《Journal of Functional Foods》:Folate-producing
Lactiplantibacillus plantarum TXZ 2–26 attenuates H-type hypertension by reshaping gut microbiota and metabolic profiles
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针对H型高血压(HHT)中同型半胱氨酸(HCY)升高和叶酸缺乏的难题,本研究探索了益生菌疗法。研究人员开展了一项使用高叶酸合成植物乳杆菌TXZ 2–26干预高血压小鼠的实验,发现该菌株能有效降低血压、减轻肾脏损伤,并重塑紊乱的肠道菌群与宿主代谢,其降压效果与菌株的高叶酸合成能力直接相关,为基于微生物叶酸的HHT精准干预提供了新策略。
高血压,尤其是“H型高血压”,正成为心血管健康领域的焦点。这种特殊类型的高血压不仅表现为血压升高,还伴随着血液中同型半胱氨酸(HCY)水平的异常增高。HCY是一种含硫氨基酸的代谢中间产物,当其浓度超标,会像“隐形杀手”一样,悄悄地损伤血管内皮,加剧炎症和氧化应激,显著增加中风、冠心病等心脑血管事件的风险。在中国,原发性高血压患者中H型的比例高达80%,远高于全球平均水平,这意味着我们面临着更为严峻的疾病负担。传统上,补充合成叶酸是降低HCY、防治H型高血压的主要手段。然而,合成叶酸存在吸收利用率、潜在副作用等问题。近年来,肠道菌群作为人体“第二基因组”的角色日益凸显,其紊乱与高血压的发生发展密切相关。那么,一个大胆的设想应运而生:能否利用我们肠道中的“好细菌”——益生菌,来生产我们所需的天然叶酸,从而从根源上调节HCY代谢,实现“一石二鸟”(调控血压和降低HCY)的效果呢?
为了回答这个问题,一篇发表在《Journal of Functional Foods》上的研究为我们带来了突破性的发现。西北大学的研究团队进行了一项精巧的实验。他们并没有简单比较益生菌“有没有用”,而是精心挑选了两株同属于植物乳杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)的菌株:一株是“高产明星”TXZ 2–26,能合成大量叶酸;另一株是“低产对照”F4–1。研究人员构建了一种模拟人类H型高血压病理进程的小鼠模型(采用L-NAME联合高盐饮食诱导),然后将小鼠分为健康对照组、高血压模型组、补充TXZ 2–26组和补充F4–1组,进行了为期7周的干预。
本项研究综合运用了多项关键技术来系统解析益生菌的作用机制。首先,研究者建立了L-NAME/高盐(L-NAME/HS)诱导的H型高血压小鼠模型,模拟了人体内一氧化氮(NO)缺乏与高盐负荷协同致病的状态。其次,通过鸟枪法宏基因组测序(shotgun metagenomic sequencing)全面解析了肠道微生物群落的结构与功能基因变化。再者,采用非靶向液相色谱-质谱联用技术(LC-MS/MS based non-targeted metabolomics)对小鼠的粪便和血清样本进行了代谢组学分析,以揭示宿主代谢网络的全局性改变。此外,研究还使用了组织病理学评估(肾组织H&E和Masson染色)、血压尾套法测量、以及酶联免疫吸附测定(ELISA)和微生物法来定量关键指标如炎症因子、同型半胱氨酸(HCY)和叶酸的水平。最后,通过Spearman相关分析和线性回归等统计方法,深入挖掘了肠道菌群、代谢物与血压表型之间的复杂关联。
研究结果层层递进,揭示了高叶酸合成菌株TXZ 2–26独特的保护作用。
3.1. 膳食补充L. plantarum TXZ 2–26可减轻高血压小鼠的高血压和肾损伤
