保護腸上皮細胞屏障功能，健康微生物組通過屏障效應防止病原體定植、通過與腸上皮細胞的直接相互作用，對于共生體發(fā)生正常的保護性反應，并且在暴露于病原體時發(fā)生適當?shù)难装Y反應。相反，微生物多樣性的減少和生命早期的暴露可導致免疫統(tǒng)過度反應抗原，易患自身免疫和過敏性疾病[5,6]。

2 高血壓患者的腸道菌群改變特點

阻塞性睡眠呼吸暫停(OSA)與高血壓病密切相關，Durgan[7]給予OSA大鼠高脂飲食誘導后發(fā)現(xiàn)大鼠血壓分別于7d、14d后增加24、29mmHg。在高脂飲食誘導下的OSA大鼠腸道內(nèi)產(chǎn)生乳酸的細菌數(shù)目顯著增多，而產(chǎn)生丁酸的細菌數(shù)目顯著減少。將正常血壓和高脂肪飲食OSA(高血壓)大鼠的糞菌移植給正常飲食正常血壓的OSA大鼠，發(fā)現(xiàn)OSA受體大鼠用來自高脂肪OSA供體的盲腸內(nèi)容物后第7天和第14天血壓分別升高14和32mmHg。該研究表明高脂飲食和腸道菌群生態(tài)失調(diào)與OSA誘發(fā)高血壓密切相關。

Yang[8]等對自發(fā)性高血壓大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，來自WKY(正常血壓大鼠)和SHR(自發(fā)性高血壓大鼠)的糞便樣品均以厚壁菌門和擬桿菌為主，并且放線菌和變形菌的比例較小。與WKY相比，SHR中的F/B(厚壁菌門/擬桿菌)升高約5倍。SHR組中放線菌、雙歧桿菌比例明顯減少，而鏈球菌屬和乳桿菌在SHR中數(shù)量較多。WKY組中產(chǎn)丁酸鹽的糞球菌屬和假丁酸弧菌屬在腸道內(nèi)積累的更多。在給予AngⅡ(血管緊張素Ⅱ)的高血壓大鼠模型中產(chǎn)乙酸鹽和丁酸鹽的腸菌較少，腸道菌群的豐度降低，F(xiàn)/B比值升高。該研究提示高血壓大鼠存在一定的腸道菌群改變，腸道菌群失調(diào)可能和高血壓病有關。

Li[9]等對41名健康對照者、56名高血壓前期的受試者和99名原發(fā)性高血壓的患者糞便樣品進行了深度宏基因組測序，發(fā)現(xiàn)健康對照組腸型大多以擬桿菌屬為主；高血壓前期和高血壓患者腸道微生物α多樣性、基因豐度更低，并且腸型以普氏菌屬腸型為主，其產(chǎn)生的柔嫩梭菌屬、羅氏菌屬(二者同屬厚壁菌門)和雙歧桿菌屬(放線菌門)較少，而這些菌常與腸道微生物穩(wěn)態(tài)相關。劉金寶[10]對哈薩克族正常血壓人群和高血壓人群的腸道菌群進行了分析比較，發(fā)現(xiàn)高血壓患者擬桿菌數(shù)量明顯減少，梭菌屬較正常對照組增多，這說明擬桿菌屬數(shù)量減少可能和高血壓的發(fā)生有一定的相關性。Yan Q[11]等研究了60名高血壓患者和60名健康對照的腸道微生物組成，發(fā)現(xiàn)與正常血壓組對比，在門的水平，高血壓患者變形桿菌水平較高，但放線菌較少。在屬水平，克雷伯氏菌、副細菌、遲緩艾格特菌和沙門氏菌被頻繁地分布在高血壓腸道組，而對照組中的柔嫩梭菌、羅氏菌和互養(yǎng)菌更高。

綜上所述，高血壓患者的腸道菌群基因豐度和多樣性降低，存在明顯的腸道微生物失調(diào)。

3 腸道菌群改變與高血壓的關系及其可能機制

3.1 腸道菌群代謝產(chǎn)物和高血壓

SCFA(短鏈脂肪酸)、TMAO(氧化三甲胺)是腸道菌群的主要代謝產(chǎn)物，有研究證據(jù)表明腸道微生物群和血壓調(diào)節(jié)相關，腸道菌群代謝產(chǎn)物在其中起著重要作用。

