基于肠道菌群及其代谢产物探讨益气活血复方治疗慢性心力衰竭的机制

来源 :天津中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:frankcody
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目的探索慢性心力衰竭患者肠道微生物特征性菌群失调以及代谢产物改变的潜在证据;分析中药复方调控肠道菌群的用药特点;观察益气活血复方靶向肠道菌群干预慢性心衰的效应,进一步探讨其起效机制及靶点,从肠道菌群角度进一步诠释益气活血复方调控心脏稳态的科学内涵。方法1通过检索建库至2019年12月的Pubmed、EMBASE、Cochrane Library和CNKI、万方、CMB数据库,纳入非培养技术研究慢性心衰患者肠道菌群的文献,运用系统评价的手段研究慢性心衰患者肠道菌群组成、功能、代谢产物改变。2通过检索建库至2019年12月的知网、维普、万方等数据库,纳入中药复方调控肠道菌群的临床研究文献,建立数据库,进行频数、聚类、关联规则分析。3采用腹腔注射异丙肾上腺素建立慢性心衰大鼠模型,随机分为对照组、模型组、参芍低剂量组、参芍高剂量组、人参茎叶皂苷组、白芍总苷组。药物干预4周后行心脏超声检查,HE和Masson染色观察心肌损伤程度,ELISA检测血清Ⅰ型前胶原羧基端肽(PⅠCP)、Ⅲ型前胶原氨基端肽(PⅢNP)、Ⅰ型胶原C端肽(CTX-Ⅰ)、NT-pro BNP、D-乳酸、二胺氧化酶(DAO)、内毒素(ET)水平;16Sr DNA基因测序分析肠道菌群结构、丰度及功能;靶向代谢组学检测血清氧化三甲胺、短链脂肪酸水平。结果1共纳入10篇研究慢性心衰患者肠道菌群的文献,系统评价显示,慢性心衰患者肠道菌群Beta多样性发生显著改变,粪杆菌属Faecalibacterium、布劳特氏菌属Blautia、拟杆菌属Bacteroides、普雷沃菌属Prevotella、厌氧棒状菌属Anaerostipes丰度降低,链球菌属Streptococcus、大肠杆菌/志贺氏菌属Escherichia/Shigella、韦荣球菌属Veillonella、肠杆菌属Enterobacte丰度升高;慢性心衰患者增加的微生物功能模块是色胺酸代谢、脂质代谢、脂多糖合成等,且与氧化三甲胺生成相关的细菌基因呈显著增加,与生成有益性代谢物丁酸盐相关的细菌基因减少,有害代谢产物氧化三甲胺水平升高。2共纳入中药复方调控肠道菌群的临床文献73篇,包含方73首。常用高频药物为白术(6.82%)、甘草(5.93%)、茯苓(5.93%)、党参(3.71%)、陈皮(3.41%)、黄芪(3.26%)、薏苡仁(2.82%)、黄连(2.08%)、厚朴(2.08%)、白芍(2.08%)、丹参(1.93%)、大黄(1.93%)、山药(1.93%)等;中药分类以补虚药为主,其中又以补气药为先,其次是利水渗湿药、清热药、理气药、化湿药、解表药、活血化瘀药;药性以温性药使用频数居首,药味以甘味居多;常用药组为“白术-山药”(100%)、“白术-党参,茯苓”(94.44%)、“白术-党参,甘草,茯苓”(100%)、“党参-山药,薏苡仁,茯苓,白术”(90%);对高频药物的聚类分析结果显示可归为两大类,一大类侧重益气健脾渗湿,另一大类侧重调气活血化痰。3与对照组比较,模型组HWI、LVMI、LVEDd、LVESd显著升高(P<0.01),LVEF显著降低(P<0.01),血清NT-pro BNP水平显著升高(P<0.01),心肌胶原容积分数显著增加(P<0.01),血清PⅠCP、PⅢNP、CTX-Ⅰ及D-乳酸、二胺氧化酶(DAO)、内毒素(ET)水平显著升高(P<0.01)。与模型组比较,参芍组HMI、LVMI、LVEDd、LVESd均降低(P<0.01 or P<0.05),LVEF升高(P<0.01),血清NT-pro BNP水平和心肌胶原容积分数降低(P<0.01),血清PⅠCP、PⅢNP、CTX-Ⅰ均降低(P<0.01 or P<0.05),血清D-乳酸、二胺氧化酶(DAO)、内毒素(ET)水平显著降低(P<0.01),且其效应呈剂量依赖性;人参茎叶皂苷组具有降低HMI、LVMI的趋势(P>0.05),LVEDd、LVESd、血清NT-pro BNP水平和心肌胶原容积分数均降低(P<0.05)、LVEF显著升高(P<0.01),PⅠCP、CTX-Ⅰ水平降低(P<0.01 or P<0.05),PⅢNP具有降低趋势,但差异无统计学意义(P>0.05),D-乳酸、二胺氧化酶(DAO)水平下降(P<0.01 or P<0.05),内毒素(ET)水平具有降低趋势(P>0.05);白芍总苷组HWI、LVMI、血清NT-pro BNP水平和心肌胶原容积分数降低(P<0.05)、LVEDd、LVESd呈减小的趋势(P>0.05),LVEF呈升高的趋势(P>0.05),PⅠCP、CTX-Ⅰ降低(P<0.01 or P<0.05),PⅢNP具有降低趋势(P>0.05),D-乳酸、二胺氧化酶(DAO)、内毒素(ET)均降低(P<0.01 or P<0.05)。