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导读 炎症性肠病（IBD）是一种不明原因的胃肠道慢性炎症疾病，主要包括克罗恩氏病（CD）和溃疡性结肠炎（UC）两种。近几年，关于IBD与肠道菌群的研究成果颇多，皆证明肠道菌群组成能够影响IBD的发生、发展。然而，肠道菌群紊乱与IBD发生的因果关系尚未有结论。多组学技术可以帮助人们从多层面、多角度研究问题，为此，本研究通过微生物组和代谢组学相结合的方法，对IBD病人和健康人的肠道菌群组成、代谢产物进行了检测分析。 点击文末“阅读原文”，可转至文献下载页面 文献ID 题目：Cross sectional evaluation of the gut-microbiome metabolome axis in an Italian cohort of IBD patients 译名：意大利炎症性肠病患者肠道微生物代谢组轴的横切面评价 杂志：Scientific Reports 发表时间：2017年 IF：4.259 通讯作者：Aldo Manzin 通讯单位：意大利卡利亚里大学 材料与方法 实验设计 收集82名UC病人、50名CD病人和51名健康志愿者的粪便样本，3小时内转移至实验室，放于-80℃下保存直至DNA提取。 实验对象的排除条件：1）年龄小于20岁或超过80岁；2）收样前3个月内使用过抗生素或者服用过益生元；3）孕妇。记录实验对象的年龄、性别、饮食、抽烟、喝酒、喝咖啡、治疗和病变定位情况。 DNA提取试剂盒：QIAamp DNA stool MiniKit 测序区域及平台 16S rRNA:：Illumina MiSeq ，V3-V4区 代谢组：GC-MS，H-NMR，LC-MS 研究成果 1 患病组和健康组人群肠道菌群香农维纳指数存在显著差异。从菌群组成来看，IBD病人和健康人群肠道中的优势菌相同，都是厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、疣微菌门、蓝藻细菌和梭杆菌门。与健康人群相比，IBD病人厚壁菌门、变形菌门、疣微菌门、梭杆菌门相对丰度显著提高，而拟杆菌门和蓝藻细菌的相对丰度显著下降。具体来看，CD病人和UC病人优势菌群差异变化情况各有不同：CD病人肠道中拟杆菌门、变形菌门、疣微菌门和蓝藻细菌相对丰度发生显著差异，UC病人肠道中只有变形菌门相对丰度未出现显著性差异（图1）。   图1 IBD，UC，CD患者以及健康人群肠道菌群门水平组成分析 2 在属水平上，IBD病人组埃希氏菌属、粪杆菌属、链球菌属、萨特氏菌属和韦永氏球菌属相对丰度显著提高；而拟杆菌属、黄杆菌属和颤螺菌属的相对丰度则显著降低。CD病人肠道中，只有埃希氏菌属和韦永氏球菌属相对丰度显著增加，普氏菌属显著降低。UC病人肠道中，粪杆菌属及颤螺菌属相对丰度变化不显著（图2）。   图2 CD、UC病人及其健康人肠道菌群属水平分析 3 在种水平上，CD病人肠道中有25个物种相对丰度显著提高，22个物种相对丰度显著降低。UC病人肠道中有18个物种相对丰度显著提高，17个物种相对丰度显著减少（图3）。  图3 CD、UC病人肠道菌群种水平分析 4 本研究采用3种技术对代谢产物进行了检测分析。GC-MS分析结果显示，UC病人和CD病人与健康人群样本存在组内聚集和组间分离，表明肠道代谢产物组成存在差异（图4a,b）。H-NMR分析结果同样显示UC及CD病人与健康人肠道代谢产物组成显著不同（图4c,d）。