以Apiotrichum为中心的真菌互作网络紊乱与动脉僵硬度增加相关

《Aging Cell》：Apiotrichum-Centered Fungal Interaction Network Disturbance Correlates With Increased Arterial Stiffness

　　

肠道真菌组（gut mycobiome）在人类健康中扮演重要角色，但其对动脉僵硬度（arterial stiffness）进展的影响——血管老化（vascular aging）的一个关键特征——仍不清楚。在本研究中，研究人员旨在探究肠道真菌在动脉僵硬度加重中的参与。共邀请了763名参与者进行臂-踝脉搏波速度（brachial-ankle pulse wave velocity, baPWV）测试以确定其动脉僵硬度状态。通过内转录间隔区（internal transcribed spacer, ITS）测序鉴定肠道真菌组，通过基因分型阵列（genotyping arrays）确定宿主遗传学，并使用非靶向液相色谱-质谱联用（untargeted liquid chromatography-mass spectrometry）定量血浆代谢物。在僵硬度升高的个体中发现了一个聚类较少但更具交流性的真菌群落。五个驱动性真菌属——包括Apiotrichum、Mycothermus、Flavocillium、Hyaloscypha和Microscypha——与动脉僵硬度相关，它们推动了真菌互作网络从正常到僵硬升高的转变。与代谢组学的整合分析进一步表明，有机酸（organic acids）、脂肪酰基（fatty acyls）和生物碱（alkaloids）介导了Apiotrichum、Mycothermus和Microscypha对动脉僵硬度的效应。此外，α-1A肾上腺素能受体（alpha-1A adrenergic receptor, ADRA1A）、α-2B肾上腺素能受体（alpha-2B adrenergic receptor, ADRA2B）、细胞色素P450家族11亚家族B成员2（cytochrome P450 Family 11 subfamily B member 2, CYP11B₂）、血管紧张素I转换酶（angiotensin I converting enzyme, ACE）、血管紧张素II受体1型（angiotensin II receptor type 1, AGTR1）、基质金属肽酶2（matrix metallopeptidase 2, MMP2）、肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor, TNF）和Rho相关卷曲螺旋包含蛋白激酶2（rho-associated coiled-coil containing protein kinase 2, ROCK2）被确定为与动脉僵硬度中Apiotrichum增加相关的关键分子转导子。研究人员的研究揭示了肠道真菌紊乱与动脉僵硬度升高进展之间的强关联，并强调了靶向肠道真菌组以改善血管健康的潜力。

论文解读文章

**研究背景与目的**
动脉僵硬度（arterial stiffness）是血管老化的核心特征，其标志性指标臂-踝脉搏波速度（brachial-ankle pulse wave velocity, baPWV）已被证实为心血管不良事件的独立风险因素。然而，已知的调节因素（如年龄、收缩压、体重指数）仅能解释部分baPWV变异，导致大量未控制的残余风险。因此，识别新的调节因子与治疗策略对减轻血管老化相关疾病负担至关重要。近年来，肠道微生物组（包括细菌、真菌、病毒等）被确认为血管健康的新兴调节因子，但绝大多数研究聚焦于细菌，对肠道真菌组（gut mycobiome）在血管功能中的作用知之甚少。尽管真菌在代谢性疾病（如2型糖尿病、动脉粥样硬化）中发挥关键作用，但其与动脉僵硬度的直接关联尚属空白。为填补这一空白，研究人员基于763名社区参与者的队列，整合了肠道真菌组、宿主遗传学与血浆代谢组学数据，旨在揭示肠道真菌紊乱如何驱动动脉僵硬度进展。

**研究内容与主要结论**
研究人员通过baPWV测量、内转录间隔区1（ITS1）测序、人类基因分型芯片（Infinium Chinese Genotyping Array-24 v1.0 BeadChip）及非靶向液相色谱-质谱（LC-MS）代谢组学分析，发现动脉僵硬度升高个体的真菌互作网络呈现“聚类减少、交流增加”的特征，且真菌属间的共现模式显著改变。通过NetMoss评分筛选出5个驱动网络转变的关键真菌属：Apiotrichum（促进僵硬度）、Mycothermus、Flavocillium、Hyaloscypha和Microscypha（保护性作用）。双向孟德尔随机化（MR）分析支持了这些真菌属与baPWV的潜在因果关联。整合代谢组学分析揭示，有机酸、脂肪酰基和生物碱（如肉碱类、12-羟基二十碳四烯酸、蔗糖等）介导了关键真菌对动脉僵硬度的效应，其中39个代谢物被证实为显著中介因子。分子对接与基因本体（GO）富集分析进一步指出，α-1A肾上腺素能受体（ADRA1A）、α-2B肾上腺素能受体（ADRA2B）、细胞色素P450家族11亚家族B成员2（CYP11B₂）、血管紧张素II受体1型（AGTR1）、基质金属肽酶2（MMP2）和Rho相关卷曲螺旋包含蛋白激酶2（ROCK2）等靶点参与了Apiotrichum相关代谢物对血管收缩与平滑肌细胞功能的调节。该研究首次揭示了肠道真菌互作网络紊乱与动脉僵硬度进展的强关联，并提出了靶向真菌组改善血管健康的新策略。论文发表于《Aging Cell》。

