吲哚-3丙酸( IPA)作用于巨噬細(xì)胞對抑制血管動(dòng)脈粥樣硬化的研究

血管（blood vessels）是將血液輸送到全身的通道，其主要功能是將血液運(yùn)輸?shù)缴眢w的各個(gè)組織和器官中，血液為它們提供了維持生物功能所需要的氧氣以及營養(yǎng)物質(zhì)。同時(shí)，血管也能將廢棄物和二氧化碳從身體的組織和器官中帶走。當(dāng)血管發(fā)生病變時(shí)，人們的身體健康將會(huì)收到極大威脅。因此，揭示血管病發(fā)生發(fā)展的機(jī)制，對臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展有重大意義。

2020年，科學(xué)家們就揭示了腸道微生物群、膳食營養(yǎng)和宿主之間的互作可能會(huì)影響動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾�。╝therosclerotic cardiovascular diseases, ASCVD）的發(fā)展，并且推測可能是腸道微生物的代謝物推動(dòng)了ASCVD的發(fā)生發(fā)展。然而，具體是哪一種代謝物在ASCVD中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，有待更深入的研究。今天小優(yōu)為大家分享的這篇文章，揭示了IPA作用于巨噬細(xì)胞的機(jī)制，它可以促進(jìn)膽固醇從巨噬細(xì)胞中流出，從而抑制了血管的動(dòng)脈粥樣硬化。

2022年7月27日，中山大學(xué)凌文華教授課題組在國際心血管領(lǐng)域權(quán)威雜志《Circulation Research》（IF=23.213）發(fā)表題為“Gut Microbially Produced Indole-3-Propionic Acid Inhibits Atherosclerosis by Promoting Reverse Cholesterol Transport and its Deficiency Is Causally Related to Atherosclerotic Cardiovascular Disease”的研究論文，首次揭示并闡明了腸道微生物代謝色氨酸的產(chǎn)物吲哚-3丙酸(Indole-3-propionic acid, IPA)能夠抑制動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病的進(jìn)展，并提出微生物代謝物IPA/miR-142-5p/ABCA1途徑可以作為治療ASCVD的新的潛在的干預(yù)靶點(diǎn)。

文章核心內(nèi)容：
（1）本文對冠心�。–AD）患者的糞便和血清樣本進(jìn)行微生物組-代謝組分析，發(fā)現(xiàn)了IPA與動(dòng)脈粥樣硬化（ASCVD）風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)。
（2）研究發(fā)現(xiàn)在飲食中補(bǔ)充IPA可以通過最新發(fā)現(xiàn)的miR-142-5p/ABCA1信號通路促進(jìn)巨噬細(xì)胞逆向運(yùn)輸膽固醇的方式，幫助缺失脂蛋白E（ApoE-/-）的小鼠抵抗ASCVD。
（3）血清IPA缺失會(huì)加快ApoE-/-小鼠ASCVD的進(jìn)程，并且可能部分地減少了膽固醇在巨噬細(xì)胞中的逆向運(yùn)輸，增強(qiáng)了冠狀動(dòng)脈疾病患者泡沫細(xì)胞的形成。

Part1 微生物組-代謝組綜合分析表明IPA水平與ASCVD風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)
首先，作者對30名病患和30名年齡和性別匹配的健康對照對象進(jìn)行了元基因組學(xué)和代謝組學(xué)聯(lián)合分析。分析結(jié)果顯示，CAD患者的IPA水平與健康對照組相比都顯著下降。進(jìn)一步作者在一個(gè)獨(dú)立的更大的ASCVD和健康受試者群體樣本中調(diào)查了空腹血清IPA水平和ASCVD風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系，研究表明，血清IPA水平的降低與ASCVD風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。

Figure 1 腸道微生物產(chǎn)生的IPA在CAD患者中大幅減少

Part2 補(bǔ)充IPA可緩解動(dòng)脈粥樣硬化斑塊在小鼠中的進(jìn)展
為了直接測試飲食中補(bǔ)充IPA是否會(huì)影響動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展，作者將喂食西式飲食的8周齡雌性ApoE−/−小鼠用IPA（50mg/kg體重[BW]）或PBS對照處理。與PBS處理的小鼠相比，用IPA處理的小鼠整個(gè)主動(dòng)脈（圖2A）和主動(dòng)脈竇（圖2B）的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊明顯減少。進(jìn)一步免疫熒光實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了IPA的補(bǔ)充增加了ABCA1蛋白在病變的CD68+（巨噬細(xì)胞Marker）細(xì)胞中的表達(dá)，但在CD31+（內(nèi)皮細(xì)胞Marker）或α-肌動(dòng)蛋白+（血管平滑肌細(xì)胞Marker）中沒有增加。這些實(shí)驗(yàn)表明，給ApoE−/−小鼠補(bǔ)充IPA可促進(jìn)巨噬細(xì)胞RCT，緩解動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的發(fā)展。

