杜博西拉·纽约氏菌（Dubosiella newyorkensis）通过降低N1-甲基-4-吡啶酮-3-甲酰胺减轻噪声相关动脉粥样硬化

《Pharmacological Research》：Gut Dubosiella newyorkensis alleviates noise-related atherosclerosis by reducing N1-methyl-4-pyridone-3-carboxamide

　　

慢性噪声暴露（chronic noise exposure）通过升高循环N¹-甲基-4-吡啶酮-3-甲酰胺（N¹-methyl-4-pyridone-3-carboxamide，4PY）促进动脉粥样硬化（atherosclerosis）。循环4PY升高加重内皮功能障碍（endothelial dysfunction）。噪声暴露诱导肠道菌群失调（gut microbiota dysbiosis）并增加循环4PY。补充杜博西拉·纽约氏菌（Dubosiella newyorkensis）降低循环4PY并减轻动脉粥样硬化。

研究背景：现代社会环境噪声广泛存在，城市居民长期暴露于道路、铁路和航空噪声。现有证据已将噪声暴露与心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）相关联，并认为噪声是CVD的重要环境危险因素，但噪声暴露对动脉粥样硬化（atherosclerosis）的具体效应及其分子机制尚不清楚。传统观点认为，慢性噪声暴露通过激活自主神经和内分泌系统，扰动血压升高、血脂异常和高血糖等经典心血管危险因素，从而加速CVD发生发展；然而，近年多项前瞻性队列研究显示，校正传统心血管危险因素后，噪声暴露仍与长期不良心血管事件风险升高相关，且无传统危险因素者的CVD风险亦明显升高，提示传统危险因素仅部分解释噪声相关心血管损害，仍有其他致病通路待揭示。4PY（N¹-甲基-4-吡啶酮-3-甲酰胺，N¹-methyl-4-pyridone-3-carboxamide）是烟酰胺代谢终末产物；既往研究多关注烟酰胺及其代谢物在CVD中的病理生理作用，对4PY的生物学作用研究较少。近期研究显示，循环4PY升高与主要不良心血管事件（major adverse cardiovascular events，MACE）风险增加密切相关，4PY可能通过促进炎症反应参与多种疾病病理进程，但4PY是否参与噪声相关动脉粥样硬化及其调控机制尚不清楚。肠道菌群失调（gut microbiota dysbiosis）被认为参与CVD发生发展，肠道微生物代谢物在冠心病、高血压等CVD病理过程中发挥重要作用，可通过加重炎症、肥胖和血脂异常等促进CVD；噪声暴露可显著改变肠道菌群组成、多样性和功能，慢性噪声应激还可能通过破坏紧密连接蛋白、增加肠道通透性而损害肠屏障完整性，并干扰宿主代谢稳态、肠道微生物稳定性和宿主–微生物互作。基于此，研究人员探讨噪声暴露是否通过升高循环4PY促进动脉粥样硬化并阐明分子机制，同时探索杜博西拉·纽约氏菌（Dubosiella newyorkensis）调控循环4PY及减轻噪声相关动脉粥样硬化的作用。该研究发表于《Pharmacological Research》，为环境噪声相关CVD的机制理解和干预提供了流行病学与实验证据。

关键技术方法：研究人员利用英国生物银行（UK Biobank，UKB）前瞻性队列分析工作场所噪声暴露与冠心病（coronary heart disease，CHD）累积风险，最终纳入155,311名参与者；构建载脂蛋白E基因敲除（ApoE^?/?）小鼠高脂饮食（high-fat diet，HFD）联合85 dB SPL白噪声暴露模型；采用非靶向代谢组学、转录组学、16S rRNA基因测序、粪便微生物移植（fecal microbiota transplantation，FMT）及人源粪便定植；对冠心病患者行冠状动脉计算机断层扫描血管成像（coronary computed tomography angiography，CTA）斑块负荷评估、血浆4PY质谱检测和噪声暴露问卷；开展小鼠主动脉内皮细胞（mouse aortic endothelial cells，MAECs）及NR4A1过表达/敲低、NF-κB抑制剂干预、腺相关病毒血清型8（adeno-associated virus serotype 8，AAV8）介导肝Acmsd敲低和D. newyorkensis灌胃补充实验。

