腎素血管緊張素系統與腸道菌群聯系的文獻計量學分析

李文星 焦陽 姜黔峰

心血管疾病是人類死亡的主要病因，腎素血管緊張素系統（Renin-angiotensin system，RAS）在其中發揮核心作用，因此探索RAS 的影響因素至關重要。在RAS 中存在兩條軸：一條是血管緊張素Ⅱ-血管緊張素轉化酶Ⅰ-血管緊張素Ⅱ1 型受體（Ang Ⅱ-ACE1-AT1R）軸，具有收縮血管、促炎、促纖維化等功能；另外一條是血管緊張素（1-7）-血管緊張素轉化酶2-Mas 受體/血管緊張素Ⅱ2 型受體[Ang（1-7）-ACE2-MASR/AT2R]軸，具有舒張血管、抑制炎癥、減輕心室重塑等功能[1]。部分RAS 作用于醛固酮被稱為血管緊張素醛固酮系統（RAAS），可對全身血壓和水電解質進行調節[2]。心、肺、腦、肝、腸等均有RAS 表達。相比RAAS 對全身血壓的調節，這些局部RAS 參與調控臟器功能和炎癥的發生：如腸道RAS 參與氨基酸的轉運，肺RAS 參與新型冠狀病毒（SARS-CoV2）的入侵，腦RAS 參與帕金森的發生等。腸道菌群（Gastrointestinal microbiomes，GM）同樣是近些年研究的焦點。不斷有研究證明GM 及其代謝產物會影響循環系統、內分泌系統、免疫系統等，構成腸-器官軸，與人類的健康和疾病的發展密切關聯。近些年，新的證據表明GM 代謝產物對RAS 有調節作用[3]。因此，GM 通過調節RAS 從而影響疾病的發展和臟器的功能成為新的關注點。但是，目前尚無歸納該領域文獻計量學的研究。我們應用文獻計量學工具梳理GM 與RAS這個新領域內熱門、新穎的研究，為后來者提供一個整體的認識。

1 材料與方法

1.1 數據收集Web of Science（WoS）是被研究人員廣泛承認的權威數據庫，是最適合進行文獻計量學分析的數據庫。我們通過WoS數據庫，下載了關于RAS 和GM 相關的出版物。應用的檢索式為：TS=[“Angiotensins” OR“Angiot-ensinogen”OR“Angiotensin*”OR “Renin”OR “Prorenin Receptor”OR“Renin-Angiotensin System”OR“Renin-Angiotensin”OR“Renin Angiotensin System”OR“Renin-Angiotensin-Aldosterone System”OR“Renin Angiotensin Aldosterone System”OR“Renin-Angiotensin-Aldost erone”OR“Aldosterone”OR“Mineralocorticoid”OR“MasR”OR“AT2R” OR“Ang（1-7）-ACE2-MASR/AT2R”OR “Ang-（1-7）-ACE2-MASR/AT2R Axis”]AND TS=[（Microbiome* OR Microflora OR Microbiota* OR Flora OR “Microbial Communit*”OR Bacteria）AND（Gastrointestinal OR Gut OR Gastric OR Intestinal OR SCFA OR TMA OR TMAO OR short-chain fatty acids OR butyrate OR acetate OR propionate OR Trimethylamine*）]；為避免數據庫更新引起的搜索偏差：搜索時間為2014 年1 月1 日～2022 年12 月30 日；出版物類型只包括文章和綜述；限定語種為英語。

1.2 數據分析使用VOSviewer 和CiteSpace 作為文獻計量學分析工具，對RAS 與GM 相關研究所屬的國家、作者、期刊、關鍵詞和參考文獻進行計量分析。應用VOSviewer 建立國家、作者、期刊的可視化網絡視圖，以更直觀的方式顯示大型文獻計量圖[4]。同時，用Citespace 分析該領域的關鍵詞和參考文獻，其構建的時間線圖和突現能深入地分析RAS 與GM 研究的熱點和前沿。

