心血管疾病(Cardiovascular Disease, CVD)是全球公共卫生的重大挑战，而动脉粥样硬化(Atherosclerosis, AS)是其核心病理基础。尽管医学领域取得了显著进展，但仍需要有效的治疗策略来应对AS。近年来，药食同源植物因其天然和安全的特性，作为预防和管理慢性病(包括AS)的方法，受到广泛关注。葛根素(Puerarin, PU)是一种在葛根中发现的天然化合物，自1950年以来，一直被认为是最重要的天然活性成分之一，具有显著的心血管益处。研究表明，PU具有抗AS的特性。然而，PU在水溶性和脂溶性较差，生物利用率低，这阻碍了对其作用机制的深入理解。
AS的持续高发归因于多种因素，包括遗传和环境影响，如高脂饮食(High-Fat Diet, HFD)。肠道菌群作为一个复杂的生态系统，通过营养吸收、生长发育、生物屏障维持、免疫调节和新陈代谢等多种过程积极调节人体代谢健康。肠道菌群分泌的代谢物三甲胺(Trimethylamine, TMA)被吸收入血后，运送到肝脏并被氧化形成三甲胺N-氧化物(Trimethylamine N-oxide, TMAO)。TMAO通过直接刺激炎症和干扰胆固醇逆向转运，加速AS病变的发展。TMAO已被确认为AS的独立预测因子和促进剂。通过干预措施减少TMAO的产生，可以缓解动物和人类的AS症状。因此，靶向TMAO的治疗策略在AS治疗中的研究正逐渐受到重视。
为了探究天然化合物PU是否通过调节肠道菌群和靶向TMAO生成途径，南方医科大学李壮教授、周宏伟教授、杨平珍教授团队在Gut杂志上发表了题为“Puerarin alleviates atherosclerosis via the inhibition of Prevotella copriand its trimethylamine production”的文章，揭示了PU通过抑制Prevotella copri (P. copri)及其在ApoE-/-小鼠和颈动脉斑块患者中产生TMA在缓解AS中的作用，突出了其在临床实践中对抗AS的新治疗潜力。
1. PU减轻HFD喂养的ApoE-/-小鼠的AS并降低血浆TMAO水平
作者首先评估了PU对 AS小鼠模型的作用，发现PU成功地减弱了HFD喂养引起的小鼠体重增加和脂肪积累，减少主动脉斑块并降低炎症标志物水平，表明PU对改善AS具有积极作用。此外，口服的PU主要积累在小鼠的粪便样本中，表明PU可能通过调节肠道菌群发挥其抗AS的作用。由于肠道菌群代谢产物TMAO已被证明是AS的独立危险因素，作者进一步发现PU显著下降ApoE-/-小鼠血浆TMAO的水平。
2. PU处理的供体小鼠的粪菌移植可减轻HFD喂养的ApoE-/-小鼠的AS
为了阐明 PU对AS的改善作用是否由肠道菌群介导的，作者分离了来自PU处理的供体小鼠(HFD+PU FMT)或载体处理的小鼠(HFD FMT)的粪菌，并将其移植到HFD小鼠，发现接受HFD+PU FMT的小鼠体重显著减轻，AS斑块病变减少，炎症因子水平降低，并伴随着血浆TMAO浓度显著降低，这些结果表明PU对AS的有益作用是由肠道菌群调节的。
3. PU降低P. copri的丰度及其TMA产生
为了进一步研究PU影响的特定微生物群，作者分析了接受或未接受PU治疗的 HFD 喂养的ApoE-/-小鼠的肠道微生物组，发现PU降低了粪便样本中的P. copri丰度。此外，Spearman相关分析揭示P. copri与血浆TMAO水平呈正相关性。体外实验也证实P. copri促进TMA产生，而PU有效地减少了P. copri产生的TMA。机制研究显示，PU可能通过破坏P. copri的膜功能从而导致其TMA产量减少，进而减少TMAO产量，最终改善AS。
4. P. copri促进HFD喂养的ApoE-/-小鼠的AS
为了进一步研究P. copri在AS中的因果作用，作者通过将P. copri单菌移植到HFD喂养的ApoE-/-小鼠中，使用qRT-PCR证实HFD组中普氏菌的成功定植，并发现接受P. copri定植的小鼠表现出更严重的AS表型，包括体重增加、主动脉斑块病变面积增强、炎症细胞因子水平升高和血浆TMAO水平增加，这些结果共同表明P. copri在HFD诱导的AS发病机制中发挥着重要作用。
5. 回补P. copri会破坏PU对HFD喂养的ApoE-/-小鼠AS的有益作用
为了评估P. copri作为PU干预治疗AS的靶点的重要性，作者研究了P. copri对抗PU缓解AS的能力，发现在P. copri定植后，PU对AS的有益作用发生了逆转，表现为体重增加、主动脉斑块病变扩大以及炎症细胞因子升高。这些发现表明，P. copri的存在可能会削弱PU减轻AS症状的有效性。
6. PU抑制普氏菌并降低颈动脉斑块患者血浆TMAO水平
为了探讨临床环境中普氏菌、TMAO水平与颈动脉粥样硬化斑块形成之间的潜在相关性，作者对高脂血症患者的颈动脉评分、普氏菌表达和TMAO水平进行了相关性分析，发现有颈动脉粥样硬化斑块的患者粪便样本中普氏菌的表达较高，且血浆TMAO水平显著升高。重要的是，颈动脉斑块评分与普氏菌表达和TMAO水平呈正相关，为普氏菌及其TMA产生参与AS的发展提供了临床证据。进一步招募24名被诊断患有颈动脉斑块的个体每天口服PU持续1周，发现普氏菌丰度减少，血浆TMAO水平降低。总之，这些发现证实了PU对AS的有益作用和对普氏菌的抑制作用之间的潜在联系。
综上所述，本研究强调了肠道菌群及其代谢产物对AS发展的贡献的重要性，首次发现P. copri是一种与AS表型呈正相关的细菌，P. copri水平可以作为AS的诊断生物标志物。PU在降低P. copri丰度和TMAO水平方面的潜在功效，为PU在缓解AS中的作用提供了新的见解，表明在AS患者的临床实践中可以考虑加入PU补充剂或开发基于PU的药物。
南方医科大学珠江医院心内科李泽桦博士为论文第一作者，检验医学部李壮教授、周宏伟教授、心内科杨平珍教授为共同通讯作者。该研究获得国家重点研究发展计划、国家自然科学基金项目、广州市脑科学重点研究计划基金等基金资助。
原文链接：
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38777572/