靶向代謝組學｜多組學探索微生物群組成與心臟代謝疾病間的關係

前言

奶製品

是一種營養多樣的食物群。最近的大型佇列研究表明，乳製品攝入量與心臟代謝性疾病的風險呈負相關，但其具體的保護機制尚未確定。越來越多的證據表明，

腸道微生物群組成與心臟代謝性疾病有關

，如肥胖、2型糖尿病和動脈僵硬。因此，研究與乳製品食品相關的腸道微生物群結構或組成與心臟代謝危險因素之間的關係具有重要意義，這有助於闡明乳製品食品攝入與心臟代謝疾病之間的關聯機制。但到目前為止，長期習慣性乳製品攝入量與腸道微生物多樣性和組成之間的潛在關係仍不清楚。

本文由

西湖大學鄭鉅聖等課題組

在

《EBioMedicine》

期刊（IF：11。205）發表的題為

“Multi-omics analyses reveal relationships among dairy consumption, gut microbiota and cardiometabolic health”

的研究成果，運用

靶向血清代謝組學

等研究揭示了

微生物群組成與心臟代謝疾病間的關係

，發現長期攝入乳製品對於人體腸道菌群的組成及結構的有益影響，這為了解乳製品與腸道微生物群相互作用及其與心臟代謝健康之間的關係提供了新思路。

技術流程

實驗方法

本研究基於廣州營養與健康研究（GNHS），這是一項位於中國廣州的基於社群的前瞻性佇列研究。2008-2013年，共有4048名參與者，年齡在45-70歲，在廣州市居住至少登記了5年。在這些參與者中，3169名（第1部分）在2008年至2010年期間被招募，879名（第2部分）在2012年至2013年期間被招募。所有參與者大約每3年進行一次隨訪。

1、

腸道菌群的DNA測序

2、

靶向血清代謝組學

研究結果

1.乳製品消費和腸道微生物群組成

在調整了社會人口統計學和生活方式因素後，總乳製品消費量與夏農和辛普森指數呈正相關。在OTU水平上，作者使用PCoA和永久分析觀察到所有三個乳製品變數的最高和最低攝入類別之間腸道微生物群落結構的顯著差異（所有P值<0。05，圖1）。

圖1| 基於Bray-Curtis距離的PCoA圖譜所表示的腸道微生物群落結構的變化

2.長期乳製品消費的分類學生物標誌物

結果表明，在最高的總牛奶攝入量組和最高的牛奶攝入量組中分別有多個屬的富集（圖2）。其中，雙歧桿菌、鏈球菌、梭狀芽孢桿菌和Gemellaceae_other在兩個奶牛類群中均富集。相比之下，腸桿菌科的一個屬被鑑定為低乳製品總攝入量和低牛奶攝入量的生物標誌物。此外，Ruminococcaceae_other屬、大毛桿菌屬、細孔桿菌屬、其他屬、Barnesiellaceae_other屬和Rikenellaceae_other屬在酸奶攝入量最高的組中富集，而鯨桿菌屬和梭桿菌屬是酸奶攝入量較低的標誌。

圖2| 與乳製品、牛奶和酸奶總消費量相關的分類學生物標誌物

3.與乳製品相關的腸道微生物特徵和心臟代謝危險因素

多變數線性迴歸分析表明，奶牛微生物評分和a-多樣性指數每增加1-SD，血清甘油三酯水平降低0。08-0。14SD（經各種心臟代謝特徵的多次檢測校正後，P值<為0。05）（圖3）。作者還觀察到乳製品總微生物評分、牛奶微生物評分和Shannon指數與高密度脂蛋白膽固醇呈正相關（圖3）。此外，乳製品攝入量和相應的乳製品微生物評分之間的關聯並沒有因年齡（<65vs65）、性別或體重指數（<25vs25）而發生顯著變化。

圖3|與乳製品相關的腸道微生物特徵與心臟代謝危險因素之間的關係

相關分析表明，甘油三酯與Ruminococcaceae_other屬、嗜血桿菌屬、Barnesiellaceae_other屬、Rikenellaceae_other屬呈負相關，與頭孢桿菌屬、梭桿菌屬呈正相關（圖4）。此外，高密度脂蛋白膽固醇與腸桿菌科_other屬呈負相關，在較低的乳製品和牛奶總消費類別中富集。

圖4| 乳製品相關細菌屬與心臟代謝危險因素的關係

4.與乳製品微生物評分和心臟代謝特徵相關的代謝物

利用部分Spearman相關分析，作者分別鑑定了6種與牛奶微生物評分相關的血清代謝物和23種與酸奶微生物評分相關的血清代謝物（P<0。1）（圖5a，b）。在與牛奶微生物評分相關的代謝物中，作者還觀察到十一碳烯酸與牛奶攝入量之間存在正相關（P=0。02），同時2-羥基-3-甲基丁酸與牛奶攝入量呈負相關（P=0。006）。同樣，2-羥基丁酸和l-丙氨酸與酸奶攝入量呈負相關（P=均為0。04）（圖5c）。進一步分析顯示血清代謝物與高密度脂蛋白膽固醇、甘油三酯之間具有一定相關性。其中，高密度脂蛋白膽固醇與十一碳烯酸呈正相關，與l-丙氨酸呈負相關。甘油三酯與2-羥基丁酸、l-丙氨酸和2-羥基丁酸呈正相關，與十一碳烯酸呈負相關（圖5b）。

圖5| 血清代謝物與乳製品消費、乳製品微生物評分和心臟代謝特徵有關

研究討論

1、總乳製品攝入量和酸奶攝入量均與

腸道微生物多樣性

和特定屬的豐富度呈正相關。

2、乳製品調節的腸道微生物特徵與心臟代謝特徵（例如血液甘油三酸酯和HDL膽固醇）具有正相關。

3、

代謝組學分析

表明，與乳製品有關的腸道菌群與宿主迴圈代謝組學特徵相關，表明乳製品攝入與心臟代謝風險因素之間存在有益的聯絡。

小鹿推薦

人類腸道微生物群由數萬億個微生物細胞和數千種細菌組成。在這些影響腸道微生物群的因素中，飲食是關鍵成分。先前的研究表明，腸道微生物群可以在1-2天內對飲食快速反應。然而，長期的飲食攝入似乎是塑造人類腸道微生物群的結構和活動的主導力量。雖然一些研究表明了乳製品攝入對腸道微生物群的影響，但它們通常是橫斷面或短期干預研究，或僅是研究重點關注幾種腸道細菌。而本研究基於

微生物組DNA測序及靶向血清代謝組學

利用大樣本量進行前瞻性的揭示長期攝入乳製品對於人體腸道菌群組成和結構關係的研究，

為進一步研究腸道菌群在飲食與心臟代謝健康之間的聯絡提供了新的見解及思路

。

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本文系鹿明生物原創

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