肠道菌群和高血压病的相关性

于佳冬，王军奎

(1. 西安医学院，陕西 西安 710075；2.陕西省人民医院 心血管内科，陕西 西安 710075)

1 正常人体肠道菌群特点

人的胃肠道内寄居着种类繁多的微生物，数量可达1×1014个，约为人体细胞总数的10倍，所包含的基因数约为人体基因数的100倍，是影响机体健康的“人类第二基因组”[1]，这些微生物称为肠道菌群。它们按一定的比例组合，各菌间互相制约，互相依存，在质和量上形成一种生态平衡[2]。肠道微生物群大约由1000种菌株组成，主要由六种门控制构成：变形菌、放线菌、厚壁菌、拟杆菌、梭杆菌和疣粒菌，其中90%以上的细菌种类是厚壁菌门和拟杆菌。肠道不同解剖位置的肠道微生物群的组成没有显著变化，但驻留在肠道的不同区域的微生物的数量变化很大。升结肠具有最高数量的微生物，其次是远端回肠，分别具有1011个细胞/g和107-8个细胞/g微生物。回肠末端和空肠中的含量较少，仅为102-3个细胞/g[3]。

正常情况下肠道菌群的功能有：①参与人体能量代谢，包括短链脂肪酸、胆汁酸代谢等，为细菌生长和增殖提供能量和营养物[4]；②促进营养吸收，将人类无法吸收的多糖分解为可吸收的单糖、短链脂肪酸等[4]；③调节宿主免疫反应，正常肠道微生物群是我们针对病原体和毒素的第一道内部防线，可与宿主免疫系统一起保护身体免受疾病侵害[5]；④保护肠上皮细胞屏障功能，健康微生物组通过屏障效应防止病原体定植、通过与肠上皮细胞的直接相互作用，对于共生体发生正常的保护性反应，并且在暴露于病原体时发生适当的炎症反应。相反，微生物多样性的减少和生命早期的暴露可导致免疫统过度反应抗原，易患自身免疫和过敏性疾病[5,6]。

2 高血压患者的肠道菌群改变特点

阻塞性睡眠呼吸暂停(OSA)与高血压病密切相关，Durgan[7]给予OSA大鼠高脂饮食诱导后发现大鼠血压分别于7d、14d后增加24、29mmHg。在高脂饮食诱导下的OSA大鼠肠道内产生乳酸的细菌数目显著增多，而产生丁酸的细菌数目显著减少。将正常血压和高脂肪饮食OSA(高血压)大鼠的粪菌移植给正常饮食正常血压的OSA大鼠，发现OSA受体大鼠用来自高脂肪OSA供体的盲肠内容物后第7天和第14天血压分别升高14和32mmHg。该研究表明高脂饮食和肠道菌群生态失调与OSA诱发高血压密切相关。

Yang[8]等对自发性高血压大鼠的研究发现，来自WKY(正常血压大鼠)和SHR(自发性高血压大鼠)的粪便样品均以厚壁菌门和拟杆菌为主，并且放线菌和变形菌的比例较小。与WKY相比，SHR中的F/B(厚壁菌门/拟杆菌)升高约5倍。SHR组中放线菌、双歧杆菌比例明显减少，而链球菌属和乳杆菌在SHR中数量较多。WKY组中产丁酸盐的粪球菌属和假丁酸弧菌属在肠道内积累的更多。在给予AngⅡ(血管紧张素Ⅱ)的高血压大鼠模型中产乙酸盐和丁酸盐的肠菌较少，肠道菌群的丰度降低，F/B比值升高。该研究提示高血压大鼠存在一定的肠道菌群改变，肠道菌群失调可能和高血压病有关。

Li[9]等对41名健康对照者、56名高血压前期的受试者和99名原发性高血压的患者粪便样品进行了深度宏基因组测序，发现健康对照组肠型大多以拟杆菌属为主；高血压前期和高血压患者肠道微生物α多样性、基因丰度更低，并且肠型以普氏菌属肠型为主，其产生的柔嫩梭菌属、罗氏菌属(二者同属厚壁菌门)和双歧杆菌属(放线菌门)较少，而这些菌常与肠道微生物稳态相关。刘金宝[10]对哈萨克族正常血压人群和高血压人群的肠道菌群进行了分析比较，发现高血压患者拟杆菌数量明显减少，梭菌属较正常对照组增多，这说明拟杆菌属数量减少可能和高血压的发生有一定的相关性。Yan Q[11]等研究了60名高血压患者和60名健康对照的肠道微生物组成，发现与正常血压组对比，在门的水平，高血压患者变形杆菌水平较高，但放线菌较少。在属水平，克雷伯氏菌、副细菌、迟缓艾格特菌和沙门氏菌被频繁地分布在高血压肠道组，而对照组中的柔嫩梭菌、罗氏菌和互养菌更高。

