導讀

9月2日，西雅圖Systems Biology研究所的科學家在《Nature Biotechnolog》報道，通過檢測血液中的代謝物，能夠預測個體的腸道微生物多樣性。

研究人員對399個健康人隊列、約1000個血液分析物（實驗室測試、蛋白質(zhì)組學和代謝組學）中發(fā)現(xiàn)：腸道α多樣性中45%的變異，可由40種血漿代謝物解釋。

并且，這40種代謝物的預測能力已在另一個540人的隊列中成功驗證。

研究表明，識別個體的腸道多樣性，也許將能通過快速、廉價和可靠的血液檢測來完成。

血液代謝組預測香農(nóng)多樣性（一種腸道α多樣性指標）

研究名稱：Blood metabolome predicts gut microbiome α-diversity in humans

期刊：NATURE BIOTECHNOLOGY

發(fā)表時間：2019年9月2日

IF：31.864

DOI:10.1038/s41587-019-0233-9

腸道α多樣性是一個用來衡量個體內(nèi)腸道菌群多樣性的概念，而香農(nóng)多樣性（Shannon Diversity）則是最常見的腸道α多樣性指標。

一般來說，與健康人相比，存在腸道感染（IBD、艱難梭菌感染等）、肥胖、喜歡吃加工食品的人，香農(nóng)多樣性就較低——也就是說，腸道不太健康。

香農(nóng)多樣性也有閾值。過往有報告稱，超出這個閾值的多樣性或?qū)】挡焕ū热?，便秘與較高的香農(nóng)多樣性有關(guān)）。

然而，定義這種“健康”閾值的前提，需要大量的數(shù)據(jù)。

“如果沒有關(guān)于宿主健康和微生物組分的詳細信息，很難去定義一個健康的腸道微生物組”，作者之一、ISB副主任Nathan Price博士說。

兩位聯(lián)合作者：Nathan Price博士（左）和Sean Gibbons（右）博士

雖然糞便代謝物更能反映微生物群的直接代謝產(chǎn)物，但Price等人的研究表明，血液代謝物同樣提供了一個“窗口”：宿主-微生物群的互作，也反映在血液中的少數(shù)小分子上。

40種代謝物和11種最強代謝物預測因子

為了預測腸道α-多樣性，Systems Biology研究所的科學家們使用一個名為“LASSO”、可對40種循環(huán)血液代謝物進行訓練的模型。在399個美國健康成年人隊列中，針對約1000個血液分析物進行了實驗室測試、蛋白質(zhì)組學和代謝組學分析。

他們發(fā)現(xiàn)，40種代謝物對香農(nóng)多樣性有很強的預測能力，它們主要屬于異生物素、脂質(zhì)和氨基酸超家族，解釋了平均45%的變異（如下表）。

其中，11種宿主與微生物的共同代謝物擁有最強的預測能力，有可能作為腸道微生物多樣性的生物標記物（下表加粗部分），在臨床中用于腸道多樣性低的患者分類，而這些人可能是艱難梭菌的易感人群。

40種代謝物清單

11種最強代謝物預測因子與10個最豐富微生物屬的相關(guān)性

為了證實這些預測因子的效力，研究小組還在另一個540人的隊列中進行了驗證。這支隊列也成功確認了上述已鑒定代謝物和腸道微生物多樣性之間緊密關(guān)系。

“快速確定患者腸道微生物群多樣性的能力很重要。因為腸道多樣性的耗盡，是常見院感（如艱難梭菌感染）的危險因素”，Price說。

除此之外，還有一些重要發(fā)現(xiàn)

1.現(xiàn)有的臨床血檢不能預測α多樣性

在研究小組的實驗中，沒有臨床分析物能夠單獨解釋香農(nóng)多樣性中超過6%的變異，代謝健康標志物（脂蛋白胰島素抵抗LPIR評分、甘油三酯和胰島素）在所有分析物中排名最高。

相比之下，BMI單獨解釋了香農(nóng)多樣性的7.5%的變異，比任何單一臨床分析物都要大。

2.這種預測能力對極度肥胖人群無效

肥胖一直與代謝紊亂以及血液代謝組的實質(zhì)性變化有關(guān)。存在一些研究報告，與正常體重者相比，肥胖者的香農(nóng)多樣性降低。

研究小組證實了這一結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)，隨著BMI的增加，腸道α多樣性的三個指標都顯著降低。而且，那些更胖（二級和三級肥胖）參與者也表現(xiàn)出更大的β分散，說明他們的腸道微生物群穩(wěn)定性更差。

但是，通過對BMI更細的分層，研究人員發(fā)現(xiàn)：不同BMI等級的血漿代謝組和微生物組多樣性之間的聯(lián)系是不同的——特別是，性類固醇5α-雄甾烷-3β-17α-二醇二硫酸鹽作為香農(nóng)多樣性最強的預測因子之一，在更胖的志愿者者中與香農(nóng)多樣性無顯著相關(guān)性。

ISB的助理教授、論文的合著者Sean Gibbons博士說：“對病態(tài)肥胖參與者預測能力的喪失，表明他們可能處于不同的代謝狀態(tài)，這可能是因為存在炎癥或腸漏”。

更多樣的腸道微生物群，通常被認為更為“健康”。然而，微生物群落結(jié)構(gòu)與人類健康之間的聯(lián)系可能高度復雜，關(guān)聯(lián)因素可能包括飲食、行為、病原體接觸、抗生素暴露、遺傳學和其他因素。

總的來說，這項研究將宿主代謝組描述為腸道生態(tài)系統(tǒng)與人類健康之間的重要交互媒介，報告了血液代謝組可用于預腸道α多樣性的證據(jù)。

Systems Biology研究所的專家們認為，下一個合乎邏輯的步驟似乎是：開發(fā)一種臨床血液測試，可快速對腸道微生物多樣性低的患者進行分類。