"代谢组学"如何革命菌群研究？60分综述系统总结 | 热心肠日报

Original 热心肠小伙伴们热心肠研究院 2022-01-16

今天是第1983期日报。

Nature Reviews：基于质谱的代谢组学在微生物组研究中的应用（综述）

Nature Reviews Microbiology[IF:60.633]

① 用于解释微生物组数据的代谢组分析流程包括数据采集、数据预处理、结构鉴定、建立数据联系和数据可视化；② 搜索质谱库是微生物代谢物注释的基本方法，计算机工具可改进代谢物注释、分析子结构；③ 通过多元分析发现数据的趋势，采用相关分析等方法将代谢物和微生物联系起来，随后进行基于代谢途径的分析，可以建立微生物组与代谢物的关系；④ 自身免疫病、癌症、代谢性疾病等与人体菌群失调有关，受到微生物代谢物调节。

Mass spectrometry-based metabolomics in microbiome investigations
09-22, doi: 10.1038/s41579-021-00621-9

【主编评语】基于质谱的代谢组学，是菌群研究的关键技术之一，可检测和识别菌群产生的小分子，并了解这些菌群代谢物的功能作用。Nature Reviews Microbiology这篇综述回顾了非靶向质谱的常见形式，以及在微生物组分析中可获得的数据类型及数据分析方法。干货很多，值得参考、学习。（@mildbreeze）

大肠癌研究模型：聚焦免疫及肿瘤-菌群互作（综述）

Pharmacology and Therapeutics[IF:12.31]

① CRC模型包括皮下移植瘤、原位移植瘤、类器官、人源化小鼠、遗传模型等，各有优势和限制；② 患者肿瘤的移植瘤和类器官模型可用于精准医疗研究，类器官在药物筛选上有优势；③ 多种基因编辑和诱导策略可用于建立模拟不同的CRC遗传模型，如APC突变小鼠等；④ 免疫系统人源化小鼠模型主要有3类，可研究癌症免疫治疗；⑤ 菌群人源化小鼠可用于揭示微生物在CRC中的作用，菌群结合免疫治疗是一大研究焦点；⑥ 多种成像技术也被广泛用于CRC模型研究。

Tumor models to assess immune response and tumor-microbiome interactions in colorectal cancer
09-02, doi: 10.1016/j.pharmthera.2021.107981

【主编评语】Pharmacology and Therapeutics近期发表综述，重点介绍了研究结直肠癌（CRC）的多种小鼠模型，这些模型可用于解决肿瘤免疫反应和肿瘤-菌群相互作用的关键问题，也可作为临床前研究的资源性工具。（@mildbreeze）

Nature子刊：挖掘菌群对肠-脑轴代谢组的影响

Nature Communications[IF:14.919]

① 使用高覆盖度代谢组学，对无菌小鼠和与之匹配的常规有菌小鼠的粪便、血清和大脑皮层脑组织进行了比较分析；② 挖掘出3类样本中受菌群影响的701个代谢物，包括粪便的533个、血清的231个和大脑的58个代谢物，涉及芳香族氨基酸和神经递质等代谢通路；③ 对3类样本进行整合分析，表明一些菌群产生的代谢物可能参与了器官间运输和肠脑轴（通过血脑屏障进入大脑），如硫酸吲哚酚和氧化三甲胺等；④ 菌群影响的代谢物存在性别差异。

High-coverage metabolomics uncovers microbiota-driven biochemical landscape of interorgan transport and gut-brain communication in mice
10-19, doi: 10.1038/s41467-021-26209-8

【主编评语】Nature Communications近期发表的一项研究，通过对无菌小鼠和SPF小鼠的粪便、血清和大脑皮层脑组织进行代谢组学分析和比较，揭示了菌群驱动的肠-脑轴相关代谢组状态的变化，对研究微生物对宿主代谢和肠脑交流的影响有参考价值。（@mildbreeze）

肠道菌群对抗生素的个体化反应

Microbiome[IF:14.65]

