心血管疾病是世界范围内导致死亡的主要原因，并且随着年龄的增长而增加，这在很大程度上是由于高血压、高脂血症、糖尿病、吸烟和久坐行为等风险因素的累积效应。然而，随着年龄的增长，个体也会逐渐出现动脉纤维化、硬化、钙化等血管病变，增加发生严重心血管事件的风险。

血管钙化是人体极为常见的一种现象，它是经过多种复杂的病理生理过程导致磷酸钙沉积的结果。以前，人们认为血管钙化主要取决于年龄，一项研究发现，在平均年龄59.4岁的4025名普通受试者中，2538名受试者（63.1%）有胸主动脉钙化，其中74%的人伴有冠状动脉钙化。流行病学调查表明，腹主动脉和冠状动脉钙化越严重，冠状动脉事件的发病率和死亡率也越高。越来越多的证据表明血管钙化也与动脉粥样硬化、高胆固醇血症、糖尿病、高血压和慢性肾病密切相关。血管钙化已成为严重威胁人类健康的问题，特别是在伴有危险因素的老年患者中。然而，不幸的是，目前还没有有效的治疗策略来逆转血管钙化。

肠道菌群是维持宿主代谢和免疫稳态的重要组成部分。肠道菌群的组成和结构受宿主年龄、疾病、生活环境、饮食习惯和药物使用的影响，由于这些因素导致的肠道菌群改变也会影响体内器官的免疫和代谢微环境，包括肠道、大脑、肝脏、骨骼和心脏。肠道菌群与动脉粥样硬化之间的关系已被广泛研究，并确定了一些有前景的治疗靶点，比如肠道微生物代谢物氧化三甲胺（TMAO）和吲哚-3-丙酸。同样，氧化三甲胺可通过激活NLRP3炎性囊泡和NF-κB信号转导促进血管钙化，而肠道微生物产生的短链脂肪酸可能通过重塑肠道菌群来缓解血管钙化。此外，最近的证据表明，与主动脉弓钙化程度较低的患者相比，主动脉弓钙化程度高的患者粪便菌群α-多样性明显降低，菌群失调指数升高。因此，肠道菌群也可能与血管钙化的进展密切相关。

抗生素无疑是临床实践中使用最多的药物，特别是考虑到抗生素的持续滥用情况。除了治疗细菌感染外，它们不可避免地伴随着诸如破坏肠道菌群之类的副作用。抗生素诱导的肠道菌群紊乱与多种疾病的进展以及对癌症治疗的反应有关，例如，抗生素诱导的肠道菌群破坏会加剧胆汁瘀积性肝损伤，抑制肝脏再生，促进糖尿病小鼠的认知缺陷，并导致上皮性卵巢癌的顺铂耐药性等等。近日，南华大学衡阳医学院和中南大学湘雅医院的研究团队的一项研究发现，抗生素破坏肠道菌群也可能加剧血管钙化。

研究具体都发现了什么呢？

给小鼠腹腔注射维生素D，持续4天，可建立血管钙化模型，为了确定抗生素诱导的肠道菌群破坏是否会影响血管钙化，研究人员在维生素D诱导血管钙化之前先用广谱抗生素合剂（包括万古霉素、甲硝唑、氨苄西林、新霉素）处理了小鼠4周。结果发现，与不用抗生素处理的对照组小鼠相比，经抗生素处理的小鼠主动脉钙含量显著升高，钙盐沉积显著增加。茜素红染色可以检测组织切片中钙质的变化，升主动脉切片的茜素红染色进一步证实，抗生素处理的小鼠血管中钙盐的沉积明显增强。因此，抗生素会加剧维生素D诱导的小鼠血管钙化。

那么，抗生素加剧维生素D诱导的血管钙化是否与肠道菌群有关呢？研究人员将抗生素处理小鼠或对照组小鼠的粪便菌群移植到抗生素清除肠道菌群的小鼠肠道中，然后使用维生素D诱导血管钙化，结果如所料，移植对照组小鼠粪便菌群的小鼠的主动脉钙水平和钙盐沉积明显更少。此外，茜素红染色也显示，使用相对健康的粪便细菌来减轻抗生素诱导的肠道菌群破坏，可以减轻主动脉中的钙盐沉积。总之，抗生素可能通过破坏肠道菌群而加剧维生素D诱导的血管钙化。

