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研究背景:子痫前期是妊娠期的一种严重并发症,已经成为世界范围内造成母体和胎儿死亡的主要原因之一。高血压、蛋白尿和全身性炎症是它最重要的临床特征。然而,子痫前期的发病机制非常复杂至今仍未完全阐明。据报道,肠道菌群与高血压和炎症密切相关。因此,我们有理由推测肠道菌群与子痫前期的发病机制相关。迄今为止,已有多项研究报道子痫前期患者肠道菌群的组成发生明显变化,例如有害菌嗜胆菌属(Bilophila)和梭杆菌属(Fusobacterium)显著升高,有益菌粪杆菌属(Faecalibacterium)和艾克曼菌属(Akkermansia)显著下降。特别是最近两篇研究利用动物实验验证了肠道菌群紊乱和肠道代谢物短链脂肪酸(SCFA)在子痫前期中的作用。但发表于Gut杂志的文章进行粪菌移植(FMT)研究所用动物模型根据NICE的诊断标准并非子痫前期的动物模型。其FMT结果能证明肠道菌群对妊娠高血压小鼠的血压有影响,但不能说明对子痫前期发生和病情的影响。研究目的:为了揭示子痫前期患者肠道菌群结构和功能的异常改变,明确肠道微生物经典代谢物SCFA在子痫前期发病中的作用,以及揭示肠道菌群失衡与子痫前期发病间的因果关系,我们同时在临床水平和动物水平上进行了相关研究。研究方法:招募54名子痫前期患者和62名正常晚期妊娠妇女作为受试者对象。所有子痫前期患者均根据公认的诊断标准进行诊断,且排除患有糖尿病,贫血,自身免疫性疾病,恶性肿瘤和胃肠道疾病及在3个月内用过抗生素,益生菌,益生元和激素的妇女。两组受试者的年龄,体重指数(BMI),孕周,孕次,产次,胎儿数,饮食和血脂水平等均无显著差异。采用16S rRNA基因测序和气相色谱-质谱(GC-MS)分析子痫前期患者肠道菌群的组成和肠道代谢物SCFA的变化。使用USEARCH软件处理测序数据并生成扩增子序列变体(ASVs),进而通过比对RDP数据库对肠道菌肠道菌种属信息进行注释。利用L-硝基精氨酸甲酯(L-NAME)诱导的经典的子痫前期大鼠模型进行FMT实验,从而验证肠道菌群异常与子痫前期间的因果关系。利用ELISA方法检测血清中促炎因子IL-1β,IL-17和抑炎因子IL-10以及肠道2-AG的水平,血清脂多糖(LPS)的水平用LAL法测定。肠道细菌中代谢产生丙酸的关键酶甲基丙二酰辅酶A脱羧酶和丙醛脱氢酶、以及产生丁酸的关键酶丁酰辅酶A转移酶的相对含量用qPCR进行检测。AB-PAS染色法评估肠道粘液层厚度以及杯状细胞的数量。最后,通过经典的机器学习算法-随机森林模型对子痫前期进行肠道标志物预测。研究结果:子痫前期患者肠道菌群的组成和共生关系发生明显改变,尤其是产SCFA的细菌如光冈菌属(Mitsuokella),柔嫩梭菌属(Clostridium leptum),嗜粘蛋白-艾克曼菌(A.muciniphila)和颤杆菌克属(Oscillibacter)的丰度显著下降。肠道菌中产SCFA的多种关键酶的丰度也显著减少。共生网络分析发现负相关关系主要存在于有益菌和有害菌间,且与正常孕妇相比,这种负相关关系在子痫前期患者中显著增加;有害菌间的正相关关系在子痫前期妇女的肠道内明显增多。肠道菌属丰度和子痫前期关键临床指标(SBP,DBP和24h-UP)间的相关分析表明,子痫前期患者肠道中显著增加的赖氨酸芽孢杆菌(Lysinibacillus),Moheibacter和黄杆菌属(Flavobacterium)的丰度与血压和/或尿蛋白水平显著正相关。子痫前期患者肠道中显著减少的颤杆菌属,艾克曼菌属和光冈菌属的丰度与血压和/或尿蛋白水平显著负相关。其中,艾克曼菌属的丰度变化与这些临床指标的负相关最显著,而且它的丰度在子痫前期患者肠道内下降最显著。另外,子痫前期患者肠道SCFA,2-AG和血清IL-10的水平明显降低,而血清LPS和促炎细胞因子IL-1β和IL-17的水平则显著增加。FMT结果表明,移植子痫前期患者的肠道菌群能上调怀孕大鼠的收缩压,但增加的幅度仍达不到妊娠期动物高血压的标准。而移植子痫前期患者的肠道菌群能使L-NAME诱导的子痫前期大鼠的结肠粘液层厚度变薄并显著减少结肠杯状细胞的数量,明显损害肠道粘膜屏障,导致系统炎症反应增强和血压升高,即加重了子痫前期大鼠的病情。此外,随机森林分析结果表明肠道艾克曼菌属和颤杆菌克属的丰度变化能区分健康孕妇和子痫前期患者,并且准确度高达89.7%,具有作为价廉、无创的标志物,辅助诊断子痫前期的潜力。研究结论:与正常孕妇相比,子痫前期患者肠道菌群的组成明显改变,并且这些肠道菌群异常与子痫前期患者的血压和炎症反应等临床特征显著相关。子痫前期患者的肠道菌群虽然单独作用不足以导致子痫前期发生,但仍能明显损害肠道粘膜屏障,加剧炎症反应并促进血压升高,从而加剧L-NAME诱导的子痫前期大鼠的病情和进展。这提示肠道菌群异常是子痫前期的重要致病因素之一,而不仅仅是其疾病进展的后果和伴随现象。此外,肠道艾克曼菌属和颤杆菌克属能准确区分子痫前期患者和正常孕妇,有作为子痫前期非侵入性筛查标志物的潜力。