Gut microbiota（IF 23.059）| 腸道菌群-免疫系統(tǒng)：腦卒中與腸道菌群的雙向作用...

    腦卒中是全球致殘致死率最高的疾病之一。臨床上常采用神經(jīng)保護方法，其效果并不明顯。因此，尋找更為有效的治療靶點和藥物仍是當前最迫切的任務之一。腸道菌群是已被證明與腦卒中的發(fā)生發(fā)展密切相關。然而，腦卒中后的腸道菌群紊亂對腦卒中預后方面的研究仍不清楚。

    來自南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院的研究團隊在國際著名學術期刊“Gut Microbiota”上發(fā)表了題為“Rapid gut dysbiosis induced by stroke exacerbates brain infarction in turn”的文章，闡述了相關機制，通過人類臨床樣本與小鼠腦卒中模型深入研究了急性缺血性腦卒中與腸道菌群失調(diào)之間的致病關系，并評價了氨基胍、超氧化物歧化酶和鎢酸鹽水平是否可以通過恢復腸道菌群失調(diào)來減輕卒中后腦梗死。

    研究者招募了兩個獨立的缺血性卒中患者隊列，第一個隊列收集了一系列糞便樣本。根據(jù)主坐標分析，急性期和亞急性期微生物組結構與健康對照組明顯分開，并在恢復期恢復。在細菌科的水平上，腸桿菌科（Enterobacteriaceae）的豐度在卒中后顯著上調(diào)。

在第二個隊列中，分別在入院48 h和治療后7 d采集糞便，根據(jù)NIHSS評估預后情況，分為預后差(<40%，n=72)或良好((≥40%，n=52)兩個組。微生物組分析表明，腸桿菌科的相對豐度在預后較差組中顯著增加。此外，研究者又發(fā)現(xiàn)無論是單因素分析還是多因素Logistic回歸分析，腸桿菌科細菌的增多都很顯著，表明腸桿菌科細菌是卒中患者早期預后較差的獨立危險因素。

    在鑒定了急性卒中患者腸道菌群失調(diào)與腸桿菌科細菌豐富后，研究者試圖確定這種失調(diào)是否是由卒中引起的。為了解卒中后腸道菌群的變化，采用MCAO或假手術，分別于卒中后3 h、6 h、12 h、1 d、3 d、7 d處死小鼠進行動態(tài)追蹤。結果發(fā)現(xiàn)，動脈閉塞在卒中后3 h就成功地誘導了腦梗死，從12 h開始顯著加重，在1 d到7 d達到峰值。

    有趣的是，隨著主坐標1(PC1)和PC3腦梗死的增加，腸道菌群呈現(xiàn)出明顯而快速的動態(tài)變化。同樣，研究者發(fā)現(xiàn)在空腸、回腸、盲腸和結腸的內(nèi)容物中腸桿菌科是卒中模型建立后變化最顯著的分類群。

    然后，研究者對盲腸組織進行了RNA測序。發(fā)現(xiàn)只有谷胱甘肽代謝途徑在MCAO組顯著上調(diào)。由于谷胱甘肽參與氧化應激的過程，而氧化應激主要由缺血和再灌流觸發(fā)，因此研究者假設胃腸道也經(jīng)歷了缺血。為此借助激光散斑成像系統(tǒng)及檢測在腦缺血再灌注損傷中表達的關鍵基因，研究結果均支持了卒中時腸缺血再灌注損傷的存在。此外，超氧化物和一氧化氮可迅速相互作用并產(chǎn)生細胞毒性過氧亞硝酸鹽，過氧亞硝酸鹽進一步自發(fā)轉化為硝酸鹽，硝酸鹽是一種已知可通過硝酸鹽呼吸在厭氧微環(huán)境中促進腸桿菌科細菌過度生長的化學物質(zhì)。通過測定小鼠盲腸粘液層的硝酸鹽濃度，觀察到卒中后其濃度顯著升高。

    腸缺血再灌注損傷和過氧亞硝酸鹽的產(chǎn)生也損害了腸屏障的完整性。通過檢測緊密連接蛋白基因的相對表達和小鼠血清中的腸道滲漏生物標志物，作者發(fā)現(xiàn)MCAO組上述基因和標志物表達均顯著升高。

    隨后研究人員選擇典型的大腸桿菌試圖確定其是否可以影響卒中的進展。結果表明，大腸桿菌組顯著增加了腦梗死。通過RNA測序及通路分析，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌處理組涉及免疫系統(tǒng)過程。因此，進一步檢測了小鼠血清中與全身炎癥相關的生物標志物的水平和TLR4途徑相關基因，發(fā)現(xiàn)大腸桿菌組均顯著上調(diào)，從而表明腸道菌群中大腸桿菌豐度的增加可能會加速卒中后的全身炎癥。

    為了驗證LPS-TLR4途徑的作用，敲除了參與整合內(nèi)毒素生物合成途徑的Waal基因發(fā)現(xiàn)其顯著低于大腸桿菌處理組。這些數(shù)據(jù)表明，腸道中大腸桿菌的過度生長可能會通過LPS介導全身炎癥來加劇腦梗死。

    為了測試腸桿菌科過度生長作為治療腦卒中的新靶點的潛在作用，他們使用了三種針對不同途徑的抑制劑：氨基胍（AG）、超氧化物歧化酶（SOD）和鎢酸鹽（W）。

研究發(fā)現(xiàn)：

（1）AG組和SOD組盲腸粘液層的硝酸鹽濃度明顯低于MCAO組，并且在轉錄水平上顯著抑制相關基因的表達。

（2）AG、SOD和W顯著恢復腸道菌群失調(diào)，降低腦梗死率，并挽救了海馬神經(jīng)元。

    為驗證這種改善作用是否由腸道菌群介導，研究人員在MCAO前用廣譜抗生素混合液處理小鼠，發(fā)現(xiàn)抗生素明顯減弱了這三種途徑的保護作用，提示腸道菌群對于AG、SOD和W介導的卒中腦梗死的改善是必要的。

    這項研究揭示了腦卒中和腸道菌群失調(diào)之間的相互關系。缺血性腦卒中迅速引發(fā)腸道菌群失調(diào)，腸桿菌科細菌過度生長，進而加劇腦梗死。

    在可預見的未來，它會對臨床實踐產(chǎn)生怎樣的影響？

◆以腸桿菌科為代表的腸道菌群失調(diào)是預測急性缺血性卒中患者臨床預后的潛在新的危險生物標志物。

◆腸-腦軸誘導的硝酸鹽產(chǎn)生和呼吸可能是一種新的治療和預防靶點，氨基胍、超氧化物歧化酶和鎢酸鹽是治療缺血性腦卒中有前途的候選藥物。

Xu K, Gao X, Xia G, Chen M, Zeng N, Wang S, You C, Tian X, Di H, Tang W, Li P, Wang H, Zeng X, Tan C, Meng F, Li H, He Y, Zhou H, Yin J. Rapid gut dysbiosis induced by stroke exacerbates brain infarction in turn. Gut. 2021 Feb 8:gutjnl-2020-323263. doi: 10.1136/gutjnl-2020-323263. Epub ahead of print. PMID: 33558272.

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https://pubmed.ncbi.nlm./33558272/