**关键技术方法**
本研究基于广东省东莞市与广州市的社区健康筛查队列，共纳入763名参与者（排除近期使用抗生素、益生菌/益生元及心血管疾病患者）。主要技术方法包括：①通过自动波形分析仪（BP-203 PRE III）同步测量baPWV、踝臂指数（ABI）及平均动脉压（MAP）；②采用Illumina NovaSeq平台对粪便样本进行ITS1区域测序以鉴定真菌组成；③使用Infinium Chinese Genotyping Array-24 v1.0 BeadChip进行人类基因分型；④通过非靶向LC-MS平台（Metware）进行广泛靶向代谢组学分析。统计方法涵盖网络分析（NetMoss评分）、双向孟德尔随机化（MR）、中介分析及分子对接（基于antiSMASH预测次级代谢基因簇）。

**研究结果**
**3.1 正常与动脉僵硬度升高个体的肠道真菌组特征**
在763名参与者中（中位年龄50岁，55%女性，259例僵硬度升高），未发现真菌α/β多样性（alpha/beta diversity）在两组间存在显著差异。真菌门水平以子囊菌门（Ascomycota，25.2%）、担子菌门（Basidiomycota，22.9%）和被孢霉门（Mortierellomycota，14.8%）为主；属水平以念珠菌属（Candida，2.97%）、曲霉属（Aspergillus，2.63%）和伊萨酵母属（Issatchenkia，2.27%）丰度最高。

**3.2 正常与动脉僵硬度升高个体的真菌互作模式差异**
通过Spearman共现网络分析，发现僵硬度升高组的真菌互作网络具有更多独特相关性（828对 vs. 640对），且网络拓扑参数（如节点介数、聚类系数）在两组间显著不同，提示僵硬度升高个体的真菌网络更分散但更具交流性。倾向性评分匹配（匹配年龄、性别、BMI及用药情况）后，上述差异仍然稳健。全局聚类系数与baPWV呈负相关，节点介数与baPWV和MAP呈正相关，表明僵硬度升高伴随真菌网络“聚类减少、交流增加”的特征。

**3.3 关键真菌属与动脉僵硬度升高的潜在因果关联**
NetMoss评分识别出160个驱动网络转变的真菌属，其中37个属在两组间差异富集。双向MR分析进一步确认5个属具有潜在因果效应：Apiotrichum（逆方差加权估计值Beta_IVW=0.007，促进僵硬度），Mycothermus（Beta_IVW=-0.012）、Flavocillium（-0.018）、Hyaloscypha（-0.011）和Microscypha（-0.020）均具有保护作用。敏感性分析（MR-Egger截距检验、留一法）验证了结果的稳健性，反向MR排除动脉僵硬度对上述真菌的逆向因果效应。

**3.4 循环代谢物作为连接肠道真菌组与动脉僵硬度的关键中介**
Procrustes分析显示肠道真菌组与血浆代谢物显著共变（M2=0.995）。708种代谢物（主要来自有机酸、脂肪酰基和生物碱）与动脉僵硬度升高相关，其中81种与Apiotrichum正相关，37种与Mycothermus负相关。中介分析发现39个代谢物显著介导了关键真菌对baPWV的效应，未发现短链脂肪酸（SCFA）具有显著中介作用。例如，肉碱C5:1解释了Apiotrichum不良效应的最大比例，而谷氨酸介导了Microscypha的保护效应。下游靶点预测与GO富集分析显示，这些代谢物主要作用于血管收缩与平滑肌细胞功能相关通路（如血管直径维持、循环调节）。分子对接发现，UNII-0TM46496W4与CYP11B2和ROCK2具有高结合亲和力（结合能< -7 kcal/mol），12-羟基二十碳四烯酸与MMP2、蔗糖与ADRA2B/ADRA1A均呈现稳定结合。此外，antiSMASH分析显示Apiotrichum参考基因组中含有赖氨酸、脂肪酸和糖类生物合成基因簇，支持其产生相关代谢物的潜力。

**讨论与结论**
讨论部分强调，本研究首次证明真菌互作网络改变先于组成变化，并独立于传统风险因素（如血压）与动脉僵硬度相关。5个关键真菌属（Apiotrichum、Mycothermus、Flavocillium、Hyaloscypha、Microscypha）的因果作用得到MR分析支持，其效应主要通过有机酸/脂肪酰基代谢物（而非血压）介导。尽管存在局限性（单中心、横断面设计、需动物模型验证），但整合多组学与分子对接证据表明，Apiotrichum相关代谢物（如肉碱C12:1、12-羟基二十碳四烯酸、蔗糖）通过调节MMP2、CYP11B2、ROCK2等靶点影响血管收缩与纤维化，从而驱动动脉僵硬度进展。

研究结论（翻译原文最后一段）：总之，研究人员的研究揭示了肠道真菌紊乱与动脉僵硬度恶化之间的强关联，并确定了几种有机酸和氨基酸作为关键真菌对动脉僵硬度调节效应的潜在分子转导子。具体而言，研究人员强调，几种Apiotrichum相关代谢物可能通过多个下游靶点参与动脉僵硬度的调节。这一发现突显了靶向肠道真菌组以改善血管健康的潜力。