调节肠道菌群可降低高山病发病风险

微生物作为地球之王,其强大的功能逐渐被人类发掘,人们也越来越懂得与体内的微生物和谐共处。

 

人体内的益生菌能够帮助人类改善健康和对抗疾病,随着对肠道菌群的研究也逐渐深入,科学家发现肠道菌群可能在心脏肥大和心力衰竭的发病机制和进展中发挥关键作用。

 

近期,一篇国人的研究佳作进一步揭露了肠道菌群在不同环境中的奥秘,探究肠道微生物组的靶向干预改善与海拔相关性心脏肥大。

 
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实验设计

 

1、实验将80只无特异性病原体的雄性Wistar大鼠在相同条件下饲养,经过6天的适应期后将它们随机分为常压常氧(NN)组和低压缺氧(HH)组。将NN大鼠保持在海平面水平上,而HH大鼠运送到一个模拟5000 m的海拔高度室内饲喂28天,HH大鼠在第一周内均维持在持续缺氧的状态下,接下来的3周内将条件改为间歇性低压缺氧(缺氧>20 h/天)。

 
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2、试验过程中,实验人员每天向大鼠灌胃生理盐水、益生菌、益生元或合生元(10只大鼠/组),实验益生菌含有3株双歧杆菌和6株乳杆菌,益生元则主要由聚葡萄糖、半乳糖和菊粉组成,而合生元是益生菌和益生元的混合物。

 
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3、经过近一个月的实验,研究人员采集了大鼠的粪便、心脏和血浆样本,分析粪便菌群、粪便SCFAs和BAs以及血浆代谢组和细胞因子。

 

实验设计

 

1、肠道菌群靶向治疗减轻了HH诱导的病理性心脏肥大

 

研究表明低压缺氧可诱导心脏肥大,这是心脏为维持稳态而增加负荷的适应性反应,其特征通常是心脏和心肌细胞大小增加,心室壁变厚。

 

HH大鼠的心脏大小(图1A和B)和心脏指数(湿性心脏重量与总体重的比值,图1C)均有显著增加。

益生菌、益生元和合生元处理均在统计学意义上显著抑制了低压缺氧诱导的心脏大小(图1A和B)和心脏指数(图1C)的增加,表明它们有效地缓解了海拔相关的心脏肥大,但对NN条件下的大鼠影响不大。

 
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图1:治疗对心脏大小的影响

 

2、改善低压缺氧对肠道菌群的影响

 

PERMANOVA分析结果显示,在正常或低压缺氧条件下,生理盐水组与其他治疗组之间的肠道菌群有显著差异。

 

此外,与生理盐水对照组相比,治疗组NN和HH样本之间的β多样性距离缩小,表明低压缺氧引起的肠道菌群差异显著缓解(图2C),这种改善在合生元组比益生菌和益生元组更为显著。

 
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图2:治疗改善低压缺氧对肠道菌群的影响

 

3、粪便SCFAs和BAs的变化

 

SCFAs和BAs是肠道菌群产生的两种主要影响宿主生理活性的小分子,实验人员对在第0天和第28天收集的粪便中9个SCFAs和15个BAs进行了PERMANOVA分析显示,生理盐水对照组NN和HH大鼠SCFA或BA差异均无统计学意义。

 

然而,益生元处理组的NN和HH大鼠之间的粪便SCFA谱的Euclidean距离减小(图3C),益生元和合生元处理组的粪便BA谱也同样降低(图3D),表明益生元和合生元可能能够抵消HH对粪便SCFA和BA谱的影响。

 
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图3:SCFAs和BAs变化

 

4、治疗对血浆代谢组和细胞因子的影响

 

实验人员量化了第28天的血浆代谢物,包括SCFA、其他中链和长链游离脂肪酸(FFA)、BAs、氨基酸(AAs)、神经递质(NTs)和细胞因子。基于Aitchison距离的PERMANOVA分析显示,低压缺氧引起血浆SCFA、BAs、AAs、FFA和NTs的整体轮廓变化(所有p-val<0.01),但不影响细胞因子(p-val=0.062)。

 

益生菌治疗减轻了AAs(图4A)和NTs(图4B)的这些变化,但对其他类型的代谢物(图S3A-C)没有影响。

 
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图4:AAS和NTs变化情况

 

研究结论

 

益生菌、益生元和合生元可显著减轻长时间低压缺氧刺激引起的心脏肥大,肠道菌群转移以及代谢组的改变也通过干预措施得到改善,这表明肠道菌群调节可以作为高山病的治疗方法。

 

对于人类而言,高山病的出现是人类遗传因素和环境因素之间的复杂作用导致的,其最直接最有效的缓解方法是降低海拔、补充氧气和药物治疗(如使用乙酰唑胺),该研究为治疗提供新思路,但是否适用于人体,还需要更多的临床试验。

 

文献来源:

Hu, Yichen et al. “Gut Microbiome-Targeted Modulations Regulate Metabolic Profiles and Alleviate Altitude-Related Cardiac Hypertrophy in Rats.” Microbiology spectrum vol. 10,1 (2022): e0105321. doi:10.1128/spectrum.01053-21

本文转载自公众号:华大运动

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