肺炎克雷伯菌来源的细胞外囊泡通过抑制SIRT1损害内皮功能

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Klebsiella pneumoniae 衍生的细胞外囊泡通过抑制 SIRT1 损害内皮功能

学术背景

高血压是一种全球性的健康问题，其发病机制复杂，涉及多种因素。近年来，肠道微生物群在高血压中的作用引起了广泛关注。研究表明，肠道微生物群的失调与高血压的发生密切相关。特别是，Klebsiella pneumoniae（K.pn，肺炎克雷伯菌）作为一种常见的革兰氏阴性菌，被发现与高血压的发展有关。然而，K.pn 如何影响内皮功能的具体机制尚不清楚。内皮功能障碍是高血压发病的重要早期事件，而细菌衍生的细胞外囊泡（Bacterial Extracellular Vesicles, BEVs）在调节宿主细胞功能中起着关键作用。因此，本研究旨在探讨 K.pn 衍生的细胞外囊泡（K.pn EVs）对内皮功能的影响及其潜在机制。

论文来源

本论文由 Xinxin Li、Jinghua Cui、Zanbo Ding 等作者共同完成，作者来自北京安贞医院、首都儿科研究所微生物学系等机构。论文于 2025 年发表在《Cell Communication and Signaling》期刊上，题为“Klebsiella pneumoniae-derived extracellular vesicles impair endothelial function by inhibiting SIRT1”。

研究流程与结果

1. K.pn 对内皮功能的影响

研究首先通过体内实验，评估了 K.pn 对小鼠内皮功能的影响。研究人员将 K.pn 通过灌胃方式给予 10 周龄的 C57BL/6 小鼠，持续 4 周。结果显示，K.pn 显著减弱了乙酰胆碱（ACh）诱导的内皮依赖性舒张（Endothelium-Dependent Relaxation, EDR），并增加了内皮细胞中超氧化物阴离子的生成。这些效应可以通过 ROS 抑制剂 Tempol 和 SIRT1 激活剂 Resveratrol 逆转，表明 K.pn 诱导的内皮功能障碍可能与过量的 ROS 生成和内皮细胞衰老有关。

2. K.pn EVs 的分离与表征

接下来，研究人员从 K.pn 培养液中通过超速离心法分离出 K.pn EVs，并通过透射电子显微镜（TEM）、纳米颗粒追踪分析（NTA）和 Western blot 对其进行了表征。结果显示，K.pn EVs 具有典型的球形形态，平均直径约为 100 nm，并且富含细菌外膜蛋白 OmpA 和脂多糖（LPS）。此外，研究人员还通过荧光标记实验证实了 K.pn EVs 能够被人脐静脉内皮细胞（HUVECs）摄取。

3. K.pn EVs 对内皮功能的影响

研究人员通过体内和体外实验，评估了 K.pn EVs 对内皮功能的影响。结果显示，K.pn EVs 显著减弱了内皮依赖性舒张，并促进了内皮细胞衰老和超氧化物阴离子的生成。此外，K.pn EVs 还增加了小鼠的收缩压和舒张压。这些效应可以通过 ROS 抑制剂 Tempol 和 SIRT1 激活剂 Resveratrol 逆转。

4. K.pn EVs 对 SIRT1 和相关蛋白的影响

为了探讨 K.pn EVs 影响内皮功能的机制，研究人员检测了与内皮功能、内皮细胞衰老和 ROS 生成相关的蛋白表达。结果显示，K.pn EVs 抑制了 SIRT1 和磷酸化内皮型一氧化氮合酶（p-eNOS）的表达，并促进了 p53、内皮素-1（ET-1）、NADPH 氧化酶-2（NOX2）和环氧合酶-2（COX-2）的表达。SIRT1 的过表达或激活能够逆转 K.pn EVs 诱导的这些蛋白变化，并改善内皮功能障碍。

结论与意义

本研究首次揭示了 K.pn EVs 在内皮功能障碍中的作用，并阐明了 SIRT1 在这一过程中的关键作用。研究结果表明，K.pn EVs 通过抑制 SIRT1 表达，导致内皮细胞衰老、ROS 生成增加和内皮功能障碍，从而可能促进高血压的发展。这些发现为理解 K.pn 相关血管疾病的发病机制提供了新的视角，并为相关临床干预提供了潜在的治疗靶点。

研究亮点

  1. 新颖的发现：首次揭示了 K.pn EVs 在内皮功能障碍中的作用，并阐明了 SIRT1 的关键作用。
  2. 多层次的实验设计：通过体内和体外实验，全面评估了 K.pn 和 K.pn EVs 对内皮功能的影响。
  3. 潜在的治疗靶点：SIRT1 的激活或过表达能够逆转 K.pn EVs 诱导的内皮功能障碍，为高血压的治疗提供了新的思路。

其他有价值的信息

本研究还比较了 K.pn EVs 和 Escherichia coli（E. coli）EVs 对内皮功能的影响，发现 E. coli EVs 在低浓度下对内皮功能没有显著影响，但在高浓度下能够诱导炎症反应。这一发现提示，不同细菌 EVs 对内皮细胞的影响可能与其浓度和细胞反应有关。

本研究为理解 K.pn 相关血管疾病的发病机制提供了新的视角，并为相关临床干预提供了潜在的治疗靶点。