有必要全面了解腸道微生物代謝以及全身代謝物水平與心血管疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)之間的相關(guān)性。2023年8月，發(fā)表在《Eur Heart J》的一項(xiàng)研究繪制了二者之間的圖譜，并發(fā)現(xiàn)一些代謝產(chǎn)物與主要不良心血管事件（MACE）風(fēng)險(xiǎn)和死亡率相關(guān)。

腸道微生物組成和某些微生物代謝物循環(huán)水平的變化與多種人類疾病有關(guān)，包括心血管疾病（CVD）。在人類和動(dòng)物模型中進(jìn)行的機(jī)制研究進(jìn)一步將微生物代謝物與宿主CVD表型的發(fā)生或惡化聯(lián)系起來。這些發(fā)現(xiàn)為開發(fā)新的治療方法提供了基礎(chǔ)，旨在通過使用益生素和益生菌，和/或通過調(diào)節(jié)腸道微生物功能代謝輸出來恢復(fù)微生物群的健康。后一種方法的實(shí)例包括腸道微生物酶的非致死抑制（即非抗生素）和隔離或補(bǔ)充選定的腸道微生物代謝物。例如，腸道微生物途徑涉及將膽堿轉(zhuǎn)化為三甲胺（TMA），三甲胺- n -氧化物的前體與CVD的發(fā)生有關(guān)。動(dòng)物模型研究表明，抑制將膽堿轉(zhuǎn)化為TMA的酶可以抑制動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生，降低血栓形成潛能和腎纖維化，改善心功能，減輕肥胖。腸道細(xì)菌膽鹽水解酶抑制劑也被用于調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)的膽汁酸池。據(jù)報(bào)道，腸道細(xì)菌β-葡萄糖醛酸酶的非致死性靶向抑制增強(qiáng)了宿主體內(nèi)的抗癌藥物療效。

大量研究表明，腸道微生物群衍生的芳香氨基酸的代謝，可能與心臟代謝疾病相關(guān)。例如，最近發(fā)現(xiàn)了一種源自苯丙氨酸（Phe）的腸道微生物代謝物：苯乙酰谷氨酰胺（PAGln）。在臨床上和機(jī)制上，PAGln都通過腎上腺素能受體信號(hào)傳導(dǎo)與心血管疾病有關(guān)。腸道微生物還將蛋白質(zhì)芳香氨基酸酪氨酸（Tyr）和色氨酸（Trp）分解為眾所周知的尿毒癥毒素對(duì)甲酚硫酸鹽（pCS）和硫酸吲哚酚（IS）的前體。在腎功能受損的受試者中，pCS和IS與心血管死亡率相關(guān)，并且據(jù)報(bào)道在各種體外和體內(nèi)模型中都會(huì)增加血栓形成的概率。此外，雖然橫斷面研究已經(jīng)報(bào)道了這些尿毒癥毒素與頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊負(fù)擔(dān)增加的相關(guān)性，并且在腎功能相對(duì)保留的個(gè)體中，經(jīng)典尿毒癥毒素如IS和pCS與無腎功能損害受試者不良心血管事件發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系尚不清楚。相反，據(jù)報(bào)道，芳香氨基酸的其他微生物群相關(guān)代謝物與心臟代謝疾病風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)[例如吲哚-3-丙酸（I3PA）和降低糖尿病風(fēng)險(xiǎn)]，或與健康飲食習(xí)慣和增加微生物群多樣性呈正相關(guān)（例如棘皮酸）。

繪制腸道微生物依賴的芳香氨基酸代謝途徑和產(chǎn)物尚未在人類中得到全面研究，使用定量穩(wěn)定同位素稀釋方法對(duì)眾多代謝物進(jìn)行詳細(xì)的探索，可提供大多數(shù)代謝物的絕對(duì)濃度，而不污染結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。如上所述，大多數(shù)報(bào)告代謝物與疾病風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)的研究都是橫斷面和/或定性的（基于非靶向代謝組學(xué)），僅報(bào)告“相對(duì)水平”。大多數(shù)此類研究也沒有明確區(qū)分結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。因此，非靶向代謝組學(xué)分析需要單獨(dú)使用定量方法進(jìn)行驗(yàn)證。

