综述 | CIRC RES（IF:17.3）高血压中的肠道微生物群和神经炎症

编译：微科盟小木，编辑：微科盟小编、江舜尧。

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导读  

高血压是一个严重影响健康的世界性问题，包括发病率和死亡率，以及医疗资源的消耗。近50%的美国成年人患有高血压，而且这一比例还在上升。即使使用多种抗高血压药物和积极的生活方式改变，大约1/5的高血压患者的血压仍不能得到充分控制。本篇综述强调了一个高血压假说，该假说提出了血压升高和维持的替代机制。更好地理解这些机制可以为更成功的治疗开辟道路。该假说解释了最近对肠道生理学、肠道微生物群和神经炎症与高血压的关系的理解，包括肠道微生物群和肠-脑轴中肠道上皮细胞之间的双向通讯，参与调节自主神经系统活动和血压控制。肠-脑轴功能障碍(如肠道微生物失调、肠道上皮功能障碍和大脑输入异常)通过炎症介质、代谢物、循环中的细菌、传入信息改变等导致高血压，导致神经炎症和自主神经系统活动失衡，从而使血压升高。这反过来又会对肠道功能及其微生物群产生负面影响，从而加剧肠道问题。本篇综述重点讨论了高血压的肠-脑轴假说和对高血压种族差异的可能贡献。有人提出了一个新的观点，即起源于肠道并进入大脑的免疫球蛋白A包被细菌可能与高血压有关。最后，具有抗炎和抗菌特性的米诺环素被评估为一种潜在的抗高血压药物。

论文ID

  原名：Gut Microbiome and Neuroinflammation in Hypertension  

  译名：高血压中的肠道微生物群和神经炎症 

  期刊：Circulation Research   IF：17.367  

  发表时间：2022.2  

  通讯作者：Mohan K. Raizada  

  通讯作者单位：美国佛罗里达大学医学院  

  DOI：   10.1161/circresa   ha.121.319816                        

综述目录

1 前言

2 胃肠道受累

3 高血压动物模型中肠道微生物群的改变

4 高血压的脑、神经炎症和自主神经系统

5 假设:肠-脑轴功能障碍导致高血压

6 高血压患者肠道菌群失调与肠-脑轴功能障碍

6.1 正常血压和高血压

6.2 生态失调

7 黑人高血压和肠道微生物群

8 高血压中的上皮-微生物群通讯

9 肠道微生物群-IgA转运：高血压神经炎症概念的演变

10 米诺环素：抗高血压药？

11 结论及未来方向

主要内容

1 前言

在世界范围内，高血压是心血管疾病及其相关发病率和死亡率的主要可改变危险因素。在过去30年里，成人高血压患者的数量几乎翻了一番，全世界每年约有800万人死于高血压。种族和民族差异、久坐不动的生活方式以及高脂肪和低纤维含量的饮食，都是导致高血压患病率不断上升的原因。更令人不安的是，美国的血压控制率即使没有下降，也停滞不前。尽管近年来在联合使用抗高血压药物、滴定至个体患者最有效剂量以及指导生活方式改变方面取得了进展，但成功控制和治疗高血压仍然是一门艺术，而不是基于证据的实践。有证据表明，约有1/5的高血压患者即使服用3种以上的降压药也不能达到血压目标，从而出现难治性高血压，这使情况进一步复杂化。

因此，迫切需要开发基于机制的创新概念，为高血压治疗提供新的靶点。肠道及其微生物群参与血压稳态及其在高血压中的功能障碍是该领域的重要发现，并可能提供一种创新。过去6-7年里，高血压病理生理学中肠-脑轴受损的研究取得了快速进展，多名研究者对这一基本概念的验证强调了新治疗靶点的意义。因此，本篇综述旨在简要总结肠道及其微生物群在高血压，特别是人类高血压中的作用。我们还将讨论微生物群的种族/民族变化以及肠道上皮-微生物群通讯在高血压中的作用。我们还讨论了高血压领域的几个新概念，这些概念仍处于“婴儿期”，可能会指导未来的研究和治疗工作。我们的总体方法是将现有文献综合成我们认为重要的关键问题，将这一领域基于机制的知识转化为开发高血压控制的新策略。

2 胃肠道受累

考虑到高血压的长期已知的危险因素，如低纤维饮食、高盐饮食、饮酒和便秘(老年妇女)直接影响胃肠道及其微生物群，胃肠道与高血压的关系应该尽快被认识到。这是一个活跃的研究领域，有可能为缓解高血压提供关键的见解。

胃肠道能够消化和吸收机体健康所必需的有机营养物质、电解质和水，同时保持其管腔外部世界与宿主之间的紧密屏障。它通过多种方式来实现这一点。黏液层(包括杯状细胞)，将肠腔内的内容物与肠上皮分开。很少有微生物能在健康的条件下穿透或存活在这一层。上皮细胞通过紧密连接等机制形成屏障，分泌抗菌因子进一步保护宿主。肠道有一个免疫系统，它积极地监视腔内内容物和上皮细胞，并启动针对病原体的免疫反应，同时通过各种机制(如维生素生产、胆汁盐循环、短链脂肪酸合成等)保持对宿主核心共生微生物群的耐受性。同时，它有一系列复杂的转运体，将营养物质等运送到宿主体内。最早的关于肠道高血压的研究是在高血压大鼠中进行的，并描述了在高血压人群中证实的肠道微生物群失调。在大鼠身上，这与肠道病理有关，包括指示炎症的血流变化、肠道僵硬度增加、肠道肌肉层纤维化增加、杯状细胞减少、黏膜层含去甲肾上腺素纤维增加、小肠绒毛长度减少，参与封闭肠道屏障的蛋白质发生变化和肠道交感神经流的改变。补充丁酸可以改善Ang II(血管紧张素II)诱导的高血压小鼠肠道屏障的渗漏。高血压大鼠的研究表明，肠道上皮细胞改变了免疫功能。肠道上皮细胞作为抗原呈递细胞，转录组分析显示高血压患者呈递减少，同样，T细胞受体介导的反应也减少。此外，在高血压大鼠的结肠类器官培养中，这些转录变化保持不变。这些数据表明，肠道病理学存在于高血压中，并可能通过中断屏障功能(黏液和上皮细胞受累)、改变免疫反应、改变交感神经输入、血流和僵硬度来促进高血压的发生和/或维持。