腸道菌群是SCFA的唯一來源，SCFA可以結合并激活宿主受體，從而充當腸道微生物代謝和宿主生理學之間的“交流”途徑。甲酸鹽、乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽和戊酸鹽等構成了SCFA，乙、丙、丁酸鹽占據(jù)了SCFA總量的95%左右[12]。以短鏈脂肪酸為主的腸道菌群代謝產(chǎn)物通過嗅覺受體(Olfr78)和G蛋白偶聯(lián)受體(Gpr41)調(diào)控血壓。Niranjana N[13]等研究發(fā)現(xiàn)在血管內(nèi)皮(Gpr41)和血管平滑肌(Olfr78)中表達的SCFA受體形成復雜的網(wǎng)絡，以響應微生物群產(chǎn)生的信號調(diào)節(jié)血壓，SCFA正是通過Olfr78和Gpr41來調(diào)控血壓。Pluznick JL[14]等用丙酸鹽干預可導致大鼠血壓在1～2分鐘內(nèi)下降約20mmHg，并在5分鐘內(nèi)血壓恢復正常。Olfr78敲除小鼠在給予外源丙酸酯后，相比較于野生型小鼠，其血壓下降的幅度更大。然而在缺乏Gpr41的小鼠中，足夠劑量的丙酸鹽不產(chǎn)生降血壓反應。該研究表明激活Olfr78會升高血壓，激活Gpr41會降低血壓。因此推測，由腸道菌群產(chǎn)生的SCFAS可通過Olfr78和Gpr41受體調(diào)節(jié)血壓。

腸道菌群的另外一個重要代謝產(chǎn)物是TMAO，富含膽堿、磷脂酰膽堿、甜菜堿的食物(如紅肉、雞蛋、牛奶等)進入體內(nèi)，通過腸道菌群的代謝生成三甲胺(T M A)[15],TMA通過血液循環(huán)進入肝臟，被肝黃素單加氧酶快速氧化，形成TMAO)。Ufnal M[16]等給正常血壓的SD大鼠單獨注射TMAO后血壓并未升高，單純注射AngⅡ時大鼠血壓升高能持續(xù)5天，AngⅡ+ TMAO注射產(chǎn)生的高血壓反應可以一直持續(xù)2周。該研究發(fā)現(xiàn)TMAO不會影響正常血壓動物的血壓，但它能延長AngⅡ升高血壓的作用時間。TMAO延長AngⅡ的升壓效應是因為TMAO提高了蛋白質的生成效率，其原理是TMAO參與了某些AngⅡ受體或AngⅡ類似的肽類激素的蛋白質加工過程。

在另一項研究中，劉敏[17]等為了調(diào)查自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)的血漿TMAO水平，并探討TMAO和AQP-2(水通道蛋白2)在高血壓形成中的可能關系。將12周大的雄性大鼠分為SHR組和WKY(正常血壓大鼠)組。每組隨機分為四個亞組：未治療組，TMAO組，TMAO+托伐普坦(TMAO +TVP)組和TVP組。測量收縮壓(SBP)，血漿TMAO，血漿滲透壓(POsm)，血漿加壓素(PAVP)和血漿AQP-2(PAQP-2)的濃度。在第14周，大鼠在SHR+TMAO組中血漿TMAO，POSM，PAVP，和PAQP-2的水平增加，而SHR+TMAO+ TVP組顯示血漿TMAO，POsm和PAQP-2水平降低，但PAVP更高(由于TVP阻斷V2受體)。這些發(fā)現(xiàn)表明，SHR中血漿TMAO水平的升高導致血漿滲透壓升高，觸發(fā)SHR中TMAO-AVPAQP-2軸的調(diào)節(jié)，引起更大的水重吸收，最終導致高血壓。

高血壓和動脈硬化密切相關，近期研究發(fā)現(xiàn)TMAO可以促進動脈硬化的形成，其機制可能為：①上調(diào)巨噬細胞表面清道夫受體數(shù)量，促進泡沫細胞的形成[18]；②通過干擾膽固醇從肝外器官和組織逆向轉運入肝臟從而影響膽固醇及脂蛋白的代謝[19]；③改變膽汁酸池的大小及結構最終影響膽固醇及脂蛋白在血漿中的水平，通過影響血壓影響動脈硬化[19]；④活化蛋白激酶(PK)C和磷酸化核因子(p-NF)-κB上調(diào)血管內(nèi)皮細胞黏附分子(VCAM)-1表達，使單核細胞黏附從而促進動脈斑塊的形成[20]。