① 纳入39名在住院治疗期间使用了多种抗生素的急性白血病患者，收集多个时间点共260份粪便样品，分析菌群及其对抗生素的反应；② 患者在抗生素治疗期间，菌群的组成越来越偏离基线，但个体内的变异度依然小于个体间差异，说明在持续、大量的抗生素“轰炸”下，肠道菌群仍然保留了一定的个体特征；③ 菌群与基线的偏离程度取决于基线菌群的组成，鉴定出6个菌属可预测这种偏离（5个正相关、1个负相关）。

Gut microbiota response to antibiotics is personalized and depends on baseline microbiota
10-27, doi: 10.1186/s40168-021-01170-2

【主编评语】抗生素对菌群的扰动程度因人而异。有假说认为，这种个体化的反应与治疗前的菌群组成有密切关系。然而，这一假说还需要更多人体研究数据的支持。Microbiome近期发表的一项研究，在一个小型的临床队列中进行了分析，表明治疗前菌群中的特定细菌类群可预测抗生素对菌群的扰动程度。因此，针对治疗前菌群的精确干预，或能减少抗生素引起的菌群失调及其不良影响。（@mildbreeze）

血浆脂肪酸组成与肠道菌群有关

Journal of Clinical Immunology[IF:8.317]

① 纳入39名普通易变免疫缺陷病（CVID）患者和30名健康个体，相比较而言，CVID患者体内的n-3多不饱和脂肪酸（PUFAs）、EPA和DHA均降低，血浆免疫球蛋白G（IgG）水平降低；② 同时，CVID患者体内的n-6族PUFAs、亚油酸（LA）和脂肪酸抗炎指数也降低；③ 肠道菌群的α多样性和血浆中n-6族PUFAs和LA，而非n-3族PUFAs，成显著正相关；④ 并且，利用利福昔明干预2周，患者体内n-6PUFAs的比例显著降低；⑤ IgG水平与血浆n-3PUFAs和DHA有关。

Altered Plasma Fatty Acids Associate with Gut Microbial Composition in Common Variable Immunodeficiency
10-20, doi: 10.1007/s10875-021-01146-9

【主编评语】血浆脂肪酸异常与炎症有关。CVID患者表现出炎症症状与肠道菌群有关。因此，文章探究了CVID患者内，血浆脂肪酸变化与肠道菌群的关系。研究结果显示，CVID导致血浆脂肪酸变化，以及较低的免疫球蛋白IgG水平。n-6PUFAs的高摄入与肠道菌群多样性增加有关。（@兵兵）

肠道菌群的种族差异：东亚人PK白人

eLife[IF:8.14]

① 纳入同地域46名东亚人和白人，通过多组学分析，揭示不同种族群体的肠道菌群差异；② 白人菌群多样性更高，且富含降解粘液的Akk菌；③ 多个细菌门丰度、细菌发酵途径以及短链脂肪酸（乙酸、丙酸和异丁酸）在东亚人中升高；④ 东亚人和白人之间的菌群差异，在瘦人中尤为明显，且与饮食无显著关联、与当前地理位置有关；⑤ 无菌小鼠菌群移植实验表明，东亚人和白人间存在独立于饮食和宿主基因型的稳定的菌群差异，对宿主身体组成有差异性影响。

The East Asian gut microbiome is distinct from colocalized white subjects and connected to metabolic health
10-07, doi: 10.7554/eLife.70349

【主编评语】东亚人与白人有不同的体质特征，比如东亚人BMI较低，白人BMI较高。eLife近期发表的一项研究，分析了IDEO队列中生活在美国旧金山湾区的46名东亚人和白人受试者，揭示了不同种族间的菌群差异，及其与代谢健康的潜在关系。（@mildbreeze）

揭开人肠道菌群中“钨酶”的神秘面纱

PNAS[IF:11.205]