Figure 2 飲食中IPA的補(bǔ)充可以抑制動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展

Part3 IPA可以促進(jìn)膽固醇從巨噬細(xì)胞向載脂蛋白排出
為了更好地了解IPA調(diào)控RCT途徑的潛在分子機(jī)制，作者用IPA與對照（DMSO）分別處理了小鼠的腹腔巨噬細(xì)胞（MPM）以及THP-1巨噬細(xì)胞24 h后發(fā)現(xiàn)，IPA濃度的增加使得巨噬細(xì)胞中脂質(zhì)積累量呈現(xiàn)劑量依賴性的減少（圖3A和3B）。體外RCT試驗(yàn)顯示，IPA可以通過促進(jìn)ABCA1介導(dǎo)的膽固醇外流到載脂蛋白ApoA-I，而非HDL的流出的方式來減輕AcLDL誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞泡沫細(xì)胞的形成（圖3C, E）。將ABCA1敲除沉默后，IPA促進(jìn)巨噬細(xì)胞中膽固醇外流的現(xiàn)象消失（圖3D, F）。綜上，IPA是通過促進(jìn)ABCA1介導(dǎo)的膽固醇外流到載脂蛋白ApoA-I的機(jī)制，以阻止動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展的。

Figure 3 IPA通過上調(diào)ABCA1的表達(dá)來促進(jìn)巨噬細(xì)胞內(nèi)的膽固醇流出

Part4 IPA阻礙動(dòng)脈粥樣硬化的機(jī)制是通過miR-142-5p/ABCA1信號通路促進(jìn)膽固醇由巨噬細(xì)胞的排出
為了研究IPA的缺乏是否會(huì)影響體內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展，作者用四周飲食方式喂養(yǎng)20周大的ApoE−/−小鼠。這四種飲食方式分別為：去除色氨酸色氨酸耗竭的飲食（TDD），補(bǔ)充了色氨酸的TDD (TDD+Trp)，TDD+Trp并給予抗生素 (TDD+Trp+Abx)，或TDD+Trp+Abx輔以 IPA（TDD+Trp+Abx+IPA）。經(jīng)過4周的處理之后，與TDD+Trp相比，TDD和TDD+Trp+Abx組小鼠的血漿IPA明顯下降，動(dòng)脈硬化斑塊負(fù)擔(dān)加重（圖4A）。

作者發(fā)現(xiàn)給ApoE−/−小鼠喂食TDD導(dǎo)致miR142-5p在巨噬細(xì)胞和主動(dòng)脈中過表達(dá)（圖7B），這與ABCA1的表達(dá)減少（圖7C, D）和體內(nèi)巨噬細(xì)胞RCT減少（圖7E）有關(guān)�？股�素治療（TDD+Trp+Abx）與TDD有相同的效果（圖7B-7F），而抗生素對巨噬細(xì)胞RCT的抑制作用可以被補(bǔ)充IPA所逆轉(zhuǎn)（圖7C-7F），這與巨噬細(xì)胞和主動(dòng)脈中miR-142-5p的明顯抑制有關(guān)（圖7B）。

綜上所述，微生物IPA生產(chǎn)的減少將促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展，這與巨噬細(xì)胞中miR-142-5p表達(dá)的減少有關(guān)。

Figure 4 IPA的缺失促進(jìn)ApoE-/-小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展

總結(jié)
本文作者通過對CAD患者的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)冠心病患者糞便與血清樣本中IPA水平明顯減少，同時(shí)在另一獨(dú)立隊(duì)列中發(fā)現(xiàn)，IPA的含量與ASCVD的風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)的趨勢。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)表明，在飲食過程中補(bǔ)充IPA能夠緩解ApoE-/-小鼠動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)程。體內(nèi)研究表明，IPA的減少導(dǎo)致了miR-142-5p的異常表達(dá)，因而影響了miR-142-5p/ABCA1信號通路的正常運(yùn)作，巨噬細(xì)胞中膽固醇的流出減少，加速了動(dòng)脈粥樣硬化的進(jìn)展。此外，巨噬細(xì)胞中miR-142-5p/ABCA1/膽固醇逆向運(yùn)輸軸在CAD患者中失調(diào)與循環(huán)中IPA的水平有關(guān)。