高血壓早期識別干預(yù)的腸道微生態(tài)學(xué)思路研究進展

趙栩進，李海文，楊志明

高血壓是以體循環(huán)動脈壓升高為主要臨床表現(xiàn)的心血管綜合征[1]?！吨袊难芙】蹬c疾病報告2020》[2]顯示，我國18歲以上人群高血壓患病率為23.2%，高血壓知曉率、治療率、控制率分別為51.6%、45.8%、16.8%，根據(jù)報告推算，我國高血壓現(xiàn)患病人數(shù)約2.45億，而18歲以上人群血壓正常高值檢出率為41.3%，提示高血壓前期人群基數(shù)可能更大。目前疾病三級預(yù)防觀念逐漸普及化、生活方式干預(yù)及降壓藥物治療方案進一步科學(xué)化，高血壓知曉率及治療率已有顯著增加，但不可忽視的是，高血壓患病率及血壓正常高值檢出率仍呈現(xiàn)上升態(tài)勢，且高血壓治療控制率僅為37.5%[2]，提使我們現(xiàn)行的高血壓防治理念仍存在不足。

原發(fā)性高血壓是遺傳因素和包括飲食、精神應(yīng)激、吸煙、體重、胰島素抵抗、睡眠呼吸暫停低通氣綜合征等在內(nèi)的環(huán)境因素多因素交互作用的結(jié)果，神經(jīng)機制、腎臟機制、激素機制、血管機制等或獨立或交叉地影響機體血壓水平及調(diào)節(jié)[1]。近來諸多研究提示，腸道微生態(tài)改變可能是眾多高血壓致病因素及機制中的一個環(huán)節(jié)[3-8]，為我們思考如何扭轉(zhuǎn)這種基本上升態(tài)勢及如何改善治療控制率提供了一個全新的方向。

1 高血壓腸道微生態(tài)改變

腸道微生態(tài)系統(tǒng)由腸道正常微生物群落及其所生活的環(huán)境（即腸道生理結(jié)構(gòu)）共同構(gòu)成，腸道微生物種類繁多，包括細菌、古生菌/古細菌、真菌和病毒等，細菌群落是其核心部分，而腸黏膜是腸道微生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮生理作用的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。研究表明，高血壓患者的腸道菌群及腸道生理結(jié)構(gòu)均發(fā)生改變。

1.1 腸道菌群失調(diào)成人腸道菌群非常多樣化，主要由四個菌門組成：Firmicutes（厚壁菌門）、Bacteroidetes（擬桿菌門）、Actinobacteria（放線菌門）和Proteobacteria（變形菌門），其中以厚壁菌門和擬桿菌門為主，常用的實驗動物模型的腸道菌群結(jié)構(gòu)也具有類似特點[9]。

1.1.1 腸道微生態(tài)整體評價指標改變Yang等[10]的研究顯示，正常血壓Wistar-Kyoto（WKY）大鼠厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門的構(gòu)成比依次為78.56%、18.30%、2.50%和0.094%，而在以年齡配對的成年自發(fā)性高血壓大鼠（SHR）中，構(gòu)成比依次為94.78%、4.21%、0.26%和0.094%，兩組間厚壁菌門、擬桿菌門和放線菌門的相對豐度存在顯著差異。Mell等[11]的研究也表明，Dahl鹽敏感（Dahl salt-sensitive，S）大鼠腸道中各菌門相對豐度與Dahl耐鹽（Dahl salt-resistant，R）大鼠有顯著差異。由厚壁菌門增加和/或擬桿菌門減少引起的Firmicutes（厚壁菌門）與Bacteroidetes（擬桿菌門）比值即F/B比值升高被視為腸道菌群失調(diào)的標志，可能是機體病理狀態(tài)的一種潛在生物標志，而比值減低則被認為是機體處于健康狀態(tài)的標志。SHR大鼠F/B比值較WKY大鼠顯著增加，AngⅡ誘導(dǎo)高血壓大鼠F/B比值同樣顯著增加[10,12]。細菌群落狀態(tài)的整體評價通常主要通過三個生態(tài)參數(shù)來實現(xiàn)：Chao1豐富度（評價同一目標生物屬在給定群體中的總數(shù)）、Pielou均勻度（評價不同目標生物屬在給定群體中的相互數(shù)量關(guān)系）和Shannon多樣性（基于屬層面的豐富度和均勻度的組合評價參數(shù)）。SHR大鼠的腸道微生物豐富度、均勻度和多樣性較WKY大鼠均顯著下降，AngⅡ誘導(dǎo)高血壓大鼠同樣顯示出類似改變[10,12]。

