《Food and Function》：Blueberry phytochemicals modulate the gut–vascular axis through microbiome–metabolome interactionOpen Access
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膳食植物化学物（dietary phytochemicals）由肠道微生物代谢为具有生物活性的代谢物，从而介导其生理效应。本研究探讨了微生物组–代谢组（microbiome–metabolome）互作是否通过肠–血管轴（gut–vascular axis）促进
膳食植物化学物（dietary phytochemicals）由肠道微生物代谢为具有生物活性的代谢物，从而介导其生理效应。本研究探讨了微生物组–代谢组（microbiome–metabolome）互作是否通过肠–血管轴（gut–vascular axis）促进蓝莓植物化学物的血管获益。常规饲养小鼠（conventionally raised mice）与无菌小鼠（germ-free mice）均经口灌胃给予冻干蓝莓，并在多个时间点分析血浆代谢物。在其他队列中，小鼠分别饲喂标准饮食或高脂饮食（HFD），并给予或不给予冻干蓝莓粉（约相当于人类1.5份），同时给予或不给予抗生素（Abx；用于耗竭肠道微生物），持续12周。评估代谢参数、血管终点、血浆代谢物和肠道微生物组。蓝莓摄入增加了常规饲养小鼠血浆中的蓝莓来源代谢物，但未增加无菌小鼠中的相应代谢物，表明肠道微生物对植物化学物的代谢至关重要。这一结果也在Abx处理小鼠中得到证实。蓝莓减轻了HFD诱导的血管炎症。然而，微生物耗竭降低了血浆蓝莓代谢物，并消除了蓝莓减轻血管炎症的获益。HFD富集的菌属如Faecalimonas与血管炎症呈正相关，而蓝莓来源代谢物（马尿酸（hippuric acid）和3-羟基马尿酸（3-hydroxy hippuric acid））与血管炎症呈负相关。此外，膳食蓝莓富集的Turicibacter和Clostridia UGC-014（incertae sedis）与马尿酸呈正相关。这些发现为微生物组与代谢组之间的互作在通过肠–血管轴调控膳食植物化学物对血管炎症的获益中的重要性提供了见解。
研究背景与问题：膳食植物化学物（dietary phytochemicals，植物来源生物活性化合物）不能被人体消化酶充分代谢，多数进入大肠后被肠道微生物酶转化为酚酸等生物活性代谢物，进入循环并介导生理效应。肠道微生物组（gut microbiome，肠道微生物群落及其遗传信息）可产生维生素、调节代谢、代谢膳食成分并调节免疫。既往人群和临床研究提示蓝莓摄入具有心血管获益，可改善血流介导扩张并降低血管炎症（vascular inflammation）和血管功能障碍；蓝莓富含花青素（anthocyanins）等植物营养素，其糖苷和羟基化代谢依赖微生物糖苷酶和羟化酶。问题在于，膳食蓝莓的血管获益是否由蓝莓代谢组（blueberry metabolome，蓝莓来源小分子代谢物集合）与微生物组互作介导，证据仍有限。因此研究人员开展研究，目的包括：利用无菌小鼠和抗生素（Abx）处理小鼠明确肠道微生物在蓝莓植物化学物代谢中的作用；评估耗竭微生物对膳食蓝莓血管获益的影响；分析肠道微生物组、蓝莓代谢组与血管炎症之间的关联。
研究设计与主要结论：研究采用常规饲养与无菌C57BL/6J雄性小鼠，以及12周标准饮食或高脂饮食（HFD）±冻干蓝莓粉±Abx的队列，评估代谢参数、血管终点、血浆代谢物和肠道微生物组。主要结论为：蓝莓来源代谢物在常规小鼠中升高而不在无菌小鼠中升高；Abx降低马尿酸等代谢物并消除蓝莓对HFD诱导血管炎症的改善；蓝莓来源代谢物与血管炎症负相关，HFD富集菌与血管炎症正相关，蓝莓富集菌与马尿酸正相关。意义：提供肠道微生物通过微生物组–代谢组互作介导膳食蓝莓降低内皮炎症的强证据，并填补肠–血管轴中该互作重要性的知识空白。
关键技术方法：研究人员使用常规饲养与无菌C57BL/6J雄性小鼠，动物来源为Jackson Laboratory及University of Utah Gnotobiotic Core Facility；冻干野生蓝莓粉由Wild Blueberry Association of North America提供。技术包括蓝莓粉口灌胃及多时间点采血、12周标准/HFD±蓝莓粉±Abx干预、血浆超高效液相色谱–串联质谱（UPLC-MS/MS）代谢物分析、16S rRNA基因V4区扩增子测序、血管炎症评估（单核细胞与主动脉内皮结合及循环炎症标志物）以及Spearman相关分析。
研究结果：
3.1 冻干蓝莓粉宏量营养素和植物化学物分析：通过分析蓝莓粉组成，确认碳水化合物、蛋白质和脂肪分别为90.84%、2.12%和3.85%（w/w），不可溶和可溶性膳食纤维分别为11.62%和4.02%，果糖和葡萄糖分别为34.64%和33.48%，蔗糖、麦芽糖和乳糖均低于0.25%；植物化学物主要为绿原酸（chlorogenic acid，14.94 mg/g干重）以及cyanidin、peonidin、delphinidin、petutidin、malvidin糖苷等花青素（13.82 mg/g干重）。该数据用于配制蓝莓补充饮食并匹配纤维和糖含量。
