微生物与心血管疾病

今天的新英格兰医学杂志上一篇文章，介绍肠道菌群代谢胆碱生成三甲胺，随后生成氧化三甲胺并如何促进血小板高活性，促进血栓形成和后续各种心血管事件发生。美国凯斯西储大学的王则能、祝未非两位来自中国的研究者的工作被大量提及，并用一张一目了然的图做了阐释。图真的很直观，肠sir还翻译成了中文，推荐大家看一看。

三甲胺氧化三甲胺黄素单氧化酶血栓形成心血管疾病

氧化三甲胺

Cell：菌群代谢产物增强血小板活性并促进血栓

① 血浆中氧化三甲胺（TMAO）水平的升高预示血栓形成的风险增加；② TMAO增强血小板对多个受体激动剂的响应强度，增加血小板胞内钙库的刺激依赖性释放。增加体内血栓形成；③ 饮食中添加胆碱在肠道菌群的作用下可以升高体内TMAO水平，增强血小板的高敏性和体内血栓形成；④ 特定的肠道菌群可能存在胆碱裂解酶，粪菌移植实验发现体内TMAO水平和血栓形成风险可随肠道菌群转移；⑤ 特定的膳食、肠道菌群、血小板功能和血栓形成风险之间有机制联系。

氧化三甲胺胆碱血小板血栓心血管疾病

Coronary artery disease

对冠状动脉疾病患者的肠道微生物分析：肠道微生物与冠状动脉疾病之间可能存在的联系

①冠状动脉疾病患者以及带有冠状动脉疾病危险因素的非患者，相对于健康人群，前两者的肠道内的乳酸杆菌目以及拟杆菌门的比例显著增加。 ②然而，作者并无法排除这样的实验结果是由于冠状动脉疾病患者用药所带来的影响。

Coronary artery disease Gut microbiota Lactobacillales Bacteroidetes

动脉粥样硬化

氧化三甲胺可通过MAPK和细胞核因子kapaB通路促进血管炎症

胆碱源代谢物氧化三甲胺TMAO会诱发患动脉粥样硬化及冠状动脉病。①给敲除LDLR的小鼠喂含胆碱的食物或向小鼠体内注入TMAO会增加炎症基因表达并激活MAPK。②人主动脉内皮细胞和血管平滑肌细胞内发现相同变化。③激活胞核因子B是这一过程的关键。④TMAO可以促进内皮细胞招募白细胞。

动脉粥样硬化心血管疾病内皮细胞炎症白细胞附着

非致命抑制

Cell：抑制菌群代谢产物合成，应对动脉粥样硬化

① 胆碱类似物3,3-二甲基-1-丁醇（DMB）可抑制微生物生成三甲胺TMA，减弱胆碱引起的动脉粥样硬化；② DMB的治疗靶点为TMA裂解酶，但不抑制微生物的生长；③ DMB抑制载脂蛋白E基因敲除小鼠内源巨噬泡沫细胞形成，降低血浆TMAO水平，减轻动脉粥样硬化；④ 补充DMB会降低与动脉粥样硬化斑块和血浆TMA/TMAO水平正相关的菌群丰度，升高负相关的菌群丰度；⑤ 非致死性抑制肠道微生物三甲胺裂解酶是动脉粥样硬化的新型治疗手段，可影响宿主心脏代谢表型。

非致命抑制肠道菌群动脉粥样硬化氧化三甲胺心血管疾病

动脉粥样硬化

动脉粥样硬化易感性的传播与肠道菌群移植

①将动脉粥样硬化倾向和抵抗的小鼠盲肠微生物移植给无载脂蛋白e且肠道菌群被抗生素抑制的小鼠②接受动脉粥样硬化倾向小鼠菌群的受体显示出更高的依赖胆碱饮食的动脉粥样硬化③供体和受体中均发现与TMAO水平相关的特定菌群④易感性可通过肠道菌群移植传播⑤肠道菌群可作为新靶向治疗目标。