那么，每种抗生素都会导致同样的结果吗？研究人员在诱导血管钙化模型前分别用万古霉素、甲硝唑、氨苄西林或新霉素处理小鼠4周。结果发现，只有万古霉素处理的小鼠主动脉钙含量和钙盐沉积明显增加，而甲硝唑、氨苄西林和新霉素处理小鼠主动脉钙含量和钙盐沉积未见明显变化。茜素红染色也是同样的结果。因此，万古霉素至少部分地复制了广谱抗生素合剂的促血管钙化作用，其引起的肠道菌群破坏可能是加剧血管钙化的关键因素。不同抗生素表现出不同的结果可能与它们对肠道菌群的破坏不同有关。

抗生素处理会对肠道菌群造成较大的破坏：首先，抗生素处理大大降低了粪便菌群的α-多样性，也就是说物种数量大大降低了；其次，广谱抗生素合剂和万古霉素处理对β-多样性也有很大的影响，也就是说经过抗生素处理后，肠道菌群组成变得与未处理的小鼠差异很大，而新霉素对β-多样性的影响最弱；最后，在粪便菌群组成上，广谱抗生素合剂和万古霉素处理小鼠的拟杆菌门丰度显著降低，而其它抗生素处理没有显著差异。这种改变与不同抗生素处理导致的小鼠主动脉钙化加剧是一致的。

由于拟杆菌门细菌是产短链脂肪酸的主要微生物，正如预期的那样，广谱抗生素合剂和万古霉素处理显著降低了小鼠血清中短链脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸的水平。甲硝唑处理的小鼠乙酸含量升高，丁酸含量降低，丙酸含量变化不明显；此外，新霉素对血管钙化小鼠的短链脂肪酸产生无显著影响，氨苄西林仅降低丁酸水平。因此，广谱抗生素合剂和万古霉素对小鼠血管钙化的加剧作用可能与短链脂肪酸的产生减少有关。

短链脂肪酸是否能够缓解维生素D诱导的血管钙化呢？研究人员在诱导血管钙化之前，分别让这些小鼠饮用含有乙酸钠、丙酸钠或丁酸钠的饮用水4周。结果显示，乙酸钠可以降低小鼠主动脉内钙水平和钙盐沉积，而丙酸钠和丁酸钠则没有作用。升主动脉切片的茜素红染色也是同样的结果。因此，肠道微生物来源的乙酸可能是维生素D诱导的血管钙化的保护因子，这可能也是广谱抗生素合剂和万古霉素处理会加剧血管钙化而其它几种抗生素不会的原因，因为只有广谱抗生素合剂和万古霉素处理导致了乙酸水平降低，其它几种抗生素都没有。

血管平滑肌细胞成骨分化在血管钙化过程中起着至关重要的作用，这一过程伴随着平滑肌细胞标志性蛋白α-平滑肌肌动蛋白（αSMA）的缺失以及Runt相关转录因子2（Runx2）、骨形态发生蛋白（BMP2）、骨桥蛋白、骨钙素和碱性磷酸酶等成骨转化标志物的增加。

由于乙酸钠在体内可抑制维生素D诱导的血管钙化，那么，它是否影响血管平滑肌细胞等成骨分化呢？成骨诱导培养基可以促进血管平滑肌细胞向成骨细胞分化，显著提高血管平滑肌细胞中碱性磷酸酶的含量，而乙酸钠可明显抑制这一过程。此外，成骨诱导后成骨标志物Runx2和BMP2升高了，乙酸钠也可显著抑制这些标志物的上调。同时，乙酸钠也可以上调αSMA基因的表达。所有这些证据都表明，乙酸钠可以抑制血管平滑肌细胞的成骨分化，从而延缓血管钙化。

血管平滑肌细胞的成骨分化与多种代谢过程和蛋白质修饰有关，例如，抑制谷胱甘肽可以驱动血管平滑肌细胞中的铁死亡以促进血管钙化，而诱导谷胱甘肽合成可抑制血管钙化。另外，组蛋白去乙酰化酶1和Runx2的泛素蛋白酶体降解也可以减轻血管钙化。那么，乙酸钠如何减轻血管平滑肌细胞成骨分化呢？分析发现，乙酸钠可以促进血管平滑肌细胞中的谷胱甘肽代谢和泛素介导的蛋白水解。因此，乙酸也可能通过影响这些途径来抑制血管平滑肌细胞的成骨分化。