2 結果

2.1 出版物趨勢分析本研究共納入464 篇文獻，其中論文254 篇，綜述210 篇。該領域的研究整體呈上升趨勢（見圖1），2019 年前該領域年發文量均小于50 篇，2019 年之后該領域年發文量均在100篇左右。文獻數量翻倍的主要原因可能是SARSCoV2 爆發后，RAS、ACE2 受到更多關注，成為新的研究熱點。

圖1 每年文獻出版趨勢圖

2.2 國家分析在61 個國家中，美國是發文量最多的國家，發表了135 篇文章，被引5 563 次；中國發表了124 篇，被引2 996 次，位于第2 位（見表1）。為進一步分析各個國家之間的聯系，用VOSviewer對不同國家進行協作關系和時間線圖的可視化分析。美國與多個國家建立協作關系，是建立協作最多的國家，表明其在該領域仍然是核心地位，且美國與中國協作最多（見圖2）。同時應用計量學工具揭示了不同國家參與該領域研究的平均時間：加拿大、英國和美國在2019 年之前已經開始了該領域的研究；中國約在2020 年中旬參與其中；法國等其他國家約在2021 年開始研究。

表1 發文排名前10 的國家

圖2 國家協作關系可視化網絡

2.3 作者分析對該領域的作者進行可視化分析，旨在尋找該領域中更具有權威的作者。首先應用普賴斯定律，將發文量大于7 篇的作者定義為該領域的核心作者。在這些核心作者中，Hsu 與Tain 是發文量最多的作者，均發表文章20 篇，篇均被引數為15.4（見表2）；應用VOSviewer 對發文量大于3篇的作者進行了可視化聚類，研究主題具有密切關聯的作者被分為一個聚類，并用相同顏色表示。在紅色聚類中，Raizada 和Yang 與其他作者協作最多，是最具有影響力的作者（見圖3）。最后，通過歸納核心作者的年發文量以確定哪些作者是活躍狀態中的作者。近幾年都發表過文章，處于活躍狀態的作者見圖4。

表2 發文量排名前10 的作者

圖3 作者協作關系可視化網絡

圖4 作者年發文量

2.4 期刊分析對不同期刊的分析有助于研究人員找到合適的投稿期刊。表3 列出了發文量排名前10 位的期刊，其中包括Nutrients、Circulation Research 和Hypertension 3 本頂級期刊，這表明GM與RAS 領域是當前研究的熱點。圖5 為各個期刊收錄文章數量的密度圖，顏色越亮表示該期刊收錄文章數量越多，Nutrients 收錄的文章最多。圖6 為期刊雙圖疊加，可以展現不同學科之間的聯系，如免疫學和分子生物學之間通過橙色線連接，表明他們之間存在密切聯系。

表3 發文量排名前10 的期刊

圖5 期刊收錄文章密度圖

圖6 期刊雙圖疊加

2.5 關鍵詞分析關鍵詞能夠揭示一篇文章的核心主題。對關鍵詞進行分析是為了更好地了解RAS與GM 領域的研究熱點和前沿方向。本研究使用VOSviewer 選擇了作者關鍵詞，并對共現次數大于5 次的關鍵詞進行了可視化分析。表4 列出了出現頻率排名前15 位的關鍵詞。圖7 為VOSviewer 關鍵詞時間線圖，顯示RAS 與GM 領域的研究整體較新，多集中在2020 年前后。圖8 為CiteSpace 關鍵詞時間線圖，顯示在2014 年前后本領域開始出現的關鍵詞有：高血壓、慢性腎臟病、血管活性肽、短鏈脂肪酸和血管緊張素轉換酶等；2017 年前后本領域大量出現的關鍵詞有：三甲胺氧化物、代謝綜合征、短鏈脂肪酸受體等；2019～2022 年前后出現的關鍵詞有：新型冠狀病毒、腸肺軸、疾病和健康的發育起源等。圖9 展示了關鍵詞聚類分析結果，相同顏色的節點代表著在RAS 與GM 領域內具有聯系的研究主題。例如，在紅色聚類中，心衰、心血管疾病、抗高血壓肽、慢性腎臟疾病和代謝綜合征等研究主題密切相關。圖10 為關鍵詞突現分析，旨在分析一段時間內突然增多的關鍵詞，以了解該領域研究人員的關注點?？垢哐獕弘模ㄑ芑钚噪模┦峭滑F持續時間最長的一個關鍵詞，爆發時間從2015 年持續到2019 年，并且此后一直被學者們深入探討。ACE2、T 細胞、脂肪組織和GM 失調等是近2 年新興的關鍵詞。

