肠道微生物代谢产物可促进心血管疾病事件的发生

作者: 时间:2020-12-15 点击数:

肠道微生物对人的生命和疾病的发生具有重要作用,近些年来已在世界范围内成为基础医学和临床医学研究的热点。今年3月份,美国克利夫兰医学中心Stanley Hazen研究团队在Cell发表了题目为“A Cardiovascular Disease-Linked Gut Microbial Metabolite Acts via Adrenergic Receptors”的研究文章。文章通过非靶向代谢组学(Untargeted Metabolomics)发现苯丙氨酸(Phe)可被肠道微生物代谢为苯乙酰谷氨酰胺(PAGln),鉴定出了相关基因(porAfldH),并进一步发现PAGIn可通过肾上腺素能受体(Adrenergic Receptors, ADR)促进血栓的形成。

在西方国家,心血管疾病(Cardiovascular disease, CVD)仍然是导致人们死亡和疾病的重要原因之一。有研究表明,二型糖尿病(type 2 diabetes,T2DM)患者有更高CVD风险和发生主要心脏不良事件(MACE, major adverse cardiac events)的概率,如心肌梗塞、卒中和死亡等。然而,血糖指标并不能很好的指示T2DM患者的CVD风险,并且多种降血糖药物也没有显著影响CVD发展和MACE风险。这些结果表明,是葡萄糖代谢紊乱之外的其他代谢途径异常导致了T2DM患者的高CVD风险。

非靶向代谢组学发现PAGln与CVD具有相关性

对受试者(n=1162)血浆进行非靶向代谢组学检测,根据下列情况对受试者进行检测优先等级评估:1、3年内经历过MACE;2、T2DE情况较严重;3、与血糖控制指标相关性较差。检测发现一种未知化合物(m/z 265.1188)与MACE发生概率显著相关。之后,结合多种技术手段,鉴定出该化合物为PAGln。随后,通过稳定同位素稀释液相色谱串联质谱法对另外的4000个受试者血浆PAGln含量进行靶向检测,发现T2DE患者(与非T2DE患者相比)和MACE患者(与非MACE患者相比)有更高的血浆PAGln含量。

肠道微生物参与人体内PAGln和苯乙酰甘氨酸的形成

为了验证肠道微生物是否参与了PAGln的产生,本文作者设计了肠道微生物抗生素抑制体内实验(n=15)。实验结果显示,抑制体内肠道微生物水平后血浆PAGln含量显著的降低,说明了血浆PAGln水平的确受到了肠道微生物的影响。之前有研究表明,在人体中PAGln可在肝脏酶(liver enzymes)的作用下通过苯乙酸(PAA)与谷氨酰胺(Gln)结合而形成,并且有培养实验显示细菌可代谢Phe产生PAA。

PAGln增强血小板刺激诱导的钙释放以及其对多种激动剂的响应能力

人血浆PAGln水平与血栓事件之间的正相关关系表明PAGln对血小板功能的潜在影响以及与血管基质可能的相互作用。随后的实验结果表明,PAGln可增强刺激依赖性血小板的聚集,并呈现剂量依赖性。并且PAGln可提高凝血酶诱导的胞内Ca2+浓度。

PAGln加速血小板凝集促进体内血栓形成

通过FeCl3诱导颈动脉损伤小鼠模型实验发现,PAGln可增强受伤颈动脉部位血栓得形成,并与对照组(Phe和生理盐水处理组)相比,缩短了流血时间。

肠道微生物基因porAfldH具有调节宿主血栓形成潜力

之前有研究表明,人共生梭状芽孢杆菌(Clostridium sporogenes)可将Phe代谢为PAA和苯丙酸(PPA),其中参与反应的酶主要是由porAfldH基因编码产生。随后作者构建了缺失porAfldH基因的梭状芽孢杆菌突变株,结果显示porA基因主要调控PAA的产生,而fldH基因主要是调控PPA的产生。

PAGln通过G蛋白偶联受体发挥作用

进一步研究发现,PAGIn通过G蛋白偶联受体(ADR)发挥作用。

肠道微生物代谢苯丙氨酸产生苯乙酰谷氨酰胺过程及促进心血管疾病发生发展示意图

图片来源:Ina Nemet et al., Cell, 2020

参考文献

Nemet, I., P. P. Saha, N. Gupta, W. F. Zhu and et al.. (2020). A Cardiovascular Disease-Linked Gut Microbial Metabolite Acts via Adrenergic Receptors. Cell 180(5): 862-877.