發(fā)表在《Eur Heart J》的本研究，旨在確定全身腸道微生物代謝產(chǎn)物水平與心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)之間的相關(guān)行，以確定腸道微生物途徑作為個(gè)性化治療干預(yù)的可能靶點(diǎn)。

該研究采用穩(wěn)定同位素稀釋質(zhì)譜法定量測(cè)量芳香氨基酸及其代謝物，在兩個(gè)具有縱向結(jié)局?jǐn)?shù)據(jù)的獨(dú)立隊(duì)列中檢查接受選擇性診斷性心臟評(píng)估的序貫受試者[美國（n = 4000）和歐盟（n = 833）隊(duì)列]。

至少部分源自腸道細(xì)菌的多種芳香氨基酸衍生代謝物與（3年）MACE風(fēng)險(xiǎn)（心肌梗死、卒中或死亡）和獨(dú)立于傳統(tǒng)危險(xiǎn)因素的全因死亡率相關(guān)。

與MACE事件和較差生存風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的主要腸道微生物衍生代謝物包括：

（1）苯乙酰谷氨酰胺和苯乙酰甘氨酸（源自苯丙氨酸）；

（2）對(duì)甲酚（由酪氨酸產(chǎn)生）產(chǎn)生對(duì)甲酚硫酸鹽和對(duì)甲酚葡萄糖醛酸鹽；

（3）4-OH-苯乳酸（由酪氨酸生成）生成4-OH-苯甲酸和4-OH-馬尿酸鹽；

（4）吲哚（由色氨酸生成）吲哚葡萄糖醛酸苷和硫酸酚硫酸鹽；

（5）吲哚-3-丙酮酸（由色氨酸生成），產(chǎn)生吲哚-3-乳酸和吲哚-3-乙酰-谷氨酰胺；

（6） 5- OH-吲哚-3-乙酸（由色氨酸生成）。

隨著越來越多的微生物代謝物被證明與疾病相關(guān)的表型有關(guān)，人們對(duì)調(diào)節(jié)腸道微生物群落的功能性代謝輸出的興趣日益濃厚，這正在成為治療多種疾病的潛在治療方法。

目前的研究和途徑分析得出的一些主要結(jié)論是，微生物通過氧化途徑發(fā)酵Phe和Tyr的多種最終產(chǎn)物（PAGln、PAGly、pCS和對(duì)甲酚葡萄糖醛酸鹽），與人類受試者的MACE和死亡風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。有趣的是，這些代謝物中的每一種以前都被證明在體外和體內(nèi)影響血小板功能和血栓形成潛力。此外，目前的研究觀察到的PAGln、pCS和對(duì)甲酚葡萄糖醛酸之間的強(qiáng)相關(guān)性，支持了它們代謝途徑起源的共性。此外，值得注意的是，所有這些代謝物幾乎都是微生物來源，它們的循環(huán)水平被吸收不良的抗生素顯著抑制。共享微生物代謝起源的存在表明，有潛力開發(fā)治療性干預(yù)措施來抑制單一途徑，防止下游產(chǎn)生大量 MACE相關(guān)代謝物（即微生物群落中的碳流轉(zhuǎn)向更“良性”的代謝物）。

與MACE相關(guān)的色氨酸產(chǎn)物（吲哚葡萄糖醛酸和IS）來自于吲哚，一種由色氨酸酶產(chǎn)生的微生物代謝物。據(jù)報(bào)道，IS可增強(qiáng)血小板反應(yīng)性，包括在血管損傷動(dòng)物模型中增加p選擇素的表達(dá)、血小板微粒的形成、血小板-單核細(xì)胞聚集體和血栓形成的增加。PAGln、pCS和IS均與腎功能損害患者的高死亡率相關(guān)。目前的研究表明，這些所謂的“尿毒癥毒素”也與主要保存腎功能受試者（聯(lián)合隊(duì)列的eGFR為89 mL/min/1.73 m2）的不良心臟事件風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