表4 出現頻率最高的15 個關鍵詞

圖7 VOSviewer 關鍵詞時間線圖

圖8 CiteSpace 關鍵詞時間線圖

圖9 關鍵詞共現圖

圖10 關鍵詞突現分析

2.6 共被引分析參考文獻作為知識庫，對其進行分析有助于了解某領域的研究基礎。表5 列出了共現次數排名前10 的參考文獻。Li 等[5]的文章被引用次數最多，中心中介值為0.24（>0.1 表示該文章作為橋梁，溝通不同領域的研究），不僅證明了高血壓與菌群之間的關系，還證明了高血壓與高血壓前期具有類似的菌群，為后續研究奠定了堅實基礎。對參考文獻進行共現分析，可了解不同研究方向的研究基礎，共現分析中最重要的研究基礎包括：GM 及其代謝產物與高血壓的聯系、SARS-CoV2 和ACE2 的聯系和GM 與免疫系統的聯系等。本研究對參考文獻進行突現分析，旨在發現該領域內突然受到大量學者關注的文獻。研究顯示Yang 和Mell等的文章突現持續時間最長（紅色部分），為5 年。見圖11。

表5 被引次數最多的10 篇文章

圖11 被引文獻突現分析

3 討論

3.1 一般分析在RAS 與GM 這一研究領域，共有62 個國家（地區），910 個機構，2 599 名作者參與了464 篇文章的撰寫，這些文章發表在255 本期刊上。該領域在2020 年開始受到大量關注，主要原因可能是SARS-CoV2 的全球爆發與ACE2 密切相關。具體表現為：ACE2 在重要器官中均有表達，SARSCoV2 的入侵使重要器官的ACE2 下調或脫落，對不同器官產生影響，引起眾多研究人員的關注。美國和中國仍然是世界上發文量和總被引數最高的國家，但是中國的篇均被引數相對較低。Hsu、Tain、Mohank、Yang 是發文量最多的作者，Pepine、Yang、Zubcevic 和Marques 不僅發文量較多，而且篇均被引次數大于100。納入文獻數排名前10 的期刊中，有3 本頂級期刊。包括排名第1 位的Nutrients，排名第4 位的Circulation Research，和排名第6 位的Hypertension。前10 名期刊中包含3 本心血管期刊，表明心血管研究是本領域重要的組成部分。

3.2 熱點和前沿分析文獻計量學的最重要功能是梳理一個領域的熱點和前沿。我們使用CiteSpace對RAS 與GM 領域的關鍵詞和參考文獻進行聚類分析，目的是找到重要和創新的文章，客觀地歸納出研究的熱點。通過使用CiteSpace 制作關鍵詞時間線圖，我們可以實現這一目標。該時間線圖共由18 個聚落組成，我們選取了前12 個最相關的聚類。在這12 個聚落中，我們發現在RAS 與GM 領域中有10 個聚落在2022 年都出現了新的關鍵詞，表明該領域處于活躍狀態。0 聚類標簽為SARS-Cov2，是最大的聚類；11 聚類為高鹽飲食，是最小的聚類；從0 到11 聚類大小依次減少。我們重點分析了心血管方面和SARS-Cov2 相關的聚類。

