肠道菌K.pneumoniae调控代谢产物SCFA-Olfr78/Gpr41受体信号促进高血压的作用机制

Hypertension is a most prevalent cardiovascular diseases, and the pathogenesis is unclear. We have proved that disordered gut microbial structure and function participate in the development of hypertension (Microbiome,2017). Based on our previous findings of germ-free mice receiving K.pn transplantation, which is dominant in hypertensive patients, showed higher blood pressure, we speculated that K.pn might be the pathogenic bacterium leading to hypertension. However, the mechanisms remain unclear. In this project, we plan to confirm the effect of K.pn on blood pressure elevation, by inoculate transplantation to germ-free mice. Next, we plan to analyze the serum and fecal metabolism changes of recipient mice by LC-MS/MS, identify the Short-chain fatty acids (SCFA) produced by K.pn, determine the expression of Olfr78/Gpr41 receptor and MAPK、RAS、Egr-1 signaling, and illuminate K.pn contribute to hypertension through SCFA-Olfr78/Gpr41, RAS/MAPK/Egr-1 pathway. Last, we plan to find the key metabolic enzymes/gene in K.pn for SCFA producing, observe whether the effect of K.pn would be blocked by interferencing the enzymes/gene, reveal the genetic mechanism by which K.pn contribute to elevated blood pressure, and offer a novel therapeutic target of hypertension for clinical translational research.

高血压是最常见的心血管疾病，其发病机制未明。我们证实，肠道菌群紊乱参与高血压病的发生发展（Microbiome,2017）。前期研究发现，将高血压患者的优势菌K.pneumoniae（K.pn）移植给无菌小鼠（GF），使其血压升高，推测K.pn是导致高血压的致病菌，但作用机制尚不明确。本研究将通过GF移植模型明确K.pn促进血压升高的作用；对模型小鼠血清和粪便进行质谱分析，解析K.pn的代谢产物短链脂肪酸（SCFA），检测Olfr78/Gpr41受体的表达水平和下游MAPK、RAS、Egr-1信号，通过干预受体表达，阐明K.pn调控SCFA-Olfr78/Gpr41，RAS/MAPK/Egr-1通路进而引起血压升高；对K.pn进行基因信息组学分析找到关键代谢酶基因，通过敲除该基因，明确其对血压的调节作用被阻断，揭示K.pn导致血压升高的遗传学机制，为高血压临床转化研究提供新的治疗靶点。

肠道微生物与血压调节和高血压病的发生发展存在密切关联，但是肠道细菌种类繁多，是否存在直接促进高血压的单一肠道细菌尚未见报道。我们课题组在国家自然科学基金的资助下，基于三个独立队列的宏基因组测序数据分析，证实高血压患者的粪便样本中肺炎克雷伯杆菌富集。肺炎克雷伯杆菌诱导无菌、抗生素和无病原体小鼠的收缩压升高。超声数据显示，移植了肺炎克雷伯杆菌的抗生素小鼠心脏肥厚。此外，无菌和抗生素小鼠中的克雷伯杆菌与肠系膜上动脉血管收缩增强相关。导致调节炎症反应和激活免疫反应的基因改变。肺炎克雷伯杆菌亦引起肠道病理改变包括肌层增厚，绒毛变短，杯状细胞减少，纤维化增加，紧密连接蛋白减少，促IL-17和TNF信号通路。检测粪便代谢组的变化，证明在无菌和抗生素小鼠两种模型中，肺炎克雷伯杆菌均显著抑制硬脂酰乙醇酰胺水平。无菌和抗生素小鼠小鼠的肾脏在菌株移植后可见与IgA共定位的克雷伯杆菌。通过免疫组化进一步表明在无菌和抗生素小鼠小鼠中克雷伯杆菌易位至肾脏。透射电子显微镜和扫描电子显微镜更加清晰地观察到克雷伯杆菌，并通过免疫电镜验证。克雷伯杆菌促进无菌小鼠肾脏中与肾素分泌和昼夜节律有关的基因，在抗生素小鼠中，则影响氧化磷酸化，表明克雷伯杆菌对肾脏转录组产生重要影响。本研究揭示了肠道克雷伯杆菌在促进高血压发生发展中，对心血管系统、肠道、代谢和肾脏的影响，将为以肠道优势菌克雷伯杆菌作为高血压治疗的新靶点奠定重要的理论基础，为高血压防治的临床转化研究提供新的治疗靶点。在该国家自然科学基金的资助下，我们发表标注的SCI论文7篇，中文核心期刊论文3篇，单篇影响因子最高9.897。协助培养研究生2名。获得北京市自然科学基金面上项目1项。参加学术交流活动7次，其中口头汇报3次，壁报展示1次，大会主持3次。