本研究的另一個(gè)結(jié)論是，色氨酸的還原發(fā)酵（fldH途徑）產(chǎn)生的代謝物（I3PA）與全因死亡率負(fù)相關(guān)，與MACE風(fēng)險(xiǎn)呈類似的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。既往研究中，I3PA與飲食性肥胖、冠狀動(dòng)脈鈣化和晚期動(dòng)脈粥樣硬化呈負(fù)相關(guān)。在本研究中，由相同微生物途徑催化的Phe的最終產(chǎn)物，馬尿酸鹽，與MACE呈正相關(guān)，但在調(diào)整心血管疾病危險(xiǎn)因素后，與全因死亡率的相關(guān)性減弱。在橫斷面研究中，尿液中同一代謝物的水平與微生物多樣性增加、水果和全谷物攝入量增加以及患代謝綜合征的幾率降低有關(guān)。此外，研究報(bào)告稱，肥胖個(gè)體、2型糖尿病患者和克羅恩病患者的尿中馬尿酸鹽水平較低，并且與血壓呈負(fù)相關(guān)。一些研究也報(bào)道了在晚期動(dòng)脈粥樣硬化隊(duì)列隨訪期間血漿中馬尿酸鹽與MACE之間的正相關(guān)，以及2型糖尿病患者中馬尿酸鹽排泄量的增加。

Tyr通過還原性腸道微生物分解代謝分支產(chǎn)生的終端代謝物（4- OH-苯甲酸和4-OH-馬尿酸鹽）與MACE風(fēng)險(xiǎn)和死亡呈正相關(guān)，這與來自色氨酸和部分來自Phe的代謝物不同。雖然其他機(jī)制可以解釋這一點(diǎn)（例如，它們的排泄差異），但對(duì)這些結(jié)果的解釋表明，代謝物并不具有共同的代謝起源，并且其他或不同的腸道微生物，微生物酶和/或營養(yǎng)前體（如多酚）可能參與4-OH代謝物的產(chǎn)生。

色氨酸和酪氨酸還原途徑的兩種中間產(chǎn)物：吲哚-3-乳酸和4-OH-苯乳酸，與MACE風(fēng)險(xiǎn)和較差的生存率密切相關(guān)。雖然尚未確定這些代謝物是否直接影響心血管健康，但研究者使用抗生素消耗腸道細(xì)菌的實(shí)驗(yàn)表明，循環(huán)水平的芳香族乳酸鹽主要是通過宿主（人類）內(nèi)的內(nèi)源性酶過程產(chǎn)生的。另外，這些代謝物可能主要是由腸道中抗生素耐藥細(xì)菌和/或真菌產(chǎn)生的，這些細(xì)菌和/或真菌在抗生素暴露期間“繁殖”，這可能解釋了在某些情況下觀察到的適度增加（研究者還注意到，抗生素水平的增加可能意味著通過抑制腸道微生物群來減少營養(yǎng)前體的競(jìng)爭(zhēng)，留下更多的前體供宿主吸收）。此外，4-OH-苯乳酸和吲哚-3-乳酸的循環(huán)水平之間有很強(qiáng)的相關(guān)性，而吲哚-3-乳酸和I3PA之間的相關(guān)性較差，進(jìn)一步支持了該研究的觀點(diǎn)，即這些乳酸起源于不同的代謝途徑。

總之，心血管和代謝性疾病治療的新療法旨在將營養(yǎng)發(fā)酵轉(zhuǎn)向?qū)λ拗鞲幸娴拇x物，這將需要對(duì)微生物代謝物、其與疾病相關(guān)表型的關(guān)聯(lián)以及它們對(duì)宿主的影響進(jìn)行全面分析。目前的結(jié)果為這種治療方法的發(fā)展提供了一個(gè)路線圖和有意義的起點(diǎn)。

（選題審校：郭琦  編輯：余霞霞）

（本文由北京大學(xué)第三醫(yī)院藥劑科翟所迪教授及其團(tuán)隊(duì)選題并審校，環(huán)球醫(yī)學(xué)資訊編輯完成。）

參考資料：

Eur Heart J. 2023 Aug 22;44（32）:3085-3096.

Atlas of gut microbe-derived products from aromatic amino acids and risk of cardiovascular morbidity and mortality

https://pubmed.ncbi.nlm./37342006/