心肌梗塞（MI）是全世界的主要死因，隨著機械再灌注治療方法如經皮冠狀動脈介入治療（PCI）的進步，MI的急性死亡率已顯著降低，而梗死后心臟重塑和心力衰竭已成為巨大的醫療保健和經濟負擔。心臟康復 (CR) 是 MI 患者推薦的有效輔助療法，而運動訓練是 CR 的有力方式。腸道微生物基因數量遠遠超過宿主基因的總數，腸道微生物組對于通過底物的代謝交換和共代謝來維持宿主生理和體內平衡至關重要。體育鍛煉已被證明能夠調節腸道微生物群，然而，腸道微生物在運動保護MI中的潛在作用仍不清楚。

2022年5月31日，上海大學肖俊杰教授團隊在Microbiome（IF=16.837）在線發表題為“Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction”的論文，該研究發現運動訓練可以改善心功能不全，并改變 MI 后腸道微生物的豐度和群落結構，同時提供了通過運動、微生物組和腸道菌群衍生的 3-羥基苯乙酸（3-HPA）和 4-羥基苯甲酸 （4-HBA）調節心血管疾病可能性。該研究為腸道菌群在運動保護 MI 中的作用提供了新的見解。（麥特繪譜提供Q200宏代謝組檢測服務）

研究人員首先利用小鼠模型證實了運動訓練可減輕MI后的心功能不全。通過對小鼠糞便16S rDNA測序分析發現，MI后運動訓練導致腸道菌群豐度和群落結構發生改變，其中擬桿菌門豐度增加，厚壁菌門豐度降低；屬水平上，Alistipe、Lachnospiraceae_UCG-001、Ruminococcus、Allobaculum和Oscillospiraceae UCG-005豐度發生改變。Alistipe和Ruminococcus與心功能指標EF左心室射血分數和左心室縮短分數FS顯著正相關，Lachnospiraceae_UCG-001與心功能指標EF和FS顯著負相關。

圖1. 運動訓練可預防MI后的心功能不全

為了研究腸道菌群是否與運動訓練對MI后心功能障礙的有益影響有關，研究人員通過抗生素處理預消耗腸道微生物，結果消除了運動訓練對 MI 小鼠的保護作用。此外，與接受非運動MI小鼠菌群移植的小鼠相比，接受運動MI小鼠菌群移植的小鼠心臟功能更好。這些結果表明腸道菌群參與了運動訓練對MI后心功能障礙的保護作用。

圖2. 糞菌移植恢復運動對MI的保護作用

進一步基于UPLC-MS/MS平臺對菌群相關代謝物水平進行分析，結果顯示，與MI組相比，MI+運動組的主要酚類物質3-羥基苯乙酸（3-HPA）和4-羥基苯乙酸（4-HPA）水平升高，正常組和MI+運動組的4-羥基苯甲酸（4-HBA）顯著改變。菌群-代謝物相關分析顯示，4-HPA、3-HPA和4-HBA分別與6個屬、5個屬和1個屬有顯著的相關性，說明這幾個代謝物可能介導了MI后運動訓練的保護作用。隨后驗證它們對MI后心功能的保護作用是否可以直接轉移，以兩種不同劑量的處理發現，3-HPA和4-HBA可單獨應用于通過 NRF2（酚類物質的靶點，可保護建模的MI小鼠和細胞凋亡）保護 MI 后心功能不全和細胞凋亡。

圖3. 3-HPA和4-HBA保護MI后的心功能不全

綜上，本研究通過Q200宏代謝組學、16SrRNA測序分析、抗生素使用和糞菌移植，發現腸道菌群介導了運動對心肌梗塞后的保護作用，菌群相關代謝物3-羥基苯乙酸和 4-羥基苯甲酸可通過NRF2保護心肌梗塞后的心功能障礙和細胞凋亡，揭示了通過運動、微生物組及其相關代謝物調節心血管疾病的潛在價值。

腸道菌群與代謝研究經典思路

原文文獻

Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction. Microbiome. 2022.

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