3.2.1 GM 及其代謝產物與心血管的聯系逐漸被證明。GM 失調可促進高血壓的發展[6]。有研究表明，高血壓患者的GM 失調伴腸道屏障功能減弱[7]和腸交感神經驅動增加[8]，但是并沒有文章證明其中因果關系。同時，鹽誘導性高血壓大鼠的GM 也會發生改變[9]且伴有免疫異常[10]和更多的腸道衍生的皮質酮促進血壓升高[11，12]。菌群代謝產物中，短鏈脂肪酸（SCFAs)和抗高血壓肽等被認為對機體有益；而三甲胺-N-氧化物（TMAO）和次級膽汁酸等被認為對機體有害。TMAO 可通過延長Ang-Ⅱ、促進血管炎癥和氧化應激來推動心血管疾病的發展[13]。SCFAs 可以與多種受體結合來調節血壓[14]，也可以直接調節免疫系統從而影響心血管系統[15]。

ACE2 在心肌細胞、心臟成纖維細胞和冠狀內皮細胞中廣泛表達[16]，最近發現GM 代謝產物（乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等)可以通過調節RAS 對心血管疾病產生影響[17]。腸-心軸通過GM 及其代謝產物對心血管產生影響。丙酸鹽可顯著減輕心臟肥大、纖維化、血管功能障礙和高血壓[13]。有研究人員認為其潛在的機制包含乙酸鹽和丙酸鹽影響了腎素的分泌。TMAO 不能直接引起血管收縮，但會形成一種配體與RAS 結合，延長Ang-Ⅱ的時間，導致持續的動脈痙攣性高血壓[3]。Marques等[18]對鹽皮質激素處理的小鼠注入乙酸鹽后發現了乙酸鹽對腸-心-腎軸是有益的。其具體表現為心臟和腎臟EGR1 的下調（EGR1 是參與心臟肥大，心腎纖維化和炎癥的主要心血管調節劑）、心臟RAS 以及心臟絲裂原激活的蛋白激酶信號轉導的下調。

除了心臟，其他器官也受RAS 與GM 的影響。Wang 等[19]將丁酸鹽注入Ang-Ⅱ誘導的SD 大鼠體內，實驗組小鼠腎臟的ACE1 表達量、腎素受體（PRR）、血管緊張素原等均減少，證明了丁酸鹽可能通過抑制PRR 介導的腎內RAS 來發揮抗高血壓作用。Lu 等[20]發現GM 紊亂的糖尿病大鼠腎小球基底膜增厚；乙酸鹽、Ang-Ⅱ升高；提出了腸道產生的過量乙酸鹽可能通過激活腎內RAS 參與早期糖尿病神經病變的腎損傷。Machado 等[21]發現經長雙歧桿菌治療的肥胖小鼠的肝臟ACE2 和MASR 表達水平增加并且血糖降低。Pang 等[22]研究表明，腸道醛固酮的分泌在低鹽、Ang-Ⅱ和二丁酰-cAMP（DBA；促腎上腺皮質激素的第二信使）的作用下增加。

GM 在發育起源的心血管病的領域同樣是重要的關注點。發育編程（疾病和健康的發育起源）指的是在生命早期，某些環境損傷可能對生物體的結構或功能造成長期影響[23]。例如懷孕與哺乳期母親的營養、GM 組成和菌群代謝產物與后代高血壓的發展密切相關。2019 年，Hsu 等[23]對雌性SD 大鼠在懷孕和哺乳期間喂食高脂飲食（HF），并給實驗組中添加益生元或益生菌做對比，結果顯示，與空白對照組和實驗組相比，HF 喂養的母鼠后代血壓升高，腎臟ACE 和AT1R 的mRNA 表達增高。這證明了母體益生元、益生菌治療可預防后代成年大鼠因圍產期HF 攝入導致的高血壓。Hsu 等[24，25]在2021 年和2022 年分別發表了果糖與米諾環素和丁酸鈉與無色氨酸飲食對懷孕母鼠中的研究，結果表明果糖和無色氨酸飲食都會使懷孕母鼠的后代血壓增加，并且與RAS 系統異常激活有關。

