由英國倫敦國王學院雙胞胎研究和遺傳流行病學系的Tim Spector博士和Cristina Menni博士領導的一項新研究發現,糞便代謝組可能為腸道微生物群落的代謝及其與宿主遺傳和飲食的相互作用提供一種互補的功能檢查方法。

研究人員分析了786名個體,主要是女性(93.4%),平均年齡為65.2歲,平均體重指數(BMI)為26.1,來自基于雙胞胎研究TwinsUK的人群。基因組結果也在來自TwinsUK研究的230名個體(98.3%為女性)的獨立組中復制,年齡為66.9歲,平均BMI為27.2。

受試者糞便樣本的代謝分析總共測量了總共1116種代謝物。在所有樣本中至少有80%檢測到570種代謝物,有20%-80%的樣本檢測到345種代謝物。值得一提的是,在整個測量的糞便代謝物庫中,647種是糞便樣本所特有的,這突出了糞便代謝組可以提供與血液代謝組學相輔相成的信息。

研究人員發現內臟脂肪量(一種測量腹型肥胖的方法)和糞便代謝物之間存在102種統計學上顯著的相關性,這解釋了觀察到的28.4%的內臟脂肪總變異。內臟脂肪相關代謝物包括氨基酸、脂肪酸、核苷酸、糖和維生素。先前發現的與較低內臟脂肪量相關的一些細菌家族的豐度與較低的氨基酸豐度密切相關。這些研究結果表明,氨基酸的可用性可能與微生物代謝物在介導糞便微生物組與肥胖之間關系中的作用有關,宿主- 微生物間復雜的相互作用值得深入研究。另一方面,只有8種代謝物與BMI相關。這些結果表明腸道微生物群代謝物對腹型肥胖的影響,這與先前來自同一研究組的結果相一致。在探索糞便代謝組與年齡之間的相關性時,研究人員發現一些代謝物區分了參與者中最老的(> 75歲,n = 79)和最年輕(<56歲,n>

宿主遺傳學對糞便代謝組的影響不大(遺傳率為17.9%)。 NAT2基因的一個復制位點涉及咖啡因和異生物代謝的幾種要素,與糞便代謝特征有關,表明糞便代謝物可能介導宿主遺傳和異生物質代謝之間的串擾。

關于糞便代謝組反映腸道微生物群代謝功能的程度,腸道微生物的組成解釋了67.7%在710種代謝物中觀察到的差異。具體而言,代謝異生物質顯示出與微生物組成最強的聯系。至于糞便代謝組對腸道微生物類群的影響,264種代謝物在操作分類學水平上與微生物相關,其余代謝物也與更廣泛的分類群組相關。通過使用復雜的統計模型,研究人員還發現代謝物和微生物之間有多達2,553種獨立的關聯。

總之,糞便代謝組可以部分地反映腸道微生物群的組成。這些結果揭示了糞便代謝組學在探索腸道微生物群落的代謝及其與宿主遺傳和飲食的相互作用中作為新興生物標志物的作用。

參考文獻:

Zierer J, Jackson MA, KastenmüllerG, et al. The fecal metabolome as a functional readout of the gut microbiome.Nat Genet. 2018; doi: 10.1038/s41588-018-0135-7.