肠道菌源粪臭素通过AHR-CNN1轴促进血管平滑肌细胞增殖迁移加剧动脉粥样硬化

《The ISME Journal》：Olsenella scatoligenes-derived Skatole Promotes Smooth Muscle Cell Proliferation and Migration to Aggravate Atherosclerosis

　　本研究针对冠状动脉疾病（CAD）发病机制中肠道菌群作用不明的关键问题，通过整合宏基因组学与代谢组学分析，发现Olsenella scatoligenes（O. scatoligenes）及其代谢产物粪臭素（skatole）可通过激活芳香烃受体（AHR）-钙调理蛋白1（CNN1）信号轴，显著促进血管平滑肌细胞（VSMC）增殖迁移，从而加速动脉粥样硬化进程。该研究首次揭示微生物-代谢物-血管重塑的完整致病通路，为CAD防治提供新靶点。

　　

在全球范围内，冠状动脉疾病（CAD）始终是导致死亡和残疾的首要原因，而动脉粥样硬化是其主要的病理基础。尽管传统危险因素如高血压、高血脂等已被广泛认知，但仍有大量患者发病机制未能完全阐明。近年来，肠道微生物群作为人体重要的“虚拟器官”，其失调与CAD的关联逐渐受到关注。已有研究表明，CAD患者的肠道微生物组成与健康人群存在显著差异，例如链球菌属（Streptococcus）和肠杆菌科（Enterobacteriaceae）丰度升高，且微生物功能倾向于脂多糖生物合成和色氨酸代谢增强。然而，这些发现多源于西方人群或动物模型，在中国人群中起关键作用的特定菌株及其分子机制仍如迷雾笼罩。更重要的是，肠道微生物如何远程调控血管病变，尤其是影响动脉壁核心组分——血管平滑肌细胞（VSMC）的行为，是领域内亟待破解的科学难题。VSMC在动脉粥样硬化发生发展中扮演着双刃剑角色：正常情况下它们维持血管收缩功能，病理状态下则会发生表型转换，由静止、收缩状态去分化为增殖型，并迁移至血管内膜，促进斑块进展和破裂。因此，揭示肠道微生物调控VSMC命运的奥秘，对于理解CAD全貌具有重要意义。本研究发表于《The ISME Journal》，团队通过多组学整合分析结合实验验证，成功绘制出从肠道菌群紊乱到血管病变的精细图谱。

研究人员综合运用了人群队列研究（包括发现队列149人和验证队列179人，均来自中山大学孙逸仙纪念医院）、动物模型（ApoE^-/-小鼠高脂高胆固醇饮食诱导动脉粥样硬化）、细胞实验（人主动脉平滑肌细胞HASMCs和HEK293T细胞）、宏基因组测序、代谢组学分析、RNA测序、基因沉默（siRNA干扰AHR和CNN1）、免疫荧光染色、Western blot、染色质免疫沉淀（ChIP）和荧光素酶报告基因检测等关键技术方法。

O. scatoligenes在CAD患者中富集

通过对99例CAD患者和50例非CAD对照的粪便样本进行宏基因组测序，发现O. scatoligenes在CAD患者中丰度显著升高，且其物种间相互作用增强。共现网络分析显示，O. scatoligenes在CAD微生物网络中处于枢纽地位，与多种CAD相关菌群存在强正相互作用。在独立验证队列中，O. scatoligenes丰度与CAD严重程度指标Gensini评分和SYNTAX评分呈正相关。

O. scatoligenes加速动脉粥样硬化进展

在ApoE^-/-小鼠模型中，灌胃活菌O. scatoligenes可成功定植肠道，并导致收缩压升高、主动脉斑块面积增加（全主动脉和主动脉根部分别增加1.26倍和1.23倍），而灭活菌无此效应。RNA测序显示，活菌处理小鼠主动脉中VSMC增殖和迁移相关通路显著富集，实验证实VSMC增殖和向内膜迁移增强，且钙调理蛋白1（CNN1）表达上调。

粪臭素是连接O. scatoligenes与动脉粥样硬化的关键微生物效应物

整合宏基因组与代谢组学分析发现，CAD患者粪便中色氨酸代谢增强，且O. scatoligenes丰度与粪臭素水平正相关。机制上，O. scatoligenes携带的吲哚乙酸脱羧酶（iad）基因负责催化粪臭素合成。CAD患者血浆粪臭素浓度升高，且与疾病严重程度正相关。小鼠实验中，O. scatoligenes定植可升高粪便iad表达和循环粪臭素水平。

粪臭素通过激活CNN1加剧VSMC增殖和迁移

给予ApoE^-/-小鼠粪臭素可模拟O. scatoligenes的促动脉粥样硬化效应，表现为收缩压升高、斑块面积增大、VSMC增殖和迁移增强，且这些效应依赖于CNN1表达。体外实验显示，粪臭素处理可浓度依赖性促进人主动脉平滑肌细胞（HASMCs）增殖迁移和CNN1表达，而敲低CNN1可逆转该效应。

AHR是粪臭素诱导CNN1介导的增殖和迁移所必需的

生物信息学分析和实验验证表明，粪臭素可促进芳香烃受体（AHR）核转位，增强其与CNN1启动子区结合。敲低AHR可部分抑制粪臭素诱导的CNN1表达上调和VSMC表型转换。启动子突变实验证实AHR结合位点对粪臭素激活CNN1转录至关重要。

本研究通过多组学整合与实验验证，首次揭示O. scatoligenes及其代谢产物粪臭素通过AHR-CNN1轴促进VSMC增殖迁移，从而加剧动脉粥样硬化的完整机制。这一发现不仅阐明了肠道微生物远程调控血管病变的新途径，更重要的是将微生物-代谢物-血管重塑三者有机串联，为CAD的防治提供了新的理论依据和潜在干预靶点。从微生物角度出发，靶向O. scatoligenes或其关键酶iad可能成为未来CAD管理的新策略；从信号通路层面，AHR-CNN1轴的发现为理解VSMC表型转换提供了新视角。该研究深化了对肠道菌群在心血管疾病中作用的认识，凸显了跨器官对话在慢性病发生发展中的重要性，为精准医疗背景下基于菌群调控的CAD防治开辟了新的研究方向。