扎考必利通过调控肠道菌群-叶绿素/血红素-色氨酸代谢轴改善冠状动脉微血管功能障碍的多维机制研究

《Journal of Translational Medicine》：Effects of zacopride and multidimensional impacts of cross-kingdom symbiosis: gut microbiota modulates coronary microvascular dysfunction via the chlorophyll/heme-tryptophan metabolic axis

本研究针对冠状动脉微血管功能障碍(CMD)缺乏特异性治疗方案的临床难题，首次揭示了扎考必利(Zacopride)通过重塑肠道菌群结构、调控"叶绿素/血红素-色氨酸代谢轴"改善CMD的新机制。研究人员通过细菌-真菌宏基因组测序结合机器学习算法，发现JC017菌株、Chromelosporium真菌和Barnesiella菌可作为CMD的微生物标志物，为心血管疾病防治提供了新的微生物-代谢干预靶点。

　　

在心血管疾病研究领域，冠状动脉微血管功能障碍(CMD)一直是个棘手的临床难题。据统计，约50%具有典型心绞痛症状和客观缺血证据的患者，其冠状动脉造影并未显示明显阻塞。这种微血管层面的功能障碍不仅是缺血性心脏病的重要病理基础，更与主要不良心血管事件(MACE)和射血分数保留的心力衰竭(HFpEF)风险显著相关。然而，由于CMD发病隐匿、早期诊断困难，加之传统心血管风险因素只能解释不到20%的发病风险，其病理机制至今尚未完全阐明。

近年来，随着"肠-心轴"概念的提出，肠道菌群失调被证实是心血管疾病的新型调控因子。人体肠道内栖息着超过100万亿微生物，它们通过产生三甲胺N-氧化物(TMAO)、短链脂肪酸(SCFAs)等代谢物与宿主进行双向对话，直接调控全身炎症反应、糖脂代谢稳态和血管内皮功能。然而，现有研究多聚焦于细菌，对真菌等真核微生物的关注相对不足。

在此背景下，Chen等人在《Journal of Translational Medicine》发表的研究，将目光投向了具有双重心血管调控特性的药物——扎考必利。该药物既能作为浓度依赖性的5-HT₄受体激动剂增强心肌收缩力，又可特异性激活Kir2.1内向整流钾通道抑制病理钙超载，在糖尿病和缺血性心肌病模型中显示出抗重塑效应。但学界对其是否通过系统性重塑"肠道菌群-代谢轴"发挥CMD治疗作用仍知之甚少。

为解开这一谜题，研究团队设计了一套严谨的实验方案：他们将60只Sprague-Dawley大鼠分为CMD模型组、健康对照组和扎考必利干预组，通过高脂饮食联合链脲佐菌素(STZ)诱导建立CMD模型。干预组每日口服5 mg/kg扎考必利，持续7天。研究人员采用经胸多普勒超声心动图(TTDE)测量左前降支冠状动脉静息/负荷峰值血流速度，计算冠脉血流储备(CFR)；收集回盲部内容物进行细菌-真菌宏基因组测序；运用9种机器学习算法构建分类模型，结合线性判别分析效应量(LEfSe)验证微生物标志物；通过Spearman相关性分析评估跨界生态互作。

关键技术方法包括：建立CMD大鼠模型（高脂饮食+STZ 35 mg/kg注射）、经胸多普勒超声心动图评估冠脉功能、16S/ITS扩增子测序分析肠道微生物、多种机器学习算法（随机森林、弹性网络等）识别关键微生物标志物、代谢通路预测（PICRUSt2+KEGG数据库）以及跨界共现网络分析。

结果

基本特征与CFR评估

扎考必利干预显著改善了CMD大鼠的冠脉微循环功能。虽然CMD组表现出较高的基线血流速度，但其CFR值明显低于健康对照组(p<0.001)和干预组(p<0.01)，提示微血管功能障碍。扎考必利治疗部分恢复了CFR，证实了其治疗效应。

微生物多样性变化

CMD状态显著降低了肠道细菌的丰富度和多样性。Chao1指数、Observed species值和Faith's pd指数均显示CMD组微生物多样性最低(p<0.05)，而扎考必利干预部分逆转了这一趋势。真菌多样性虽未呈现显著组间差异，但ZAC组的群落结构更接近健康状态。

物种组成结构

CMD导致肠道菌群结构发生显著改变：厚壁菌门和变形菌门（尤其是肠杆菌属、埃希氏-志贺氏菌属）丰度增加，而拟杆菌门、乳酸杆菌属等有益菌减少。扎考必利干预促进了拟杆菌属、粪杆菌属等有益菌的恢复。真菌方面，CMD组子囊菌门丰度降低，担子菌门增加，扎考必利部分逆转了这种失调状态。

β多样性分析

主坐标分析(PCoA)显示CMD组样本分布分散，提示菌群稳定性差；扎考必利干预组位于CMD组与健康组之间，表明药物部分恢复了微生物群落稳定性。

跨界相互作用网络

研究发现Chromelosporium作为真菌-细菌互作枢纽，在扎考必利干预下与Bradyrhizobium形成高度协同的跨界共生关系。这种共生关系可能在维持肠道微生态稳定中发挥关键作用。

代谢通路调控

CMD显著抑制了叶绿素a合成通路（CHLOROPHYLL-SYN、PWY-5531、PWY-7159）和色氨酸降解通路(PWY-6505)。扎考必利选择性恢复了叶绿素a代谢网络，但对色氨酸通路影响不显著，提示其作用具有通路特异性。

机器学习识别关键微生物标志物

随机森林(RF)和弹性网络(ENET)模型一致鉴定出JC017、Chromelosporium和Barnesiella作为CMD的关键微生物标志物。其中JC017不仅在疾病进展中起保护作用，更是扎考必利治疗效果的核心靶点微生物。

讨论与结论

本研究首次提出"叶绿素/血红素-色氨酸代谢轴"在CMD发病机制中的核心作用。叶绿素a与血红素共享5-氨基乙酰丙酸前体，其代谢紊乱可能通过影响血红素合成，进而干扰色氨酸代谢平衡。色氨酸作为关键代谢节点，其血清水平降低和KYN/Trp比值升高已被证实与心血管疾病风险相关。

JC017菌株的发现尤为引人注目。该菌属毛螺菌科，是核黄素的高效生产者，其丰度变化与叶绿素a代谢通路表达高度同步，提示其可能通过直接或间接调控叶绿素/血红素-色氨酸代谢网络在CMD进展中发挥保护作用。与此同时，Chromelosporium真菌与Bradyrhizobium细菌形成的跨界共生关系，可能通过光合基因簇(PGC)参与叶绿素合成代谢，共同维持肠道氧化应激平衡。

值得注意的是，Barnesiella菌的减少被确定为CMD肠道菌群失调的显著特征。该菌作为重要的短链脂肪酸(SCFAs)生产者，其丰度下降可能导致抗炎信号减弱和代谢炎症加剧。

尽管研究存在样本量有限、因果机制待验证等局限性，但首次揭示了扎考必利通过重塑微生物-宿主互作、调控叶绿素/血红素-色氨酸代谢轴改善CMD的新机制。这一发现不仅为CMD防治提供了新的微生物标志物和干预靶点，更开创了"微生物重塑-代谢调控-微循环改善"的多维治疗新范式，为心血管疾病研究开辟了全新的方向。