动脉粥样硬化胆碱血脂异常肠道菌群脂质

黄素单氧化酶3

TMAO合成酶——黄素单加氧酶3是胆固醇平衡的重要调节因子

① 转录谱分析显示TMAO合成酶——黄素单加氧酶3（FMO3）是胆固醇代谢和胆固醇逆向转运（RCT）的重要调控因子；② 在喂养胆固醇的小鼠中，FMO3敲除改变胆汁脂质分泌、延缓胆固醇吸收、抑制肝氧化甾醇和胆固醇酯的产生，刺激非胆汁巨噬细胞RCT，从而改善调控胆固醇平衡；③ FMO3敲除通过降低肝内氧化甾醇水平和抑制LXR激活而加剧肝内质网应激和炎症反应；④ 肠道微生物驱动的TMA/FMO3/TMAO通路是脂质代谢和炎症的关键调节因子。

黄素单氧化酶3 胆固醇平衡胆固醇逆向转运

肠道菌群

慢性收缩性心力衰竭中肠道菌群依赖的卵磷脂代谢物、舒张功能障碍与临床主要不良后果

研究心脏病TMAO的预后价值与胆碱、甜菜碱关系。①测定112位慢性收缩心脏病患者血浆TMAO、胆碱及甜菜碱水平②糖尿病患者TMAO水平显著升高③高TMAO等物质水平与高B型利钠钛和晚期左心室舒张障碍相关，可预测5年主要临床不良反应④TMAO独立于年龄等参数预测偶然临床不良事件。

肠道菌群心舒功能障碍心力衰竭氧化三甲胺 Purnima S Kumar

氧化三甲胺

黄素单氧化酶3对葡萄糖和之类代谢以及动脉粥样硬化具有广泛影响

在高血脂小鼠中沉默或过表达黄素单氧化酶FMO3研究对TMAO和动脉粥样硬化的影响。①沉默敲除LDL受体小鼠肝脏的FMO3可降低TMAO②肝脏和血浆脂质、酮体、葡萄糖、胰岛素也显著降低③FMO3过表达增加肝脏血浆脂质④FMO3可能通过PPARα和Kruppel样因子15作用。

氧化三甲胺过氧化物酶体增殖物激活受体α 胰岛素 Emma Barnard Huiying Li

心血管疾病

肠道菌群依赖的氧化三甲胺通路与肾功能不全的发展及慢性肾脏疾病的死亡率相关

① 对521名慢性肾病（CKD）患者进行5年随访，研究空腹氧化三甲胺（TMAO）与全因死亡率间的关系；② CKD患者TMAO浓度水平中位数为7.9 μmol/L，显著高于非CKD患者，高水平TMAO使死亡率增加2.8倍；③ 对传统危险因素、高敏C反应蛋白、估算肾小球滤过率矫正后，升高的TMAO水平仍可预测5年死亡风险；④ 非CKD患者中，高水平TMAO预示着胱抑素C高低剂量治疗后的人群预后较差；⑤ 小鼠饮食添加胆碱或TMAO可直接导致其肾小管间质纤维化和功能障碍。

心血管疾病慢性肾病纤维化肠道菌群氧化三甲胺

L-肉毒碱

γ-丁酰甜菜碱是肠道微生物将左旋肉碱转化TMAO的促进粥状硬化的中间代谢产物

① 小鼠摄入左旋肉碱后，经肠道微生物产生主要中间代谢产物γ-丁酰甜菜碱（γBB），γBB和三甲胺形成的解剖学位置相近，但γBB生成速率比TMA快1000倍；② 左旋肉碱经肠道微生物最终转化为三甲胺（TMA）和三甲胺-N-氧化物（TMAO）；③ 微生物酶复合物yeaW/yeaX介导γBB到TMA的转化，γBB的微生物代谢促进动脉粥样硬化；④ 左旋肉碱代谢为γBB或TMA/TMAO所依赖的细菌类群不同，长期摄入左旋肉碱或γBB将分别优化参与其代谢通路的菌群结构。