研究发现,只有高叶酸合成的TXZ 2–26能显著降低高血压小鼠的收缩压(SBP)和舒张压(DBP),而低产菌株F4–1仅对收缩压有轻微作用。同时,TXZ 2–26能更有效地缓解高血压导致的体重增长抑制,并在组织学上表现出更强的肾脏保护作用,显著减轻肾小球硬化、肾小管损伤和间质纤维化。
3.2. L. plantarum TXZ 2–26逆转了高血压小鼠的肠道菌群失调
宏基因组分析表明,高血压导致了肠道菌群结构紊乱。TXZ 2–26干预能显著改变菌群整体结构,使其向健康对照组靠拢。具体表现为:促炎菌属(如Porphyromonadaceae_bacterium)丰度下降,而有益菌属(如Muribaculaceae相关菌)得以恢复。更重要的是,在菌群功能层面,TXZ 2–26处理显著富集了微生物叶酸合成途径。
3.3. L. plantarum TXZ 2–26改善了高血压小鼠粪便代谢物的失调
粪便代谢组学显示,高血压扰乱了氨基酸代谢(如甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢)和谷胱甘肽代谢等通路。TXZ 2–26干预能部分逆转这些代谢紊乱,恢复氨基酸和脂质代谢平衡,并减弱与高血压相关的通路(如醛固酮调节的钠重吸收)的激活。
3.4. L. plantarum TXZ 2–26改善了高血压小鼠血浆代谢物的失调
血清代谢组学进一步在系统水平证实了TXZ 2–26的调节作用。该菌株干预重塑了宿主的一碳代谢,显著增强了半胱氨酸和蛋氨酸代谢、甘氨酸-丝氨酸-苏氨酸代谢以及谷胱甘肽代谢等通路,这些都与HCY的清除和抗氧化防御密切相关。
3.5. L. plantarum TXZ 2–26通过调节叶酸-同型半胱氨酸轴和肠道菌群-代谢物相互作用来减轻高血压
这是机制探索的核心。研究发现,TXZ 2–26能显著增加粪便和血清中的叶酸水平,同时有效降低其中的HCY浓度,而F4–1的作用则不明显。线性回归分析显示,叶酸与HCY水平呈显著负相关,而HCY水平与血压(SBP和DBP)呈显著正相关。这表明,TXZ 2–26可能是通过提高叶酸供应来降低HCY,进而实现降压的。此外,相关分析网络图揭示了特定的肠道细菌(如Eggerthellaceae bacterium与HCY正相关,Faecalibaculum rodentium与HCY负相关)与宿主代谢物(包括HCY、氨基酸、嘌呤等)之间的紧密联系,勾勒出一个“菌群-代谢物-血压”的调控网络。
综合以上结果,研究得出了明确的结论。高叶酸合成植物乳杆菌TXZ 2–26通过一种多层面的协同机制缓解H型高血压:首先,它重塑肠道菌群,抑制促炎菌群,扶植有益菌群;其次,它系统性 reprogram 宿主代谢,纠正氨基酸、脂质代谢紊乱并增强抗氧化防御;最后,也是最关键的一点,它恢复了叶酸-同型半胱氨酸代谢轴的稳态,通过提供丰富的微生物源性叶酸,高效降低循环HCY水平,切断了HCY与高血压之间的正向联系。相比之下,低叶酸合成菌株F4–1则未能产生同等效益,有力证明了菌株本身的叶酸高产能力是其发挥心血管保护作用的特异性决定因素。
这项研究的深远意义在于,它首次在机制层面将益生菌的叶酸合成能力与其抗高血压功效直接挂钩,超越了以往关于益生菌“一般性有益”的模糊认知。它提供了一种全新的、更符合生理的H型高血压干预思路:即利用“活体工厂”(益生菌)在肠道内原位生产生物活性叶酸,同步调节局部菌群生态和全身代谢网络。这不仅为开发靶向性更强的下一代益生菌疗法提供了坚实的理论依据和优秀的候选菌株,也为我们理解“肠-轴”(如肠1肾轴、肠-血管轴)在慢性疾病中的作用增添了新的重要维度。未来,针对特定代谢功能的益生菌筛选与应用,或许会成为个性化营养与疾病预防干预的新前沿。