3 高血压动物模型中肠道微生物群的改变

在许多高血压动物模型(包括自发性高血压大鼠、易中风的自发性高血压大鼠、Ang II诱导的高血压大鼠和小鼠、Dahl盐敏感大鼠、高盐饮食导致的高血压小鼠、醋酸去氧皮质酮盐诱导的高血压大鼠、阻塞性睡眠呼吸暂停诱导的高血压大鼠和小鼠以及通过移植高血压患者粪便而导致高血压的小鼠)中，人们普遍认为肠道微生物群发生了改变。在大多数情况下，从这些动物身上移植粪便会导致血压正常的受体出现高血压，但对Dahl盐敏感和耐药的大鼠菌株会产生矛盾的反应。

高盐饮食导致的高血压小鼠具有特异性的鼠乳杆菌(Lactobacillus murinus)缺失，补充鼠乳杆菌可通过与Th17介导的免疫相关的机制来预防高血压。顾名思义，这些细菌只存在于老鼠的肠道中。啮齿动物的肠道中有一层鳞状上皮，允许生物膜中乳杆菌的特异性粘附。在人类肠道中没有观察到类似的乳杆菌定植，尽管在口腔等部位发现了这种类型的上皮。在一些高盐饮食的人的肠道菌群中已经观察到乳杆菌的减少。但关于乳杆菌是人类肠道的正常居民还是由于饮食或使用质子泵抑制剂(可以让这些不耐酸的细菌比通常情况下更容易进入胃肠道)而产生的，仍存在争议。

如果研究发现一种特定的细菌在高血压中过多或缺失，那么就可以实施量身定制的治疗来纠正这种不平衡，这将是有用的。然而，在动物模型和高血压患者中，特定的细菌通常与高血压无关，而是整个肠道微生物群的功能发生了改变。例如，高血压的益生菌群中缺乏产生短链脂肪酸的细菌，但由于许多细菌具有这一功能，并且个体微生物群中存在不同的细菌，因此在高血压中未观察到特别缺失或过多的细菌种类或菌株。

我们和其他人的研究表明，在高血压和血压正常的动物和人群中，肠道微生物群的功能比存在的细菌更为不同。这表明高血压患者的肠道环境促进或允许微生物群的作用以及细菌群落如何相互作用的变化。大多数关于肠道微生物功能的信息与代谢有关；高血压与微生物膜运输、脂多糖生物合成和类固醇降解增加有关，但与维生素合成、氨基酸和辅助因子代谢减少有关。这种信息有时成本高昂，需要全基因组(霰弹枪)测序，而不是更便宜的16S rRNA测序。然而，随着测序成本的持续下降，再加上人们对其价值的认识，这些数据及推论应该会变得更广泛。

肠道微生物的代谢功能也可以通过测定循环代谢物来评估。这是一个新兴领域，由于缺乏将代谢物来源归因于肠道微生物群的数据库以及通过该技术测定的许多未知代谢物，该领域受到限制。肠道微生物群的代谢物是消化多种能源的结果，在高血压中很重要。Ang II诱导小鼠高血压后，肠道微生物依赖性代谢物发生改变。一些代谢物的改变表明它们具有宿主保护作用，并由肠道微生物群产生以应对高血压，而其他代谢物则可能有害。

4 高血压的脑、神经炎症和自主神经系统

自主神经系统通过交感神经和副交感神经流出控制血压。信号通过中枢自主神经网络整合到大脑中，影响自主神经系统的活动，从而影响血压。神经炎症在高血压啮齿动物的下丘脑室旁核(PVN)尤为明显，这是中枢自主神经网络的一部分，包含前自主神经元。但它也见于中枢自主神经网络的脑干区域，例如，高血压动物模型中的孤束核和腹外侧髓质。PVN的前自主神经元接收来自多个高级大脑区域的输入，包括血脑屏障外的区域。因此，它们对循环因子和输入信号(例如来自包括胃肠道在内的器官的孤束核)都有反应。信息被整合到PVN中，并传递到容纳自主神经元的脑干核。功能磁共振成像现在被用于确认人类中枢自主神经网络的组成部分，以前只能通过病变和尸检信息来了解。功能磁共振成像也发现了以前认为与血压调节无关的大脑区域，特别是那些与压力相关的血压反应性有关的区域。了解高血压患者的这些脑区是否也存在神经炎症将是一件有趣的事情。这是一个可能具有高度相关性的研究领域，但迄今为止探索甚少。

越来越多的证据支持神经炎症通过多种机制在高血压中发挥重要作用的概念。交感神经系统活动增强就是其中一个方面。支持这一观点的证据包括：神经炎症与高血压动物模型中交感神经驱动的升高密切相关。此外，交感神经驱动的增加与人类高血压有关。在动物模型中，中枢给药促炎细胞因子(如IL1β[白介素1β]和TNF[肿瘤坏死因子-α])可增加交感神经活动和血压。在高血压动物中已经注意到心脏调节脑区促炎细胞因子的表达增加。相反，抗炎细胞因子、IL-10或米诺环素可产生抗高血压反应。此外，在大鼠心衰模型中，中枢IL-10过表达降低PVN中的TNF-α、IL-1β，并减弱下丘脑炎症和交感神经兴奋。

