《Nature Genetics》: 小肚腩竟是肠道菌群惹的祸!研究发现肠道菌群影响BMI

人体肠道微生物组在人类健康中起着关键作用,有越来越多的证据表明,肠道菌群对于维持宿主代谢的稳态有着具有重要作用,据报道,肠道微生物组会影响几种代谢物(如支链氨基酸)的循环水平,从而可能导致胰岛素抵。然而,尽管下一代测序平台的进步允许通过16S测序分析复杂的微生物群落,它不能指示每个细菌基因组内基因的转录活性或区分活细菌和死活微生物。而利用粪便代谢组能够提供微生物活性的功能读数,在很大程度上反映了肠道微生物组成,并可用作介导宿主-微生物组相互作用的中间表型。


近日,发表于著名医学杂志《Nature Genetics》的一篇研究 “The fecal metabolome as a functional readout of the gut microbiome”就利用粪便代谢组从基于人群的双胞胎研究(TwinsUK)中检测了来自786个个体的1,116个代谢物。研究发现肠道微生物组成仅受宿主遗传学的适度的影响,而其与内脏脂肪量密切相关,从而说明了成熟的微生物对腹部肥胖影响的潜在机制。看来这个世界还真是公平啊,换句话说,你吃啥可能就决定了你腹部脂肪有多少,真是可怕。接下来,小编就向大家简要介绍一下这项研究。

研究人员分析鉴定这些粪便样品,从而了解肠道如何控制这些代谢过程并分配体脂,以确定代谢活动有多少是遗传的,多少是由环境因素饮食来决定的,结果发现不到少于20%的肠道组成可归因于遗传因素,而67.7%受到环境因素饮食的影响。(见下图)

然后研究者比较了研究人群中最老的(> 75岁,n = 79)和最年轻的受试者(<56岁,n = 80)之间的粪便代谢组,使用逻辑回归模型单独研究了所有代谢物的年龄效应,研究者并未发现与年龄之间存在显着关联。然而发现一种代谢物,即植酸盐,在最年轻和最老的十分位数之间存在显着差异。(见下图)


研究人员寻找与内脏脂肪量相关的代谢物,发现总共102个在统计学上存在显着的关联(FDR <5%,)。新出现的证据还表明肠道微生物群通过与饮食成分的相互作用在内脏发育中发挥作用。与内脏脂肪相比,粪便代谢物与BMI相关的数量更多与这些发现一致,突出了肠道代谢过程对腹部肥胖的强烈影响。同时,研究者发现,内脏脂肪相关代谢物显着富集氨基酸(43种代谢物),但也包括14种脂肪酸,包括花生四烯酸8个核苷酸,6个糖和6种维生素。粪便代谢组与中心性肥胖之间的强烈关联证实了微生物氨基酸代谢参与肥胖的假设,并提出了新的机制,如微生物维生素B代谢。在以前的工作中,研究者发现了几种与较低内脏脂肪量相关的微生物家族与未接受人类粪便运输的无菌小鼠相比,接受人类粪便移植的无菌小鼠的体重增加减少。通过分析粪便代谢组,发现相同家族的丰度与较低的氨基酸丰度密切相关,因此表明它们与内脏脂肪的相关性可能是由氨基酸可用性介导的。(见下图)这种关联可能是由于这些细菌的利用增加或氨基酸产生减少,或者可能是更复杂的宿主 - 微生物相互作用的结果。

(内脏脂肪量与43个粪便氨基酸(均为阳性)(n = 647)和32个OTU(n = 540)显着相关(6个为橙色阳性,26个为绿色阴性)。红色表示这些代谢物与OTU之间存在正相关(β > 0); 蓝色表示负关联(β <0); 灰色表示无显着关联(FDR> 5%)。微生物与粪便代谢物的关联对应于它们各自与内脏脂肪的关联,因此表明微生物代谢谱与宿主表型的关系比分类学更密切)



正如人研究作者所说“这项研究加深了我们对食物在肠道中加工的方式和体脂分配、免疫和炎症之间相互作用的理解。”通过分析粪便代谢组学,我们能够获得身体健康状况和肠道中发生的复杂代谢过程的相关信息,说不定通过调控饮食来改善肠道菌群组成就能起到预防和治疗许多疾病的目的。


参考文献原文

Abstract

The human gut microbiome plays a key role in human health1, but 16S characterization lacks quantitative functional annotation2. The fecal metabolome provides a functional readout of microbial activity and can be used as an intermediate phenotype mediating host–microbiome interactions3. In this comprehensive description of the fecal metabolome, examining 1,116 metabolites from 786 individuals from a population-based twin study (TwinsUK), the fecal metabolome was found to be only modestly influenced by host genetics (heritability (H2) = 17.9%). One replicated locus at the NAT2 gene was associated with fecal metabolic traits. The fecal metabolome largely reflects gut microbial composition, explaining on average 67.7% (±18.8%) of its variance. It is strongly associated with visceral-fat mass, thereby illustrating potential mechanisms underlying the well-established microbial influence on abdominal obesity. Fecal metabolic profiling thus is a novel tool to explore links among microbiome composition, host phenotypes, and heritable complex traits.


参考文献:

Zierer J, Jackson MA, Kastenmuller G, Mangino M, Long T, Telenti A, et al. The fecal metabolome as a functional readout of the gut microbiome. Nature genetics. 2018;50(6):790-5.



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