Nature Communications：人类肠道微生物组分与血浆代谢组关联的在线资源

• 提供了1500+肠道微生物与1300+血浆代谢物之间关联的在线资源。

• 绝大多数血浆代谢物影响肠道微生物的α多样性。

•  肠道微生物群与血浆代谢组的关联在不同种类的微生物和代谢物之间表现出很大的差异。

• 该资源可用于探究饮食/药物对宿主肠道微生物组成影响的探究。

•   研究背景：

血浆中小分子组成的改变，即血浆代谢组，被认为是肠道微生物群对人类健康影响的潜在媒介，因为肠道微生物群产生并改变了许多分子，其中一些分子被吸收到血液中。相反，饮食或药理化合物在进入循环之前可能会影响微生物群。描述这些相互作用是了解肠道微生物群对健康影响的重要一步。

以前的研究报告肠道微生物群与循环代谢组之间的关联，但由于样本量小、健康相关性状的数据有限或肠道微生物群组成（例如16S rRNA测序）和代谢组数据（例如NMR分析）的分辨率有限而受到阻碍。因此，迫切需要开发相关的公共资源，作为帮助研究人员更好地了解肠道微生物群-血浆代谢物相互作用的有用工具。

在这项横断面研究中，研究人员应用深层宏基因组测序和与超高效液相色谱-质谱联用法，分别对来自基于人群的瑞典心血管肺生物图像研究（SCAPIS）的8583名年龄在50-64岁的参与者的肠道微生物群和血浆代谢组进行了详细表征。微生物基因图谱鉴定了1520种细菌、4种古细菌、2种真核生物和2种未分类的宏基因组物种。代谢物分析提供了1321种代谢物的数据，其中1052种来自114个代谢物亚类。

研究人员首先探究了微生物α多样性与个体血浆代谢物的关系。模型中1321个血浆代谢物中，α多样性与565个正相关，与432个负相关。关于注释代谢物，研究人员观察到代谢物5alpha-androstan-3beta，17alpha-diol dissulfate（一种硫酸化类固醇）、3-phenylpropionate (hydrocinnamate)（存在于人类粪便中的主要酚类代谢物）和cinnamoylglycine表现出最强正相关性。之前的报告显示，这三种代谢物都与α多样性呈显著正相关，而后两种代谢物与2型糖尿病的风险较低。这些观察结果表明，肠道微生物多样性与一系列特定血浆代谢物密切相关，并激发了随后对特定肠道微生物群落物种的详细调查。     

肠道微生物α多样性和1321血浆代谢物之间的关联

随后，研究人员使用一系列嵌套交叉岭回归模型来评估由肠道微生物群变化解释的每个血浆代谢物的变化。研究人员观察到，1321种代谢物中1179种的变异部分由肠道微生物群的变异解释。更重要是，肠道微生物群与血浆代谢组的关联在不同种类的微生物和代谢物之间表现出很大的差异，某些相关物种与同一类代谢物中的多种代谢物相关，这对于次级胆汁酸及其前体尤其显著。此外，肠道微生物群与血浆代谢物组之间的联系是多方面的，这些代谢组在一系列生活方式和健康因素中总体上都很稳定。

肠道微生物群与血浆代谢物组之间的关联显示出物种和代谢物群体之间的巨大差异

上述分析清楚地表明，肠道微生物群与宿主血浆代谢组之间存在特定关联。最后，研究人员通过提出饮食因素和口服药物与肠道微生物组以及与尿毒症毒素对甲酚硫酸盐强相关的微生物物种之间的新联系，来说明这一资源的潜力。

具体而言，研究人员确定了一些与对甲酚和苯乙酰谷氨酰胺水平强烈正相关或负相关的物种，为今后研究肠道菌群扰动以减少尿毒症毒素奠定了基础。奥美拉唑（Omeprazole）是一种选择性质子泵抑制剂（PPI），常用于治疗酸相关性上胃十二指肠疾病，研究人员发现，PPI的使用与肠道微生物群的持续变化有关，其特征是口腔菌群中常见的细菌数量增加，与碳水化合物代谢相关的细菌功能增加。研究人员还证实并扩大了先前的研究，发现二甲双胍治疗与肠道微生物群组成的深刻变化有关，二甲双胍使用者体内携带氨基酸和碳水化合物代谢基因的细菌数量更高。此外，咖啡是世界上消费最广泛的饮料之一，与人类健康的关系复杂且尚未完全阐明，研究人员发现咖啡代谢物与真杆菌目中的物种有很强的正相关性

总之，该研究确定了肠道微生物群和血浆代谢组之间的大量可靠关联，并提供了综合的在线资源。这些发现增加了对肠道微生物群和人类新陈代谢之间巨大相互作用的认识，并将对人类生物学产生深刻见解，有助于识别肠道菌群组成的潜在新生物标记物。