血脑屏障(BBB)的破坏是神经炎症的另一个方面。这允许外周炎症分子和信号进入自主大脑区域。BBB的完整性受到包括神经元、星形胶质细胞、周细胞、内皮细胞和小胶质细胞在内的神经血管单元参与者之间的相互作用的严格调节。已知高血压刺激物(如Ang II)会中断神经血管单元的完整性，从而增加高血压患者的BBB通透性。例如，在高血压中，肠道生态失调和肠道上皮-微生物群失调介导的细菌和其他肠道代谢物的产生可以自由进入大脑，引发神经炎症。有证据表明，高血压中改变的细菌产物(如色氨酸代谢物、脂多糖、细胞因子、丁酸盐等)也会影响神经炎症，从而影响神经胶质细胞的功能单位，这支持了这一观点。

小胶质细胞活化是高血压神经炎症的重要组成部分。高血压刺激物直接或间接通过受微生物影响的代谢物和血脑屏障渗漏来激活小胶质细胞，损害神经元与小胶质细胞的通讯。事实上，长期的小胶质细胞激活会导致脑BBB的重要组成部分——星形细胞端足的破坏，从而加剧了这一过程。任何脑损伤都会将小胶质细胞激活至M1状态，M1激活的小胶质细胞释放促炎细胞因子和多种细胞毒性物质(如喹啉酸、谷氨酸)。因此，M1小胶质细胞表型负责创造炎症环境。这一表型因此转移到M2抗炎期，负责指导组织修复、细胞外基质形成、碎片清除，以在损伤后恢复正常的稳态平衡。我们认为，在高血压患者中，小胶质细胞M1到M2激活状态的转变被破坏，从而造成持续的炎症环境，这将是进一步研究的一个重要方向。其他神经疾病，包括阿尔茨海默病、多发性硬化症(MS)和脑脊髓炎，也报道了类似的转变。近年来，活化小胶质细胞参与高血压的概念得到了越来越多的支持，我们的研究是最早提供实验支持的。他们发现，长期Ang II输注引起的高血压导致了主要在PVN中激活的小胶质细胞的增加，这一发现现在得到了其他人的支持。中枢米诺环素输注可抑制小胶质细胞活化减轻高血压。米诺环素的这种抗高血压作用不太可能是由于其抗生素活性，因为中枢给药CMT-3(化学修饰四环素3，一种抗炎四环素衍生物，无抗菌活性)也可以改善高血压。最后，小胶质细胞的减少可以减轻高血压。尽管在动物模型中有这一强有力的证据，但小胶质细胞在人类高血压中的作用直到现在才有所进展。我们最近的初步试验表明，米诺环素治疗可显著降低难治性高血压患者的血压。这似乎也减少了正电子发射断层扫描中激活的小胶质细胞。这需要一个更大的双盲随机研究来证实。

最后，研究神经炎症通路是高血压的病因还是结果是很重要的。通过米诺环素和CMT-3等抗炎药物降低血压和减轻高血压，小胶质细胞消耗实验以及脑室内注射炎症细胞因子导致血压升高都支持了因果关系。需要进一步的研究来巩固这一概念。

5 假设:肠-脑轴功能障碍导致高血压

本篇综述的前几部分强调了肠道、肠道微生物群和神经炎症在高血压中的作用的有力证据。这些研究使我们提出了一种肠-脑双向通讯假说，用于高血压患者的血压控制和该轴内的相互作用受损，如图1和图2所示。高血压刺激，如压力、饮食、盐、母体因素、环境毒素等，会影响大脑自主神经区域，进而影响神经、内分泌和免疫通路。在高血压期间，神经通路表现出交感神经活动增加和副交感神经活动减弱。促高血压内分泌通路主要源于下丘脑-垂体-肾上腺轴的激活，而免疫通路是骨髓、肠道、脾脏和其他免疫调节器官复杂相互作用的无序相互作用。这些通路可迅速激活血管张力和血管平滑肌收缩，增加外周阻力和血压。神经活动增加也可能触发神经炎症事件，激活小胶质细胞，增加促炎分子，并在自主脑区域(主要在下丘脑室旁区域)创造炎症环境。

高血压刺激，无论是直接还是通过其对大脑的影响或两者的结合，都对肠道产生深远的影响，引起与高血压的发展和建立相关的病理生理学。肠道的关键变化包括微生物失调、上皮基因表达受损、肠壁病理和炎症。这些变化是肠道-微生物通讯功能失调的基础，从而导致肠道运动改变和通透性增加。这些事件改变宿主、细菌和微生物群中其他生物体的代谢物、循环中的免疫调节细胞和分子，在循环中对神经活动、外周炎症和其他心血管相关器官产生负面影响，从而导致高血压的形成。

该假说的双向性提出了在高血压持续存在的过程中，高血压刺激后肠道和大脑之间的协调通讯。例如，由于生态失调和肠道微生物群相互作用受损而循环的代谢产物可能会影响神经元活动、神经炎症、心脏、肾脏和血管，以及高血压刺激引起的自主神经系统驱动的结果。

图1 高血压(HTN)的双向肠-脑轴。

HTN刺激影响自主大脑区域和肠道调节血压(BP)。它们刺激大脑内分泌、神经和免疫系统相关的通路，这些通路汇聚到肠道，以调节肠道激素的分泌、微生物群落、代谢物和肠道免疫状态，最终导致HTN中上皮-微生物通讯受损。此外，HTN相关的生态失调相关的肠道代谢物通过渗漏的肠道释放到血液中，通过渗漏的血脑屏障(BBB)进入大脑，并影响神经元-小胶质细胞的通讯，从而增加神经炎症。HTN刺激也可以直接影响肠道，引发上皮-微生物相互作用的改变。插图来源: Ben Smith.