3.2 高鹽飲食誘導腸道菌群紊亂影響高血壓

高鹽飲食與高血壓密切相關，其機制為血鈉升高引起滲透壓升高，抑制腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)依賴性TrkB受體和KCC2受體表達，使大腦中氨基丁酸(GABA)生成減少，進而降低GABA對抗利尿激素(ADH)神經(jīng)元壓力感受器的抑制作用，導致血管加壓素釋放增加及液體排出減少，進而增加心臟和血管負擔，最終引發(fā)高血壓、心臟病及卒中等[21]。

Wilck N[22]等發(fā)現(xiàn)高鹽喂養(yǎng)的小鼠腸道的一些菌群出現(xiàn)明顯減少，并且隨著食鹽量的不同有8種菌群的豐度發(fā)生了不同的變化，其中鼠乳酸桿菌關聯(lián)最強。乳酸桿菌在高鹽喂養(yǎng)過程中都保持在較低水平，在高鹽喂養(yǎng)第一天消耗最明顯，在給予大鼠正常飲食后乳酸桿菌豐度又回到了基線水平。給予正常喂養(yǎng)的雄性小鼠亞硝基左旋精氨酸甲酯處理3周，再正常喂食1周后將小鼠分為實驗組和對照組，繼續(xù)給予實驗組小鼠高鹽飲食3周后同時灌服鼠乳酸桿菌液，對照組繼續(xù)正常喂養(yǎng)。結果顯示實驗組小鼠高鹽喂養(yǎng)3周后收縮壓和舒張壓均升高，給予鼠乳酸桿菌干預后舒張壓恢復正常、收縮壓顯著下降。該實驗說明高鹽飲食會打破腸道微生態(tài)的平衡，尤其是對鹽敏感的乳桿菌，并且影響血壓。

在人體實驗中，給予12名研究對象攝入總鹽量(13.8±2.6)g/d連續(xù)2周，于實驗前后分別收集所有研究對象的新鮮糞便檢測乳酸菌的數(shù)量，采集所有研究對象高鹽攝入前后的靜脈血分析其細胞數(shù)，并監(jiān)測了8例研究對象的基線和高鹽攝入后的夜間睡眠時血壓水平。結果提示高鹽攝入后腸道乳酸菌的連續(xù)檢出率顯著下降，外周血CD4+、IL-17A+、TFN+、TH17細胞數(shù)、夜間收縮壓和舒張壓均顯著增加。該研究說明高鹽膳食可顯著減少腸道乳酸菌，使調(diào)節(jié)腸道免疫系統(tǒng)的CD4+、IL-17A+、TFN+、TH17增加從而引起鹽敏感高血壓[22]。

3.3 腸道菌群通過血管內(nèi)皮功能調(diào)控高血壓

高血壓的發(fā)病是一種復雜的過程，血管內(nèi)皮功能障礙與高血壓病密切相關，血管內(nèi)皮細胞所分泌的NO失衡在高血壓的發(fā)生與發(fā)展中起重要作用[23]。有研究表明高血壓患者血漿NO水平低于正常對照組及正常高值血壓患者，說明從正常血壓發(fā)展至高血壓，內(nèi)皮功能受損程度不同[24]。NO介導血管舒張而降低血壓的機制主要有兩種：(1)直接擴散引起血管平滑肌的舒張；(2)間接激活腦干前端，減少中樞交感神經(jīng)傳出，從而降低交感神經(jīng)末梢去甲腎上腺素釋放[25]。

腸道菌群可以通過內(nèi)皮功能進一步影響血壓。與常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠(CONV-R)比較，連續(xù)7天注射劑量為1mg/(kg.d)AngⅡ的無菌小鼠(GF)的血管活性氧、血管單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)mRNA表達、誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2均減少，視黃酸受體相關的孤兒受體γt(Rorγt)以及白細胞介素(IL)17合成的標志性轉錄因子上調(diào)減低。這導致了血管白細胞黏附減少，Ly6G+中性粒細胞和Ly6C+單核細胞對主動脈血管壁的浸潤減少，從而防止了腎臟出現(xiàn)炎癥反應，以及防止了血管內(nèi)皮功能障礙和AngⅡ誘導的血壓上升。重要的是，GF心臟炎癥纖維化和收縮功能障礙減少，表明在AngⅡ誘發(fā)心血管炎癥應激時，GF有全身自我保護功能。該研究證明腸道菌群促進AngⅡ誘導的血管功能障礙和高血壓[26]?，F(xiàn)在也有其它研究證明血管Sirt1(Ⅲ類組蛋白去乙?；?的表達是腸道微生物組依賴性內(nèi)皮功能的重要決定因素，微生物組遠程控制表達的血管miR-204可以靶向內(nèi)皮Sirt1導致內(nèi)皮功能障礙進而影響血壓[27]。