综上所述，高血压患者的肠道菌群基因丰度和多样性降低，存在明显的肠道微生物失调。

3 肠道菌群改变与高血压的关系及其可能机制

3.1 肠道菌群代谢产物和高血压

SCFA(短链脂肪酸)、TMAO(氧化三甲胺)是肠道菌群的主要代谢产物，有研究证据表明肠道微生物群和血压调节相关，肠道菌群代谢产物在其中起着重要作用。

肠道菌群是SCFA的唯一来源，SCFA可以结合并激活宿主受体，从而充当肠道微生物代谢和宿主生理学之间的“交流”途径。甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐和戊酸盐等构成了SCFA，乙、丙、丁酸盐占据了SCFA总量的95%左右[12]。以短链脂肪酸为主的肠道菌群代谢产物通过嗅觉受体(Olfr78)和G蛋白偶联受体(Gpr41)调控血压。Niranjana N[13]等研究发现在血管内皮(Gpr41)和血管平滑肌(Olfr78)中表达的SCFA受体形成复杂的网络，以响应微生物群产生的信号调节血压，SCFA正是通过Olfr78和Gpr41来调控血压。Pluznick JL[14]等用丙酸盐干预可导致大鼠血压在1～2分钟内下降约20mmHg，并在5分钟内血压恢复正常。Olfr78敲除小鼠在给予外源丙酸酯后，相比较于野生型小鼠，其血压下降的幅度更大。然而在缺乏Gpr41的小鼠中，足够剂量的丙酸盐不产生降血压反应。该研究表明激活Olfr78会升高血压，激活Gpr41会降低血压。因此推测，由肠道菌群产生的SCFAS可通过Olfr78和Gpr41受体调节血压。

肠道菌群的另外一个重要代谢产物是TMAO，富含胆碱、磷脂酰胆碱、甜菜碱的食物(如红肉、鸡蛋、牛奶等)进入体内，通过肠道菌群的代谢生成三甲胺(T M A)[15],TMA通过血液循环进入肝脏，被肝黄素单加氧酶快速氧化，形成TMAO)。Ufnal M[16]等给正常血压的SD大鼠单独注射TMAO后血压并未升高，单纯注射AngⅡ时大鼠血压升高能持续5天，AngⅡ+ TMAO注射产生的高血压反应可以一直持续2周。该研究发现TMAO不会影响正常血压动物的血压，但它能延长AngⅡ升高血压的作用时间。TMAO延长AngⅡ的升压效应是因为TMAO提高了蛋白质的生成效率，其原理是TMAO参与了某些AngⅡ受体或AngⅡ类似的肽类激素的蛋白质加工过程。

在另一项研究中，刘敏[17]等为了调查自发性高血压大鼠(SHR)的血浆TMAO水平，并探讨TMAO和AQP-2(水通道蛋白2)在高血压形成中的可能关系。将12周大的雄性大鼠分为SHR组和WKY(正常血压大鼠)组。每组随机分为四个亚组：未治疗组，TMAO组，TMAO+托伐普坦(TMAO +TVP)组和TVP组。测量收缩压(SBP)，血浆TMAO，血浆渗透压(POsm)，血浆加压素(PAVP)和血浆AQP-2(PAQP-2)的浓度。在第14周，大鼠在SHR+TMAO组中血浆TMAO，POSM，PAVP，和PAQP-2的水平增加，而SHR+TMAO+ TVP组显示血浆TMAO，POsm和PAQP-2水平降低，但PAVP更高(由于TVP阻断V2受体)。这些发现表明，SHR中血浆TMAO水平的升高导致血浆渗透压升高，触发SHR中TMAO-AVPAQP-2轴的调节，引起更大的水重吸收，最终导致高血压。