图2 高血压患者肠-脑轴功能障碍相关的主要步骤。

在自主大脑区域，主要是下丘脑室旁核，高血压刺激启动一系列信号事件，包括激活小胶质细胞、改变小胶质细胞-神经元相互作用，导致促炎环境增加。神经炎症的形成可能与影响肠道病理和功能的激素、神经和免疫影响受损有关。这包括生态失调、黏蛋白和黏液层减少、肠壁通透性增加、病理和短链脂肪酸(SCFA)减少。这将导致促炎血浆谱，直接或间接影响自主大脑区，使高血压反应持续存在。插图来源: Ben Smith.

6 高血压患者肠道菌群失调与肠-脑轴功能障碍

6.1 正常血压和高血压

自从首次提出肠道微生物失调在高血压中的作用以来，大量的研究支持和扩展了其作用，并在最近进行了综述。证据最初是相关的，例如运动既降低血压又改变肠道菌群的研究，但当发现肠道菌群失调的转移也转移了高血压表型时，就建立了一个稳固的基础。当高血压从人类转移到动物和动物转移到动物时，发现这是正确的。将健康的微生物群转移到高血压动物体内，可以降低血压并减轻高血压的许多有害后果(如神经炎症、交感神经活动增加、血管功能障碍等)。

一项研究表明，健康供体的粪便物质通过鼻胃管或下消化道给药降低高血压患者的血压。目前正在进行一项多中心、随机、双盲、安慰剂对照临床试验的试点研究(URL:https://www.clinicaltrials.gov；唯一标识符:NCT04406129)。这些研究结果表明，肠道微生物失调是高血压的一个重要特征，并为更广泛地治疗高血压提供了可能性。

6.2 生态失调

血压正常的人和高血压患者的微生物群有什么不同?一个共同的区别是，高血压患者的肠道微生物群中短链脂肪酸生产细菌(如Eubacterium rectale、Roseburia和Ruminococcaceae)的减少，以及高血压患者产生丁酸的细菌基因的减少。有趣的是，粪便中短链脂肪酸(SCFA)含量的降低与血压的降低有关。

SCFA在维持肠道上皮细胞的健康方面很重要，进而维持肠道屏障，抵御外界肠道内容物。肠道上皮细胞利用SCFAs作为能量来源，消耗肠道微生物产生的大部分SCFAs，尤其是丁酸盐。到达循环系统的SCFA的受体位于对维持血压稳态非常重要的器官中，如肾脏、交感神经系统和血管，激活这些受体会影响血压。直接或通过高纤维饲料(肠道微生物生产SCFAs的原料)补充SCFAs可以降低血压。SCFAs(如乙酸盐)作为组蛋白乙酰化酶，通过抑制组蛋白去乙酰化酶的活性和表达来调节基因表达，对血压的控制至关重要。SCFA还具有神经保护作用，可减少脂多糖诱导的神经炎症，其通过减少肠道的炎性T细胞来减少肠道炎症。最后，丁酸盐通过迷走神经向大脑发出信号，进而影响血压。

血压正常和高血压患者的微生物群的另一个区别是增加了产生脂多糖的可能性。韦荣氏菌(Veillonellae)是一种产生脂多糖的细菌，在高血压患者肠道菌群中富集；这种细菌也会影响生物膜的形成。生物膜将细菌群落包裹在细菌产生的细胞外基质中，增加了它们的粘附性，并允许群落创造一个更适宜它们生长的环境，在那里它们可以免受诸如抗生素等外部影响。生物膜中产生脂多糖的细菌比没有生物膜保护的革兰氏阴性细菌更容易引起炎症。这表明高血压微生物群在全身和脂多糖到达大脑中枢时更具炎症性，有助于激活自主神经系统和血压升高。

高盐饮食引起的高血压患者和动物肠道微生物群中乳杆菌的缺失已被报道，虽然这在其他研究中没有得到证实。所有健康个体的肠道微生物群中均未检测到乳杆菌，因此乳杆菌的缺失不能成为高盐饮食依赖性高血压的常见途径。但乳杆菌被证明与动态主动脉僵硬度指数的最低四分位数相关，这通常被认为是血压较低的指标。综上所述，尽管在高血压中参与生物膜形成、短链脂肪酸产生和脂多糖的细菌群落存在共识，但具体细菌属和种类的特征仍有待确定。

很少有研究检测全基因组测序所允许的与肠道微生物组相关的功能。我们的研究表明，功能检测对高血压与正常肠道微生物群落的区分优于微生物组成。其他使用类似方法的研究表明，高血压患者的肠道微生物群中存在膜转运、脂多糖生物合成和类固醇降解富集。与此同时，与健康相关的重要功能如支链氨基酸的生物合成和转运、酮体生物合成、双组分调节系统、蛋氨酸和嘌呤的降解以及维生素D3的产生均显著降低。这些数据表明，肠道微生物群落的功能在确定高血压状态方面可能比细菌组成更重要。

7 黑人高血压和肠道微生物群

非西班牙裔美国黑人高血压患病率(56%)仍显著高于非西班牙裔白人(WA，47%)、非西班牙裔亚裔(45%)和西班牙裔美国人(44%)。非西班牙裔美国黑人患高血压的年龄较早，由此导致的高血压往往更严重，而且难以治疗。难治性高血压被定义为血压≥130/90 mm Hg的患者，尽管改变了生活方式并使用了足够剂量的≥3种抗高血压药物，如利尿剂。此外，黑人患者更可能表现为血压不下降，左心室肥厚患病率增加，中风风险增加。因此，约50%的非西班牙裔美国黑人高血压患者患有无法控制的高血压。非西班牙裔美国黑人在心血管疾病、终末期肾病和中风方面的负担明显加重，导致较高的发病率和死亡率。

