代謝組學(xué)技術(shù)服務(wù)-腸道菌群與代謝組

通過對宿主腸道內(nèi)容物或糞便樣本進(jìn)行代謝組學(xué)檢測分析，進(jìn)而研究腸道菌群和宿主在代謝水平上的相互作用。不同設(shè)計(jì)和需求又需要使用不同的代謝組學(xué)方法：
1.短鏈脂肪酸分析
人體內(nèi)短鏈脂肪酸主要由未消化吸收的碳水化合物經(jīng)結(jié)腸厭氧菌酵解產(chǎn)生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸等。短鏈脂肪酸在結(jié)腸腔內(nèi)不僅可作為腸粘膜細(xì)胞的主要能量來源，還可以減少促炎因子的生成，降低結(jié)腸炎癥的發(fā)生；更重要的是，短鏈脂肪酸對腫瘤細(xì)胞的增殖起到抑制作用，并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞分化和凋亡，降低瘤變的幾率。
案例 Chang H.K. Microbiota or short-chain fatty acids: which regulatesdiabetes.  Cellular & Molecular Immunology. 2017, 15:88-91.

2.神經(jīng)遞質(zhì)檢測分析
腸道菌群能產(chǎn)生包括如γ－氨基丁酸、多巴胺和5－羥色胺等在內(nèi)的對體內(nèi)系統(tǒng)發(fā)出信號的神經(jīng)遞質(zhì)類化合物，這些神經(jīng)遞質(zhì)對人的精神、行為活動(dòng)會產(chǎn)生不同的影響。
案例 Williams B.B., Van Benschoten A.H., Fischbach M.A., et al. Discovery and characterization of gut microbiota decarboxylases that can produce the neurotransmitter vtryptamine. Cell Host & Microbe. 2014, 16:495-503.



3.膽汁酸檢測分析
腸道菌群和膽汁酸代謝在肥胖、糖尿病、非酒精性脂肪肝病等疾病的發(fā)生和發(fā)展過程中均發(fā)揮了關(guān)鍵作用。近年來膽汁酸代謝與腸道菌群的研究逐漸深入，腸道細(xì)菌在膽汁酸的生物轉(zhuǎn)化、肝臟膽汁酸的合成、腸道膽汁酸的重吸收等過程中具有重要作用。
案例 Gu Y., Wang X., Ning G., et al. Analyses of gut microbiota and plasma bile acids enable stratification of patients for antidiabetic treatment.  Nature Communications. 2017, 8:1785. 

4.氧化三甲胺檢測分析
腸道菌群與氧化三甲胺（TMAO）代謝密切關(guān)聯(lián)。含有膽堿或三甲胺結(jié)構(gòu)的食物，如磷脂酰膽堿（PC）、左旋肉堿和某些海水魚類等，經(jīng)過腸道的消化吸收和腸道菌群作用后可代謝為三甲胺（TMA）。TMA進(jìn)一步被肝臟分泌的黃素單氧酶3（FMO3）或者其他黃素單氧酶（FMOx）迅速氧化為TMAO。
體內(nèi)TMAO水平與糖尿病、癌癥、心血管疾病、心肌梗死、高血壓、高血脂和部分腎病等均有密切關(guān)聯(lián)。
案例 Zhu W., Gregory J.C., Hazen S.L., et al. Gut Microbial Metabolite TMAO Enhances Platelet Hyperreactivity and Thrombosis Risk. Cell. 2016, 165:111-124.
 

腸道菌群宿主代謝物檢測分析

非靶向代謝組學(xué)是以組學(xué)的視角無偏向性地檢測所有的內(nèi)源性小分子代謝物，采用生物信息學(xué)手段研究生物體受到擾動(dòng)（如基因改變或環(huán)境變化）后內(nèi)源性代謝物的整體代謝特征或變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致這種代謝差異的內(nèi)源性小分子代謝物（潛在的生物標(biāo)志物）和探索引起這種生命現(xiàn)象或病理現(xiàn)象背后的代謝機(jī)制。非靶向代謝組學(xué)已成為后基因組學(xué)時(shí)代功能基因組學(xué)的研究利器，是大規(guī)模篩選用于疾病的早期預(yù)測、診斷和分型的新生物標(biāo)志物的重要手段，是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要技術(shù)手段之一。
對于腸道菌群參和宿主代謝物進(jìn)行精準(zhǔn)檢測分析，尋找腸道微生物的代謝組的差異和變化，可以更加直接呈現(xiàn)腸道菌群-宿主的代謝狀態(tài)，對于進(jìn)而研究其背后的生理或病理機(jī)制具有重大意義。
案例 Liu R., Hong J., Wang W., et al. Gut microbiome and serum metabolome alterations in obesity and after weight-loss intervention. Nature Medicine. 2017, 23:859-868.