研究进展：荒漠啮齿动物通过“菌群-肠道-肾脏”轴调节渗透压耐受高盐

王德华

人类长期高盐饮食会引起高血压、心脏病、肾脏病和脑出血等一系列疾病，但有些野生动物终生取食高盐植物，却能够保持健康，如生活在荒漠地区的啮齿动物长爪沙鼠（Meriones unguiculatus），这个物种不仅耐高温，耐受低温，也能耐受高盐食物。长爪沙鼠在野外环境中所取食的植物中盐的含量可超过10%（海水的盐度一般为35‰），说明沙鼠具有极强的节水和耐盐能力。肾脏能够清除代谢废物并重吸收水分，是重要的水/盐代谢器官。我们在前期工作中发现，长爪沙鼠具有较高的肾脏髓质厚度和水分重吸收能力，可产生高度浓缩的尿液，在禁水或者高盐饮水条件下尿液渗透压可达7000 mOsm/kg以上（正常饮食饮水的沙鼠，尿液渗透压为600-2000 mOsm/kg，Xu and Wang, CBP-A, 2016; Nouri et al., JCP-B, 2020）。那么荒漠啮齿动物如此强的节水和耐受高盐能力，其背后的生理机制是什么呢？

　我们最近的一项研究，揭示了肠道菌群与宿主肾脏对高盐诱导的水盐代谢的调节作用，阐明了“菌群—肠道—肾脏”轴对荒漠啮齿动物耐受高盐的调节机制。文章以“The microbiota-gut-kidney axis mediates host osmoregulation in a small desert mammal”为题，于2022年4月4日发表在国际学术期刊npj Biofilms and Microbiomes上。

　　在这项工作中，我们通过对长爪沙鼠饲喂正常鼠饲料，分别进行4%或8%的高盐饮水处理4周诱导高盐缺水模型，以研究高盐缺水引起的肾脏和肠道生理和肠道微生态的变化；另外对8%高盐摄入的动物移植正常动物来源的肠道菌群，并继续饮用8%的高盐水，以研究正常动物的肠道菌群是否能够缓解高盐摄入引起的损伤。研究发现，高盐摄入导致动物的摄食量和饮水量明显降低，动物处于负能量平衡状态，并产生少量的高度浓缩尿；高盐动物通过提高肠道和肾脏组织上皮细胞中水通道蛋白2（AQP2）的表达增加细胞对水分的重吸收，降低α-钠通道蛋白（α-ENaC）的表达提高细胞的排钠能力。高盐摄入引起肠道菌群的多样性降低，菌群组成结构发生改变，特定细菌如理研菌属（Rikenella）和克里斯坦森氏菌（Christensenella，具有降低胆固醇功能）的相对丰度明显降低，而与炎症和结直肠癌有关的阿托波氏菌属（Atopobium）明显升高，血清炎症因子水平明显升高。菌群移植能够重塑肠道微生态，例如罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）明显升高，而狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis）和普雷沃氏菌属（Prevotella copri）相对丰度明显降低，这些特定细菌的变化伴随丁酸盐浓度明显升高，而乙酸盐浓度相对降低；移植正常菌群的高盐动物能量代谢、渗透调节和炎症水平等得以恢复或缓解。该研究阐明了“菌群—肠—肾”轴对荒漠啮齿动物耐受高盐的调节机制，揭示了肠道菌群与宿主的协同进化对动物能量代谢、水盐调节的重要生理意义，可为人类高盐饮食对机体危害的预防和治疗提供理论依据和可能的干预措施。

该研究得到了国家自然科学基金委项目和中国科学院B类先导科技专项培育项目的资助。

（注：中国科学院动物研究所博士研究生Zahra Nouri和张学英副研究员为论文共同第一作者，中国科学院生物互作卓越创新中心研究员、山东大学生命科学学院教授王德华和中国科学院动物研究所副研究员张学英为论文共同通讯作者。博士生Saeid Khakisahneh和以色列本·古里安大学的Allan Degen教授参与了本项研究。）

                                         图“菌群—肠—肾”轴介导高盐诱导的渗透调节的模式图

文章信息和链接：Nouri Z, Zhang XY, Khakisahneh S, Degen AA, Wang DH. 2022. The microbiota-gut-kidney axis mediates host osmoregulation in a small desert mammal. npj Biofilms and Microbiomes. 8:16.

https://doi.org/10.1038/s41522-022-00280-5 

https://www.nature.com/articles/s41522-022-00280-5.pdf

相关文献：

Xu, M. M. & Wang, D. H. 2016. Water deprivation up-regulates urine osmolality and renal aquaporin 2 in Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus). Comp. Biochem. Physiol. Part A: Mol. Integr. Physiol. 194, 37–44.

Nouri, Z., Zhang, X. Y. & Wang, D. H.2020. The physiological and molecular mechanisms to maintain water and salt homeostasis in response to high salt intake in Mongolian gerbils (Meriones unguiculatus). J. Comp. Physiol. B 190, 641–654.