遗传、肥胖、高盐敏感性、低血浆肾素、血管功能异常和环境因素(饮食、久坐不动、与种族不平等和贫困有关的压力、暴露在空气污染的颗粒物中)都是造成这种差异的重要因素。例如，一项对30000名参与者进行了长达9年的跟踪研究表明，食用油炸食品、器官和加工肉类等典型的南方饮食是黑人和WA之间高血压发病率差异的最大媒介。与WA相比，黑人富含水果、蔬菜、全谷物和低脂肪的饮食可以更有效地降低血压。此外，正在进行的一项大型研究表明，遗传和环境风险因素不成比例地加重黑人患心血管疾病和高血压的负担。该研究的主要观察结果和Barbershop集群随机试验的结果表明，提高公众健康意识和治疗有助于控制非西班牙裔美国黑人的高血压。尽管如此，由于血压的多因素影响和目前的治疗方法难以适应这类患者，成功控制和管理非西班牙裔美国黑人高血压的挑战仍然存在。有趣的是，代谢组学和宏基因组学的最新进展，加上高血压中肠道微生物群失调的证据，引出了这样一个问题：肠道微生物群及其与肠道上皮细胞的通讯是描述美国黑人种族差异的“圣杯”吗？下面，我们总结了目前关于黑人患者的微生物群和高血压的知识，并提供了我们对其临床意义的观点。

肠道及其微生物群参与的最初指征来自Zheng等人的研究，他们确定了ARIC(社区动脉粥样硬化风险)研究中随机选择的黑人参与者的子样本的代谢组学特征。关键的观察结果是，4-羟基马尿酸盐(肠道微生物和宿主代谢的产物)从基线水平每增加1 SD，高血压的风险就会增加18%。我们结合代谢组学和微生物群分析的小型队列研究表明，黑人患者的HBP与更高的氧化应激、胰岛素抵抗和肠道缺血有关。此外，多变量分析显示，黑人高血压和WA高血压患者的肠道微生物群存在显著差异(图3)。Chen等人测试了一个概念，即饮食中钠含量的降低与SCFAs的有益作用有关，SCFAs是肠道微生物群的主要产物。这一预测的基础是有证据表明盐对肠道微生物群有显著影响，而且黑人高血压患者对盐的敏感性更高，对盐的处理能力也更差。145名参与者(42%是黑人)的随机、双盲、安慰剂对照交叉试验表明，钠的减少增加了8种SCFAs，包括丁酸和异丁酸。

图3 肠道微生物群的主成分分析显示，美国黑人和白人(WA)参比人群与高血压人群之间存在明显的基因聚类差异。

基于机器学习获得的鸟枪测序(所有63名患者的1817个总基因池)的中心对数比转换的降噪患病率数据，三维PCA显示为95%置信椭球。每个点代表一个单独的个体。平均血压(BPs)为WA-REF=121/73 mm Hg，WA-高血压(HTN=149/79 mm Hg，黑人REF=125/77 mm Hg，黑人HTN=151/85 mm Hg。

8 高血压中的上皮-微生物群通讯

肠上皮在调节涉及肠-脑轴的整体机体稳态中至关重要。正常上皮细胞功能通过保持肠道屏障特性和隔离有害分子、微生物代谢物、免疫细胞和炎症分子来保护重要器官免受有害影响。因此，任何上皮细胞结构或功能上的破坏都会导致肠壁上皮封闭的丧失和渗漏的增加。事实上，肠道渗漏的增加与慢性疾病的发病机制有关，如帕金森和阿尔茨海默病、肥胖、炎症性肠病(IBD)、其他肠道炎症条件，甚至衰老。部分肠道微生物群落与肠道密切接触，因此处于对上皮细胞施加表观遗传影响的理想位置。这种肠道微生物群通讯被认为是双向的。例如，微生物群的多种信号和代谢通路已被证明影响上皮基因和功能。微生物代谢物(如SCFA和色氨酸的分解代谢产物)是影响上皮细胞的微生物中的两个确定候选物。SCFA影响紧密连接蛋白的表达，抑制组蛋白去乙酰化酶和影响上皮细胞转换、生长和细胞功能的免疫信号转导相关基因，而色氨酸代谢产物则影响抗炎和保护屏障功能。调节粘蛋白分泌和AMP(抗菌肽)的产生是涉及到模式识别受体/MYD88的另一种微生物通信手段。另一个信号传递成分是炎性小体。这些是多聚体，具有酶活性的蛋白质复合物，在感知细菌衍生的分子模式后组装在细胞质中，并激活先天性免疫细胞内的炎症细胞因子。此外，多样化、健康的微生物群为NLRP6(NLR家族，含pyrin结构域蛋白6)炎性小体类的激活提供信号，这一过程可能会因生态失调而受损，从而启动一系列信号，降低AMPs的产生并促进炎症的发生。最后，微生物群是多胺(精胺、腐胺、组胺等)的重要来源，其抗炎活性会被其他微生物产物(如牛磺酸)抵消。综上所述，这些观察结果为肠道上皮功能受微生物驱动影响的概念奠定了基础。

有限但重要的证据表明，上皮启动肠道与微生物群之间的通讯。上皮细胞是最先接受环境、物理和神经信号的细胞之一，对肠道微生物稳态有强烈的影响。其中一种效应物质是5-羟色胺(5-HT)，约95%的5-HT存在于肠道中。5-HT主要由肠上皮中的肠嗜铬细胞产生，是肠神经系统、肠道运动和炎症的重要调节因子，主要通过抑制肠道迷走神经传入。这种生物胺水平的改变在许多涉及失调的肠道炎症疾病中被发现，这一事实表明5-HT可能对微生物群落有直接影响。有证据表明，缺乏色氨酸羟化酶的小鼠肠道5-HT显著减少，肠道微生物群改变，结肠炎严重程度降低，这支持了这一观点。此外，5-HT被证明可以抑制和刺激其他共生菌群。