3.2.2 ACE2 作為RAS 保護軸重要成員和腸道氨基酸轉運蛋白對人體是有益的[26]，但另一方面作為SARS-Cov2 感染細胞的作用靶點對人類健康造成了巨大威脅。ACE2 受體不僅在心、肺、腦等器官有表達，在胃腸道也大量表達。因此腸道和GM 不僅參與SARS-CoV2 的感染[27]，還參與COVID-19 的預后[28]。SARS-CoV2 進入細胞依靠病毒包膜和細胞膜的融合，介導這種融合依靠病毒包膜蛋白—三聚體刺突（S）糖蛋白。三聚體刺突（S）糖蛋白對ACE2 有高親和力，由S1 和S2 兩個功能亞基組成，分別促進與宿主細胞的附著和與細胞膜的融合[29]。

COVID-19 患者GM 發生改變已經被多項研究所證實[30]。改變的機制主要為：SARS-CoV2 可使ACE2 脫落，在沒有ACE2 的情況下，色氨酸不能被有效吸收，隨后抗菌肽分泌異常，微生物群改變[26]；其次是通過SARS-CoV2 與RAS 進行交互作用[31]。除對消化系統有影響，由于ACE2 受體的廣泛分布，SARS-CoV2 幾乎會影響任何器官[32]。細胞因子風暴和細胞免疫應答被認為是COVID-19 的主要發病機制[30，33]。GM 與不同器官之間復雜的相互作用導致“腸-器官軸”的形成，例如腸-肺軸、腸-腦軸、腸-心軸、腸-肝-腎軸等。在這些軸內，GM的不良改變可引起器官的病變。其中腸-肺軸指的是胃腸道和肺部之間免疫和炎癥的相互調節，而呼吸道和胃腸道黏膜上的微生物群相互作用充當連接肺和腸的底物[34]。在COVID-19 患者中，腸道和肺部之間同樣有相似聯系[35]，即在SARS-CoV2感染下的腸-肺軸。SARS-CoV2 可以下調ACE2、限制ACE2 的功能，損害腸色氨酸的穩態，引起腸道生態失調，從而通過腸-肺軸影響肺穩態[36]，且SARS-CoV2 對帶有心血管疾病的患者造成更大的威脅。目前關于SARS-CoV2 與消化系統的聯系機制還有很多并不明確，研究GM 與ACE2 在SARSCoV2 感染中的作用，可以對SARS-CoV2 的傳播（是否通過糞口途徑）與COVID 的治療（通過調節菌群）提供新的見解。

3.2.3 血管緊張素I-轉換酶抑制肽（ACEIP）是一種從益生菌及其發酵產品中提取的生物活性肽,具有調節免疫和降低血壓的作用[37]。Xie 等[38]對自發性高血壓小鼠進行了ACEIP 管飼實驗，結果發現小鼠ACE2 和ACE2 受體的表達水平升高，血壓下降。Su 等[39]利用虛擬初篩法獲得了一種新型的ACEIP，其能夠通過與ACE 活性中心形成穩定復合物、抑制ACE 發揮降壓作用。因此，可以得出ACEIP 具有抑制ACE 和上調ACE2 的作用，并且還具有抗氧化應激和抗炎作用[40]。Dave 等[41]對胃腸道內源性蛋白質（GEP）進行了體外研究，發現GEP可能是影響腸道功能的生物活性肽的重要來源。同時，探究不同益生菌及其發酵產生的ACEIP 對心血管系統影響也是當前研究熱點之一。

在RAS 和GM 領域中確實有許多值得探索的方向。隨著對局部RAS 參與臟器功能運轉的研究不斷深入，我們可以更清楚地認識GM 通過RAS 對臟器功能調節的機制，這將為我們提供更多的理解和治療疾病的方法。我們還探討了GM、RAS 與SARS-CoV2 之間的相互作用，包括在SARS-CoV2感染下的腸-肺軸。我們的研究也存在一些局限性：由于我們僅納入了WOS 數據庫中英文實驗和綜述文章，可能會遺漏一些重要研究成果，這可能會影響本研究結果。