腹主動(dòng)脈瘤(AAA)是一種隱蔽的、致命的血管疾病，缺乏有效的非手術(shù)治療干預(yù)手段。AAA的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，中性粒細(xì)胞及其釋放的中性粒細(xì)胞胞外誘捕網(wǎng)(NETs)被認(rèn)為可以促進(jìn)AAA的進(jìn)展。大量研究表明，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物在宿主機(jī)體穩(wěn)態(tài)調(diào)控和疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。然而，AAA患者的腸道微生物群是否異常、腸道微生物失調(diào)與AAA之間的因果關(guān)系及其潛在機(jī)制仍未闡明。

2022年10月，山東大學(xué)齊魯醫(yī)院張群業(yè)教授、張澄教授和山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院王哲教授團(tuán)隊(duì)在Cell子刊:?Cell Host & Microbe?(IF: 31.316)上發(fā)表題為“Gut microbiome dysbiosis contributes to abdominal aortic aneurysm by promoting neutrophil extracellular trap formation”的研究文章。通過(guò)16S多樣性、宏基因組與代謝組學(xué)技術(shù)聯(lián)合，發(fā)現(xiàn)AAA患者腸道微生物組成存在明顯異常，如Roseburia intestinalis豐度在患者中下降。代謝譜在健康個(gè)體和患者中也有明顯改變，如丁酸含量降低、幾種短鏈脂肪酸（SCFAs）的水平顯著升高。為了研究其中機(jī)制，還進(jìn)行了糞菌移植(FMT)和體內(nèi)外功能實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證與AAA病情發(fā)展密切相關(guān)。另外，中性粒細(xì)胞耗竭能顯著減輕移植AAA患者糞便的AAA小鼠的病情。中科新生命為其提供了?非靶代謝組學(xué)和靶向短鏈脂肪酸檢測(cè)的技術(shù)服務(wù)。

?研究材料

33例腹主動(dòng)脈瘤患者和31例健康對(duì)照組；野生型和載脂蛋白E基因敲除 (ApoE-/-)小鼠

?技術(shù)路線

步驟1：AAA患者的腸道微生物群失調(diào)；

步驟2：AAA患者腸道微生物群功能和共生網(wǎng)絡(luò)的顯著變化；

步驟3：腸道微生物群代謝特征顯著改變并與 AAA患者的病情相關(guān)；

步驟4：顯著增加中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和NET形成并促進(jìn)AAA發(fā)展；

步驟5：R. intestinalis及其代謝物丁酸在體內(nèi)抑制中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和 NET 形成并改善AAA。

?研究結(jié)果

1. AAA患者的腸道微生物群失調(diào)

首先，研究人員對(duì)33例腹主動(dòng)脈瘤患者和31例健康對(duì)照組的糞便樣本進(jìn)行了宏基因組分析。結(jié)果表明，與健康個(gè)體相比，AAA患者的腸道微生物群存在明顯失調(diào)，細(xì)菌占腸道微生物群的 98.05%。在屬水平上，包括細(xì)菌、古細(xì)菌和病毒在內(nèi)的許多腸道微生物群的豐度在AAA患者中發(fā)生了顯著變化。在物種水平上，許多產(chǎn)生 SCFAs的細(xì)菌，如高豐度的丁酸產(chǎn)生菌Roseburia intestinalis等多種有益菌的豐度明顯降低，并且與瘤直徑負(fù)相關(guān)。除了細(xì)菌外，AAA患者腸道中其他微生物的豐度也發(fā)生了顯著變化。許多病毒的豐度，如志賀氏病毒pSf1，埃希氏病毒Bp4等，在AAA患者中明顯高于健康人群。這些結(jié)果表明，一些病毒、古生菌或真菌也可能與AAA的發(fā)生有關(guān)。

2. AAA患者腸道微生物群功能和共生網(wǎng)絡(luò)的顯著變化

為了揭示AAA發(fā)展中腸道微生物群失調(diào)的重要性，研究者使用KEGG數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了功能注釋，發(fā)現(xiàn)物種和功能之間存在很強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，表明微生物組的物種組成可以可靠地預(yù)測(cè)其功能特征。尤其是腸道益生菌R. intestinalis與丁酸生成中的關(guān)鍵酶顯著正相關(guān)，例如磷酸丁酰轉(zhuǎn)移酶 (K00634)，表明R. intestinalis具有合成丁酸的能力。這一結(jié)論得到了R. intestinalis培養(yǎng)上清液的SCFAs靶向代謝組學(xué)分析的證實(shí)。

3. 腸道微生物群代謝特征顯著改變并與AAA患者的病情相關(guān)

為了進(jìn)一步闡明腸道微生物群在AAA中的作用，通過(guò)非靶向代謝組分析了腸道微生物群的代謝概況。發(fā)生顯著變化的49種代謝物參與糖、脂質(zhì)、氨基酸和嘌呤代謝的多種途徑。在AAA患者的腸道和血漿中，丁酸的水平顯著降低，但其他幾種SCFAs的水平顯著升高。此外，腸道和血漿中的丁酸水平與腸道內(nèi)R.intinalis的豐度呈強(qiáng)烈正相關(guān)，但與腫瘤直徑呈顯著負(fù)相關(guān)。表明R.intinalis可能通過(guò)產(chǎn)生進(jìn)入循環(huán)的丁酸來(lái)抑制AAA的發(fā)展。

4. 顯著增加中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和NET形成并促進(jìn)AAA發(fā)展

為了證明腸道微生物群失調(diào)與AAA發(fā)展之間的因果關(guān)系，研究者進(jìn)行了FMT實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，AAA患者的腸道微生物群能明顯增加AngII誘導(dǎo)的ApoE-/-小鼠動(dòng)脈瘤直徑，以及血管的中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和NETs的釋放，健康人腸道微生物群的作用則相反。這些結(jié)果證明，中性粒細(xì)胞在由腸道菌群失調(diào)介導(dǎo)的AAA中起因果作用。

5.?R. intestinalis及其代謝物丁酸在體內(nèi)抑制中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和NET形成并改善AAA

研究者的上述結(jié)果已表明R. intestinalis可能對(duì)AAA的發(fā)展具有重要影響。因此，接下來(lái)的研究重點(diǎn)放在了這種益生菌上。進(jìn)一步的分析表明，R. intestinalis及其代謝物丁酸鹽可以顯著改善體內(nèi)AAA的多種病理異常，包括中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)增強(qiáng)、NET形成、炎癥、VSMC向合成表型轉(zhuǎn)變和彈性纖維破壞，從而減輕AAA。

最后，為了闡明丁酸對(duì)NET形成的影響和機(jī)制，研究者從健康人外周血中純化了嗜中性粒細(xì)胞進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)，以及小鼠的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明，丁酸鈉通過(guò)抑制中性粒細(xì)胞NOX2的表達(dá)來(lái)抑制炎癥狀態(tài)下NET的形成。

圖6?丁酸鹽對(duì)中性粒細(xì)胞NET形成的抑制作用

?小結(jié)

綜上所述，研究揭示了AAA患者的腸道生態(tài)失調(diào)，并證實(shí)腸道菌群失調(diào)是AAA的重要原因。Roseburia intestinalis及其代謝物丁酸鹽可顯著抑制腹主動(dòng)脈中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)和NET形成，從而改善AAA的多種病理變化，有效緩解AAA進(jìn)展。研究者們的發(fā)現(xiàn)也促進(jìn)了對(duì)腸道微生物和宿主免疫以及疾病發(fā)展的理解。