我院赵文婧/牟相宇团队揭示肠道诱炎细菌在脑血管疾病中的潜在作用与机制

近日，我院赵文婧/牟相宇团队在肠道微生物参与影响脑小血管疾病CADASIL机制研究领域取得重要进展，相关成果以题为“Gut microbes exacerbate systemic inflammation and behavior disorders in neurologic disease CADASIL”的研究论文发表在微生物组学著名期刊Microbiome上。

心脑血管病是造成我国居民死亡的首要原因。脑小血管病是导致脑卒中与痴呆的最主要原因之一，而CADASIL是最为常见的遗传性脑小血管病。CADASIL多发于中年，其发生发展为人体自身基因与环境因素共同调控；但因其发病隐秘，不易诊断且预后欠佳，给人民健康与社会经济带来沉重的负担。因此，针对CADASIL在内的脑小血管病的早筛早诊早疗的理论研究与技术开发具有重大意义。

肠道微生物组被称为人体的“第二基因组”，它作为最重要的环境因素（非遗传因素）之一已被证明可通过免疫系统、神经系统以及内分泌系统影响多种神经与精神类脑疾病的发生发展以及预后。肠道微生物群落的组成与功能改变被证实与肌萎缩侧索硬化症（俗称渐冻症）、孤独症谱系障碍、抑郁、帕金森症、阿尔兹海默症等密切相关。近年来脑肠轴研究已成为前沿热点方向，为了探究肠道微生物组在CADASIL中的潜在作用，研究团队对脑小血管疾病CADASIL患者和健康家属对照的粪便及血清样本展开了多组学研究。宏基因组结果显示，患者的肠道菌群中惰性真杆菌（Eubacteriumsiraeum）、埃氏巨球形菌（Megasphaeraelsdenii）、可变梭杆菌（Fusobacteriumvarium）等7种细菌的丰度在患者组中显著偏高，而粪罗氏菌（Roseburiafaecis）、挑剔真杆菌（Eubacteriumeligens）等3种细菌的丰度显著偏低。细菌基因功能通路分析表明，γ-氨基丁酸（GABA）相关代谢通路在患者的肠道菌群中显著富集；血清代谢组和神经递质检测结果也表明，谷氨酸/γ-氨基丁酸（Glu/GABA）比例在患者中显著偏高。研究者进一步分析了GABA相关代谢通路中的5个酶，发现GABA氨基转移酶的丰度在患者组中显著偏高，并且E.siraeum和M. elsdenii对该酶的丰度起到了重要的贡献作用（图2）。以上发现暗示E. siraeum和M. elsdenii可能通过调节Glu/GABA比例进而影响CADASIL的表型。

图2. CADASIL患者血清中的Glu/GABA比例和肠道菌群中的GABA氨基转移酶基因丰度均偏高。

随后，研究团队发现患者血清中的细胞因子（IL-1β，IL-6，TNF-α，CCL2，CXCL16）水平显著上升。肠道微生物物种组成和血清中的细胞因子的关联分析发现，Fusobacteriumvarium和IL-1β、IL-6的水平显著相关。而F. varium是一种机会致病菌，既往研究表明其在结直肠癌与溃疡性结肠炎患者的消化道中富集。为了验证F. varium是否促进CADASIL的发生发展，研究团队从患者粪便里分离得到了该种菌，并在CADASIL小鼠模型（Notch3^R170C/+）上进行验证其作用。结果发现相较于野生型小鼠，F. varium更容易在Notch3^R170C/+小鼠肠道中定植，且Notch3^R170C/+小鼠血清中IL-1β水平显著上升；行为学实验显示F. varium促进了Notch3^R170C/+小鼠的焦虑行为表型。细胞实验进一步表明，F. varium激活了巨噬细胞的NLRP3-caspase-8依赖的炎症小体，从而导致IL-1β水平的升高（图3）。上述结果表明宿主基因（第一遗传物质）可以影响其对微生物的易感性；反过来，肠道微生物（第二遗传物质）亦可参与影响疾病的发生发展。

图3. F. varium促进Notch3^R170C/+小鼠发生焦虑样行为并引发全身炎症

综上，该研究从临床问题出发，通过多组学技术挖掘潜在的有害与有益微生物菌种，并通过细胞与动物模型验证其作用与机制，为脑小血管病CADASIL的诊断与干预技术的研发奠定了重要基础（图4）。

图4. 肠道微生物参与CADASIL的发生发展

我院为该研究论文的第一完成单位，我院刘胜博士、中山大学附属第三医院门雪娇主治医师和我院郭扬博士为该论文的共同第一作者，中山大学附属第三医院脑病中心陆正齐教授、我院赵文婧教授、牟相宇副教授为该论文的共同通讯作者。南方医科大学周宏伟教授、浙江大学蒋超教授、我院平苏宁副教授为本研究提供了宝贵的指导。本研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金、深圳市炎症性疾病系统医学重点实验室和广州市脑科学重点研究项目等经费的支持。