口腔-肠道微生物代谢物将具核梭杆菌与加重的心肌缺血再灌注损伤联系起来

An oral-gut microbial metabolite links Fusobacterium nucleatum to aggravated myocardial ischemia-reperfusion injury

作者信息Yiwen Li, Qian Xu, Mengmeng Zhu, Wenting Wang, Yanfei Liu, Hongjun Yang, Yue Liu
PMID42033241
发布时间2026-12-31
DOI10.1080/19490976.2026.2662082

实验完整度

高

包含动物模型(F. nucleatum灌胃、ABX耗竭、AAV-shp62)、体外细胞实验(H9c2 H/R、siRNA)、临床队列(CHD血浆代谢物)及多组学分析(宏基因组、代谢组),机制验证(p62敲低)层次完整。

主要模型

C57BL/6J小鼠心肌缺血再灌注模型 H9c2大鼠心肌细胞缺氧/复氧模型 冠心病患者队列

重点核对

F. nucleatum灌胃剂量:1×10^9 CFU,前2周隔日,后4周每周一次 ABX抗生素混合物成分及剂量:氨苄青霉素、新霉素、甲硝唑各1 g/L,万古霉素0.5 g/L,每日200 μL灌胃6周 ImP处理浓度:500 nM(标准) H/R条件:缺氧6小时,复氧2小时 p62 siRNA序列及AAV-shp62给药方案:AAV 3×10^11 GC/mL,100 μL尾静脉注射,术前4周

摘要

背景:心肌缺血再灌注损伤(MIRI)仍是主要并发症。具核梭杆菌(F. nucleatum)是一种与心血管代谢疾病相关的口腔共生菌,可能通过口腔-肠道轴重塑肠道微生物功能来影响宿主生理。此类微生物相互作用是否导致MIRI仍不清楚。方法:建立口腔具核梭杆菌灌胃小鼠模型和队列,研究口腔具核梭杆菌对MIRI、肠道微生物组氨酸代谢(包括咪唑丙酸(ImP)产生)、ImP与冠心病(CHD)的关联及其微生物来源的影响。通过或不通过抗生素介导的微生物耗竭和/或ImP给药诱导MIRI,并通过体外和体内敲低方法检查p62依赖性。评估血浆代谢物、心脏损伤、超微结构和p62/mTOR信号。结果:尽管缺乏持续的结肠定植,具核梭杆菌加重了MIRI。相反,具核梭杆菌改变了肠道微生物组成,包括乳杆菌丰度,并与循环ImP升高相关。抗生素介导的微生物耗竭降低了ImP并减轻了心肌损伤。CHD患者血浆ImP升高,ImP产生能力主要由肠道微生物尿刊酸还原酶(UAR)相关功能支持。在H9c2细胞中,ImP加重了缺氧/复氧损伤,并增加了自噬适配器p62以及下游mTOR/S6K1信号。p62敲低减弱了mTOR/S6K1反应和损伤相关变化,而IRS1抑制持续存在。结论:具核梭杆菌重塑肠道微生物代谢,从而通过ImP放大MIRI。ImP成为连接口腔菌群失调与MIRI的功能介质,减少微生物来源的ImP可能是减轻MIRI的更机制性策略。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
口腔具核梭杆菌是否通过口腔-肠道轴重塑肠道微生物代谢,产生循环代谢物从而加重心肌缺血再灌注损伤,并明确其心脏靶点和信号通路。
核心机制
口腔具核梭杆菌通过重塑肠道微生物代谢,增加尿刊酸产生,促进UAR阳性菌(如乳杆菌)生成咪唑丙酸(ImP);ImP激活心肌p62/mTOR/S6K1信号轴并抑制IRS1,扰乱自噬,从而加重MIRI。
主要证据
小鼠模型显示F.nucleatum灌胃加重MIRI并升高血浆ImP;抗生素耗竭降低ImP并减轻损伤;H9c2细胞中ImP加重H/R损伤并诱导p62/mTOR/S6K1激活;p62敲低(体外siRNA和体内AAV)减弱ImP相关损伤和信号激活。
研究意义
研究提出口腔菌群失调通过重塑肠道菌群代谢影响远端心脏损伤的新机制,指出微生物来源的ImP或可作为MIRI预防和干预的潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

建立口腔灌胃模型并诱导MIRI

评估口腔具核梭杆菌对心肌缺血再灌注损伤的影响

对C57BL/6J小鼠经口灌胃F. nucleatum或E. coli作为对照,持续6周,随后进行LAD结扎/再灌注或假手术。

2

评估心脏损伤和肠道菌群变化

检测F. nucleatum对心脏功能、心肌损伤标志物及肠道菌群组成的影响

超声心动图评估EF和FS;TUNEL、H&E染色检测凋亡和坏死;ELISA检测cTnI、LDH、炎症因子;qPCR检测肠道和口腔Lactobacillus及F. nucleatum丰度;组织染色评估肠屏障完整性。