研究结果：2.1 噪声暴露加速动脉粥样硬化进展（Noise exposure accelerates atherosclerosis progression）：通过UKB队列发现，中位随访12.74年期间记录3,391例CHD，CHD累积发生率随工作场所噪声暴露时长增加而升高；ApoE^?/?小鼠噪声暴露后主动脉斑块负担、主动脉根部病变面积、斑块内脂质沉积和坏死核心面积增加，斑块胶原含量减少，血浆IL-1β、TNF-α和IL-6升高，而血脂、体重、脂肪重量、肝脏重量及血压无明显差异，提示噪声暴露可在不干扰常见心血管危险因素的情况下加速动脉粥样硬化进展。2.2 噪声暴露通过升高循环4PY水平加重ApoE^?/?小鼠动脉粥样硬化（Noise exposure aggravates atherosclerosis by elevating circulating 4PY levels in ApoE^?/? mice）：通过非靶向代谢组学发现噪声暴露改变循环代谢物谱，差异代谢物富集于烟酸和烟酰胺代谢通路，噪声暴露小鼠循环4PY和N¹-甲基-2-吡啶酮-5-甲酰胺（N¹-methyl-2-pyridone-5-carboxamide，2PY）升高；质谱检测显示噪声暴露小鼠和噪声暴露人群血浆4PY升高，且循环4PY可预测高冠状动脉斑块负荷风险；4PY补充加重ApoE^?/?小鼠动脉粥样硬化病变并促进炎症介质释放，但不改变血脂、脂肪量、肝脏重量或体重，提示噪声暴露的促动脉粥样硬化作用可能由烟酰胺代谢物4PY介导。2.3 4PY通过抑制NR4A1表达诱导内皮功能障碍（4PY induces endothelial dysfunction by suppressing NR4A1 expression）：通过转录组学筛选差异表达基因，发现Fos、Nr4a1、Nr4a3、Egr1、Bmal1和Irf4等转录调控相关基因改变；噪声暴露下调小鼠主动脉Nr4a1表达，噪声暴露和4PY补充均降低主动脉NR4A1蛋白水平，4PY主要在MAECs中降低Nr4a1表达；4PY上调内皮细胞ICAM-1和VCAM-1并促进IL-1β、IL-6和TNF-α分泌，增加单核细胞黏附，NR4A1过表达可逆转上述变化；机制上，4PY通过抑制c-Jun磷酸化及c-Jun/AP-1依赖性转录信号抑制内皮NR4A1表达，提示噪声诱导的4PY积累可抑制内皮NR4A1，触发内皮炎症激活和单核细胞–内皮黏附。2.4 NF-κB信号通路激活是4PY经NR4A1诱导内皮功能障碍的关键机制（Activation of the NF-κB signaling pathway is a key mechanism by which 4PY induces endothelial dysfunction via NR4A1）：通过内皮细胞实验发现，4PY上调p-p65和p-IκBα、下调总IκBα，NR4A1过表达抑制4PY诱导的NF-κB异常激活并降低p65核内荧光强度；NR4A1敲低加重单核细胞黏附、黏附分子表达和炎症因子分泌，而NF-κB抑制剂BAY 11-7082可明显缓解NR4A1敲低触发的上述内皮功能障碍，提示NF-κB激活是NR4A1下调导致内皮功能障碍的下游效应。2.5 肠道菌群失调是噪声诱导循环4PY升高的关键环节（Gut dysbiosis serves as the key link for noise-induced circulating 4PY elevation）：通过将非噪声暴露和噪声暴露人群粪便移植至ApoE^?/?小鼠，发现噪声来源FMT升高小鼠血浆4PY、上调主动脉ICAM-1和VCAM-1、抑制血管内皮NR4A1、增加主动脉斑块面积、斑块内脂质沉积和坏死核心面积、减少斑块胶原并升高血浆炎症因子，但不显著改变血脂、体脂、肝脏重量或体重；小鼠来源FMT结果一致。16S rRNA基因测序显示噪声暴露改变人肠道菌群，联合分析显示Dubosiella丰度与循环4PY浓度负相关，噪声暴露人群肠道Dubosiella丰度降低；D. newyorkensis是Dubosiella属唯一可培养种，扩大样本RT-qPCR证实噪声暴露人群肠道D. newyorkensis丰度降低，且血浆4PY浓度与肠道D. newyorkensis丰度负相关，小鼠结果一致，提示肠道菌群是噪声诱导循环4PY升高的关键因素，调控D. newyorkensis可能逆转该代谢改变。2.6 D. newyorkensis通过上调肝ACMSD降低循环4PY减轻噪声相关动脉粥样硬化（D. newyorkensis alleviates noise-related atherosclerosis by upregulating hepatic ACMSD to reduce circulating 4PY）：通过给噪声暴露ApoE^?/?小鼠补充D. newyorkensis，发现其降低循环4PY、降低主动脉组织黏附分子表达、升高内皮NR4A1、减小主动脉斑块面积和斑块内脂质沉积、增加斑块胶原含量并降低循环炎症因子，且不显著改变血脂、脂肪量、肝脏重量或体重；进一步分析4PY合成和代谢关键酶，发现噪声暴露降低肝脏Acmsd和Tdo表达，而Aox1、Nnmt和Ido2无明显变化；D. newyorkensis补充上调肝脏ACMSD表达，TDO表达不变。通过AAV8介导肝Acmsd敲低发现，D. newyorkensis补充降低的QA、NAM和4PY水平及升高的PIC水平和PIC/QA比值被逆转，且肝ACMSD敲低加重动脉粥样硬化病变和炎症介质水平，表型类似单纯噪声暴露组；机制上，ACMSD使2-氨基-3-羧基粘康酸-6-半醛（2-amino-3-carboxymuconate-6-semialdehyde，ACMS）远离喹啉酸（quinolinic acid，QA）形成而转向吡啶甲酸（picolinic acid，PIC）分支，QA位于NAM/4PY代谢上游，NAM进一步代谢为4PY，提示D. newyorkensis通过ACMSD依赖性代谢分流减少下游4PY生成。D. newyorkensis培养上清可增加AML12细胞ACMSD表达；其培养上清与补充D. newyorkensis小鼠血浆差异代谢物联合分析发现13个重叠差异代谢物，其中N-乙酰谷氨酰胺可显著增加ACMSD蛋白表达，D. newyorkensis补充增加小鼠肝脏N-乙酰谷氨酰胺水平，且N-乙酰谷氨酰胺不改变MAECs中NR4A1表达，提示D. newyorkensis可能通过N-乙酰谷氨酰胺促进肝脏ACMSD表达，从而减少4PY生成。