最后，microRNAs在上皮-微生物群相互作用中的作用是一个迅速兴起的研究领域。以下发现支持这一观点：(1)miRNAs进入细菌并与细菌核酸共定位，表明其对微生物群的影响；(2)上皮细胞中的miRNA谱与微生物状态相关；(3)将miR-515-5p和miR-1226-5p等人类miRNA导入具核梭杆菌(F. nucleatum)和大肠杆菌(E. coli)中，可以诱导16S RNA转录的变化；(4)粪便miRNA移植引起了显著的微生物变化。miR-21通过影响肠道微生物群而加重DS诱导的结肠炎，并且差异表达的miRNAs(miR-199a、miR-1226、miR-548a和miR-515-5p)影响与IBD增加相关的具核梭杆菌和大肠杆菌的生长。

是否有证据表明高血压患者的上皮-微生物双向通讯受损?新出现的数据支持这一论点：(1)在动物模型和人类高血压中都观察到肠漏，这为功能障碍的后遗症提供了重要线索。这与紧密连接蛋白的基因表达改变有关。(2)肠漏的后果是某些代谢物、毒素和IgA包被的细菌易位到体循环中，对血管、炎症和神经机制产生深远的不利影响。与丁酸盐相关的细菌群落减少以及对上皮细胞、血浆丁酸盐和血压的后续影响是确定的。已发现增加的脂多糖和血浆水平与高血压之间呈正相关。包括5-HT在内的色氨酸代谢产物改变与高血压和慢性肾脏疾病有关，但具体机制尚不清楚。(3)结肠和结肠类器官的转录组学正开始揭示上皮细胞中与高血压相关的表观遗传变化，并鉴别具有潜在相互作用/影响微生物群的候选基因。我们的数据显示，自发性高血压大鼠(SHR)结肠上皮与正常血压对照组相比，表现出独特的基因表达谱。例如，与T细胞受体信号传导相关的基因以及与免疫、屏障功能和失调有关的基因的减少，首次表明它们在高血压细菌群落改变中的潜在作用。接下来，我们使用结肠类器官培养为上皮基因与微生物群相互作用的鉴定奠定基础。我们发现SHR中与抗原呈递、免疫反应、病毒防御反应通路相关的基因显著减少。这一观察结果使我们认为，这些通路基因表达的降低可能会损害SHR中不断增加的免疫和其他防御反应，进而改变上皮细胞增殖、分化和代谢。我们对SHR中与高血压相关的基因表达和肠道菌群丰度进行了相关性分析，观察到与SHR相比，Wistar Kyoto中Allobaculum、Bifdobacterium、Blautia和Gordonibacter的富集与肠上皮中大多数基因集的表达增加显著相关，如抗原呈送(RT.Ba、RT.Bb)、免疫应答(Cd69、Ccl20)和细胞连接组织(Cldn10、Plec)(图4;相关系数(r)截断值为0.81, P<0.05)。有趣的是，双歧杆菌(Bifdobacterium)、Allobaculum和布劳特氏菌(Blautia)是产生丁酸的细菌，它们的数量在高血压患者中减少，这与降低高血压相关血浆丁酸、产生丁酸的细菌群落以及通过丁酸治疗缓解高血压病理生理的证据相一致。相比之下，Turicibacter的富集可能与SHR中抗原呈递基因的下调有关。总的来说，这种相关性分析指出了生物信息学结合类器官宏基因组学在识别上皮-微生物群相互作用中关键靶点方面的潜力(图4)。总之，尽管有限的数据支持高血压患者上皮-微生物通讯改变的观点，但需要更多的研究来描述细节。

图4 肠道微生物群组成的改变与Wistar Kyoto(WKY)大鼠和自发性高血压大鼠(SHR)肠道上皮功能基因组的基因表达相关。

将细菌属的标准化丰度数据与RNA-seq数据中的基因表达值进行相关性分析。使用MATLAB软件为所有样本生成Pearson相关系数(r)，不考虑组，截断值为0.811(n=5，P<0.05)，并使用像素图显示。红色突出显示的属正相关，蓝色突出显示的属负相关。

9 肠道微生物群-IgA转运：高血压神经炎症概念的演变

免疫球蛋白A(IgA)正在成为涉及肠-脑轴功能障碍的疾病中动态肠道微生物群通讯和调节神经炎症信号传导的重要分子。IgA同型抗体产生细胞是源于骨髓造血干细胞的B淋巴细胞。未成熟的B细胞离开骨髓，迁移到淋巴器官，如脾脏、淋巴结和肠道相关淋巴组织，在那里它们被激活并分化为浆细胞以响应抗原。这些浆细胞位于肠道固有层，在那里它们产生大量的抗体，以响应肠道环境，包括细菌群落。分泌型IgA由基底外侧产生，通过上皮细胞运输并释放到腔内，此时它处于与细菌相互作用的理想位置(图5)。IgA和IgA+浆细胞在血液中循环，可以靶向相关器官，如肺、肾、血管和大脑。因此，浆细胞和IgA在调节肠道黏膜免疫中起重要作用。IgA与特定的肠道细菌类群结合，称为IgA包被，具有多种功能。这包括提供抵御病原体和毒素的保护，促进有益细菌的宿主定植以及改变细菌和病毒对上皮细胞的粘附，影响上皮细胞与微生物群的通讯。近期的研究将细菌流式细胞术与高通量16S测序相结合，对IgA包被细菌类群进行了表征，有四个主要的门(放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门)，这表明IgA包被的多样性可能在定义肠道相关疾病的免疫病理学中很重要。