針對高血壓人群的研究顯示出了與實驗動物模型類似的結(jié)果。Dan等[13]的研究表明，高血壓患者腸道中厚壁菌門顯著增加，擬桿菌門顯著減少，F(xiàn)/B比值顯著增加，Yan等[14]的研究同樣表明，高血壓患者腸道中各菌門相對豐度與非高血壓對照組人群有顯著差異，Mushtaq等[15]也發(fā)現(xiàn)高血壓病3級患者F/B比值顯著增加。與高血壓實驗動物模型研究結(jié)果相一致，諸多研究表明，高血壓患者[13,14]、收縮壓升高患者[10]腸道微生物Chao1豐富度、Pielou均勻度和Shannon多樣性較血壓正常對照組、收縮壓正常對照組有下降趨勢。Sun等[16]的研究結(jié)果進一步表明，血壓值與腸道微生物豐富度及多樣性呈負相關(guān)。有學(xué)者將腸型的概念引入，以進一步闡釋高血壓個體腸道菌群失調(diào)狀態(tài)。共生于人體的微生物所組成的微生物生態(tài)組具有個體差異性，但這些微生物并非隨機組合，而是具有一定的構(gòu)成模式，以腸道微生物生態(tài)組為例，通過優(yōu)勢菌屬命名可分為Bacteroides（擬桿菌型）、Prevotella（普氏菌型）和Ruminococcus（瘤胃球菌型）等不同腸型。高血壓患者中普氏菌腸型個體比例相對較高，而對照組中擬桿菌腸型比例相對較高，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義[17]，此結(jié)果表明，普氏菌腸型可能與血壓升高相關(guān)，而擬桿菌腸型可能是血壓正常人群更常具有的腸道菌群構(gòu)成模式。

1.1.2 具體菌群改變SHR大鼠腸道中Streptococcaceae（鏈球菌科，歸于厚壁菌門、Bacilli芽孢桿菌綱、Lactobacillales乳桿菌目）增加，特別是科內(nèi)Streptococcus（鏈球菌屬）顯著增加[10,12]。鏈球菌屬在腸道中酵解碳水化合物的主要終產(chǎn)物為乳酸，乳酸有助于調(diào)節(jié)腸道和循環(huán)的免疫功能[18]。SHR大鼠腸道中Bifidobacteriaceae（雙歧桿菌科，歸于放線菌門、Actinobacteria放線菌綱、Actinobacteridae放線菌亞綱、Bifidobacteriales雙歧桿菌目）減少，特別是科內(nèi)Bifidobacterium（雙歧桿菌屬）顯著減少[12]。雙歧桿菌屬具有益生特性，是維持腸道穩(wěn)態(tài)所必需的重要益生菌，在免疫系統(tǒng)的成熟和調(diào)節(jié)中起著關(guān)鍵作用[19]，同時可調(diào)節(jié)腸道內(nèi)代謝[20]，可通過產(chǎn)生乙酸鹽（即醋酸鹽）來改善腸道上皮細胞介導(dǎo)的腸道防御，減少宿主腸道致病菌感染幾率[21]。肥胖等原發(fā)性高血壓病的獨立危險因素已被證實與雙歧桿菌減少相關(guān)[22]。而在WKY大鼠腸道中則富集大量產(chǎn)丁酸鹽細菌，包括Coprococcus（糞球菌屬）和Pseudobutyrivibrio（假丁酸弧菌屬）[10]。腸道菌群代謝產(chǎn)生的丁酸鹽對宿主具有多種益生作用，如減少腸道炎癥[23]、改善2型糖尿病患者的胰島素敏感性[24]、刺激調(diào)節(jié)性T細胞產(chǎn)生[25]等。在SHR大鼠中，產(chǎn)乙酸鹽和丁酸鹽細菌分別減少約3倍和2倍，而產(chǎn)乳酸細菌則明顯增加，與SHR大鼠一致，AngⅡ誘導(dǎo)高血壓大鼠腸道中產(chǎn)乙酸鹽和丁酸鹽細菌減少，產(chǎn)乳酸細菌增加[10,12]。有學(xué)者[10,26]進一步表述：“高血壓相關(guān)腸道菌群失調(diào)的特征是特定細菌群落及其相應(yīng)代謝物的失衡，具體表現(xiàn)為產(chǎn)乳酸細菌增加和產(chǎn)乙酸鹽、丁酸鹽細菌減少”。

