科研 | Hypertension：中国成年人肠道菌群及宿主血浆代谢产物与血压的关系
编译：北越城主，编辑：Tracy、江舜尧。
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动物研究揭示了肠道微生物和血压（BP）调节的代谢途径相关机制，但缺乏在人体内的相关研究数据。为了将BP治疗的影响降到最低，我们选择在未使用抗高血压药物的人群中（30-69岁，女性占54％）进行研究，调整了多变量修正后的数据（例如饮食，身体活动，吸烟，肾功能），包括肠道菌群测量值（16S rRNA，N = 1003）与血浆代谢物组（LC-MS，N = 434）与收缩压（SBP = 126.0±17.4 mm Hg）和舒张压BP（DBP=80.7±10.7 mm Hg），结果发现，通过主坐标分析评估的整体微生物群落受SBP和DBP的影响而变化（ANOVA P<0.05）。为了说明代谢物之间的强相关性，我们首先检查了从主成分分析得出的代谢物模式，发现脂质模式与SBP正相关，在1104个单独的代谢物中，分别有34个和39个代谢物分别与SBP和DBP正相关，包括亚油酸酯，棕榈酸酯，二高油酸酯，8个鞘磷脂，4个酰基肉碱和2个磷脂酰肌醇，随后的途径分析表明，长链饱和酰基肉碱，磷脂酰肌醇和鞘磷脂的代谢途径分别与SBP和DBP相关。我们的结果表明，微生物群和代谢物在血压调节中的潜在作用有利于后续的临床研究。
论文ID
实验设计
实验结果
我们的样本的高血压患病率为27.6％，其中收缩压（SBP = 126.0±17.4 mm Hg）和舒张压BP（DBP=80.7±10.7 mm Hg）有很大数据波动。我们首先评估了整体肠道微生物的数据质量，数据显示在人内微生物多样性（香农指数和丰富度）与SBP或DBP无关。PCoA分析显示患者体内肠道微生物因SBP和DBP而异。只有在PCoA的第四轴上能显著分离，在较高轴和高SBP相关。同时这个轴还Rothia, Serratia, Enterobacteriaceae, Leuconostocaceae呈正相关，与Fusobacterium, Coprococcus, Adlercreutzia, Eggerthella, Raistonia呈负相关（图1），然而，经过多重假设检验校正后，1008个特异性属中没有一个与SBP或DBP相关，在对LDL-C进行校正后，我们观察到了相似的结果。
图1 在高血压患者中利用主坐标分析评估个体间微生物多样性(β-多样性)
在对年龄，性别，省份，城市化指数，人均家庭收入，教育，总能量摄入，动物源性食物，体力活动，吸烟，酒精和肾小球滤过率进行调整后，在排列多元方差分析（N= 1003）中，SBP的R2为0.20％，P值为0.002。进一步调整体重指数后，结果保持不变。
在血浆代谢物分析中，我们使用主成分分析确定了3种生物学上可能的模式，每种模式解释了9.63％，4.79％和4.69％的变化（表1）。第二个以脂质为特征的模式中，如亚油酸酯，棕榈酸酯和油酸酯与SBP和DBP表现为正相关，通过调整BMI，结果略有减弱。
表1 代谢物模式与收缩压和舒张压(mm Hg)的相关性系数(95%CI)
模式来源于主成分分析，随后是874个代谢物(N=434)的最大变异数。相关系数表示收缩压或舒张压与每1个SD代谢物模式评分在线性回归中相关。
为了确定这种脂质模式的特定代谢物是否推动了与SBP和DBP的关联，我们检查了1104种代谢物，结果发现34种代谢物与SBP（表2）有关和39种代谢物和DBP（表3）有关，分别包括8种鞘磷脂，4种酰基肉碱和胆固醇。在这些与SBP和DBP相关的代谢产物中，分别有8种（23.5％）和19种（48.7％）代谢产物具有较高的脂类负载量（> 0.4），包括酰基肉碱（C16，C26，C14和C12），1-棕榈油酰甘油（16：1）和双高油酸酯（20：3n3或3n6），与这两种BP措施均呈正相关，而对于其他两种代谢物模式，高载量的SBP和DBP相关代谢物明显减少（0％–11.8％）。调整BMI后，分别只有9和17种代谢物与SBP和DBP显着相关，包括鞘磷脂（d18：1/23：0，d18：1/24：0和d18：2/24：2）和酰基肉碱（C16和C14）。调整LDL-C后，代谢物模式的结果与主要模型结果相似，只有19种代谢物与DBP保持统计学上显着相关。
表2 个体代谢产物与收缩压的关系(mmHg)
系数表示SBP与线性回归中代谢物的丰度或每类变化的倍数增加相关(N=434)。使用Wald检验评估25-50%BDL代谢产物的统计学显著性。模型1对年龄、性别、省份、批次、城市化指数、人均家庭收入、教育、总能量摄入、动物源食品、钠、体育活动、吸烟、酒精和肾小球滤过率的估计进行了调整。模型2还根据体重指数进行了调整。
表3 个体代谢物与DBP的关系(mmHg)相关系数表明DBP(mm Hg)与线性回归中给定代谢物丰度的倍增相关(N=434)