而LC-MS/MS QTOF分析结果展示出CD患者与健康人群代谢产物良好的区分性，但UC病人和健康人群之间并未得到很好的区分（图4e,f）。  图4 OPLS-DA散点图 5 14种代谢产物可以很好地区分CD病人和健康人群。其中8种（丙氨酸、β-丙氨酸、苯乙酸、4-羟基苯乙酸、甘油酸、苯基乙胺、丁二胺、尸胺）在CD病人中显著增加，另外6种（烟酸、泛酸、甲基已二酸、羟基丁酸、粪甾醇、氢化肉桂酸）在CD病人中显著降低。此外，16种代谢产物能够将UC病人和健康人群进行很好地区分。4-邻羟基苯乙酸、葡萄糖、尸胺和氨基戊酸等6种代谢物在UC病人体内显著增加，而另外10种代谢产物（烟酸、泛酸、甲基己二酸、焦谷氨酸、粪甾醇、3-羟基丁酸、氢化肉桂酸、亚油酸、皮脂酸、丙三酸）在UC病人体内显著减少。 6 图5展示了CD和UC患者的代谢物是如何参与苯丙氨酸、谷胱甘肽和β-丙氨酸代谢、泛酸盐和CoA生物合成等不同途径的。前三种途径是氨基酸代谢的一部分，后三种途径参与辅因子和维生素的代谢。此外，分析表明UC患者的代谢物也参与甲烷代谢和赖氨酸降解。前者再次构成氨基酸代谢，而后者被分类为能量代谢的一部分。   图5 CD（a）和UC（b）病人相关代谢通路分析 7 斯皮尔曼相关分析揭示了CD病人体内5种微生物与10种代谢产物之间的显著联系（图6a）。最相关的微生物属是颤螺菌属，它与氢化肉桂酸、3-甲基已二酸、5β-粪醇、柠檬酸、甲胺、2-羟基-3-甲基酸、PC、尿胆素之间存在显著正相关关系，而与尸胺和腐胺之间呈负相关。此外，粪杆菌属与两种生物胺（尸胺、腐胺）呈显著负相关，与烟酸呈正相关关系。埃希氏菌属与烟酸、柠檬酸、PC之间呈负相关，与尸胺呈正相关。黄杆菌属与5β-粪醇呈显著正相关，韦永氏球菌属与尸胺呈显著正相关。与CD患者相比，UC患者在菌群和代谢物之间表现出较弱的斯皮尔曼相关性（图6b），只有3个菌属与6种代谢物之间存在相关性。 从种水平来看，CD患者有15种微生物与14种代谢物存在相关性（图6c），涉及的主要菌种包括Faecalibacterium prausnitzii，Oscillospira eae，Oscillospira guillermondii，Anaerobranca zavarzinii等。UC患者有4种微生物与6种代谢物之间存在相关性，涉及的主要菌种包括Pedobacter kwangyangensisvs，Dysgonomonas wimpennyi，Akkermansia muciniphila。  图6 代谢产物与属水平及种水平肠道菌群斯皮尔曼相关分析 研究结论 文中结合了CD和UC患者粪便样本中代谢物和微生物组的定量分析，表明该方法可以用于健康和患病受试者的区分。结果表明，肠道菌群生物标志物的检测与比较分析微生物新陈代谢相关的代谢物或微生物-宿主共同产生的代谢物有助于更好地理解炎症性肠病的发病机制，并促进疾病早期预测策略的发展和新型靶向治疗的发展。 亮点 微生物组（门、属、种水平分析）与代谢组联合分析，有助于更好地区分IBD患者和健康人群。 锐翌基因科服产品 锐翌基因科服产品多元化，包括微生物组测序产品（16S/ITS扩增子、宏基因组、宏转录组和单菌基因组）、转录调控产品（原核转录组和真核转录组）和代谢组产品（非靶向代谢组和靶向代谢组），多组学结合分析，有助于高等院校、科研机构或医院的科研工作者多角度、全面的探究和解决科学问题，助力更多优质科研成果发表。 供稿：王颖颖 编辑：鲁淑妮  |
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