高尿酸血症(HUA)是一种以尿酸水平升高为特征的代谢性疾病，其患病率呈上升趋势，通常与肾损伤有关。肠道微生物群和肠道来源的尿毒症毒素是肠-肾轴中的关键介质，可导致肾功能损害。肠道菌群失调与多种肾脏疾病有关。然而，HUA诱导的肠道菌群失调在肾损伤发展中的具体作用和潜在机制尚不清楚。
2024年6月南方医科大学赵晓山团队在Microbiome（IF13.8）杂志上发表题为“Gut microbiota dysbiosis in hyperuricaemia promotes renal injury through the activation of NLRP3 inflammasome”文章。研究结果表明HUA诱导的肠道菌群失调有助于肾损伤的发展，可能是通过促进肠源性尿毒症毒素的产生并随后激活NLRP3炎症小体。拜谱生物为该研究提供了MT1000医学全靶代谢组学技术服务。
英文标题：Gut microbiota dysbiosis in hyperuricaemia promotes renal injury through the activation of NLRP3 inflammasome
中文标题：高尿酸血症中肠道菌群失调通过激活NLRP3炎症小体促进肾损伤
期刊：Microbiome
2024年影响因子：13.8
发表时间：2024年6月
客户单位：南方医科大学
研究材料：大鼠肾脏组织
拜谱提供技术：MT1000医学全靶代谢组学检测
研究思路：
研究结果
HUA导致肠道菌群失调和肠道屏障功能受损
作者通过敲除尿酸酶(UOX)建立HUA大鼠模型。HUA大鼠表现出明显的肾功能障碍、肾小管损伤、纤维化、NLRP3炎症小体激活和肠屏障功能受损。为了研究HUA对肠道微生物群的影响，作者对UOX−/− 同窝大鼠和WT同窝对照大鼠的粪便进行了 16S rRNA测序 ，以揭示组间肠道微生物群落特征的差异。
PCoA分析显示了组间微生物群落的相对分离(图1A)。在门水平上，WT和 UOX −/−大鼠的肠道微生物群主要由厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(actiobacteriota)和变形菌门(Proteobacteria)组成(图1B)。与WT大鼠相比， UOX −/−大鼠的变形菌群显著增加，而厚壁菌门减少(图1C和D)。使用LEfSe分析，在属水平上鉴定组间差异丰富的粪便细菌分类群(图1E)。LEfSe分析结果显示，在 UOX −/−大鼠中富集了包括大肠杆菌在内的6个细菌属，而在WT大鼠中富集了另外两个类群(图1G-N)。
此外，使用KEGG注释和功能富集，鉴定出了 UOX −/−和WT大鼠之间表现出不同富集水平的25个功能类别(图1O)。值得注意的是，与肠源性尿毒症毒素相关的功能，包括色氨酸和苯丙氨酸代谢，在 UOX −/−大鼠中增加。此外，KEGG通路分析还显示，受HUA干扰的微生物群与细菌侵袭上皮细胞增加和丁酸盐代谢减少有关。并评估了HUA引起的肠道微生物群紊乱对肠道屏障功能的影响(图1P-T)。综上所述，这些结果表明 UOX −/−大鼠的HUA促进肠道微生物群失调和肠道屏障功能受损。
图1. HUA导致 UOX − /−大鼠肠道微生物群失调和肠道屏障功能受损
（图源：Zhou, Xinghong et al., Microbiome. 2024）
HUA大鼠肾脏中肠道源性尿毒症毒素显著增加
肠源代谢物可能是肠-肾轴的重要介质，因此在肾脏健康中起重要作用。肠道微生物组的KEGG功能预测分析结果表明，HUA诱导的肠道菌群失调增加了肠道源性尿毒症毒素的产生。因此，作者使用广泛靶向代谢组学分析来比较 UOX −/−和WT大鼠的肾脏代谢组学特征。OPLS-DA模型结果显示WT和 UOX −/−大鼠之间存在明显的分离(图2A)。在VIP > 1和p < 0.05的筛选情况下，WT和 UOX −/−组之间共鉴定出266个差异代谢物。其中，与WT组相比， UOX −/−大鼠的180个代谢物上调，86个代谢物下调。
