心肌梗塞（MI）是全世界的主要死因，随着机械再灌注治疗方法如经皮冠状动脉介入治疗（PCI）的进步，MI的急性死亡率已显著降低，而梗死后心脏重塑和心力衰竭已成为巨大的医疗保健和经济负担。心脏康复 (CR) 是 MI 患者推荐的有效辅助疗法，而运动训练是 CR 的有力方式。肠道微生物基因数量远远超过宿主基因的总数，肠道微生物组对于通过底物的代谢交换和共代谢来维持宿主生理和体内平衡至关重要。体育锻炼已被证明能够调节肠道微生物群，然而，肠道微生物在运动保护MI中的潜在作用仍不清楚。
2022年5月31日，上海大学肖俊杰教授团队在Microbiome（IF=16.837）在线发表题为“Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction”的论文，该研究发现运动训练可以改善心功能不全，并改变 MI 后肠道微生物的丰度和群落结构，同时提供了通过运动、微生物组和肠道菌群衍生的 3-羟基苯乙酸（3-HPA）和 4-羟基苯甲酸 （4-HBA）调节心血管疾病可能性。该研究为肠道菌群在运动保护 MI 中的作用提供了新的见解。（麦特绘谱提供Q200宏代谢组检测服务）
研究人员首先利用小鼠模型证实了运动训练可减轻MI后的心功能不全。通过对小鼠粪便16S rDNA测序分析发现，MI后运动训练导致肠道菌群丰度和群落结构发生改变，其中拟杆菌门丰度增加，厚壁菌门丰度降低；属水平上，Alistipe、Lachnospiraceae_UCG-001、Ruminococcus、Allobaculum和Oscillospiraceae UCG-005丰度发生改变。Alistipe和Ruminococcus与心功能指标EF左心室射血分数和左心室缩短分数FS显著正相关，Lachnospiraceae_UCG-001与心功能指标EF和FS显著负相关。
图1. 运动训练可预防MI后的心功能不全
为了研究肠道菌群是否与运动训练对MI后心功能障碍的有益影响有关，研究人员通过抗生素处理预消耗肠道微生物，结果消除了运动训练对 MI 小鼠的保护作用。此外，与接受非运动MI小鼠菌群移植的小鼠相比，接受运动MI小鼠菌群移植的小鼠心脏功能更好。这些结果表明肠道菌群参与了运动训练对MI后心功能障碍的保护作用。
图2. 粪菌移植恢复运动对MI的保护作用
进一步基于UPLC-MS/MS平台对菌群相关代谢物水平进行分析，结果显示，与MI组相比，MI+运动组的主要酚类物质3-羟基苯乙酸（3-HPA）和4-羟基苯乙酸（4-HPA）水平升高，正常组和MI+运动组的4-羟基苯甲酸（4-HBA）显著改变。菌群-代谢物相关分析显示，4-HPA、3-HPA和4-HBA分别与6个属、5个属和1个属有显著的相关性，说明这几个代谢物可能介导了MI后运动训练的保护作用。随后验证它们对MI后心功能的保护作用是否可以直接转移，以两种不同剂量的处理发现，3-HPA和4-HBA可单独应用于通过 NRF2（酚类物质的靶点，可保护建模的MI小鼠和细胞凋亡）保护 MI 后心功能不全和细胞凋亡。
图3. 3-HPA和4-HBA保护MI后的心功能不全
综上，本研究通过Q200宏代谢组学、16SrRNA测序分析、抗生素使用和粪菌移植，发现肠道菌群介导了运动对心肌梗塞后的保护作用，菌群相关代谢物3-羟基苯乙酸和 4-羟基苯甲酸可通过NRF2保护心肌梗塞后的心功能障碍和细胞凋亡，揭示了通过运动、微生物组及其相关代谢物调节心血管疾病的潜在价值。
肠道菌群与代谢研究经典思路
原文文献
Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction. Microbiome. 2022.
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