高血壓患者腸道中Actinomyces（放線菌屬）、Bacteroides（擬桿菌屬）、Barnesiella（厭氧桿菌屬）、Clostridium（梭菌屬）、Klebsiella（克雷伯氏菌屬）、Megasphaera（巨球菌屬）、Prevotella（普雷沃氏菌屬）、Salmonella（沙門氏菌屬）、Streptococcus（鏈球菌屬）等顯著增加[14,15]。許多高血壓人群富集菌群與腸道炎癥和腸道屏障功能障礙相關(guān)[27]。而正常血壓對照組腸道中則更多富集Anaerotruncus（厭氧棒狀菌屬）、Bifidobacterium（雙歧桿菌屬）、Butyrivibrio（丁酸弧菌屬）、Coprococcus（糞球菌屬）、Enterococcus（腸球菌屬）、Enterorhabdus（腸桿菌屬）、Faecalibacterium（糞桿菌屬）、Lactobacillus（乳桿菌屬）、Roseburia（羅斯氏菌屬）、Ruminococcus（瘤胃球菌屬）等[13,14]。糞桿菌屬和羅斯氏菌屬等菌屬是腸道產(chǎn)丁酸鹽細菌，此外，許多正常血壓對照組富集菌群擁有大量降解糖等碳水化合物的酶[27]，糖的微生物酵解產(chǎn)物可以刺激短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）（包括甲酸、乙酸、丙酸、異丁酸、丁酸等）的產(chǎn)生[28]。Kim等[27]的研究結(jié)果同樣表明，高血壓患者糞便樣本中，產(chǎn)丁酸鹽細菌的豐度包括Butyricicoccus（丁酸梭菌）、Coprococcus（糞球菌屬）、Faecalibacterium（糞桿菌屬）、Fusobacterium（梭桿菌屬）、Roseburia（羅斯氏菌屬）與正常血壓對照組間存在顯著差異，特別是人類腸道中主要的產(chǎn)丁酸鹽菌之一E.rectale在高血壓患者腸道中顯著減少。在菌種水平上，Mushtaq等[15]的研究結(jié)果表明，產(chǎn)丁酸鹽細菌F.prausnitzii（普氏糞桿菌）、R.inulinivorans、A.hadrus在高血壓病3級患者腸道中顯著減少。普氏糞桿菌是人類腸道中最常見的細菌之一，在健康個體腸道菌群中占比超10%，也是主要的產(chǎn)丁酸鹽細菌之一，具有抗炎等益生作用[15]。在揭示門、科、屬、種等生物分類水平上高血壓人群腸道菌群結(jié)構(gòu)顯著變化這一現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，有學(xué)者進一步就特定菌群豐度與血壓變化的相關(guān)性進行了分析。Adnan等[26]的研究結(jié)果顯示，產(chǎn)乳酸細菌Lactobacillus（乳桿菌屬）與收縮壓顯著正相關(guān)，產(chǎn)乙酸鹽細菌Holdemania（霍爾德曼氏菌屬）、Coprobacillus（糞芽孢菌屬）與收縮壓顯著負相關(guān)，產(chǎn)丁酸鹽細菌Clostridiaceae與收縮壓顯著負相關(guān)。Dan[13]、Kim等[27]也分別在研究中得到了類似結(jié)論。

