与肥胖相关的短链脂肪酸水平失衡对妊娠期高血压疾病影响的研究进展

宋伟，李光辉

(首都医科大学附属北京妇产医院/北京妇幼保健院围产医学部，北京 100026)

妊娠期高血压疾病(hypertension disorder in pregnancy，HDP)是一种严重威胁孕产妇及围生儿生命安全的产科并发症，占2017中国孕产妇死亡原因的10.4%[1]。亚临床炎症反应是影响HDP的关键病理生理过程[2]，具体包括胎-母交界面局部的异常炎症反应诱导细胞活化、凋亡、血管内皮损伤等过程，影响滋养细胞的侵袭及血管重构，导致胎盘发育不良及缺血缺氧；胎盘缺血缺氧加重局部炎症反应，大量的促炎因子释放入血，继而导致全身小动脉痉挛，同时缺血缺氧程度进一步加重；促炎因子及生物活性物质导致血管内炎症反应、血管痉挛、血管内皮细胞损伤，HDP患者肝、肾等重要脏器功能损伤加重[3-6]。肥胖是HDP的独立危险因素[7]，中国肥胖孕妇中HDP发生率高达16.9%[8]。受肥胖的影响，机体激素水平、炎症反应、内皮损伤、内脏脂肪分布等均异于正常体重人群，诱发高血压[9]，但具体机制尚不明确。

人体大多数微生物群体寄居于肠道，称为肠道菌群，参与食物的降解、代谢，其代谢产物及相互作用构成了肠道微生态[10]。随着研究的深入，发现肠道菌群紊乱与高血压、肥胖、胰岛素抵抗等代谢综合征密切相关[11]。尤其受到妊娠的影响，肠道微生态的稳态更易被破坏，进而导致机体短链脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)水平变化，影响宿主的正常代谢[12]。现对肥胖、肠道菌群紊乱、SCFA的相互关系以及SCFA的生理调控作用进行综述。

1 肥胖、肠道菌群紊乱影响机体SCFA水平

针对饮食诱导的肥胖小鼠模型的研究发现，肥胖与肠道菌群紊乱互为因果[13]。正常成人肠道内厚壁菌门是拟杆菌门的10.9倍(厚壁菌门/拟杆菌门为10.9)[14]。异常的厚壁菌门/拟杆菌门比例、伴有菌群多样性的丧失，提示肠道菌群紊乱[15]。非妊娠的肥胖人群中，厚壁菌门占优势，而拟杆菌门处于绝对劣势，肠道菌群多样性丧失，出现典型的菌群紊乱[16]。虽然肥胖与肠道菌群紊乱互为因果，但是两者间的主导地位尚不清晰。肥胖与妊娠协同作用亦可导致肠道菌群稳态失衡。关于妊娠期的研究发现，肥胖孕妇肠道菌群厚壁菌门处于劣势，而拟杆菌门占据相对优势，同时伴有菌群种类的减少[17-18]，这也是肠道菌群紊乱的一种表现。肠道菌群紊乱则直接影响宿主体内的SCFA水平[19]。

肠道内绝大部分的SFCA由拟杆菌门(如优杆菌属、梭菌属)在结肠内利用低聚糖、非淀粉多糖、抗性淀粉等未消化碳水化合物发酵产生，是6种含有1～6个碳原子的有机脂肪酸的统称，主要包括乙酸、丙酸及丁酸，三者占SCFA总量的80%[20-21]。SCFA产生过程较为复杂，丙酮酸经乙酰辅酶A或Wood-Ljungdahl途径分解成乙酸；经由C1-body途径或一氧化碳途径合成乙酸；琥珀酸转化为甲基丙二酰辅酶A的过程中产生丙酸；经过丁酸酶、磷酸丁酸转移酶、丁酰辅酶A∶乙酰辅酶A转换酶的作用，丁酰辅酶A可以转换为丁酸；乳酸和乙酸可以合成丙酸及丁酸[22]。SCFA经小肠、升结肠、横结肠吸收后依次进入肠系膜上动脉、门静脉系统，经肝脏后进入体循环[23]。SCFA通过与G蛋白偶联受体(G protein-coupled receptors，GPRs)相互结合传递生物化学信号，在各种生理过程中起关键调控作用[24]。GPRs由众多成员组成，其共同特征为七次跨膜α螺旋结构，与SCFA特异性结合的GPRs主要包括GPR43(非酯化脂肪酸受体2)、GPR41(非酯化脂肪酸受体3)、嗅觉受体51E2[25]。GPR43及GPR41在人体多种细胞中广泛表达，如上皮细胞、巨噬细胞、淋巴细胞等，对乙酸、丙酸、丁酸均敏感；嗅觉受体51E2除在前列腺、气道平滑肌等器官组织表达外，在胎盘组织也呈高表达，甚至强于气道平滑肌细胞及结肠上皮细胞，并对乙酸、丙酸敏感[25]。这些GPRs在不同细胞中的表达水平差异可能受肠道菌群的调控，但缺乏直接证据。SCFA在维持肠道稳态的过程中发挥重要作用，并具有调节机体炎症反应程度、能量摄入及代谢、血管收缩及肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)等生理功能。机体SCFA水平改变可能影响其发挥正常的生理功能，进而导致HDP，并加重HDP的病理生理过程。