物质分类结果显示，这些代谢物主要属于氨基酸、肽及其类似物、核苷、核苷酸及其类似物、有机酸及其衍生物、鞘脂、糖及其衍生物、吲哚和杂环化合物等(图2B)。在改变的代谢物中，几种尿毒症毒素，包括硫酸吲哚酚(IS)、对甲酚(PC)、马尿酸(HA)、苯乙酰谷氨酰胺(PAGln)、苯乙酰甘氨酸(PAGly)、犬尿喹啉酸(KA)、L-犬尿氨酸(KYN)、喹啉酸(QA)和甲基胍(MG)，在 UOX −/−大鼠中上调(图2D)。已知这些毒素中的大多数来源于肠道微生物群对包括色氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸在内的膳食芳香化合物的代谢。
使用KEGG途径进一步分析差异的代谢物(图2C)。与肠道微生物组一致，差异代谢物的KEGG通路分析显示， UOX −/−大鼠的色氨酸代谢上调。此外， UOX −/−大鼠的氨基酸生物合成、嘌呤代谢、丙酮酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、TCA循环和cAMP信号传导也上调，而维生素消化和吸收、硫胺素代谢和嘧啶代谢下调。进一步进行Pearson相关性分析，了解差异菌群与代谢物之间的关系(图2E)。
此外，代谢物与肾功能参数的相关性分析显示，这些肠道来源的尿毒症毒素与UA水平和肾功能参数有很强的正相关(图3左)。差异菌群、差异代谢物和肾功能参数之间的相关性也显示在网络中(图3右)。这些结果表明， UOX −/−大鼠肠道源性尿毒症毒素的上调可能参与了HUA诱导的肾损伤。
随后，作者通过粪菌移植等实验揭示了HUA微生物群在促进肾损伤、触发肾NLRP3炎症小体的激活和损害肠屏障完整性中的作用，并证明HUA菌群激活NLRP3炎症小体是I/R小鼠肾损伤和肠屏障损伤加剧的原因。
图2. HUA大鼠肾脏中肠道源性尿毒症毒素显著增加
（图源：Zhou, Xinghong et al., Microbiome. 2024）
图3. 不同数据集联合分析
（图源：Zhou, Xinghong et al., Microbiome. 2024）
小结
作者首先通过敲除尿酸酶(UOX)建立HUA大鼠模型。HUA大鼠表现出明显的肾功能障碍、肾小管损伤、纤维化、NLRP3炎症小体活化和肠屏障功能受损。16S rRNA测序和功能预测数据分析显示异常的肠道微生物群和与尿毒症毒素产生相关的途径激活。代谢组学分析显示HUA大鼠肾脏中明显的肠道源性尿毒症毒素积累。此外，作者还进行了粪便菌群移植(FMT)来证实HUA诱导的肠道菌群失调对肾损伤的影响。在肾缺血/再灌注(I/R)手术后，HUA菌群再定殖的小鼠表现出严重的肾损伤和肠屏障功能受损。值得注意的是，在NLRP3敲除(NLRP3 −/−)I/R小鼠中，HUA菌群对肾损伤和肠屏障的有害作用被消除。
拜谱小结
总之，多组学研究结果提供了HUA诱导的肠道菌群失调在肾损伤的发展中起重要作用的证据。此外，确定NLRP3的激活是这一过程的潜在中介。这些结果表明，靶向微生物群和NLRP3炎症小体可能是治疗肾脏疾病的一种有希望的策略。拜谱生物为本研究提供MT1000医学全靶代谢组学检测服务。 拜谱生物自主研发的MT1000 kit具有高通量、高灵敏度、广覆盖度、定性定量准确等特点，提供最全的疾病分子数据库，一次检测可对1000+种医学专属性功能代谢物进行准确定性定量分析，适用于人、大鼠、小鼠等动物来源的样本，包括血液、细胞、粪便、组织等样本类型。近期拜谱即将推出全新自研 QMT1000医学高通量靶向代谢组产品，可对1000+医学专属代谢物进行 绝对定量及组学分析，敬请期待！
参考文献：Zhou X,Ji S,Chen L, et al. Gut microbiota dysbiosis in hyperuricaemia promotes renal injury through the activation of NLRP3 inflammasome. Microbiome. 2024;12 (1):109. doi:10.1186/s40168-024-01826-9
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