与对照组比较,模型组Alpha多样性方面,Shannon指数及Chao1指数明显降低(P<0.01),Beta多样性差异显著(P<0.01);门水平上,Melainabacteria菌门丰度显著升高(P<0.01)、放线菌门Actinobacteria丰度显著降低(P<0.01);属水平上,寡养单胞菌属Stenotrophomonas、Candidatus_Saccharimonas菌属、脱硫弧菌属Desulfovibrio、Intestinimonas菌属丰度显著降低,帕拉普氏菌属Paraprevotella丰度显著升高(P<0.05 or P<0.01);模型组遗传信息处理(Genetic Information Processing)、代谢疾病(MetabolicDiseases)、转运(Translation)、运输和分解代谢(Transport and Catabolism)、神经系统(Nervous System)、免疫系统(Immune System)、细胞生长与死亡(Cell Growth and Death)、消化系统(Digestive System)、感染性疾病(Infectious Diseases)等信号功能单元富集;代谢物方面,模型组TMAO及其前体水平较对照组显著升高(P<0.01),SCFA(乙酸、丙酸、丁酸)显著下降(P<0.01)。与模型组比较,参芍组、人参茎叶皂苷组、白芍总苷组Shannon指数及Chao1指数均升高(P<0.05 or P<0.01),Beta多样性差异显著(P<0.05)。门水平上,参芍组螺旋体门Spirochaetes显著降低(P<0.05);白芍总苷组拟杆菌门Bacteroidetes显著升高(P<0.05),螺旋体门Spirochaetes显著降低(P<0.001)。属水平上,参芍组Lachnoclostridium、Odoribacter菌属丰度显著下降,Romboutsia、Desulfovibrio菌属丰度显著升高(P<0.05or P<0.01),人参茎叶皂苷组未分类瘤胃球菌属unidentified_Ruminococcaceae、Odoribacter菌属丰度显著下降,拟普雷沃菌属Alloprevotella丰度显著升高(P<0.05 or P<0.01);白芍总苷组拟普雷沃菌属Alloprevotella丰度显著升高,Odoribacter菌属丰度显著下降(P<0.05 or P<0.01)。菌群基因功能方面,参芍组与白芍总苷组能量代谢(Energy Metabolism)、细胞过程和信号(Cellular Processes and Signaling)、其他氨基酸代谢(Metabolism of Other Amino Acids)、辅酶和维生素的代谢(Metabolism of Cofactors and Vitamins)、次生代谢产物的生物合成(Biosynthesis of Other Secondary Metabolites)、信号分子与相互作用(Signaling Molecules and Interaction)、萜类化合物和聚酮类化合物的代谢(Metabolism of Terpenoids and Polyketides)等功能单元富集,其中以参芍组更为显著;人参茎叶皂苷组氨基酸代谢(Amino_Acid_Metabolis)、聚糖合成代谢(Glycan_Biosynthesis_and_Metabolism)、复制和修复(Replication_and_Repair)、核苷酸代谢(Nucleotide_Metabolism)等功能基因富集。代谢产物方面,参芍组TMAO及其前体水平均较模型组显著下降(P<0.05 or P<0.01);人参茎叶皂苷组可显著降低肌苷酸Creatinine水平(P<0.05),其余TMAO代谢物水平有下降趋势,但差异无统计学意义;白芍总苷组TMAO、甜菜碱Betaine、肌苷酸Creatinine、左旋肉碱L-Carnitine水平较模型组显著下降(P<0.05 or P<0.01),胆碱Choline具有降低趋势,但差异无统计学意义;与模型组相比,参芍组SCFA(乙酸、丙酸、丁酸)的含量升高(P<0.05 or P<0.01),并且参芍组丙酸及丁酸含量均高于对照组;人参茎叶皂苷组丙酸含量升高(P<0.05),白芍总苷组SCFA具有升高的趋势,但差异无统计学意义;结论1慢性心衰患者的肠道菌群结构、功能、代谢产物发生了显著变化。2中药复方调控肠道菌群以益气健脾渗湿和调气活血化痰两类药物为主,常用药组为“白术-山药”、“白术-党参,茯苓”、“白术-党参,甘草,茯苓”、“党参-山药,薏苡仁,茯苓,白术”。3益气活血复方(参芍片)呈剂量依赖性改善慢性心衰大鼠心肌重构和心功能,并且还可改善肠屏障功能,效应优于人参茎叶皂苷、白芍总苷;其改善心肌重构及心功能的机制可能与调控肠道菌群及其代谢产物相关。
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