高血压和动脉硬化密切相关，近期研究发现TMAO可以促进动脉硬化的形成，其机制可能为：①上调巨噬细胞表面清道夫受体数量，促进泡沫细胞的形成[18]；②通过干扰胆固醇从肝外器官和组织逆向转运入肝脏从而影响胆固醇及脂蛋白的代谢[19]；③改变胆汁酸池的大小及结构最终影响胆固醇及脂蛋白在血浆中的水平，通过影响血压影响动脉硬化[19]；④活化蛋白激酶(PK)C和磷酸化核因子(p-NF)-κB上调血管内皮细胞黏附分子(VCAM)-1表达，使单核细胞黏附从而促进动脉斑块的形成[20]。

3.2 高盐饮食诱导肠道菌群紊乱影响高血压

高盐饮食与高血压密切相关，其机制为血钠升高引起渗透压升高，抑制脑源性神经营养因子(BDNF)依赖性TrkB受体和KCC2受体表达，使大脑中氨基丁酸(GABA)生成减少，进而降低GABA对抗利尿激素(ADH)神经元压力感受器的抑制作用，导致血管加压素释放增加及液体排出减少，进而增加心脏和血管负担，最终引发高血压、心脏病及卒中等[21]。

Wilck N[22]等发现高盐喂养的小鼠肠道的一些菌群出现明显减少，并且随着食盐量的不同有8种菌群的丰度发生了不同的变化，其中鼠乳酸杆菌关联最强。乳酸杆菌在高盐喂养过程中都保持在较低水平，在高盐喂养第一天消耗最明显，在给予大鼠正常饮食后乳酸杆菌丰度又回到了基线水平。给予正常喂养的雄性小鼠亚硝基左旋精氨酸甲酯处理3周，再正常喂食1周后将小鼠分为实验组和对照组，继续给予实验组小鼠高盐饮食3周后同时灌服鼠乳酸杆菌液，对照组继续正常喂养。结果显示实验组小鼠高盐喂养3周后收缩压和舒张压均升高，给予鼠乳酸杆菌干预后舒张压恢复正常、收缩压显著下降。该实验说明高盐饮食会打破肠道微生态的平衡，尤其是对盐敏感的乳杆菌，并且影响血压。

在人体实验中，给予12名研究对象摄入总盐量(13.8±2.6)g/d连续2周，于实验前后分别收集所有研究对象的新鲜粪便检测乳酸菌的数量，采集所有研究对象高盐摄入前后的静脉血分析其细胞数，并监测了8例研究对象的基线和高盐摄入后的夜间睡眠时血压水平。结果提示高盐摄入后肠道乳酸菌的连续检出率显著下降，外周血CD4+、IL-17A+、TFN+、TH17细胞数、夜间收缩压和舒张压均显著增加。该研究说明高盐膳食可显著减少肠道乳酸菌，使调节肠道免疫系统的CD4+、IL-17A+、TFN+、TH17增加从而引起盐敏感高血压[22]。

3.3 肠道菌群通过血管内皮功能调控高血压

高血压的发病是一种复杂的过程，血管内皮功能障碍与高血压病密切相关，血管内皮细胞所分泌的NO失衡在高血压的发生与发展中起重要作用[23]。有研究表明高血压患者血浆NO水平低于正常对照组及正常高值血压患者，说明从正常血压发展至高血压，内皮功能受损程度不同[24]。NO介导血管舒张而降低血压的机制主要有两种：(1)直接扩散引起血管平滑肌的舒张；(2)间接激活脑干前端，减少中枢交感神经传出，从而降低交感神经末梢去甲肾上腺素释放[25]。

肠道菌群可以通过内皮功能进一步影响血压。与常规饲养的小鼠(CONV-R)比较，连续7天注射剂量为1mg/(kg.d)AngⅡ的无菌小鼠(GF)的血管活性氧、血管单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)mRNA表达、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶2均减少，视黄酸受体相关的孤儿受体γt(Rorγt)以及白细胞介素(IL)17合成的标志性转录因子上调减低。这导致了血管白细胞黏附减少，Ly6G+中性粒细胞和Ly6C+单核细胞对主动脉血管壁的浸润减少，从而防止了肾脏出现炎症反应，以及防止了血管内皮功能障碍和AngⅡ诱导的血压上升。重要的是，GF心脏炎症纤维化和收缩功能障碍减少，表明在AngⅡ诱发心血管炎症应激时，GF有全身自我保护功能。该研究证明肠道菌群促进AngⅡ诱导的血管功能障碍和高血压[26]。现在也有其它研究证明血管Sirt1(Ⅲ类组蛋白去乙酰化酶)的表达是肠道微生物组依赖性内皮功能的重要决定因素，微生物组远程控制表达的血管miR-204可以靶向内皮Sirt1导致内皮功能障碍进而影响血压[27]。

