心肌梗塞（MI）是全世界的主要死因，隨著機械再灌注治療方法如經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（PCI）的進(jìn)步，MI的急性死亡率已顯著降低，而梗死后心臟重塑和心力衰竭已成為巨大的醫(yī)療保健和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。心臟康復(fù) (CR) 是 MI 患者推薦的有效輔助療法，而運動訓(xùn)練是 CR 的有力方式。腸道微生物基因數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過宿主基因的總數(shù)，腸道微生物組對于通過底物的代謝交換和共代謝來維持宿主生理和體內(nèi)平衡至關(guān)重要。體育鍛煉已被證明能夠調(diào)節(jié)腸道微生物群，然而，腸道微生物在運動保護(hù)MI中的潛在作用仍不清楚。

2022年5月31日，上海大學(xué)肖俊杰教授團(tuán)隊在Microbiome（IF=16.837）在線發(fā)表題為“Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction”的論文，該研究發(fā)現(xiàn)運動訓(xùn)練可以改善心功能不全，并改變 MI 后腸道微生物的豐度和群落結(jié)構(gòu)，同時提供了通過運動、微生物組和腸道菌群衍生的 3-羥基苯乙酸（3-HPA）和 4-羥基苯甲酸 （4-HBA）調(diào)節(jié)心血管疾病可能性。該研究為腸道菌群在運動保護(hù) MI 中的作用提供了新的見解。（麥特繪譜提供Q200宏代謝組檢測服務(wù)）

研究人員首先利用小鼠模型證實了運動訓(xùn)練可減輕MI后的心功能不全。通過對小鼠糞便16S rDNA測序分析發(fā)現(xiàn)，MI后運動訓(xùn)練導(dǎo)致腸道菌群豐度和群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其中擬桿菌門豐度增加，厚壁菌門豐度降低；屬水平上，Alistipe、Lachnospiraceae_UCG-001、Ruminococcus、Allobaculum和Oscillospiraceae UCG-005豐度發(fā)生改變。Alistipe和Ruminococcus與心功能指標(biāo)EF左心室射血分?jǐn)?shù)和左心室縮短分?jǐn)?shù)FS顯著正相關(guān)，Lachnospiraceae_UCG-001與心功能指標(biāo)EF和FS顯著負(fù)相關(guān)。

圖1. 運動訓(xùn)練可預(yù)防MI后的心功能不全

為了研究腸道菌群是否與運動訓(xùn)練對MI后心功能障礙的有益影響有關(guān)，研究人員通過抗生素處理預(yù)消耗腸道微生物，結(jié)果消除了運動訓(xùn)練對 MI 小鼠的保護(hù)作用。此外，與接受非運動MI小鼠菌群移植的小鼠相比，接受運動MI小鼠菌群移植的小鼠心臟功能更好。這些結(jié)果表明腸道菌群參與了運動訓(xùn)練對MI后心功能障礙的保護(hù)作用。

圖2. 糞菌移植恢復(fù)運動對MI的保護(hù)作用

進(jìn)一步基于UPLC-MS/MS平臺對菌群相關(guān)代謝物水平進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，與MI組相比，MI+運動組的主要酚類物質(zhì)3-羥基苯乙酸（3-HPA）和4-羥基苯乙酸（4-HPA）水平升高，正常組和MI+運動組的4-羥基苯甲酸（4-HBA）顯著改變。菌群-代謝物相關(guān)分析顯示，4-HPA、3-HPA和4-HBA分別與6個屬、5個屬和1個屬有顯著的相關(guān)性，說明這幾個代謝物可能介導(dǎo)了MI后運動訓(xùn)練的保護(hù)作用。隨后驗證它們對MI后心功能的保護(hù)作用是否可以直接轉(zhuǎn)移，以兩種不同劑量的處理發(fā)現(xiàn)，3-HPA和4-HBA可單獨應(yīng)用于通過 NRF2（酚類物質(zhì)的靶點，可保護(hù)建模的MI小鼠和細(xì)胞凋亡）保護(hù) MI 后心功能不全和細(xì)胞凋亡。

圖3. 3-HPA和4-HBA保護(hù)MI后的心功能不全

綜上，本研究通過Q200宏代謝組學(xué)、16SrRNA測序分析、抗生素使用和糞菌移植，發(fā)現(xiàn)腸道菌群介導(dǎo)了運動對心肌梗塞后的保護(hù)作用，菌群相關(guān)代謝物3-羥基苯乙酸和 4-羥基苯甲酸可通過NRF2保護(hù)心肌梗塞后的心功能障礙和細(xì)胞凋亡，揭示了通過運動、微生物組及其相關(guān)代謝物調(diào)節(jié)心血管疾病的潛在價值。

腸道菌群與代謝研究經(jīng)典思路

原文文獻(xiàn)

Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction. Microbiome. 2022.

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