幾年前，當 詹妮弗·普盧茲尼克 即將完成她在生理學和感覺系統方面的培訓時，她驚訝地在腎臟中發現了一些看似不尋常的東西。那是一個 氣味受體，一種在鼻子裡看起來更自在的蛋白質。考慮到腎臟將廢物過濾成尿液並維持血液中適當的鹽分含量，很難看出氣味受體在那裡有什麼用處。然而，當她深入研究氣味受體的作用時，普盧茲尼克得出了一個令人驚訝的結論：腎臟接收來自腸道微生物群的資訊，即生活在腸道中的共生細菌。
在過去的幾年裡，現在是約翰·霍普金斯大學生理學副教授的普盧茲尼克，以及一小群志同道合的研究人員，共同描繪了腸道居民正在告訴腎臟的資訊。他們發現， 這些資訊會影響血壓，如果微生物被破壞，宿主就會受苦。研究人員揭示了 微生物群如何與腎臟和血管串通 以控制血液流動的直接分子水平解釋。
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這種名為 Olfr78 的氣味受體最初是一個孤兒：之前在鼻子的感覺組織中注意到它，但沒有人知道它對哪種特定的氣味或化學信使有反應。普盧茲尼克開始測試各種化學可能性，最終將候選物縮小到乙酸鹽和丙酸鹽。這些短鏈脂肪酸分子來自長鏈碳水化合物的發酵分解——營養學家稱之為膳食纖維。人類、小鼠、大鼠和其他動物無法消化纖維，但生活在它們腸道中的細菌可以。
因此，血液中超過 99% 的乙酸鹽和丙酸鹽是由細菌在進食時釋放的。“任何宿主貢獻都非常少，”普盧茲尼克說。因此，細菌是啟用 Olfr78 的唯一有意義的來源——進一步的實驗表明，Olfr78 參與血壓的調節。
我們的身體必須保持血壓的微妙平衡，就像電流在電線中湧動一樣，過高意味著爆炸，過低意味著停電。如果血壓過低，生物體會失去意識；如果血壓過高，心臟和血管的壓力可能是致命的。因為生物體不斷地向血液中注入營養物質和改變平衡的化學訊號，所以控制必須是動態的。身體施加這種控制的方式之一是使用一種叫做腎素的激素，當需要維持血壓時，腎素會使血管變窄。普盧茲尼克和她的同事發現，Olfr78 有助於驅動腎素的產生。
氣味受體是如何繼承這項工作的？氣味受體的基因存在於身體的幾乎每個細胞中。如果在進化過程中，這些化學感測器連線到製造激素的機制而不是嗅覺神經元，並且如果這種連線被證明是有用的，那麼進化就會保留這種排列，即使在身體中像腎臟一樣遠離鼻子的部位也是如此。
然而，Olfr78 並不是故事的結局。當團隊進行這些實驗時，他們意識到另一個名為 Gpr41 的受體也在接收來自腸道微生物群的訊號。在去年的一篇論文中，普盧茲尼克的第一個研究生， 尼蘭迦納·納塔拉詹，現在是哈佛大學的博士後研究員，揭示了 Gpr41 的作用，她發現 Gpr41 位於血管內壁上。與 Olfr78 一樣，已知 Gpr41 對乙酸鹽和丙酸鹽有反應——但它降低血壓而不是升高血壓。此外，Gpr41 在低水平的乙酸鹽和丙酸鹽時開始反應，而 Olfr78 僅在高水平時才開始起作用。
以下是 各個部分如何組合在一起：當您——或小鼠，或任何其他器官和微生物以這種方式對話的宿主生物——吃了一頓飯並且膳食纖維進入腸道時，細菌會進食並釋放它們的脂肪酸訊號。這會啟用 Gpr41，從而降低血壓，因為所有消耗的營養物質都會湧入迴圈系統。
如果您繼續進食——感恩節晚餐上的一塊餡餅，另一份土豆泥——Gpr41 如果任其發展，可能會將血壓降至危險水平。“我們認為這就是 Olfr78 發揮作用的地方，”普盧茲尼克說。當下一波脂肪酸到來時，該受體被觸發，透過呼叫腎素收縮血管來防止血壓降至最低。
對共生細菌如何控制血壓的新理解是微生物群與我們的重要統計資料和健康聯絡起來的更廣泛進展的象徵。芝加哥大學的微生物群研究員 傑克·吉爾伯特說，雖然近年來關於微生物群對健康影響的模糊說法變得司空見慣，但該領域已經超越了簡單地建立關聯。
“每個人都在談論承諾，”他說。但事實上，像普盧茲尼克、她的合作者和其他研究人員發表的那些充滿機制細節的研究已經變得越來越多了。
去年 6 月，美國國立衛生研究院召集了 一個工作組 ，研究 微生物群對血壓的控制。研究人員在馬里蘭州會面，討論仍然需要回答的重要問題，包括宿主的遺傳背景起什麼作用——例如，微生物群對某些宿主是否比對其他宿主更重要。
托萊多大學生理基因組學教授兼高血壓和個性化醫學中心主任 比娜·喬說，“有很多關於獲取更多資料的興奮。[關於] 獲取更多資料”。她繼續說道，如果你檢視 PubMed，你會發現關於微生物群文獻的綜述文章比研究論文還要多。綜述文章引起了新研究人員的興趣——但仍有更多細節需要敲定。
理解這些細節是瞭解將一組特定的微生物移植到某人身上是否可以充分重塑接受者的生物學，從而治癒健康問題，正如一些個性化醫學的支持者所希望的那樣。一項著名的早期研究表明，給瘦小鼠移植肥胖人類的微生物群也會使它們變得肥胖，而瘦人類的微生物群則使小鼠保持苗條。“今年早些時候發表了一篇論文……表明 也許這種情況也會發生在血壓上，”普盧茲尼克說，儘管她警告說，這項研究規模很小，需要後續研究。但從理論上講，即使換入新的細菌只能稍微降低那些有高血壓遺傳傾向的人的血壓，從一生來看，這也可能會有所作為。
“它可能比你的基因或我的基因更容易操縱。這些更難改變，”她說。
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