3.2 16S rRNA测序确认无菌小鼠无菌状态及抗生素处理小鼠肠道微生物耗竭：通过稀释曲线显示，常规小鼠粪便样本可有效扩增16S rRNA基因，而无菌小鼠无扩增；在Cohorts 2和3中，Abx处理小鼠盲肠样本显示肠道微生物被有效清除。
3.3 蓝莓口灌胃增加常规饲养小鼠而非无菌小鼠血浆蓝莓来源代谢物：通过口灌胃后多时间点血浆代谢物分析，常规小鼠出现多种蓝莓来源代谢物，其中马尿酸达到μM水平；无菌小鼠仅出现少数低nM水平代谢物，咖啡酸（caffeic acid）约6 nM，未达到高nM或μM浓度。
3.4 肠道微生物对蓝莓来源代谢物产生关键，选定菌属与循环代谢物相关：通过12周蓝莓补充及Abx处理，蓝莓使p-香豆酸（p-coumaric acid）约增加5倍、马尿酸约增加6倍、3,4-二甲氧基肉桂酸（3,4-dimethoxycinnamic acid）增加60倍；Abx降低马尿酸，并使3,4-二甲氧基肉桂酸呈下降趋势（p = 0.06）；p-香豆酸未随Abx降低，提示其可能由宿主酶产生。蓝莓富集Coriobacteriales科一个未知属，减少Lachnospiraceae科的GCA-900066575、Extibacter和Lactococcus；Spearman相关显示Coriobacteriales未知属与p-香豆酸和马尿酸正相关，Extibacter与马尿酸和3,4-二甲氧基肉桂酸负相关，GCA-900066575与3,4-二甲氧基肉桂酸负相关。
3.5 肠道菌群耗竭降低蓝莓来源代谢物并消除膳食蓝莓对血管炎症的获益：通过HFD±蓝莓±Abx队列，蓝莓降低HFD诱导的单核细胞与血管内皮结合及循环炎症趋化因子IL-8/KC和MCP-1/JE；但Abx处理消除该抗炎获益，HBA与HF小鼠血管终点无显著差异。HFD降低多种循环代谢物，蓝莓使其增加，Abx又降低这些增加；蓝莓使马尿酸约增加8倍，3-羟基马尿酸呈升高趋势；Abx降低HBA组马尿酸。体重、体脂、空腹及非空腹血糖和摄食量在HF与C间有变化，但蓝莓和/或Abx未改变这些代谢参数。
3.6 蓝莓来源代谢物与血管炎症负相关：通过Spearman相关分析，蓝莓补充增加的尿马尿酸与血管炎症指标负相关，提示其在介导蓝莓抗炎效应中的作用。
3.7 HFD和膳食蓝莓影响肠道微生物多样性和相对丰度：通过α多样性分析，HFD增加Pielou's evenness，蓝莓未改变之；HFD降低Faith's phylodiversity和observed features，蓝莓改善之。β多样性分析显示HF与C、HB与HF在Jaccard、Bray–Curtis、Unweighted UniFrac等矩阵中显著不同，HB与HF的Weighted UniFrac除外；HBA组与C、HF、HB组明显分离。HF富集Longibaculum、Harryflintia、Acetatifactor、f_ Ruminococcacceae:_、f_Lachnospiraceae;g_Incertae Sedis和Faecalimonas；蓝莓富集f_Coribacteriales Incertae Sedis;g_Incertae Sedis、Turicibacter和o_Clostridia UGC-014;f_Incertae Sedis;g_Incertae Sedis。
3.8 膳食蓝莓减少与血管炎症正相关且与蓝莓来源代谢物负相关的肠道微生物：通过Spearman相关分析，HFD增加的菌属多与血管炎症正相关，蓝莓增加的菌属与血浆蓝莓来源代谢物正相关；HFD富集的Faecalimonas与血管炎症正相关，蓝莓来源代谢物马尿酸和3-羟基马尿酸与血管炎症负相关；蓝莓富集的Turicibacter和Clostridia UGC-014（incertae sedis）与马尿酸正相关。
讨论与结论：讨论指出，无菌小鼠和Abx处理小鼠从两个工具层面证明肠道微生物对蓝莓植物化学物代谢及血管获益的必要性；微生物糖苷酶和羟化酶参与蓝莓植物化学物代谢。蓝莓补充增加p-香豆酸、马尿酸和3,4-二甲氧基肉桂酸，Abx降低马尿酸和3,4-二甲氧基肉桂酸，而p-香豆酸不受Abx影响，支持部分代谢物由宿主酶产生。蓝莓富集的Coriobacteriales未知属与蓝莓代谢物正相关，Extibacter和GCA-900066575负相关，与既往人类和临床前研究一致。HFD诱导菌群失调并降低多种血浆代谢物，蓝莓增加代谢物池并改善HFD诱导的α和β多样性改变。马尿酸是蓝莓摄入后最丰富的循环代谢物之一，可由肠道微生物代谢膳食酚类生成苯甲酸后经肝脏甘氨酸结合形成，也可内源生成；马尿酸为非特异性蓝莓摄入标志，生理浓度低μM可抑制内皮炎症。局限包括未鉴定具体代谢蓝莓植物化学物的微生物种、未使用稳定同位素标记植物化学物或靶向肠道微生物、未通过马尿酸补充建立因果；未来需稳定同位素示踪、靶向菌株和马尿酸补充研究。结论翻译：本研究提供强有力证据表明，肠道微生物通过微生物组–代谢组互作在介导膳食蓝莓降低内皮炎症的获益中发挥关键作用。此外，本研究通过阐释肠–血管轴中微生物组–代谢组互作重要性这一整体问题的一部分，有助于填补该领域的重要知识空白。