L-肉毒碱 γ-丁酰甜菜碱氧化三甲胺动脉粥样硬化 TMAO

C-反应蛋白

肠道微生物产生的代谢物氧化三甲胺水平升高对心力衰竭患者的预后价值:完善肠道假说

① 对720例稳定的心衰（HF）患者进行5年随访，研究空腹血浆氧化三甲胺（TMAO）水平与全因死亡率间的关系；② HF患者的空腹TMAO水平（中位数5.0μM），显著高于非HF患者（3.5μM），且与B型钠尿肽（BNP）水平有适度但显著相关；③ 高水平空腹TMAO使死亡风险增加3.4倍；④ 对传统危险因素和BNP水平进行调整并在模型中加入肾小球滤过率后，TMAO水平仍可预测5年死亡风险；⑤ 空腹TMAO水平升高预示着死亡风险升高，与传统危险因素、BNP水平和肾功能无关。

C-反应蛋白氧化三甲胺肠道菌群死亡率

心血管疾病

稳定同位素稀释液相层析串联质谱法测定氧化三甲胺

临床诊断需快速测定氧化三甲胺TMAO水平。①利用稳定同位素稀释液相层析串联质谱法测定浓度在0.05 到200μM范围内的TMAO②血浆中TMAO在-80℃保存5年或反复冻融均可稳定存在③血浆正常值快速测定表明正常范围在0.73-126μM，中位值3.45μM且随年龄增加。

心血管疾病质谱氧化三甲胺

心血管疾病

胆碱、甜菜碱的预后价值取决于肠道菌群代谢产物氧化三甲胺

① 对3903名接受冠状动脉造影的受试者进行随访，研究血浆胆碱和甜菜碱水平与主要不良心脏事件风险（MACE）间的关系；② 氧化三甲胺（TMAO）、胆碱和甜菜碱的中值分别为3.7、9.8和41.1μM，TMAO与胆碱、甜菜碱的相关性不大，但有统计学意义；③ 较高的胆碱和甜菜碱水平与MACE风险增加有关；④ 对心血管危险因素和高敏c反应蛋白进行校正后，胆碱、甜菜碱水平与MACE风险正相关；⑤ 模型中如果加入TMAO，只有TMAO升高时胆碱和甜菜碱才能预测MACE风险。

心血管疾病胆碱肠道菌群心肌梗塞营养

肠道菌群

卵磷脂的肠道菌群代谢与心血管疾病风险

① 健康受试者口服广谱抗生素抑制肠道菌群前后摄入大量卵磷脂，然后测定血浆和尿液中氧化三甲胺（TMAO）水平及血浆中胆碱、甜菜碱水平；② 对4007名冠状动脉造影患者进行三年随访，研究空腹血浆TMAO与心血管不良事件的关系；③ 补充卵磷脂后，TMAO及其他胆碱代谢物水平随时间增加；④ 抗生素会抑制血浆TMAO水平，停止摄入后会恢复；⑤ 血浆中TMAO增加与重大不良心血管事件风险增加相关，调整传统风险因素后，TMAO水平仍可预测不良心血管事件。

肠道菌群卵磷脂心血管疾病氧化三甲胺

肠道菌群

肠道菌群代谢红肉中的营养物质L-肉毒碱，进而促进动脉粥样硬化

① 杂食性人群摄入L-肉毒碱后比素食者产生更多的氧化三甲胺（TMAO），且粪便中特定菌群与血浆TMAO水平及饮食情况有关；② 血浆TMAO水平高的受试者中，L-肉毒碱水平与心血管疾病（CVD）和重大不良心脏事件（心肌梗死、中风或死亡）的风险呈正相关；③ 长期摄入L-肉毒碱，可显著改变小鼠盲肠菌群结构，促进三甲胺和TMAO合成，增加动脉粥样硬化风险，若抑制肠道菌群，则无上述现象产生；④ 正常小鼠补充TMAO、肉碱或胆碱可降低胆固醇的逆向运输。

肠道菌群 L-肉毒碱氧化三甲胺动脉粥样硬化

氧化三甲胺

Cell子刊：与动脉粥样硬化相关的TMAO受什么调控？

① 黄素单氧化酶（FMO）家族成员FMO1、FMO3可将胆碱的肠道菌群代谢产物三甲胺（TMA）转化成氧化三甲胺（TMAO），且FMO3比FMO1活性高10倍；② 小鼠肝脏中FMO3过表达显著增加血浆TMAO水平，而沉默FMO3则降低TMAO水平；③ 小鼠和人中，雄性肝脏FMO3表达比雌性低，雄鼠中雄激素可能下调FMO3表达；④ 膳食胆汁酸可能通过胆汁酸激活核受体-法尼醇受体FXR诱导FMO3的表达；⑤ FMO3水平与TMAO显著相关，而TMAO水平能解释11%的动脉粥样硬化变异。