① 挖掘UHGG数据库，发现人肠道菌群中普遍存在一类含钨的氧化还原酶（WOR）家族以及钨酸特异性转运体Tup，WOR可分为24种；② 2种含WOR和Tup的模型肠道细菌被证实可吸收钨，对2种WOR进行纯化证明其中含有钨；③ 一些WOR可将有潜在毒性的醛（源自熟食或菌群代谢）氧化为相应的酸，伴随铁氧化还原蛋白的还原；④ 特定WOR还可进行一种电子分岔反应，额外将NAD+还原为NADH；⑤ 钨在食品和水中含量极少，表明钨的可用性可能限制一些肠道细菌的功能。

Tungsten enzymes play a role in detoxifying food and antimicrobial aldehydes in the human gut microbiome
10-22, doi: 10.1073/pnas.2109008118

【主编评语】钨是一种被认为很少在生物学中使用的金属。PNAS近期的一项研究却发现，人类肠道菌群中普遍存在含有钨氧化还原酶（WOR）和钨特异性转运体的细菌，这类细菌能摄入钨并将其结合到WOR中，其中一些WOR能将肠道中的醛转化为相应的酸，可能是清除这些活性化合物的一种解毒策略。（@mildbreeze）

Nature子刊：肠上皮细胞代谢改变调控T细胞介导的免疫病理

Nature Immunology[IF:25.606]

① 造血干细胞移植(HCT)使小鼠肠上皮细胞(IEC)线粒体呼吸改变，尤其表现为琥珀酸水平升高；② 琥珀酸的增加并非来自葡萄糖和谷氨酰胺回补或β -氧化的增加，而是由于IEC中琥珀酸脱氢酶A(SDHA)蛋白水平降低；③ SDHA在T细胞介导的结肠炎中减少，进而影响IEC功能，调节结肠炎严重程度；④ 在IEC中，SDHA的降低需要与T细胞直接接触，而不是通过炎症细胞因子等可溶性介质；⑤ 胃肠移植物抗宿主病(GI-GVHD)患者的结肠活检样本中，SDHA的表达显著降低。

Mitochondrial complex II in intestinal epithelial cells regulates T cell-mediated immunopathology
10-22, doi: 10.1038/s41590-021-01048-3

【主编评语】T细胞对肠上皮细胞（IEC）的损伤导致移植物抗宿主病（GVHD）、炎症性肠病和免疫检查点阻断介导的结肠炎。Nature Immunology近期发表的文章，发现T细胞介导的结肠炎模型中，IEC细胞的氧化磷酸化被破坏，琥珀酸水平增加。机制上，SDHA是线粒体复合物II的一个组成部分，而IEC内在的琥珀酸脱氢酶A（SDHA）被破坏进而导致代谢改变。（@章台柳）

Nature Reviews：胰腺脂肪堆积的可能原因和代谢后果（综述）

Nature Reviews Endocrinology[IF:43.33]

① 许多研究表明胰腺脂肪与糖代谢异常和2型糖尿病存在关联；② 胰腺脂肪变性的可能原因包括代谢综合征、非酒精性脂肪肝、饮酒和特定的遗传疾病；③ 脂肪在胰腺的慢性积累可导致慢性胰腺炎、胰腺肿瘤、糖代谢紊乱和胰岛素分泌受损；④ 多种方法如低热量饮食、运动、减肥手术和药物干预（如GLP1受体激动剂）均可降低胰腺脂肪含量；⑤ 初步证据表明，减少胰腺脂肪可以改善胰岛素代谢，但需要进一步的实验证据来解开其潜在机制。

Metabolic implications of pancreatic fat accumulation
10-20, doi: 10.1038/s41574-021-00573-3

【主编评语】皮下脂肪组织外的脂肪堆积往往对全身代谢有不利影响，近期发表于Nature Reviews Endocrinology的一篇综述介绍了胰腺脂肪堆积的可能原因和代谢后果，此外讨论了防治胰腺脂肪堆积的潜在治疗方法。（@临床营养Dr.Chen）

感谢本期日报的创作者：DMG-Quasimodo，咚哝铛嗑，mildbreeze，兵兵，耿六一，临床营养Dr.Chen

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