兰州大学罗斌教授团队：冷致高血压与肠道菌群改变和丁酸减少有关

学者简介

罗 斌

本论文通信作者，《环境与职业医学》青年编委，兰州大学公共卫生学院教授、副院长，博士研究生导师，兰州大学萃英学者。研究方向：极端气象环境与健康、空气污染与健康。

王 搏

本论文第一作者，兰州大学公共卫生学院硕士研究生。研究方向：极端气象与健康。

研究背景

高血压是多种疾病的危险因素，会使心、脑血管疾病及肾脏等疾病的发病风险增加，其患病率在全球范围内呈上升趋势。大量研究表明，短期或持续的低温暴露与血压升高有关。肠道菌群对宿主健康的影响已被广泛讨论，尤其是在高血压中。针对高血压人群和动物的大量研究均表明肠道菌群及其代谢物——短链脂肪酸（Short-chain fatty acids， SCFAs）的变化与高血压有关。此外，一些研究还发现寒冷暴露可以改变肠道结构和肠道菌群的组成。因此，该研究假设寒冷暴露下肠道菌群和SCFAs的变化可能与冷致高血压（Cold-induced hypertension，CIH）的发生发展有关。然而，这种关联尚不清楚。

近期，兰州大学公共卫生学院罗斌教授团队于2022年4月在Science of the Total Environment发表了一篇题为“Cold exposure, gut microbiota, and hypertension: A mechanistic study”的研究论文，该研究通过建立冷致高血压大鼠模型揭示了冷致高血压可能与肠道菌群改变和丁酸水平降低有关。

研究方法

雄性Sprague-Dawley大鼠被随机分为常温组（NT，20±2℃）和冷暴露组（CE，4±1℃），并在6周暴露后进行粪菌交叉移植。使用16S rDNA测序分析大鼠肠道菌群的多样性和物种组成，通过智能无创血压计测量大鼠的血压，使用气相色谱-质谱测量大鼠粪便中SCFAs的含量，并测量大鼠血浆中血管紧张素Ⅱ（ANG Ⅱ）、NO、总胆固醇和甘油三酯的水平。实验流程见图1。

▼图1 实验流程

来源：Science of the Total Environment

研究结果

冷暴露6周后，CE组血压明显高于NT组（图2A-C）。冷暴露6周后，CIH大鼠肠道菌群发生了改变。大鼠肠道菌群中三个最丰富的门分别是拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门（图2D）。α多样性分析显示，与NT组相比，CE组大鼠属水平上的菌群丰富度和多样性显著降低（图2F-G）。β多样性分析（Bray-Curtis距离）表明，NT和CE组大鼠肠道菌群组成在属水平存在显著差异（图2H）。通过Wilcoxon秩和检验，在属水平确定了18个细菌丰度在NT和CE组之间存在显著差异（图2I）。有益菌（例如Lactobacillus属）和产丁酸的细菌（例如Lachnospiraceae UCG-008、 Ruminococcaceae UCG-013属）在NT组显著富集，潜在致病菌和条件致病菌（例如Quinella、 Rothia、Senegalimassilia属）在CE组显著富集（图2I）。

▼图2 冷暴露下大鼠血压和肠道菌群的特征

来源：Science of the Total Environment

在NT和CE组之间存在显着差异的18个菌属中，Spearman相关分析显示，8个菌属与大鼠收缩压（SBP）、平均血压（MBP）和舒张压（DBP）具有显著的相关性，如图3所示。

▼图3 大鼠血压与肠道菌群的相关性

来源：Science of the Total Environment

冷暴露6周后，NT组和CE组大鼠粪便中SCFAs（乙酸、丙酸和丁酸）水平的变化如图4A-C所示。与NT组相比，CE组丁酸水平显著降低（图4C）。

▼图4 冷暴露下大鼠粪便中乙酸、丙酸和丁酸的水平

来源：Science of the Total Environment

粪菌移植后，各组大鼠收缩压发生显著改变，其中CC组和CN组SBP明显高于NN组。MBP和DBP未发生显著改变（图5B-C）。粪菌移植后，各组大鼠肠道菌群发生了变化。粪菌移植后厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）的比值发生显著变化（P<0.05），CC组F/B高于NN、NC和CN组（图5E）。α多样性分析表明，与NN组相比，NC组和CN组属水平上的菌群丰富度和多样性显著降低（图5F-G）。β多样性分析表明，各组大鼠肠道菌群组成在属水平存在显著差异（图5H）。通过Kruskal-Wallis检验，在属水平确定了38个细菌丰度在NN、NC和CN组之间存在显著差异（图5I）。移植CE组大鼠粪菌后的NT组大鼠显著富集一些条件致病菌，如普氏菌UCG-003属（Prevotellaceae UCG-003）。移植NT组大鼠粪菌后的CE大鼠显著富集一些有益细菌，如拟杆菌属（Bacteroides）（图5I）。

▼图5 粪菌移植后大鼠血压和肠道菌群的特征

来源：Science of the Total Environment

在NN、NC、CC和 CN组之间存在显着差异的38个菌属中，Spearman相关性分析显示，16个菌属与大鼠收缩压（SBP）具有显著的相关性，如图6所示。

▼图6 粪便细菌移植后收缩压（SBP）与肠道菌群的相关性

来源：Science of the Total Environment

粪菌移植后，与NN和NC组相比，CC组和CN组大鼠ANG Ⅱ浓度明显升高（图7A）。与NN组相比，NC、CC和CN组大鼠血浆NO浓度显著降低（图7B）。与NN组和NC组相比，CC组和CN组大鼠血浆中总胆固醇（T-CHO）、甘油三脂（TG）浓度显著升高（图7C-D）。

▼图7 粪菌移植后ANG Ⅱ、NO、总胆固醇、甘油三脂的水平

来源：Science of the Total Environment

研究结论

总之，该研究表明，CIH可能与肠道菌群改变和丁酸减少有关。冷暴露导致肠道菌群的多样性降低，潜在致病菌和条件致病菌的丰度增加，而有益细菌和产生丁酸的细菌的丰度显著降低。该研究提供了肠道菌群与CIH之间关系的新见解，这将可能有利于CIH的预治，尤其是对于那些在寒冷环境中工作的人群。

该研究得到了国家自然科学基金（4187050043）和兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金（lzujbky-2021-ey07）的资助。

编辑 | 顾心怡 

审阅 | 王晓宇