为了验证这一点，研究人员使用一种叫做丁硫氨酸亚砜胺（BSO）的谷氨酰半胱氨酸合成酶抑制剂来减少谷胱甘肽水平，使用蛋白酶体抑制剂MG132来抑制泛素化蛋白的降解。结果发现，减少谷胱甘肽水平可以逆转乙酸对血管平滑肌细胞成骨分化的抑制作用，而MG132没有作用，因此，乙酸可能通过谷胱甘肽代谢来调节血管平滑肌细胞的成骨分化。乙酸虽然可以影响泛素化水平的变化，但泛素化水平的变化可能不影响乙酸的功能。谷胱甘肽代谢可能在乙酸的抗血管钙化作用中起重要作用。

总结

肠道菌群的组成和功能紊乱可以破坏肠道屏障功能，这是代谢性内毒素血症的控制开关。炎性细菌碎片通过功能失调的肠道屏障进入循环系统引起低级别慢性炎症，会对宿主健康产生相当大的连锁反应。近年来，肠道菌群与心血管疾病之间的相互作用逐渐被揭示，越来越多的研究从相关性分析转向因果关系分析。肠道菌群衍生代谢物短链脂肪酸、氧化三甲胺、次级胆汁酸和苯乙酰谷氨酰胺等，可通过多种相关表型途径改善或加剧心血管疾病，包括但不限于动脉粥样硬化、血栓形成、高血压和血管炎症。因此，在未来，以肠道菌群为靶点的策略在心血管疾病的管理中起着至关重要的作用。

血管钙化是心血管疾病死亡率高的原因之一，抗生素可以通过破坏肠道菌群来加剧血管钙化，这一过程与短链脂肪酸乙酸的产生减少有关，而乙酸可以缓解钙化，这些发现也可能为预防和治疗血管钙化提供新的思路。抗生素的发现无疑是20世纪最伟大的医学进步之一，近年来抗生素在全球范围内的使用有所增加。虽然大多数疗程的抗生素治疗没有明显的不良反应，但抗生素可导致肠道菌群发生重大变化，可能对人类健康产生长远影响。抗生素的使用与肠道微生物多样性的减少有关，据报道，抗生素引起的微生物多样性下降至少需要1个月才能恢复。这里，我们不应该仅仅看到抗生素可能对血管钙化的影响，更应该看到背后肠道菌群破坏才是根本。

衰老以及不健康的饮食和生活方式也会影响肠道菌群组成，它们也可能与抗生素破坏的肠道菌群相互作用，影响血管健康，进一步加剧血管钙化的发生。饮食可以迅速改变肠道菌群的组成，通常在24小时内发生。不健康的饮食会迅速破坏肠道菌群，当然，如果我们恢复健康的饮食习惯，它也可以迅速逆转肠道菌群的破坏，降低血管钙化的风险。

本研究使用的广谱抗生素合剂和万古霉素都能特异性降低肠道拟杆菌门的丰度并加剧血管钙化，所以拟杆菌门丰度的降低可能是血管钙化加剧的关键原因。拟杆菌门是肠道中短链脂肪酸产生的主要贡献者。 短链脂肪酸是肠道细菌发酵不可消化碳水化合物所产生的代谢物，与身体健康密切相关，包括但不限于维持肠道完整性、调节葡萄糖稳态、调节脂质代谢、调节免疫系统和炎症反应。确实，使用广谱抗生素合剂或万古霉素降低肠道中拟杆菌门的相对丰度后，血清中短链脂肪酸乙酸、丙酸和丁酸的浓度也显著降低了。拟杆菌门丰度降低导致的血管钙化加剧至少部分与短链脂肪酸乙酸的减少有关，补充乙酸通过抑制血管平滑肌细胞的成骨转化来减轻血管钙化。

膳食纤维可影响肠道菌群组成，有助于维持肠道菌群的多样性，并可被肠道细菌发酵产生短链脂肪酸。此外，富含膳食纤维的饮食可以改善血糖控制，减少炎症反应并保护血管壁。补充乳酸杆菌和双歧杆菌等益生菌以及菊粉和果胶等益生元，可支持肠道有益菌群生长，促进肠道菌群平衡。有氧运动也可以通过增加肠道菌群多样性和功能代谢来影响肠道。通过运动改变肠道菌群特征和影响肠道菌群产生的副产物有可能逆转肥胖、代谢性疾病、不良饮食以及神经和行为障碍相关的疾病。因此，结合饮食调整、补充益生菌、运动干预等方法调节肠道菌群可能具有预防或逆转血管钙化的作用。

参考资料：

Zeng, SY., et al. Antibiotic-induced gut microbiota disruption promotes vascular calcification by reducing short-chain fatty acid acetate. Mol Med 30, 130 (2024).