宿主应激蛋白通过肠道菌群调控失血性休克：孟德尔随机化与动物模型证据

《Journal of Translational Medicine》：Host stress proteins shape hemorrhagic shock via gut microbiota: evidence from Mendelian randomization and animal models

本研究针对失血性休克（HS）病理过程中应激蛋白、炎症与肠道菌群失调的复杂关联，通过整合孟德尔随机化（MR）分析与大鼠模型实验，揭示了HSPB1、HIF1A等关键蛋白通过调控肠道微生物群落影响HS进展的机制。研究发现HSPB1与HIF1A为保护性蛋白，而APAF1、F7、F10则增加HS风险，并通过16S rRNA测序证实出血后微生物多样性呈现24小时急剧下降、72小时部分恢复的动态规律，且乳杆菌属（Lactobacillus）短暂扩增后由Blautia与Romboutsia等菌属替代主导。该研究首次构建"蛋白-微生物-HS"调控框架，为微生物靶向治疗策略提供了新方向。

　　

当人体遭遇严重创伤或大手术时，急性大量失血可能引发失血性休克（Hemorrhagic Shock, HS），这是一种起病迅猛、进展快速且死亡率极高的危重病症。尽管现代医学通过液体复苏、输血等手段维持生命体征，但患者仍常因多器官功能障碍综合征（MODS）而死亡。究其根源，组织低灌注导致的代谢性酸中毒、全身性缺氧以及随之而来的炎症风暴、凝血紊乱和肠道屏障损伤等病理反应，共同构成了恶性循环。尤其值得关注的是，肠道作为人体最大的免疫器官，在休克状态下会发生菌群失调（Dysbiosis），细菌及其毒素可能穿过受损的肠壁进入血液循环，加剧全身炎症反应。然而，宿主自身的应激保护机制——如热休克蛋白（HSPs）对细胞蛋白稳态的维护、缺氧诱导因子（HIFs）对缺氧环境的适应调控——如何与肠道微生物相互作用，进而影响休克进程，仍是未解之谜。

为破解这一难题，邓高荣等研究人员在《Journal of Translational Medicine》发表最新研究，创新性地将人类遗传学证据与动物实验模型相结合，探索宿主应激蛋白通过肠道菌群调控失血性休克的潜在机制。通过孟德尔随机化（Mendelian Randomization, MR）分析，团队发现热休克蛋白β-1（HSPB1）和缺氧诱导因子1-α（HIF1A）具有保护作用，而凋亡蛋白酶激活因子-1（APAF1）及凝血因子VII（F7）、X（F10）则会增加HS风险。为进一步验证这些蛋白如何通过微生物途径发挥作用，研究者建立了大鼠HS模型，并在出血前（基线）、出血后24小时和72小时三个时间点采集粪便样本，进行16S rRNA基因测序，分析微生物群落的结构和功能变化。

关键技术方法包括：1）利用大规模基因组关联研究（GWAS）数据库进行两样本孟德尔随机化分析，评估应激相关蛋白与HS风险的遗传因果关系；2）采用SD大鼠股动脉穿刺放血法建立中度HS模型，独立分组采集基线、24小时和72小时肠道样本；3）通过Illumina MiSeq平台对粪便样本V3-V4区进行高通量测序，使用DADA2算法生成扩增子序列变异（ASVs），并借助PICRUSt2预测微生物功能通路。

研究结果首先通过测序数据质量评估证实了数据的可靠性。如图1所示，Ven图显示三组样本共享445个操作分类单元（OTUs），构成核心微生物群，但随出血时间延长，群落重叠度下降而特异性增加。稀释曲线表明测序深度足够覆盖绝大多数菌群成员，而Shannon指数曲线动态变化揭示：基线组多样性最高，24小时组显著降低，72小时组呈现部分恢复但个体差异增大，提示微生物生态处于不稳定重建阶段。

微生物多样性分析凸显了HS对肠道菌群的显著影响。Alpha多样性指标（图2）显示，出血24小时后物种丰富度（Chao1、ACE指数）和均匀度（Shannon、Simpson指数）均急剧下降（p<0.01），表明急性应激导致菌群结构简化；72小时时各项指数出现回升趋势，但样本间差异扩大，反映恢复过程的不均衡性。Beta多样性分析（图3）通过Bray-Curtis距离矩阵、主坐标分析（PCoA）和非度量多维尺度分析（NMDS）显示三组样本明显分离，PERMANOVA验证组间差异显著（R=0.3914, p=0.001），24小时组样本聚集紧密而72小时组离散度高，提示出血早期菌群同质化，后期转向个体化重建。

菌群组成在门和属水平均发生时序性演变。图4A和5显示，厚壁菌门（Firmicutes）虽持续主导但72小时时比例降至74.55%，拟杆菌门（Bacteroidota）略有回升，而变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteriota）在72小时显著扩张（分别达5.65%和4.60%），可能伴随潜在致病风险。属水平分析（图4B）进一步发现，基线期富含短链脂肪酸（SCFAs）产生菌（如Ruminococcus、Allobaculum）；24小时时乳酸菌属（Lactobacillus）爆发性增长至30.29%，其他有益菌衰减；72小时时乳酸菌回落至6.86%，Blautia、Romboutsia等功能菌属相对上升，但整体结构未恢复基线状态，"其他"类别占比激增（53.72%），暗示机会菌扩增和生态复杂性增加。

LEfSe分析（图6）识别出各阶段特征菌群：基线期以韦荣球菌科（Veillonellaceae）、Murimonas等厌氧共生菌为主；24小时显著富集乳酸杆菌相关属；72小时则见Blautia、Romboutsia等菌群重建标志物，但γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）增多提示稳定性未完全恢复。PICRUSt2功能预测（图7）表明，72小时样本中翻译和氨基酸代谢通路显著富集，预示微生物可能通过增强蛋白合成和氮代谢支持宿主修复。

孟德尔随机化结果为上述现象提供了遗传学解释。如表3所示，遗传代理的APAF1与HS风险正相关（OR=1.236, p=0.004），而HIF1A呈负相关（OR=0.684, p=0.001）。异质性检验（表4）和多效性分析（表5）均支持结果的稳健性。散射图与漏斗图（图8展示HSPB1示例）进一步证实工具变量线性关系良好，无显著偏倚。

综合讨论部分指出，本研究首次通过MR与动物模型交叉验证，提出HSPB1/HIF1A可能通过维护肠黏膜屏障（细胞骨架稳定、缺氧适应）发挥保护作用，而APAF1介导的上皮细胞凋亡和F7/F10驱动的微血管凝血则通过改变肠道氧合与营养环境，促使变形菌门扩增和SCFAs产生菌减少，最终加剧菌群失调。72小时Blautia上升和乳酸菌动态正常化可作为HS恢复的潜在微生物标志物。

该研究的结论强化了"蛋白-微生物-HS"调控轴的科学价值：遗传学层面锁定HSPB1、HIF1A、APAF1、F7、F10等关键应激蛋白与HS的因果关系；实验层面揭示出血后肠道菌群经历多样性崩溃、应激菌扩增、功能重建三阶段演变，且微生物代谢通路转向蛋白质合成支持宿主恢复。这些发现不仅深化了对HS多器官损伤机制的理解，更为临床监测提供了微生物标志物（如Blautia时序变化）的新思路，并为开发短链脂肪酸补充、靶向益生菌等微生态干预策略奠定了理论基础。后续研究将通过蛋白定量、多组学联用和复苏干预实验，进一步验证该调控轴的可译性与临床转化潜力。