4 干预肠道菌群在高血压治疗中的作用

大量的研究已经证实干预肠道菌群有助于治疗高血压，补充益生菌和饮食干预是目前最有效调节肠道菌群的方法。

4.1 补充益生菌

益生菌是定植于人体肠道内，能产生确切健康功效并且具有生物活性的活的有益微生物的总称，有研究证明补充益生菌可以改善肠道菌群影响高血压。

在大鼠实验中，与对照组接受盐水相比，给予瑞士杆菌H9发酵乳干预后6至12小时内显著减弱自发性高血压大鼠(SHR)的收缩压、舒张压和平均血压15至18mmHg。H9发酵乳摄入超过7周对SHR产生显著的降压作用，收缩压和舒张压分别降低12和10mmHg[28]。在人体实验中，高血压前期受试者被随机分为2组(每组18位)：一组用乳酸乳球菌(NRRL B-50571)发酵乳治疗，另一组用人工酸化乳处理做对照组。结果显示，每天食用发酵乳5周时，发酵乳组的收缩压[116.55±12.26 mmHg vs. 124.77±11.04 mmHg]和舒张压[(80.7±9 vs. 84.5±8.5 mmHg)]较对照组低。此外，发酵乳组血清中的甘油三酯，总胆固醇和低密度脂蛋白低于对照组。结果表明，每天食用乳酸乳球菌(NRRL B-50571)发酵乳可以降低高血压前期受试者血压，可改善高血压前期患者的胆固醇水平[29]。

吴正钧[30]等研究了乳酸菌抗高血压的机制，主要来自三方面：(1)在以乳汁为基质的生长过程中通过蛋白水解作用释放乳蛋白中具有降压作用的生物活性肽如阿片肽、ACE抑制肽等，抑制ACE活性，阻止血管紧张素Ⅰ转化为血管紧张素Ⅱ起到降血压的作用。(2)某些特定乳酸菌的菌体成分，比如Lactobacillus casei LCZW(CGMCC NO：0820)发酵乳的上清液及菌体成分对自发性高血压大鼠均有显著的降压作用。(3)部分乳酸菌可以促进机体对某些可以调节血压的矿物质的吸收。

4.2 高纤维饮食

高纤维饮食已被建议为预防和治疗高血压的营养方法。张素贞[31]等分别给予小鼠高脂高糖和高纤维饮食，结果发现随着高脂高糖饮食时间的延长，拟杆菌、厚壁菌和变形菌的数量发生了明显变化；而高纤维饮食中拟杆菌、厚壁菌的数量发生了改变，变形菌的数量无明显变化，表明高脂高糖和高纤维饮食对肠道菌群的种类和数量均有一定影响。

Marques FZ[32]等人分别给予高血压小鼠高纤维饮食和补充醋酸盐饮食，发现与高血压正常喂食组比较，高纤维喂食组和补充乙酸盐组小鼠收缩压和舒张压显著降低，心脏纤维化和左心室肥大减少。其高纤维饮食降低血压的机制是使肠道微生物生成改变、乙酸生产细菌的丰度增加，减少肠道生态失调(通过厚壁菌门与拟杆菌的比值测量)，并增加酸性变形杆菌的数量，升高SCFAs的水平，从而减缓小鼠高血压和心力衰竭的发展。

4 结语

人类的肠道拥有万亿个微生物，越来越多的研究证明肠道菌群可以参与到宿主局部及系统的代谢、免疫、慢性炎症反应等病理生理过程当中，通过其数量、相对丰度、代谢产物对高血压的形成、发展和控制产生影响。但还需要大量的动物实验和临床试验来继续探索和验证肠道菌群和高血压的作用机制、观测指标、因果关系、各干预手段的疗效等关键问题。虽然肠道菌群调控血压的机制没有完全明确，但高血压的起始器官可能是肠道菌群，以肠道菌群为靶点来预防或治疗高血压病是一个新的治疗模式，纤维膳食和益生菌在未来可能成为高血压治疗的新策略。