4 干預腸道菌群在高血壓治療中的作用

大量的研究已經(jīng)證實干預腸道菌群有助于治療高血壓，補充益生菌和飲食干預是目前最有效調(diào)節(jié)腸道菌群的方法。

4.1 補充益生菌

益生菌是定植于人體腸道內(nèi)，能產(chǎn)生確切健康功效并且具有生物活性的活的有益微生物的總稱，有研究證明補充益生菌可以改善腸道菌群影響高血壓。

在大鼠實驗中，與對照組接受鹽水相比，給予瑞士桿菌H9發(fā)酵乳干預后6至12小時內(nèi)顯著減弱自發(fā)性高血壓大鼠(SHR)的收縮壓、舒張壓和平均血壓15至18mmHg。H9發(fā)酵乳攝入超過7周對SHR產(chǎn)生顯著的降壓作用，收縮壓和舒張壓分別降低12和10mmHg[28]。在人體實驗中，高血壓前期受試者被隨機分為2組(每組18位)：一組用乳酸乳球菌(NRRL B-50571)發(fā)酵乳治療，另一組用人工酸化乳處理做對照組。結果顯示，每天食用發(fā)酵乳5周時，發(fā)酵乳組的收縮壓[116.55±12.26 mmHg vs. 124.77±11.04 mmHg]和舒張壓[(80.7±9 vs. 84.5±8.5 mmHg)]較對照組低。此外，發(fā)酵乳組血清中的甘油三酯，總膽固醇和低密度脂蛋白低于對照組。結果表明，每天食用乳酸乳球菌(NRRL B-50571)發(fā)酵乳可以降低高血壓前期受試者血壓，可改善高血壓前期患者的膽固醇水平[29]。

吳正鈞[30]等研究了乳酸菌抗高血壓的機制，主要來自三方面：(1)在以乳汁為基質的生長過程中通過蛋白水解作用釋放乳蛋白中具有降壓作用的生物活性肽如阿片肽、ACE抑制肽等，抑制ACE活性，阻止血管緊張素Ⅰ轉化為血管緊張素Ⅱ起到降血壓的作用。(2)某些特定乳酸菌的菌體成分，比如Lactobacillus casei LCZW(CGMCC NO：0820)發(fā)酵乳的上清液及菌體成分對自發(fā)性高血壓大鼠均有顯著的降壓作用。(3)部分乳酸菌可以促進機體對某些可以調(diào)節(jié)血壓的礦物質的吸收。

4.2 高纖維飲食

高纖維飲食已被建議為預防和治療高血壓的營養(yǎng)方法。張素貞[31]等分別給予小鼠高脂高糖和高纖維飲食，結果發(fā)現(xiàn)隨著高脂高糖飲食時間的延長，擬桿菌、厚壁菌和變形菌的數(shù)量發(fā)生了明顯變化；而高纖維飲食中擬桿菌、厚壁菌的數(shù)量發(fā)生了改變，變形菌的數(shù)量無明顯變化，表明高脂高糖和高纖維飲食對腸道菌群的種類和數(shù)量均有一定影響。

Marques FZ[32]等人分別給予高血壓小鼠高纖維飲食和補充醋酸鹽飲食，發(fā)現(xiàn)與高血壓正常喂食組比較，高纖維喂食組和補充乙酸鹽組小鼠收縮壓和舒張壓顯著降低，心臟纖維化和左心室肥大減少。其高纖維飲食降低血壓的機制是使腸道微生物生成改變、乙酸生產(chǎn)細菌的豐度增加，減少腸道生態(tài)失調(diào)(通過厚壁菌門與擬桿菌的比值測量)，并增加酸性變形桿菌的數(shù)量，升高SCFAs的水平，從而減緩小鼠高血壓和心力衰竭的發(fā)展。

4 結語

人類的腸道擁有萬億個微生物，越來越多的研究證明腸道菌群可以參與到宿主局部及系統(tǒng)的代謝、免疫、慢性炎癥反應等病理生理過程當中，通過其數(shù)量、相對豐度、代謝產(chǎn)物對高血壓的形成、發(fā)展和控制產(chǎn)生影響。但還需要大量的動物實驗和臨床試驗來繼續(xù)探索和驗證腸道菌群和高血壓的作用機制、觀測指標、因果關系、各干預手段的療效等關鍵問題。雖然腸道菌群調(diào)控血壓的機制沒有完全明確，但高血壓的起始器官可能是腸道菌群，以腸道菌群為靶點來預防或治療高血壓病是一個新的治療模式，纖維膳食和益生菌在未來可能成為高血壓治療的新策略。