氧化三甲胺黄素单氧化酶动脉粥样硬化

晚期糖基化终末产物

晚期糖基化终产物通过与血小板CD36的相互作用诱导小鼠血栓形成

① 体外实验和小鼠体内实验显示，B型清道夫受体CD36与晚期糖基化终产物AGEs具有直接和特异性的相互作用；② AGEs与CD36的结合具有特异性和依赖剂量性，并被CD36的高亲和配体NO2LDL所抑制，CD36缺乏的血小板不能结合AGEs；③ 糖尿病小鼠在颈动脉受伤时，CD36敲除小鼠形成闭塞性血栓的时间比野生型更长；④ 野生型和CD36敲除小鼠的血糖与血浆中AGEs水平相似，但野生型小鼠中有更多的AGEs参与血栓形成，且通过CD36依赖的JNK2活化途径实现。

晚期糖基化终末产物 B型清道夫受体 CD36 血栓形成

肠道菌群

磷脂酰胆碱的肠道菌群代谢可促进心血管疾病

① 膳食中脂质磷脂酰胆碱的代谢物（胆碱、N-氧化三甲胺[TMAO]、甜菜碱）可预测心血管疾病（CVD）风险；② 小鼠饮食中补充胆碱、TMAO或甜菜碱可上调动脉粥样硬化相关的巨噬细胞清除受体表达；③ 膳食胆碱和肠道菌群在TMAO的生成、巨噬细胞胆固醇积累和泡沫细胞形成中起关键作用；④ 抑制有动脉粥样硬化倾向的小鼠肠道菌群，可缓解膳食胆碱所引起的动脉粥样硬化；⑤ 在高脂血症小鼠中，黄素单氧化酶（催化形成TMAO）表达受限可抑制动脉粥样硬化。

肠道菌群卵磷脂心血管疾病动脉粥样硬化

一氧化氮

精氨酸甲基化与心血管疾病风险的代谢组学分析：一氧化氮合酶抑制之外的潜在机制

收集1011份血浆样本研究三年内主要心脏不良反应MACE。①HPLC与串联质谱测定ADMA, SDMA, MMA, 甲酰赖氨酸，精氨酸水平②高SDMA，低MMA与冠脉疾病相关③ADMA与精氨酸甲基化指数可预测MACE的发生④这些NO合酶抑制之外的因子与甲酰精氨酸和冠脉疾病相关。

一氧化氮冠状动脉疾病预测

心脏衰竭

精氨酸甲基化对慢性收缩性心力衰竭患者的舒张功能障碍与疾病进展的不同影响

① 对132例慢性收缩性心力衰竭患者血浆中非对称/对称二甲基精氨酸（ADMA、SDMA）、n -单甲基精氨酸及甲基赖氨酸测定；② ADMA和SDMA水平升高与利钠肽水平升高显著相关，SDMA水平升高与肾功能恶化显著相关；③ 甲基化精氨酸代谢物水平升高（除甲基赖氨酸）与左室舒张功能障碍有关；④ ADMA水平升高与晚期右心室收缩功能障碍相关，β受体阻滞剂可显著降低ADMA水平；⑤ 在精氨酸甲基化衍生物中，ADMA对疾病进展和不良结果的独立预测能力最强。

心脏衰竭精氨酸甲基化舒张功能预测

蛋白质甲酰化

蛋白质甲酰化连接了炎症、吸烟、尿毒症及动脉粥样硬化

蛋白质甲酰化在肾脏疾病后期可导致血管机能障碍。①吸烟者血液中显著增加的硫氰酸盐被髓过氧化物酶氧化是甲酰化的一种新机制。②髓过氧化物酶可将LDL转化为配体识别巨噬细胞消除受体A1，增加胆固醇并形成泡沫细胞。④两个独立的临床实验表明血浆中蛋白质结合的高瓜氨酸可预测冠状动脉疾病的风险。

蛋白质甲酰化髓过氧化物酶炎症吸烟尿毒症