图5 免疫球蛋白A(IgA)对高血压患者肠道菌群的影响。为了响应部分由改变的微生物群产生的抗原信号，IgA B细胞被激活为浆细胞，产生二聚IgA(dIgA)。dIgAs结合在上皮细胞基底外侧表达的多聚Ig受体(PIgR)上。然后，该复合体被运送到顶端表面，在那里PIgR被切割以产生分泌型IgA(SIgA)。SIgA以抗原特异性的方式结合并包被细菌，从而改变其功能。这可能包括生长抑制、聚集和消除有益细菌，并影响有害细菌的增殖和毒素的产生。我们还提出，高血压特异性IgA结合细菌类群可能通过肠道漏液和血脑屏障(BBB)转移到大脑，从而引发神经炎症。

Rojas等人的研究是最早证明IgA+浆细胞和生态失调在实验性自身免疫性脑脊髓炎和MS中的作用的研究之一。他们证明，患有实验性自身免疫性脑脊髓炎的小鼠大脑中的一些浆细胞起源于肠道，并产生高水平的IgA。观察到小鼠肠道中IgA+浆细胞显著减少，IgA包被的粪便细菌减少，进一步的缺失加剧了疾病。这表明它们参与了微生物失调和大脑炎症过程。有趣的是，该研究还表明，MS患者在MS复发期间，由于肠道外的IgA+细胞动员，粪便中细菌结合的IgA减少。总之，这些证据支持了IgA+浆细胞参与抑制实验性自身免疫性脑脊髓炎相关神经炎症的论点，最近来自Pröbstel等人的研究证据支持了这一观点。IgA结合的细菌类群(操作分类单元)的比例在MS中显著增加，肠道相关IgA+ B细胞和浆细胞易位至中枢神经系统减弱了神经炎症。

也有证据表明IgA和浆细胞与1型糖尿病有关。Huang等人证明，新诊断的1型糖尿病患者的微生物群发生了改变，与肠道细菌结合的IgA也相应增加。将1型糖尿病供体的粪便移植到无菌非肥胖糖尿病小鼠体内可增强肠道通透性、肠道抗菌肽表达、减少胰腺中IgA+ B细胞，并增加盲肠、结肠和粪便中IgA结合细菌。总之，这是在1型糖尿病发病机制中，将IgA免疫反应与SCFA(乙酸)调节的肠道菌群联系起来的第一个证据。最后，IgA在肠易激综合征(IBS)中调节肠道稳态的作用已被广泛研究。44例腹泻型肠易激综合征患者的粪便IgA升高，肠道微生物组成发生改变。与健康对照组相比，这与IgA包被细菌的增加有关，特别是肠易综合征中的大肠杆菌-志贺氏菌(Escherichia-Shigella)、颗粒链菌属(Granulicatella)和嗜血杆菌(Hemophilus)。这些发现表明，IBS中的生态失调导致较高的IgA产生，增加的IgA包被细菌导致局部炎症反应和IBS的表现。上述研究中出现了一个共同的主题，即IgA和浆细胞在肠道相关神经和其他慢性疾病中的参与。改变的微生物群似乎是激活肠道PB细胞为产生大量IgA的浆细胞的重要触发步骤。这种选择性地包被负责的细菌分类群，改变了其组成和微生物群-上皮的相互作用。或者，不能排除功能失调的浆细胞过度产生IgA，从而导致更大的细菌IgA包被的可能性。由于肠道渗漏，增加的IgA和浆细胞也可能进入循环，转移到大脑和其他相关器官，从而影响免疫状态。

既然生态失调和神经炎症都是高血压的关键因素，那么IgA和产生IgA的浆细胞是否与高血压有关？尽管早期有报告称SHR中循环IgA增加，但在描述其参与方面进展甚微。在高血压前期SHR中IgA的增加清楚地表明它的作用并非继发于高血压。衰竭实验证实了浆细胞对高血压的作用。Taylor等人发现硼替佐米对浆细胞的消耗可减轻高血压、肾损伤以及B-和T-细胞向肾脏浸润。一项涉及12373名参与者的横断面研究表明，循环IgA水平的增加与高血压的患病率和血压相关。另一项对61名高血压患者和55名对照组患者的研究表明，相比于其他免疫球蛋白，IgA水平显著增加。尽管有这些数据，但在阐述IgA和浆细胞在高血压病理生理学中的作用和重要性方面存在重大的知识空白，如主要事件是肠道微生物失调还是浆细胞功能障碍。我们在高血压(N=13)和正常(N=9)受试者的小队列中进行了一项原则性验证研究。粪便样本的IgA包被细菌显示出在高血压患者中增加的趋势，(图6)首次表明IgA和相关细菌在高血压中的类似作用。

图6 IgA包被细菌在高血压患者中富集。

从正常血压(N=9，收缩压[SBP]：115 mm Hg)和高血压(N=13，SBP:145 mm Hg)受试者的粪便样本中分离的粪便细菌，用PE结合抗人IgA染色，通过流式细胞术测定粪便中IgA包被细菌的百分比。A未染色对照。B和C，正常血压(B)和高血压受试者(C)粪便细菌的代表性IgA染色。D通过流式细胞术测定9名正常血压受试者和13名高血压受试者粪便中IgA包被和非包被细菌的的百分比(平均值±SEM)。

10 米诺环素：抗高血压药？

米诺环素是四环素家族的一种抗生素，具有抗炎特性。其穿透血脑屏障的能力、从肠道快速吸收的能力、几十年临床使用中非常好的安全记录以及其双重抗生素和抗炎特性，使其被评估为可减轻许多涉及神经炎症的神经疾病。有趣的是，尽管在中风、MS、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症(ALS)和亨廷顿病的动物模型中取得了成功，但米诺环素治疗神经炎症性疾病的临床试验的成功有限。