2 SCFA的生理功能及其失衡对HDP的影响

在高血压模型小鼠的研究中发现，肠道微生态紊乱伴有菌群多样性丧失，尤其是产生SCFA(乙酸、丁酸)的菌群数量减少，而产乳酸菌群增加，这种现象在小样本的人群中得到了验证[26]。有研究发现，与给予正常纤维素(47.6%)未添加乙酸饮食的小鼠相比，给予高纤维素(72.7%)并添加乙酸饮食的小鼠收缩压及舒张压均有所降低[27]。一项针对肥胖孕妇开展的研究发现，产丁酸细菌及丁酸产量降低，且与宿主血压及体质指数呈负相关[28]。基于上述研究认为，机体SCFA水平的变化在HDP的病理生理过程中发挥一定作用，但具体机制尚不明确，可能与SCFA在炎症反应、能量代谢以及血压等方面的调控作用相关。

2.1过度炎症反应加重HDP的病理生理过程 SCFA在炎症反应过程中起关键的调控作用[29]。增加食物内的膳食纤维或全麦类饮食虽然不能改善机体胰岛素敏感性、降低胰岛素抵抗程度，但能提高肠道及血清SCFA水平，同时降低炎症反应程度[30]。多项研究阐明了SCFA对炎症反应的抑制作用及可能的调控机制。

首先，SCFA通过与GPRs特异性结合调节免疫细胞的分化与趋化、抑制促炎因子的释放，调控机体的炎症反应。Maslowski等[31]研究发现，GPR43基因敲除小鼠出现结肠炎、关节炎及哮喘进行性加重现象，同时伴有炎症因子、免疫细胞活化水平升高，在无菌小鼠中也出现相同的表现。当给予小鼠高纤维素食物后，其气道分泌物中GPR43的表达上调，同时血清中促炎因子均显著降低[32]。GPR43在免疫细胞中呈高表达，尤其是在调节性T淋巴细胞及中性粒细胞中，当GPR43与SCFA特异性结合后能够抑制免疫细胞中组蛋白脱乙酰氨基酶的表达及功能[33]。补充SCFA能提高流行性感冒小鼠细胞毒性T淋巴细胞的活性，缓解炎症反应[34]。SCFA能够抑制辅助T淋巴细胞向抗炎症反应表型的分化[35]，同时抑制中性粒细胞释放促炎因子[36]。炎症反应发生时，SCFA能够刺激中性粒细胞的募集，并调控氧自由基及细胞吞噬作用[37]。SCFA通过诱导巨噬细胞向M2型分化，减轻结肠局部的炎症反应[38]，还能够降低因过敏导致的气道高反应性及炎症反应[39]。SCFA通过活化促分裂原活化的蛋白激酶14和胞外信号调节激酶信号通路，释放趋化因子[40]，抑制前列腺素E2、单核细胞趋化蛋白-1、白细胞介素(interleukin,IL)-10等促炎因子及血管活血物质的释放[41]。此外，丁酸能够抑制IL-2及γ干扰素的生成，乙酸和丙酸增加γ干扰素、IL-10的生成，并部分抑制丁酸对IL-2的调控作用[36]；牛的胎盘中，丙酸水平与促炎因子的释放呈负相关[42]。以上证据表明，SCFA通过与GPRs结合，尤其是调控并激活GPR43，抑制机体的炎症反应。

