科學家研究最新發現某些腸道細菌和降低心臟病風險有關

腸道微生物組的變化與一系列疾病有關，包括 2 型糖尿病、肥胖和炎癥性腸病。現在，麻省理工學院和哈佛大學博德研究所以及馬薩諸塞州總醫院的一組研究人員發現，腸道中的微生物也可能影響心血管疾病。在《細胞》雜志上發表的一項研究中，研究小組發現了特定種類的細菌，這些細菌會消耗腸道中的膽固醇，并可能有助于降低人們的膽固醇和心臟病風險。

Ramnik Xavier 實驗室、Broad 代謝組學平臺的成員和合作者分析了弗雷明漢心臟研究 (Framingham Heart Study) 的 1,400 多名參與者的代謝物和微生物基因組，該研究是一個長達數十年的項目，專注于心血管疾病的危險因素。研究小組發現，一種名為振蕩桿菌的細菌會吸收并代謝周圍環境中的膽固醇，而腸道中這種微生物水平較高的人的膽固醇水平較低。他們還確定了細菌可能用來分解膽固醇的機制。結果表明，以特定方式操縱微生物組的干預措施有一天可能有助于降低人們的膽固醇。這些發現還為更有針對性地調查微生物組的變化如何影響健康和疾病奠定了基礎。

“我們的研究將人類受試者的發現與實驗驗證相結合，以確保我們獲得可操作的機制見解，這將作為改善心血管健康的起點，”核心研究所成員、免疫學項目主任兼聯合主任澤維爾說。布羅德傳染病和微生物組項目的負責人。他還是哈佛醫學院和馬薩諸塞州總醫院的教授。

Xavier 實驗室的博士后研究員 Chenhao Li 和研究科學家 Martin Stra?ar 是該研究的共同第一作者。

膽固醇線索

在過去的十年中，其他研究人員發現了腸道微生物組的組成與心血管疾病的因素之間的聯系，例如一個人的甘油三酯和餐后血糖水平。但科學家們未能針對這些聯系進行治療，部分原因是他們缺乏對腸道代謝途徑的完整了解。

在這項新研究中，布羅德團隊更全面、更詳細地了解了腸道微生物對新陳代謝的影響。他們將鳥槍法宏基因組測序（分析樣本中所有微生物 DNA）與代謝組學（測量數百種已知和數千種未知代謝物的水平）結合起來。他們使用這些工具來研究弗雷明漢心臟研究的糞便樣本。

“該項目的成果強調了高質量、精心策劃的患者數據的重要性，”斯特拉扎爾說。 “這使我們能夠注意到非常微妙且難以衡量的影響，并直接對其進行跟蹤。”

該方法發現了微生物與代謝特征之間的 16,000 多種關聯，其中一個關聯性特別強：擁有多種振蕩桿菌屬細菌的人比缺乏這種細菌的人膽固醇水平更低。研究人員發現，腸道中顫桿菌屬的物種數量驚人地豐富，平均每 100 個細菌中就有 1 個。

研究人員隨后想要找出微生物分解膽固醇的生化途徑。為此，他們首先需要在實驗室中培養這種生物體。幸運的是，該實驗室花了數年時間從糞便樣本中收集細菌，創建了一個獨特的庫，其中也包括振蕩桿菌。

成功培養細菌后，研究小組使用質譜法鑒定了細菌中最可能的膽固醇代謝副產物。這使他們能夠確定細菌降低膽固醇水平的途徑。他們發現細菌將膽固醇轉化為中間產物，然后可以被其他細菌分解并從體內排出。接下來，該團隊使用機器學習模型來識別負責這種生化轉化的候選酶，然后在實驗室的某些振蕩桿菌中專門檢測這些酶和膽固醇分解產物。

研究小組發現了另一種腸道細菌——產糞真桿菌，它也有助于降低膽固醇水平。該物種攜帶一種基因，科學家此前已證明該基因與膽固醇代謝有關。在這項新研究中，研究小組發現真桿菌可能與振蕩桿菌對膽固醇水平產生協同作用，這表明研究細菌物種組合的新實驗可以幫助揭示不同微生物群落如何相互作用影響人類健康。人類腸道微生物組中的絕大多數基因仍未被表征，但該團隊相信，他們在精確定位膽固醇代謝酶方面的成功為發現受腸道微生物影響的其他類似代謝途徑鋪平了道路，這些途徑可以作為治療目標。

“有許多臨床研究試圖進行糞便微生物組轉移研究，但對微生物之間以及腸道之間如何相互作用沒有太多了解，”李說。 “希望退后一步，首先關注一種特定的細菌或基因，我們將對腸道生態有系統的了解，并提出更好的治療策略，例如針對一種或幾種細菌。”

“由于腸道微生物組中有大量功能未知的基因，我們預測代謝功能的能力存在差距，”李補充道。 “我們的工作強調了腸道微生物可能改變其他甾醇代謝途徑的可能性。可能會有很多新發現，這將使我們更接近于對微生物如何與宿主相互作用的機械理解。”