饮食作用的肠道菌群-免疫轴与高血压相关性的研究进展

王振花，李潮生

(深圳市宝安区人民医院 心血管内科，深圳 518000)

高血压(hypertension)是心血管疾病重要的危险因素之一，受遗传和环境因素共同作用，饮食被认为是最重要的环境因素。肠道菌群(gut microbiota)是指人体胃肠道内存在的数量巨大的微生物的总称，其数量高达380万亿个，所携带的基因数量约为900万个，犹如一个置于宿主肠道内的“微生物器官”。饮食对肠道菌群结构及功能的影响，以及与人体健康的关系是研究的热门领域。越来越多研究证实肠道菌群与高血压密切相关，肠道菌群可能在饮食调控血压中起关键作用。近10年来，免疫反应在高血压发生发展中的作用得到证实，基于肠道菌群在调节人体免疫稳态的重要作用，饮食调控血压的机制可能与肠道菌群调控免疫有关。本文就饮食作用的肠道菌群-免疫与高血压发生发展的关系的最新研究进展进行阐述。

1 肠道菌群与免疫

随着无菌动物与菌群移植动物模型的应用，肠道菌群调节免疫的相关研究陆续开展。无菌小鼠肠道黏固有层缺失辅助性T细胞(T helper cell 17,Th17)，结肠固有层调节性T细胞(regulatory T cell,Treg)比例明显下降， 初步揭示肠道菌群可能在调节免疫系统中发挥关键作用。将脆弱芽孢杆菌移植给无菌小鼠后， 发现小鼠脾脏T细胞数量增加及淋巴器官生成[1]。在啮齿类动物中，肠道菌群中的分节丝状菌可以诱导Th17细胞产生，而将人类肠道中的双歧杆菌移植给小鼠后同样可以诱导小鼠肠道内Th17细胞产生，由此可见，Th17细胞的产生依赖于特定肠道菌群的存在[2]。Treg细胞主要存在于结肠黏膜，在调节免疫稳态中发挥重要作用。梭状芽孢杆菌是定居于小肠数量最多的革兰阳性菌之一，其菌簇Ⅳ和ⅪⅤa在结肠最为丰富，可以促进Treg细胞产生，其机制可能与短链脂肪酸(short chain fatty acids, SCFAs)诱导肿瘤坏死因子β(tumor necrosis factor β, TNF-β)生成有关。由此可见，特定的肠道菌群及其相应代谢产物可以调节Th17和Treg细胞的分化，维持免疫稳态[3]。

2 高血压与免疫

近10年来，越来越多的证据支持免疫系统参与血压调节。RAG-1-/-小鼠(缺乏T细胞和B细胞)在灌注血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ, Ang Ⅱ)和醋酸去氧皮质酮(desoxycorticosterone acetate, DOCA)盐后，未出现明显血压升高，当将T细胞(而不是B细胞)过继转移到RAG-1-/-小鼠体内后，出现血压升高和血管功能障碍，首次证实了T细胞在高血压中的作用[4]。众所周知，CD4+T细胞分为辅助性T细胞和调节T细胞(Treg细胞)，在适应性免疫中发挥关键作用。在Ang Ⅱ诱导的高血压模型中，发现Th17细胞数量增加[5]。Treg细胞能拮抗效应T细胞的作用，参与自身耐受和维持免疫稳态，同样与高血压密切相关。Ang Ⅱ诱导的高血压小鼠淋巴细胞亚群检测，发现高血压小鼠Treg细胞明显减少，且Treg细胞与血压负相关[6]。而采用过继转移Treg细胞治疗Ang Ⅱ 及醛固酮诱导的高血压小鼠，均发现Treg细胞可以下调血压。上述研究分别在多种不同的高血压动物模型，利用不同实验方法干预，均证实了免疫系统参与高血压发病。

3 肠道菌群与高血压

近年来，随着高通量测序、微生物关联分析等新技术的应用，人们发现肠道菌群在不同个体及不同疾病状态存在差异[7]。最初通过各种高血压动物模型[自发性高血压大鼠、Dahl盐敏感大鼠、Ang Ⅱ诱导的高血压大鼠、阻塞性睡眠呼吸暂停(obstruc-tive sleep apnea, OSA)高血压大鼠及DOCA小鼠][8-10]进行肠道菌群分析，与正常动物对比，均发现肠道菌群丰富性、多样性、菌群间比例发生改变，且与血压变化相关。后续进一步通过菌群移植动物模型明确肠道菌群与高血压的因果关系。将正常血压患者及高血压患者的粪便分别移植给无菌小鼠，10周后小鼠肠道菌群出现与人类供体相似的变化，且移植高血压患者粪便的小鼠出现血压升高[11]。缺失肠道菌群的无菌小鼠注射Ang Ⅱ后，与普通小鼠对比，未出现明显血压升高及血管功能障碍，且血管内超氧化物酶和骨髓单核细胞浸润减少，炎性因子基因表达下调。因此，肠道菌群参与血压调节，其机制可能与调节免疫炎性反应有关。目前临床研究也证实肠道菌群与高血压密切相关。健康对照人群、正常高值血压患者、原发性高血压患者分别进行了全面宏基因组测序，发现正常高值血压组和高血压组的普里沃菌和克雷伯氏杆菌比例增加，而类杆菌和双歧杆菌比例下降[12]。众所周知，女性在绝经前血压与动脉硬化程度均较男性低，其原因在于存在免疫系统差异，而肠道菌群多样性变化与女性高血压患者动脉硬化呈负相关[13]，高血压发病的性别差异可能与肠道菌群调节免疫有关。