其次，SCFA能够抑制脂多糖经肠道吸收入血，并阻断Toll样受体4信号通路，抑制促炎因子的释放。肠道中G-细菌细胞壁富含脂多糖，妊娠期间肠道微生态失衡，肠道内渗透压改变、上皮细胞通透性增加，肠道上皮细胞的屏障功能减弱，导致大量脂多糖进入宿主循环系统[43]。脂多糖能够激活巨噬细胞及其他细胞细胞膜上的Toll样受体4信号通路[44]，通过募集下游蛋白，如髓样分化因子88及其配体样蛋白(Toll/IL-1受体相关蛋白/髓样分化因子88连接蛋白)，增强炎症反应；并依次激活IL受体相关激酶、肿瘤坏死因子受体相关分子6、转化生长因子激酶1、c-Jun氨基端激酶和核因子κB抑制剂激酶配体；核因子κB抑制剂激酶配体与核因子κB抑制剂激酶/核因子κB抑制蛋白/核因子κB结合，维持未激活状态，继而被蛋白酶水解，导致核因子κB进入细胞核，刺激靶细胞迅速释放促炎因子，包括IL-1β、IL-6、IL-12、IL-23、肿瘤坏死因子-α等[45]。肠道菌群紊乱及上皮细胞屏障功能减弱可导致脂多糖、促炎因子等肠道菌群代谢副产物大量进入母体循环系统，引起低强度的亚临床炎症反应[46]。丁酸不仅为结肠上皮细胞提供能量以维持细胞正常功能，同时稳定菌群特异性转化因子、恢复肠腔内的厌氧状态、维护肠道微环境的稳态，还能够上调上皮细胞间隙中结合蛋白的表达、黏蛋白的分泌，维持肠道上皮细胞的屏障功能，减少进入宿主循环系统的脂多糖[47-48]。此外，有学者认为，丁酸、丙酸能够通过升高前列腺素E2的表达抑制肿瘤坏死因子-α的产生，并下调核因子κB的活化进而阻断Toll样受体4信号通路，以抑制炎症反应[49]。

因此，肥胖/肠道菌群紊乱的相互作用影响宿主SCFA的正常水平，可导致机体过度的炎症反应。值得注意的是，HDP患者血清中促炎因子水平升高[50]，伴有Toll样受体信号通路激活[51]，这与脂多糖导致的亚临床型炎症反应基本一致。同时，由于肠道微环境稳态失衡，宿主血清中脂多糖、支链氨基酸和芳香族氨基酸水平升高，导致胰岛素抵抗[20]。亚临床炎症反应与胰岛素抵抗呈正相关[52]，两者协同作用，形成了向HDP发展的标志性途径[53]。在胎盘形成过程中，胎母交界面的异常炎症反应导致滋养细胞的侵袭能力和成血管功能障碍，胎盘局部的缺血缺氧导致促炎因子和生物活性物质的释放，符合HDP发病机制中经典的“胎盘浅着床”学说。同时，机体过度的炎症反应会进一步增加血管内皮及脏器损伤，导致血压升高、蛋白尿、水肿、肝肾及其他脏器功能损伤。总之，机体正常的SCFA水平对妊娠期的炎症反应具有一定调控作用，这种平衡被破坏时，过度的炎症反应可导致胎盘功能障碍，并加重HDP的病理生理过程。

2.2宿主能量摄入/代谢异常增加HDP的发病风险 如前文所述，孕前肥胖是HDP的独立危险因素。此外，孕妇的孕前体质指数越高，孕期增重越难以控制[54]，而过度的孕期增重与HDP密切相关[55]。SCFA是调控宿主体重的决定性因素，在能量代谢过程中起重要调节作用，不仅能够通过多种机制控制食欲、限制总体能量的摄取，还能改善胰岛素抵抗，减少脂肪的堆积[56]，利于调控女性孕前体质指数及维持孕期增重在正常水平。

在小鼠的饮食中添加姜粉，能够有效刺激肠道菌群产生更多的SCFA，进而控制体重的过度增长[57]。研究者在回肠及结肠上皮致密层中发现了一种肠内分泌L细胞，SCFA能够刺激L细胞分泌胰高血糖素样肽-1及多肽YY[58]。胰高血糖素样肽-1及多肽YY均可在下丘脑弓状核位置抑制神经肽Y，并激活阿黑皮素原神经元调控食欲[59]。胰高血糖素样肽-1还能够抑制胃排空感及胃酸分泌调控食欲[60]。SCFA-GPR41能够调节瘦素的分泌，进而限制机体能量的摄入[61]。给予肥胖小鼠口服补充SCFA或高纤维素食物后，SCFA水平升高导致脂肪氧化及能量消耗增加，能够达到减轻胰岛素抵抗的效果[62]，在针对人群的研究中也得到了相同的结论[63]。另外，SCFA还能通过调节能量和脂肪的代谢减轻胰岛素抵抗。丁酸诱导过氧化物酶体增殖物激活受体γ协同激活因子-1α的活性，以提高线粒体中棕色脂肪的氧化活性，加快能量代谢过程[64]。乙酸和丙酸能够抑制细胞内脂肪的分解，丙酸能够增强脂蛋白脂肪酶介导的三酰甘油的回收并增加脂肪组织的脂溶性，两者协同作用减轻脂质负荷及异位堆积的脂肪组织，进而增加胰岛素敏感性[56]，但具体机制尚不明确。