讨论部分总结：研究人员将UKB前瞻性队列与ApoE^?/?小鼠动脉粥样硬化模型结合，阐明噪声暴露在动脉粥样硬化发生发展中的致病作用。噪声暴露重塑全身烟酰胺代谢通路并显著升高循环4PY；4PY补充加重全身炎症反应和动脉粥样硬化，首次识别出4PY抑制内皮NR4A1、继而激活NF-κB信号通路、促进单核细胞黏附和促炎细胞因子分泌、最终加速动脉粥样硬化的机制级联，并提示c-Jun/AP-1信号参与4PY介导的内皮NR4A1抑制。噪声暴露改变肠道菌群，FMT实验证明菌群失调可升高受体动物循环4PY，提示肠道菌群是噪声暴露与4PY代谢异常之间的机制环节；噪声暴露人群和小鼠肠道D. newyorkensis丰度均降低，补充D. newyorkensis可逆转噪声触发的循环4PY蓄积、减轻4PY介导的血管内皮毒性损伤并明显减轻动脉粥样硬化病变。机制上，D. newyorkensis通过促进肝脏ACMSD表达，使ACMS远离QA形成而转向PIC分支，降低QA、NAM和4PY水平，而非直接降解4PY；N-乙酰谷氨酰胺可能是D. newyorkensis促进肝脏ACMSD表达的关键介导代谢物。研究局限包括人样本来自单中心队列，噪声诱导D. newyorkensis减少的上游机制尚不清楚，肝ACMSD对噪声暴露下动脉粥样硬化的独立作用尚不能完全区分，D. newyorkensis在人群中的保护作用尚未评估。

研究结论（翻译）：总之，该研究提供流行病学和实验证据，表明慢性噪声暴露通过扰乱肠道菌群–代谢物–血管轴促进动脉粥样硬化。具体而言，噪声暴露降低D. newyorkensis丰度并改变肝脏ACMSD依赖性代谢，导致循环4PY增加。升高的4PY随后抑制内皮NR4A1表达，从而促进NF-κB活化和内皮炎症。补充D. newyorkensis可对抗这些变化并减轻噪声相关动脉粥样硬化，提示靶向肠道菌群可能为预防噪声相关CVD提供潜在策略。