4 代谢产物在肠道菌群调节免疫中的作用

肠道菌群不仅以食物为底物为机体提供能量和营养，还产生多种代谢产物，调节机体代谢。随着肠道菌群代谢产物调节免疫炎性反应在疾病发生发展的研究陆续开展，发现肠道菌群组成的变化及相应细菌代谢产物有助于理解肠道菌群调节免疫反应的机制。

4.1 短链脂肪酸(SCFAs)

SCFAs是由肠道内的厌氧菌群代谢膳食纤维产生的有机脂肪酸，主要包括乙酸、丙酸、丁酸等，可以维护肠道稳态，调节免疫炎性反应维持机体健康。一项随机对照临床干预试验显示低盐饮食可以增加循环中SCFAs，降低血压[14]。丙酸盐可以调节免疫细胞、减轻炎性反应从而调节血压，给予载脂蛋白E敲除小鼠和NMRI野生型小鼠注射AngⅡ诱导动脉粥样硬化与高血压小鼠模型后，均随机用丙酸盐和0.9%氯化钠溶液干预，结果发现丙酸盐可显著改善两种动物模型的血压，而且丙酸盐减轻了小鼠全身炎性反应，脾脏Th17细胞数量减少[15]。丁酸也可以通过激活Treg细胞、抑制炎性细胞因子的生成而改善机体代谢。SCFAs主要通过激活G蛋白偶联受体(G-coupled protein receptors, GRCRs)、嗅觉感受器受体Olfr78和抑制组蛋白乙酰化参与调节免疫炎性反应。其中GPR41、GPR43、GPR109A在阑尾、脾脏和骨髓等免疫组织中高表达。SCFAs不仅通过与结肠上皮细胞上的GPCRs结合及抑制组蛋白乙酰化，增加Treg细胞数量减少炎性反应，还可以转化成乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，激活mTOR信号通路诱导Th1和Th17细胞产生[26]。另外，SCFAs还可以作用于树突状细胞，调节主要组织相容性复合体(major histocompatibility complex，MHC)分子和共刺激分子的表达，影响T细胞分化。由此可见，SCFAs不仅可以增加Th17细胞促进炎性反应，还可以增加Treg细胞数量发挥免疫耐受，在维持免疫稳态方面发挥重要作用。

4.2 氧化三甲胺(trimethylamine oxide, TMAO)

肠道菌群代谢食物中的胆碱、卵磷脂和左旋肉碱等物质生成TMAO，TMAO是动脉粥样硬化的重要风险因子。TMAO与高血压密切相关。TMAO与低剂量Ang Ⅱ联用可以延长Ang Ⅱ的升压效应[17]。OSA大鼠予以高盐饮食建立高血压大鼠模型，与对照组相比，肠道菌群分析显示拟杆菌增加，乳酸杆菌减少，且循环TMAO水平升高，Th1/Th2细胞失衡，给予鼠李糖乳杆菌干预治疗后TMAO水平下降、免疫炎性反应减轻，血压下降[18]。随着TMAO在其他研究领域的应用，发现TMAO在免疫调节方面发挥重要作用[19]：1)TMAO可以促进巨噬细胞清道夫受体的表达；2)可以促进IL-1、IL-6、细胞间黏附分子-1等炎性因子表达；3)可以激活PKC/NF-κB 信号通路，增加单核细胞黏附；4)触发氧化应激并激活NLRP3炎性小体。虽然TMAO与高血压密切相关，但TMAO在血压调节中的免疫机制仍需进一步探讨。

4.3 其他代谢产物

随着研究的深入，逐渐发现多糖A (polysaccharide A, PSA)、吲哚等肠道菌群代谢产物可以调控免疫炎性反应进而影响血压。高盐饮食可引起小鼠肠道乳杆菌明显减少，小鼠大便样本中吲哚代谢产物减少，Th17细胞增加，给予小鼠补充乳杆菌后可以增加吲哚代谢产物，下调Th17细胞，血压下降[20]。而将脆弱芽孢杆菌移植给无菌小鼠后，可以产生PSA，增加脾脏T细胞数量、维持Th1/Th2稳态和促进淋巴器官生成，而移植脆弱芽孢杆菌的突变体(不产PSA)不会出现上述免疫系统变化[1]。给予小鼠口服纯化的PSA，可以增加CD4+T细胞数量并激活CD4+T细胞产生相应细胞因子。

