心血管疾病(Cardiovascular diseases，CVD)已成为世界范围内发病率和死亡率最高的疾病。CVD的病因仍在研究中，但被认为受到遗传和环境因素的影响。最近的研究揭示了肠道微生物群在心血管疾病中的潜在作用。肠道中的微生物数量远远超过人体细胞总数。它们形成了一个复杂的相互作用的有机体群落，甚至其整体上被认为是一个人体器官。从分娩开始，许多因素影响着这个微生物群落的组成、新陈代谢和功能。许多研究表明，肠道菌群失衡可能通过影响免疫反应、肥胖、胰岛素抵抗、动脉粥样硬化和血栓形成易感因素而改变心血管疾病的易感性。微生物群还可能通过其代谢物与远端宿主器官进行通信。[1]
图1.肠道微生物群和可能与心血管和心脏代谢疾病相关的分子途径[2]
案例一
标题：Atherosclerosis amelioration by allicin in raw garlic through gut microbiota and trimethylamine-N-oxide modulation
译名：大蒜中的大蒜素通过肠道菌群和三甲胺-N-氧化物调节改善动脉粥样硬化[3]
期刊：npj Biofilms and Microbiomes [IF:7.290]
发表时间：2022年1月
原文地址：https://doi.org/10.1038/s41522-022-00266-3
文章简介
心血管疾病与肠道菌群及其代谢产物密切相关，包括左旋肉碱(ʟ-Carnitine）代谢生成的三甲胺-N-氧化物(TMAO)。以大蒜素为主要成分的生大蒜汁对肠道菌群有较大影响。这项研究证实了生大蒜汁通过调节肠道菌群及其代谢物来降低心血管疾病风险的益处。大蒜素可显著降低左旋肉碱喂养的C57BL/6J小鼠血清TMAO，减轻肉碱诱导的动脉粥样硬化易感性载脂蛋白E缺陷(ApoE−/−)小鼠的主动脉病变，改变粪便微生物群。在表现出高TMAO产量的受试者中，生大蒜汁摄入一周减少了TMAO的生成，改善了肠道微生物多样性，并增加了有益细菌的相对丰度。在体外和体外研究中，生大蒜汁和大蒜素能抑制肠道微生物群产生的γ-丁酰甜菜碱(γ-buyrobetaine，γBB)和三甲胺。因此，生蒜汁和大蒜素可以通过调节肠道菌群来减少TMAO的产生，从而潜在地预防心血管疾病。
图2.大蒜素降低了血清TMA、TMAO和γ-丁酰甜菜碱水平，左旋肉碱主要改变了左旋肉碱喂养的雄性C57BL/ 6J小鼠的粪便微生物群组成(每组n = 10)
案例二
标题：Essential Hypertension Is Associated With Changes in Gut Microbial Metabolic Pathways
译名：原发性高血压与肠道微生物代谢途径的改变有关[4]
期刊：Hypertension [IF: 10.190]
发表时间：2021年9月
原文地址：
https://doi.org/10.1161/HYPERTENSIONAHA.121.17288
文章简介
最近的证据支持肠道菌群在高血压中的作用，但动态血压是否与肠道菌群及其代谢物相关仍不清楚。该文章研究了澳大利亚大都市及区域社区未经治疗的人类高血压患者肠道菌群、代谢产物和受体的功能。该研究分析了70名来自大都市和地区社区的未经治疗和其他方面健康的参与者的动态血压、16S rRNA基因测序数据，粪便微生物群、血浆和粪便短链脂肪酸及其受体的表达。血压正常者多为女性(66%)，高血压组为35%(P<0.01)，但年龄差异无统计学意义(59.2±7.7岁对60.3±6.6岁)。基于机器学习对去噪ASV数据的多变量协方差分析表明，在正常血压者和原发性或隐匿性高血压患者之间，预测的肠道微生物群α-和β-多样性指标没有显著差异。然而，选定的分类群是这些群体特有的，特别是Acidaminococcus spp.、 Eubacterium fissicatena和Muribaculaceae 较高，而Ruminococcus 和 Eubacterium eligens在高血压患者中较低。重要的是，根据肠道微生物组基因途径和代谢产物可以区分正常血压和原发性高血压队列。具体地说，高血压参与者的血浆乙酸盐和丁酸盐水平较高，但他们的免疫细胞表达的短链脂肪酸激活的GPR43(G蛋白偶联受体43)水平降低。总而言之，肠道微生物多样性在原发性高血压中没有改变，但观察到微生物基因途径发生了显著变化。高血压患者的GPR43水平较低，可能会减弱它们对降低血压的代谢物的反应。
图3.高血压组肠道微生物基因通路改变
案例三
标题：Restructuring the Gut Microbiota by Intermittent Fasting Lowers Blood Pressure
译名：通过间歇性禁食重组肠道微生物群降低血压[5]
期刊：Microbiome [IF: 14.650]
发表时间：2021年12月
原文地址：https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.120.318155
文章简介
近年来的研究表明，肠道菌群的一种病理改变，称为肠道生物失调，可能是高血压发生的潜在因素。预防这种生物失调可以减轻或消除高血压。目前缺乏预防肠道生物失调的翻译机制，也缺乏将肠道生物失调与高血压联系起来的机制的理解。
该文研究者首先研究了间歇性禁食(IF)改变肠道菌群组成和降低血压(BP)的效果。接着利用多组学的方法来检测微生物影响的代谢物，这些代谢物可能是肠道菌群和宿主BP调节之间的纽带。结果证明，间歇性禁食显著改变肠道菌群、盲肠和血浆代谢组的组成，并防止自发性高血压卒中易感大鼠高血压的发展。通过无菌移植研究，间歇性禁食的有益效果被证明是由于肠道菌群的改变。与接受随意喂养的自发性高血压卒中易感大鼠的微生物群的无菌大鼠相比，接受自发性高血压卒中易发大鼠的微生物群的无菌大鼠的血压显著降低。通过对微生物群的宏基因组测序分析以及盲肠内容物和血浆的非靶向代谢组学分析，确定了胆汁酸代谢是一种潜在的降低血压的调节介质。最后发现补充胆酸或激活G蛋白偶联胆汁酸受体(TGR5)可以显著降低自发性高血压卒中大鼠的血压。这些研究表明间歇性禁食的降压作用涉及肠道菌群和代谢组的调控，并揭示胆汁酸信号转导被认为是肠道生物失调导致高血压的新机制。
图4.易卒中型自发性高血压大鼠SHRSP的肠道菌群间歇性禁食(EODF)后发生改变
从以上研究可以发现，心血管相关疾病与肠道菌群相关研究需进行多组学数据的联合，一般研究思路为：
1) 实验设计：对照组；实验组
2) 样本收集：粪便，肠道内容物（小鼠），血液等
3) 检测方法：粪便16s rRNA基因测序或宏基因组测序；粪便和血液等代谢组检测；转录组测序
4) 数据统计与分析：微生物多样性分析，物种组成分析，差异分析，代谢途径分析，相关性分析
5) 得到到差异物种，差异代谢物，代谢通路变化等