3

分析肠道菌群代谢物和临床队列

鉴定F. nucleatum相关肠道代谢物,并在CHD患者中验证

对小鼠结肠内容物进行非靶向代谢组学,靶向代谢组学检测血浆ImP和尿刊酸;对CHD队列进行宏基因组分析,比较HAL和UAR丰度及血浆代谢物。

4

抗生素耗竭肠道菌群

验证肠道菌群去除对循环ImP和MIRI的影响

给予小鼠广谱抗生素6周,然后进行MIRI手术,检测血浆ImP、心肌损伤及p62/mTOR信号。

5

体外验证ImP在H/R心肌细胞中的作用

检测ImP是否加重H/R损伤并影响自噬和胰岛素信号

用不同浓度ImP处理H9c2细胞并实施H/R,检测细胞活力(CCK-8)、超微结构(TEM)、自噬蛋白(Beclin1、LC3B-II、ATG5)、p62/mTOR/S6K1和IRS1表达。

6

p62依赖性和体内验证

验证ImP通过p62/mTOR/S6K1通路发挥作用及体内可靶向性

在H9c2细胞中siRNA敲低p62,在体内使用AAV-shp62心肌靶向敲低,结合ImP和MIRI,评估信号通路和损伤变化。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
具核梭杆菌ATCC 25586ATCC--
大肠杆菌DH5α BNCC 353719BNCC--
H9c2大鼠心肌细胞Wuhan YUANSHENG Original Primary Biomedicine Technology Co., Ltd.r037
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素-链霉素----
CCK-8试剂盒SolarbioCA1211
天根DNA提取试剂盒TIANGENDP438
Omega BioTek DNA提取试剂盒Omega BioTekD5625
微量分光光度计SMA4000Merinton--
ABI 7500实时荧光定量PCR仪Applied Biosystems--
Vevo 2100高分辨率小动物超声系统VisualSonics--
HAL ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-4777M2
UAR ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-48469M2
胰岛素ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-0579M2
cTnI ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-46632M2
LDH ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-43732M2
IL-1β ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-00404M2
IL-10 ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-0176M2
TNF-α ELISA试剂盒Jiangsu Enzyme Immunoassay Industry Co., Ltd.MM-01332M2
IL-1β ELISA试剂盒ProteintechKE20021
IL-10 ELISA试剂盒ProteintechKE20022
TNF-α ELISA试剂盒ProteintechKE20018
TUNEL染色试剂盒ServicebioG1501
抗p62抗体Abcam--
抗mTOR抗体Cell Signaling Technology--
抗mTOR抗体Abcam--
抗p62抗体Abcam--
TRIzol试剂Invitrogen15596018CN
M-MLV逆转录试剂盒PromegaM1701
实时荧光定量PCR预混液Qiagen--
引物Sangon Biotech--
抗mTOR抗体Abcamab32028
抗p-mTOR抗体Proteintech67778-1-Ig
抗p62抗体Abcamab109012
抗p-p62抗体Abcamab211324
抗S6K1抗体Abcamab32529
抗p-S6K1抗体Abcamab59208
抗Beclin1抗体Proteintech11306-1-AP
抗LC3B-II抗体Abcamab192890
抗ATG5抗体Proteintech10181-2-AP
抗IRS1抗体CST2382S
抗Bax抗体Proteintech50599-2-Ig
抗Caspase-3抗体Abcamab13847
抗ZO-1抗体Invitrogen61-7300
抗GAPDH抗体Abcamab181602
UHPLC-QE-MS系统----
Waters ACQUITY Premier HSS T3色谱柱Waters--
PREMIER BEH Z-HILIC色谱柱----
MultiQuant软件----
IBM SPSS统计软件IBM--
GraphPad Prism软件GraphPad--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立与处理
F. nucleatum灌胃剂量、频率和持续时间;E. coli对照菌株;小鼠品系、性别、周龄
阅读提示:Methods - Animal experiments;Results - 图1A
心肌缺血再灌注手术
缺血时间、再灌注时间;麻醉方式;结扎方法
阅读提示:Methods - Animal experiments;Results - 图1A
抗生素耗竭肠道菌群
抗生素种类、浓度、给药方式、持续时间
阅读提示:Methods - Animal experiments;Results - 图3A
细胞缺氧/复氧模型
缺氧时间、复氧时间;培养基条件(葡萄糖缺乏、气体)
阅读提示:Methods - Cell lines and culture conditions;Results - 图4A
ImP处理
ImP浓度、处理时间
阅读提示:Methods - Cell lines and culture conditions;Results - 图4A
p62敲低(体外)
siRNA序列、转染方法、敲低效率验证
阅读提示:Methods - Cell lines and culture conditions
p62敲低(体内)
AAV血清型、剂量、给药途径、时间
阅读提示:Methods - Animal experiments;Results - 图6A
代谢物检测
血浆样本处理、LC-MS条件、内标、标准曲线
阅读提示:Methods - Targeted metabolomics of plasma
组织学与分子检测
组织固定、切片厚度、染色方法、抗体稀释比例
阅读提示:Methods - HE染色、TUNEL、免疫荧光、Western blot等
统计分析
统计检验方法、样本量、数据展示(mean±SEM)、显著性阈值
阅读提示:Methods - Statistical analysis