模型1对年龄、性别、省份、批次、城市化指数、人均家庭收入、教育、总能量摄入、动物源食品、钠、体育活动、吸烟、酒精和肾小球滤过率的估计进行了调整。模型2还根据体重指数进行了调整。
在通过分析特定代谢途径中的BP与代谢物之间正向或负向关联的数目是否超出预期而进行的途径分析中（表4），我们发现二酰基甘油，酰基肉碱（长链饱和），磷脂酰胆碱，磷脂酰肌醇，鞘磷脂代谢途径与SBP相关（FDR调整后P <0.05）；皮质类固醇，酰基肉碱（长链饱和和中链），单酰基甘油，磷脂酰肌醇和鞘磷脂的代谢途径与DBP相关。
表4 与收缩压或舒张压相关的代谢途径
BP表示血压；DBP，舒张压；PC，磷脂酰胆碱；PI，磷脂酰肌醇；和SBP，收缩压。
在355名参与者的子样本中，SBP和DBP的分布与全部样本相似，我们整合微生物群和代谢物分析以检查微生物群和代谢物之间的相互关系，以及微生物群和代谢物数据是否比宿主社会人口统计学和行为危险因素具有更好的BP预测性能。我们观察到与BP相关的第四肠道菌群PCoA轴与54种与BP相关的代谢产物均无相关性，而通过使用随机森林回归，我们发现宿主因子，微生物群和代谢产物数据在预测SBP和DBP方面具有很好的准确性。
讨论
在以人群为基础的中国中年人群中，我们在考虑了广泛的社会人口统计学因素，健康行为和肾脏功能后，发现整体肠道菌群（人与人之间的多样性）与SBP和DBP之间存在关联。通过血浆代谢组数据，我们发现脂质模式和几种单个代谢产物如鞘磷脂，酰基肉碱和胆固醇与SBP和DBP正相关。我们的结果表明，在未经治疗的高血压高发人群（27.6％）中，肠道菌群和血浆代谢物可能在高血压中起重要作用。
代谢组学研究表明微生物代谢产物与BP之间的关联进一步支持了肠道菌群在BP调节中的作用。来自美国，英国，日本的4630名中年成年人的INTERMAP研究（国际宏观营养素和血压人群研究）和中国的研究表明尿中的丙氨酸和马尿酸盐分别与BP呈正相关和负相关。ARIC研究（社区动脉粥样硬化危险）显示，血清4-羟基马尿酸盐每增加1个SD，其血压就会升高17％。在我们的样本中，我们发现来自厌氧细菌酪氨酸和苯丙氨酸代谢产物苯甲酸酯代谢的对甲酚硫酸盐与DBP呈负相关；此外，我们发现肠道微生物群和血浆血浆代谢组之间的血压预测准确性相当，这表明微生物群可能在代谢物BP关联中发挥作用，因为已经表明肠道微生物群参与宿主脂质代谢并响应血管紧张素II调节血浆代谢组。鉴于许多微生物介导的代谢产物与饮食密切相关，例如，源自饮食多酚的马尿酸盐，不同人群的不同饮食模式可能与这些研究的不同结果有关。
BP调节机制中还研究了宿主衍生的代谢物，例如酮体β-羟基丁酸酯，酰基肉碱和长链脂肪酸在调节中发挥的作用，β-羟基丁酸酯前体的营养补充可减弱饲喂高盐饮食的高血压大鼠高血压。结果显示，在3980位英国双胞胎女性中，一些血浆肉碱，长链脂肪酸和类固醇与BP呈正相关，包括十六烷二酸酯，棕榈酸酯（16：0），辛酰基肉碱（C8），10-庚二烯酸酯（17：1n7）和二高油酸酯（20：2n6）特别是二羧酸十六烷二酸酯在男性和雌性的两个复制队列中均始终与BP呈正相关。随后我们对大鼠模型进行的分析表明，口服十六烷二酸酯可增加BP，这个结果证实了十六烷二酸酯在血压调节中的作用。在另一项针对202名非洲黑人和白人男性的研究中，血清长链和中链酰基肉碱（仅在白人中）与门诊BP呈正相关；同样，我们发现在中链和长链的酰基肉碱，长链脂肪酸和长链脂肪酸驱动的脂肪模式与BP正相关。
此外，我们发现几种鞘磷脂和鞘磷脂代谢途径均与BP正相关。神经酰胺作为前体鞘脂对心血管健康有害，包括血管舒张受损。当脂肪酸超过能量需求或细胞储存能力时，鞘脂就会过量。多项脂质组学研究已确定鞘脂是人类心血管疾病的候选血液标记物，例如 Poss等发现，冠状动脉疾病患者（n = 462）的血清中鞘氨醇水平升高（n = 462），而对照组中鞘脂的风险评分比甘油三酯和LDL-C等常规生物标志物更有效。
我们研究的优势包括在特征明确的队列中与临床测量的BP配对的微生物群和代谢产物数据，此外，CHNS丰富的社会人口统计学和行为数据使我们能够解释各种潜在的混杂因素，高血压的低治疗率确保了足够的样本量和BP的较大变化，即使在排除服用降压药的人以最大程度地减少用药效果之后也是如此。但是，由于横截面设计的原因，我们无法推断肠道菌群，宿主代谢组和BP之间的因果关系，而且我们的微生物16S rRNA数据未提供功能信息。目前需要进一步的研究来证实我们的发现，特别是基于人群的研究，其中包括重复测量和实验研究，以研究调节BP的因果生物学关系。
结论
1.纳入未使用降压药的1082名成年人，分析其中1003人的肠道菌群及434人的血浆代谢组；
2.调整饮食、体育锻炼、吸烟、肾功能等因素后，整体菌群群落因血压变化而不同；
3.1104个代谢物中，分别有34及39个代谢物与收缩压及舒张压呈正相关，包括亚油酸、棕榈酸、二氢亚麻酸、8种鞘磷脂，4种酰基肉碱和2种磷脂酰肌醇；
4.功能分析显示，长链饱和酰肉碱、磷脂酰肌醇和鞘磷脂代谢通路与收缩压和舒张压相关。