Circulation:肠道微生物群可调节心肌梗死后的修复

2021
06/05

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生物谷
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这些发现表明,抗生素导致肠道菌群的耗尽可能对免疫系统的组成产生影响。


肠道微生物群对宿主生理调节的影响最近引起了相当大的关注,尤其是在免疫系统和新陈代谢等关键领域。这些区域对于心肌梗死(MI)后的病理生理和修复也是至关重要的。然而,在MI的背景下肠道菌群的作用仍有待充分阐明。基于肠道微生物代谢物对宿主免疫的前人研究,我们假设这些代谢物可能是该研究团队观察到的肠道微生物群对免疫组成和梗死后修复的影响的基础。微生物作为一种重要的免疫调节剂,我们推测肠道菌群可能会影响心肌梗死后的修复效率。

为了验证以上假设和推测,台湾台北市中国科学院生物医学研究所谢清河研究员带领团队使用了
抗生素诱导的失调模型来检验肠道菌群和免疫系统之间的联系。该项工作以“Loss of Gut Microbiota Alters Immune System Composition and Cripples Post-Infarction Cardiac Repair”为题发表在《Circulation》杂志上,IF:23.603分。



为了确定肠微生物群对心肌梗死后心脏修复的重要性。该研究团队使用最大剂量抗生素后,ABX组小鼠死亡率剧增,MI术后1周小鼠大量死亡。ABX组死亡率与抗生素存在剂量依赖关系。形态学病理分析显示ABX组在MI后大量死亡是由左心室破裂导致的,此外心肌重量下降的也可能是死亡因素之一。同年龄雌性ABX组小鼠比雄性ABX组小鼠成活率高。MI前进行粪便移植可使ABX组的MI成活率提高至67%。以上发现表明肠道菌群在心脏修复过程中起着不可或缺的作用,特别是在梗死后的最初阶段,这对生存至关重要。


肠道微生物群的预耗尽导致心肌梗死后的高死亡率


接下来的研究发现,在ABX组小鼠中,髓样细胞、巨噬细胞、中性粒细胞在MI前和MI后的各脏器中均呈现明显降低,菌群重构后可得到逆转。ABX处理可使免疫细胞失衡,活体成像显示EGFP+细胞在梗死区周围急剧下降,菌群重构后可得到逆转。通过Raw264.7移植,可缓解ABX小鼠心梗后的高死亡率,即使MI后1天的Raw264.7移植,也可将生存率提高到64%,且骨髓细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等可得到良好的恢复。Raw264.7移植未能恢复CD4+Foxp3-T细胞、B细胞数量,但Treg细胞数量有不太明显的上升趋势。


这些发现表明,抗生素导致肠道菌群的耗尽可能对免疫系统的组成产生影响,特别是在骨髓细胞中,导致心脏修复受损和心肌梗死后死亡率增加。在以往的研究中发现ABX可致乙酸、丁酸酯和丙酸酯比例下降,MI前补充这些SCFA可提高小鼠存活率至50%。补充SCFA加强了上皮屏障的紧密连接,然而SCFA未能改变脾脏、骨髓和外周血单核细胞比例。SCFA的补充,足以恢复骨髓细胞比例,增加梗死区周围的CX3CR1-eGFP+细胞浸润。该课题组发现SCFAs是肠道微生物群调节免疫系统的关键执行器。重要的是,通过补充SCFA足以提高生存率,这些亚代谢物的缺失削弱了免疫系统和心肌梗死后的心脏修复。


肠道菌群通过免疫调节参与梗死后修复


最后,研究人员从MI小鼠中提取肠道菌,移植到正常小鼠中,再行MI后,心功能明显变差。乳酸菌、普氏菌、梭菌和颤螺菌属存在明显差异。PICRUSt算法预测说明,在MI3D,对人类疾病和代谢相关的微生物增多。核酸代谢是MI3D潜在代谢通路,如嘌呤代谢和RNA降解。乳酸益生菌接种未能提高ABX小鼠生存率,但可提高心肌射血分数。结果表明菌群组份对心肌梗死后的心脏修复有影响,特异的肠道微生物能特异性介导治疗效果。益生菌补给后,非MI和MI的ABX小鼠心脏中髓样细胞均明显增多。HPLC结果显示益生菌补给后,血清和粪便样本中总的SCFA含量未变,而SCFA代谢物组成有些变异。丙酸酯的量明显升高,而丁酸盐的量明显降低。额外的丙酸酯对脾脏、骨髓和外周血髓样细胞水平无影响。然而该研究团队发现,非MI和MI小鼠,心肌中髓样细胞水平均明显增加。这些发现表明肠道菌群共盈群和代谢产物,如SCFA丙酸酯,能够调节宿主免疫系统和生理机能。


补充益生菌可以改变短链脂肪酸的代谢,从而调节免疫反应


综上所述,本研究调控宿主免疫证明肠道菌群与心肌梗死预后之间的关系。免疫系统在心肌损伤期间和损伤后对心肌梗死的病理生理学和恢复都起着关键作用。虽然抗生素本身对小鼠免疫存在抑制,但该研究团队的研究结果强调肠道菌群是心肌梗死恢复的关键因素。本文强有力的证据表明,肠道微生物群在有效的心脏修复中起着至关重要的作用,这可能是通过产生特定的短链脂肪酸(SCFAs)来调节免疫系统,从而调节心肌梗死后的炎症微环境。

原文出处:

1、Tang, Tony W H et al. “Loss of Gut Microbiota Alters Immune System Composition and Cripples Postinfarction Cardiac Repair.” Circulation vol. 139,5 (2019): 647-659. doi:10.1161/CIRCULATIONAHA.118.035235;

2、DeBerge, Matthew et al. “Monocytes prime autoreactive T cells after myocardial infarction.” American journal of physiology. Heart and circulatory physiology vol. 318,1 (2020): H116-H123. doi:10.1152/ajpheart.00595.2019;

3、Han, Qixin et al. “Androgen-induced gut dysbiosis disrupts glucolipid metabolism and endocrinal functions in polycystic ovary syndrome.” Microbiome vol. 9,1 101. 6 May. 2021, doi:10.1186/s40168-021-01046-5


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关键词:
肠道,菌群,心肌梗死,微生物

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