基于以下原因，我们决定测试米诺环素对难治性高血压的疗效：(1)广泛的动物实验已经证实米诺环素可以降低高血压和高血压的病理生理。这些效应与PVN和其他自主脑区域的活性小胶质细胞的减少以及交感神经活动的减少有关。(2)米诺环素可使高血压大鼠的肠道微生物群组成向正常血压动物的肠道微生物群组成重新平衡。高血压对微生物群的影响与米诺环素对其他疾病(如抑郁、焦虑和阿尔茨海默病)的肠道微生物群和神经炎症的影响是一致的。(3)在实验性结肠炎和其他肠道炎症疾病中，该药物有良好的疗效，可诱导黏膜愈合，减少肠道炎症。(4)米诺环素可防止啮齿类动物模型中糖尿病视网膜病变的发生。此外，一项针对2型糖尿病患者的观察性研究表明，在一组2型糖尿病患者中，它降低了糖化血红蛋白，降低了血压，改善了视力和与神经病变相关的症状。综上所述，这些观察结果表明米诺环素可能对神经炎症、肠道微生物及其病理生理、肠道免疫和促炎机制有益，这些过程也与高血压相关。

一项对高危难治性高血压患者进行的开放标记研究支持了这一论点。我们观察到，26例患者中有16例(62%)对米诺环素有反应，日间动态平均收缩压降低(135/74至124/68 mm Hg)。日间动态收缩压降低与含有CD161+IL17+和CCR6+ITGb7+CD161+IL17+标记物的循环CD4+细胞减少相关。这表明米诺环素治疗降低了肠道炎症细胞的数量。这些数据是诱人的，但显然还需要更多的研究来阐明米诺环素在难治性高血压中的作用。

与其他仅具有抗炎或抗生素特性的药物相比，米诺环素在难治性高血压患者中的抗高血压作用独特吗?几乎没有证据支持这一论点。我们可以预测，这类药物会影响血压，因为炎症和肠道微生物失调是高血压的标志性事件。但结果却令人沮丧，部分原因是非甾体抗炎药与心血管不良反应有关，这导致在人类高血压动物模型中测试其他具有降低血压特性的抗炎药时要谨慎。因此，抗炎/免疫抑制药物对高血压的有效性目前仍存在疑问。

抗生素对BP影响的证据主要来自动物研究，大多是间接的，有时是不同的。一项早期研究表明，抗生素治疗显著降低了皮质酮引起的血压升高。在一项研究中，强力霉素治疗降低了SHR患者的血压，但在另一项研究中没有效果，尽管抗生素减弱了血管重塑。在SHR中，万古霉素降低了血压，而新霉素并没有改变血压。最近，Galla等人证实，阿莫西林治疗可降低SHR患者的血压，并改变了肠道微生物群。有趣的是，这种降低血压的疗效在停用抗生素治疗后仍然存在。他们的结论是，阿莫西林改变了肠道微生物群，具有长期的抗高血压作用，甚至影响到它们的后代。我们的研究支持了肠道微生物印迹从母体传播到后代的概念。一些研究表明某些抗生素在人类高血压中具有降低血压的作用，虽然是间接作用。例如，与氨苄西林联合治疗可能通过增加氨氯地平的生物利用度来增强其抗高血压反应。在一项对7100名接受钙通道阻滞剂的老年患者的研究中，红霉素和克拉霉素与低血压风险的增加密切相关。最后，我们的病例研究显示，在一名有长期高血压病史的69岁女性患者中，联合使用抗生素具有显著的降血压效果。

综上所述，显然同时针对炎症和肠道微生物群的药物可能更有可能降低高血压患者的血压，特别是难治性高血压患者。拥有长期安全记录的米诺环素会成为首选药物吗?这仍然是一个悬而未决的问题，2个正在进行的临床试验(NCT02133872和NCT04478500)可能会解决这个问题。

11 结论及未来方向

自从不到10年前首次证明高血压导致生态失调以来，已经取得了重大进展，并提出了新的概念。已提出微生物群参与高血压起始的证据。此外，关于血压控制中的双向通讯和高血压中肠-脑轴功能障碍的假设也得到了基本支持。也有证据支持肠道上皮细胞和可能在高血压中受损的细菌群落之间的积极相互作用。我们已经提出了在全身和神经炎症中涉及抗原呈递基因和IgA+细胞的上皮-细菌通讯的创新性想法。人体研究越来越多地表明微生物群与种族高血压的差异有关。最后，一项小型试验表明，米诺环素治疗可降低难治性高血压患者的血压，从而实现肠-脑轴功能障碍的转译意义。

展望未来，我们建议微生物组与高血压的研究应重点关注以下关键问题，以继续推进基础科学机制，并制定高血压控制的创新策略：

•上皮表观遗传学在生理稳态中起着重要的作用。这些表观遗传影响在高血压中是如何改变的？

• IgA和浆细胞参与炎症信号向心血管相关器官(如心脏、肾脏、大脑等)的传递将是一个重要的研究途径。

•动物模型实验无疑是重要的，它提供了机制信息的主干。然而，考虑到动物模型不可逾越的局限性，应该继续努力验证人类高血压的概念。例如，是否可以利用结肠活检组织制作三维类器官培养或结肠纳米芯片来研究高血压患者的上皮基因及其相互作用的细菌伙伴？IgA细菌可以从受试者的粪便中分析到与全身和神经炎症有关的分类群。

•性别相关的血压调节差异已经得到了很好的证实，但关于肠道微生物群在其中的作用知之甚少。有证据表明：(1)男性和女性的性激素对肠道微生物群的调节存在差异，肠道微生物群对性激素的代谢存在差异，这将是一个相关的未来方向。(2)母体肠道微生物群对后代的重大影响可能在高血压易感性的跨代传播中发挥作用。

•需要一项适当的试验来证实米诺环素对难治性高血压的有益作用。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.121.319816