1.1.3 分子水平改變?nèi)缜笆?，高血壓相關(guān)腸道菌群失調(diào)的特征是特定細菌群落及其相應(yīng)代謝物的失衡，具體表現(xiàn)為產(chǎn)乳酸細菌增加和產(chǎn)乙酸鹽、丁酸鹽細菌減少，有學(xué)者嘗試進一步在分子水平驗證這種特征的存在。Kim等[27]測定了高血壓患者糞便樣本中產(chǎn)丁酸鹽相關(guān)酶（乙酸-輔酶a轉(zhuǎn)移酶、丁酸鹽激酶）水平，結(jié)果顯示與正常血壓對照組間存在顯著差異，同時高血壓患者血漿丁酸鹽濃度顯著降低。Huart等[29]的研究結(jié)果同樣表明，高血壓患者糞便樣本中的短鏈脂肪酸水平與正常血壓對照組間存在顯著差異。

1.2 腸道生理結(jié)構(gòu)及功能改變與前述腸道菌群失調(diào)相對應(yīng)的是，SHR大鼠小腸纖維化面積增加、肌層增厚、杯狀細胞數(shù)量減少、小腸絨毛縮短，小腸和近端結(jié)腸腸壁彈性度下降、硬度增加，腸道上皮屏障完整性下降、通透性增加，小腸和近端結(jié)腸緊密連接蛋白，包括Ocln、Tjp1、Cldn4水平降低[12]。在AngⅡ誘導(dǎo)高血壓大鼠中同樣觀察到腸道通透性增加和緊密連接蛋白減少，同時基本復(fù)現(xiàn)了上述腸道病理改變[12]。Yang等[10]的研究也表明，AngⅡ誘導(dǎo)高血壓大鼠結(jié)腸黏膜扣帶蛋白減少，結(jié)腸黏膜扣帶蛋白同樣是一種緊密連接蛋白，其水平的降低與腸道屏障功能障礙有關(guān)，腸道屏障功能障礙可導(dǎo)致腸道炎癥增加。Santisteban等[12]在SHR大鼠腸道固有層中還觀察到Th17細胞顯著增加，表明高血壓個體腸道炎癥增加，同時SHR大鼠腸道血流灌注減低。此外，在AngⅡ誘導(dǎo)高血壓C57Bl6小鼠腸道中觀察到丁酸鹽的膜轉(zhuǎn)運蛋白（MCT4）減少，這可能與高血壓實驗動物模型腸道中產(chǎn)丁酸鹽細菌減少的變化是相伴隨和匹配的[3]。

高血壓患者腸道上皮健康生物標志物包括腸脂肪酸結(jié)合蛋白（I-FABP）、脂多糖（LPS）和連蛋白（zonulin）水平顯著增加，尤以作為腸上皮細胞緊密連接蛋白重要調(diào)節(jié)因子的連蛋白的增加最為顯著[27]。

2 高血壓早期識別、早期干預(yù)的腸道微生態(tài)學(xué)思路

高血壓診斷主要根據(jù)診室測量的血壓值，簡便易行，但診斷標準和手段簡便易行的意義僅在于快速識別患病人群，而扭轉(zhuǎn)高血壓患病率及血壓正常高值檢出率的基本上升態(tài)勢的關(guān)鍵，在于如何在血壓值改變前準確地“提前診斷”，即識別個體日后進展為高血壓的風險性以及基于“提前診斷”的進一步完善高血壓一級預(yù)防策略。