5 以肠道菌群为靶点，调节免疫炎性反应的膳食干预

肠道菌群与高血压均受饮食因素影响，饮食是影响肠道菌群结构与功能的重要环境因素，相似的饮食结构其肠道菌群组成更接近。不同膳食结构可以改变肠道菌群，影响代谢产物，诱发免疫炎性反应，参与高血压发生发展。

5.1 高盐饮食

给予C57BL/6J小鼠及Dahl盐敏感大鼠喂食高盐饲料，与正常饮食组对比，发现高盐改变了肠道菌群组成及循环代谢产物，高盐作为影响血压的重要饮食因素，肠道菌群可能在高盐调节血压中起关键作用[21-22]。采用16S rRNA鉴定普通大鼠及高盐诱导的高血压大鼠的粪便微生物菌群，同样发现高盐饮食改变了大鼠肠道菌群组成及代谢产物，将高盐诱导的高血压大鼠的肠道菌群移植到普通大鼠后，出现血压升高[23]。12名健康男性增加盐摄入后可以降低乳杆菌属细菌的存活，同时Th17细胞增加和血压升高，证实高盐调控血压的机制：与肠道菌群调控宿主免疫系统有关[20]。将145例未经治疗的高血压患者随机分为低盐组与正常饮食组，结果显示低盐饮食增加了循环中SCFAs，进而降低血压、改善血管顺应性，首次通过随机对照干预研究证实了人体内盐摄入量调节血压与肠道菌群有关[14]。

5.2 西方饮食

西方饮食是一种高脂肪、低纤维摄入的饮食结构，与代谢综合征和高血压明显相关。有研究比较小鼠喂食西方饮食和普通饮食对肠道菌群结构的影响，发现西方饮食组小鼠厚壁菌门明显增加[24]。由此可见，西方饮食可以调节肠道菌群，参与高血压进展。小鼠喂食西方饮食后，引起全身炎性反应，饮食结构调整为普通饮食后，炎性反应消失，而且西方饮食可以诱导髓系祖细胞基因组重编程从而激发先天性免疫，其机制与激活NLRP3炎性小体密切相关[25]。一项大型横断面研究显示摄入高脂肪饮食可引起机体持续炎性反应，从而增加心血管疾病的发病风险。由此可见，肠道菌群可能在西方饮食调节机体免疫炎性反应方面发挥关键作用，而且西方饮食作用的肠道菌群-免疫轴已在炎性肠病及代谢综合征等领域得到证实[26]。然而其在血压调节中作用尚需进一步深入研究。

5.3 地中海饮食

地中海饮食是以蔬菜、水果、鱼类、豆类和橄榄油为主的饮食风格，可以有效减低心血管事件，尤其可改善患者的血压和动脉硬化[27]。地中海饮食可以增加SCFAs，其产生与厚壁菌门和普氏菌明显相关，该研究首次为地中海饮食、肠道菌群和相应代谢产物之间的相互关系提供了证据[28]。后续针对老年人进行为期12个月的地中海饮食干预，进行肠道菌群及代谢组学分析，发现44种细菌丰度增加，包括Faecalibacteriumprausnitzii等，同时45种细菌丰度下降，包括瘤胃球菌等，代谢组学分析显示SCFAs增加、次级胆汁酸降低，且与老年人认知功能及炎性指标(C反应蛋白和IL-17)密切相关[29]。

6 问题与展望

大量研究证实肠道菌群与高血压密切相关，且肠道菌群在饮食调节血压中发挥关键作用。鉴于免疫系统在高血压中的作用及肠道菌群的免疫调节作用，综合分析饮食、肠道菌群、免疫之间的相互作用及与高血压发生发展关系的研究开始被探索，并提出高血压发病的新机制：“饮食作用的肠道菌群-免疫”轴。肠道菌群有望成为治疗高血压的新方向和靶点，膳食干预及益生菌调节肠道菌群可能成为高血压综合管理的新策略。但该领域的研究仍处于初步阶段，基础与临床研究上尚存在一些不足：基础研究仍较少，更多集中于高盐饮食-肠道菌群-免疫轴，缺乏其他膳食结构的研究证据，且分子机制方面阐述仍不明确。而在临床研究方面，多为观察性研究，缺乏大规模的队列研究及临床干预研究证据支持，同样缺乏白大衣高血压、隐匿性高血压等高血压表型肠道菌群特征的证据，以及从不同性别角度诠释肠道菌群与免疫在血压中的作用。