妊娠与孕前肥胖均可影响肠道菌群的稳态，进而导致宿主体内SCFA水平异常。而异常的SCFA水平对机体能量摄入、代谢及胰岛素抵抗均存在负面影响，导致宿主的孕前体重较高及孕期增重过度，进而增加HDP的发病风险。

2.3RAAS/血管收缩调节功能紊乱直接影响机体的血压水平 肠道微生态是维持机体生理功能稳态的主体，SCFA可能通过调节RAAS及血管收缩影响宿主血压的变化，但目前针对SCFA直接调控血压机制的研究相对较少。GPR41表达于包括大动脉及阻力血管在内的血管内皮细胞上[65]。GPR41的活化能够导致细胞内钙活化、促分裂原活化的蛋白激酶3/胞外信号调节激酶1和促分裂原活化的蛋白激酶1/胞外信号调节激酶2的磷酸化，抑制细胞内环腺苷酸的积累[66]，改善大动脉顺应性，并降低外周阻力，导致血压下降。野生型小鼠中，丙酸-GPR41能够诱导血管舒张，出现急性低血压[67]。研究发现，与野生型小鼠相比，GPR41基因敲除的小鼠收缩压升高，而舒张压无明显变化[65]。另外，SCFA可能通过RAAS直接调控血压。有学者发现，给予高血压大鼠模型“镇肝熄风汤”治疗后，肠道中SCFA水平增加，同时伴有RAAS中血管紧张素转换酶、血管紧张素Ⅱ的表达下调和血管紧张素1-7上调的现象[68]，但并未明确指出两种现象的相关性。动物研究发现，给予嗅觉受体78基因敲除小鼠低剂量的丙酸刺激可以诱发严重的低血压，伴有肾小球滤过率降低；嗅觉受体78在肾传入小动脉等血管平滑肌中呈高表达，导致肾小球滤过率升高，肾素的释放增加，进而导致血压升高[67]。嗅觉受体78也在阻力血管(小动脉、微动脉、小动脉分支)平滑肌细胞中表达[67]，通过激活G蛋白αS抗体导致胞质环腺苷酸及钙内流增加[69]，进一步增加血管阻力。在SCFA作用下，嗅觉受体78与GPR41对血压的调控作用相反，即嗅觉受体78有升血压作用，GPR4有降压作用[67]。但目前缺乏与Olrf78(鼠)同源的嗅觉受体51E2(人)影响血压的直接证据。

3 小 结

作为严重影响妊娠结局的妊娠期并发症，HDP的发病机制尚不明确，亚临床炎症反应在其病理过程中起关键作用。肠道菌群作为人体内最大的微生物群体，其主要代谢产物SCFA在宿主的代谢、疾病的病理生理过程中的作用不容忽视。与非孕期比较，妊娠女性由于受到肠道血供、激素水平、饮食等因素影响，肠道菌群的构成及代谢发生明显变化，尤其是肥胖孕妇肠道菌群紊乱更明显，容易导致SCFA水平异常。正常情况下，SCFA可发挥减少脂多糖进入体循环、调节免疫细胞的正常分化及趋化的作用，进而降低促炎因子释放，不仅能维持正常的滋养细胞浸润及螺旋小动脉的重构过程，还能改善全身小动脉痉挛及内皮损伤，减轻由血管内炎症反应导致的病理性损伤。肥胖孕妇中SCFA水平异常，存在导致胎母交界面炎症反应过强的可能，进而导致HDP，并加重其病理生理过程。此外，异常的SCFA水平对机体的能量摄入/消耗/代谢、血管收缩以及RAAS均有不同程度的影响，可进一步加重高血压的发生发展。因此，在妊娠前或妊娠期间，使用针对性的益生菌或益生元作为干预手段维持肠道菌群的稳态或改善肠道微环境，可减少HDP的发生并延缓疾病进程，值得进一步研究。