2.1 早期識別目前公認的與高血壓發(fā)病有關(guān)的因素包括不可變的遺傳因素和可變的飲食、精神應(yīng)激、吸煙等環(huán)境因素及體重、藥物、胰島素抵抗、睡眠呼吸暫停低通氣綜合征等其他因素。越來越多的研究表明，腸道微生態(tài)改變可能是其潛在的危險因素，對高血壓具有預(yù)測價值。Li等[17]的研究顯示，與正常血壓對照組相比，高血壓前期組（125 mmHg＜收縮壓≤139 mmHg和/或80 mmHg＜舒張壓≤89 mmHg，1 mmHg=0.133kPa）腸道菌群Shannon多樣性顯著降低，普氏菌腸型個體比例顯著增加，進一步針對高血壓前期組和高血壓組的共豐度分析顯示，兩組腸道菌群結(jié)構(gòu)相似。上述證據(jù)表明，高血壓前期人群的腸道微生態(tài)特征與高血壓人群更加相似而非正常血壓人群，提示腸道微生態(tài)改變可能是高血壓易患個體在血壓值發(fā)生改變之前“提前診斷”的良好預(yù)測變量。高血壓風險預(yù)測模型對于識別具有高血壓進展風險的人群有重要價值，該群體可能從及早的干預(yù)措施中獲益。Echouffo等[30]選取了15種不同的高血壓風險預(yù)測模型進行研究，年齡、性別、體質(zhì)指數(shù)、糖尿病狀況、吸煙、體育活動狀況和家族史等是這些模型中最常見的預(yù)測變量。研究表明所有納入模型的c統(tǒng)計量均在0.70～0.80之間，表明這些模型具有較好的鑒別能力。而Yan等[14]以高血壓患者和正常血壓對照組人群間差異菌群為鑒別標志建立的高血壓識別隨機森林模型的ROC曲線下面積（AUC）為0.78（95%CI：0.73～0.82）。Li等[17]的進一步研究表明，當鑒別標志從單純差異菌群擴展至聯(lián)合差異代謝產(chǎn)物時，模型識別高血壓前期及高血壓人群的能效顯著提升，AUC可達0.91（95%CI：0.75～1.00）。以腸道微生態(tài)改變?yōu)轭A(yù)測變量的模型與Echouffo等綜述的基于人群表型的各模型的預(yù)測能力幾乎處于同一水平，表明腸道微生態(tài)改變在識別和預(yù)測個體日后進展為高血壓的風險性方面顯示出不錯的潛力。此外，Kim等[27]還通過對腸道微生物數(shù)據(jù)和血液中的腸道來源健康標志物的線性回歸分析建立了收縮壓預(yù)測模型，預(yù)測因子包括腸道產(chǎn)丁酸鹽細菌豐度及與收縮壓具有最強正相關(guān)性的血漿連蛋白濃度，該模型的R2為0.554，利用該模型計算的收縮壓值與實測值具有不錯的擬合度。

2.2 早期干預(yù)目前高血壓一級預(yù)防主要針對飲食、精神應(yīng)激、吸煙、體重、藥物、胰島素抵抗、睡眠呼吸暫停低通氣綜合征等可變危險因素，預(yù)防的主要內(nèi)容包括合理膳食、適量運動、戒煙限酒、心理平衡、控制體重等。其中補充腸道微生態(tài)學(xué)的干預(yù)措施可能有助于降低高血壓患病率及改善治療控制率。腸道微生態(tài)學(xué)的干預(yù)措施主要為微生態(tài)制劑（包括益生菌、益生元和合生元），此外還有膳食結(jié)構(gòu)調(diào)整、糞菌移植等。近來已有越來越多的研究證實上述干預(yù)措施在控制血壓、恢復(fù)高血壓患者腸道微生態(tài)、改善高血壓靶器官損害等方面具有積極作用[27,31,32]。