多組學揭示腸道微生物群失調(diào)加重腹主動脈瘤
腹主動脈瘤(AAA)是一種隱蔽的、致命的血管疾病，缺乏有效的非手術(shù)治療干預手段。AAA的發(fā)病機制非常復雜，中性粒細胞及其釋放的中性粒細胞胞外誘捕網(wǎng)(NETs)被認為可以促進AAA的進展。大量研究表明，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物在宿主機體穩(wěn)態(tài)調(diào)控和疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，AAA患者的腸道微生物群是否異常、腸道微生物失調(diào)與AAA之間的因果關(guān)系及其潛在機制仍未闡明。
2022年10月，山東大學齊魯醫(yī)院張群業(yè)教授、張澄教授和山東第一醫(yī)科大學附屬省立醫(yī)院王哲教授團隊在Cell子刊: Cell Host & Microbe (IF: 31.316)上發(fā)表題為“Gut microbiome dysbiosis contributes to abdominal aortic aneurysm by promoting neutrophil extracellular trap formation”的研究文章。通過16S多樣性、宏基因組與代謝組學技術(shù)聯(lián)合，發(fā)現(xiàn)AAA患者腸道微生物組成存在明顯異常，如Roseburia intestinalis豐度在患者中下降。代謝譜在健康個體和患者中也有明顯改變，如丁酸含量降低、幾種短鏈脂肪酸（SCFAs）的水平顯著升高。為了研究其中機制，還進行了糞菌移植(FMT)和體內(nèi)外功能實驗，驗證與AAA病情發(fā)展密切相關(guān)。另外，中性粒細胞耗竭能顯著減輕移植AAA患者糞便的AAA小鼠的病情。中科新生命為其提供了 非靶代謝組學和靶向短鏈脂肪酸檢測的技術(shù)服務。
研究材料
33例腹主動脈瘤患者和31例健康對照組；野生型和載脂蛋白E基因敲除 (ApoE-/-)小鼠
技術(shù)路線
步驟1：AAA患者的腸道微生物群失調(diào)；
步驟2：AAA患者腸道微生物群功能和共生網(wǎng)絡的顯著變化；
步驟3：腸道微生物群代謝特征顯著改變并與 AAA患者的病情相關(guān)；
步驟4：顯著增加中性粒細胞浸潤和NET形成并促進AAA發(fā)展；
步驟5：R. intestinalis及其代謝物丁酸在體內(nèi)抑制中性粒細胞浸潤和 NET 形成并改善AAA。
研究結(jié)果
1. AAA患者的腸道微生物群失調(diào)
首先，研究人員對33例腹主動脈瘤患者和31例健康對照組的糞便樣本進行了宏基因組分析。結(jié)果表明，與健康個體相比，AAA患者的腸道微生物群存在明顯失調(diào)，細菌占腸道微生物群的 98.05%。在屬水平上，包括細菌、古細菌和病毒在內(nèi)的許多腸道微生物群的豐度在AAA患者中發(fā)生了顯著變化。在物種水平上，許多產(chǎn)生 SCFAs的細菌，如高豐度的丁酸產(chǎn)生菌Roseburia intestinalis等多種有益菌的豐度明顯降低，并且與瘤直徑負相關(guān)。除了細菌外，AAA患者腸道中其他微生物的豐度也發(fā)生了顯著變化。許多病毒的豐度，如志賀氏病毒pSf1，埃希氏病毒Bp4等，在AAA患者中明顯高于健康人群。這些結(jié)果表明，一些病毒、古生菌或真菌也可能與AAA的發(fā)生有關(guān)。
2. AAA患者腸道微生物群功能和共生網(wǎng)絡的顯著變化
3. 腸道微生物群代謝特征顯著改變并與AAA患者的病情相關(guān)
4. 顯著增加中性粒細胞浸潤和NET形成并促進AAA發(fā)展
5. R. intestinalis及其代謝物丁酸在體內(nèi)抑制中性粒細胞浸潤和NET形成并改善AAA
研究者的上述結(jié)果已表明R. intestinalis可能對AAA的發(fā)展具有重要影響。因此，接下來的研究重點放在了這種益生菌上。進一步的分析表明，R. intestinalis及其代謝物丁酸鹽可以顯著改善體內(nèi)AAA的多種病理異常，包括中性粒細胞浸潤增強、NET形成、炎癥、VSMC向合成表型轉(zhuǎn)變和彈性纖維破壞，從而減輕AAA。
小結(jié)
綜上所述，研究揭示了AAA患者的腸道生態(tài)失調(diào)，并證實腸道菌群失調(diào)是AAA的重要原因。Roseburia intestinalis及其代謝物丁酸鹽可顯著抑制腹主動脈中性粒細胞浸潤和NET形成，從而改善AAA的多種病理變化，有效緩解AAA進展。研究者們的發(fā)現(xiàn)也促進了對腸道微生物和宿主免疫以及疾病發(fā)展的理解。
