代谢组学的使用与发展 | 热心肠日报

今天是第1293期日报。

代谢组学分析流程的发展近果

Analytical Chemistry[IF:6.35]

① 分析方法极大的影响代谢组学发展，新近发展的分离技术结合质谱法（MS）可帮助更精准的分析；② 血液、尿液、粪样有较统一的取样流程，而组织和细胞没有，提取代谢物时选择对应极性或混合型提取液；③ 气相色谱（GC-MS）、毛细管电泳质谱（CE-MS）和手性分析是多靶向代谢组学的新技术；④ MS产生的大数据需数据预处理并选择和生物学信息相关的变量；⑤ GC-MS代谢物鉴定常用NIST和Fiehn数据库，LC-MS和CE-MS鉴定常用MassTRIX、XCMS和MassBank等。

Recent Developments along the Analytical Process for Metabolomics Workflows
10-18, doi: 10.1021/acs.analchem.9b04553

【主编评语】代谢物自身具有不同的生化性质和浓度范围，因此分析方法对代谢组分析的结果影响巨大。本文主要介绍了代谢组学研究方法（尤其是质谱法）发展的三个方面：1）样品搜集和处理；2）分析工具的发展；3）数据挖掘方法和物质鉴定的未来发展趋势。（@潇洒小姐陈）

mmvec神经元网络算法评估微生物-代谢物的互作

Nature Methods[IF:28.467]

① 神经元网络‘mmvec’（https://github.com/biocore/mmvec）能在已知特定微生物序列量的情况下评估某种代谢物出现的概率，并通过降维界面使将大量多组学数据可读，优于Spearman's等常用方法；② 以肺部囊肿纤维化和炎症性肠病为例的临床数据显示，mmvec对微生物-互作分析的特异性和准确度最佳，且能检测出已知的微生物-代谢物互作；③ mmvec能合理化环境研究中微生物-代谢物互作的异常差异，且能确定小鼠体内特定代谢物的微生物来源，

Learning representations of microbe–metabolite interactions
11-04, doi: 10.1038/s41592-019-0616-3

【主编评语】Nature Methods的这篇文章介绍了神经元网络mmvec在多组学研究中的使用。传统的统计学方法过度简化数据，容易造成大量假阳性结果，而微生物组和代谢组数据均为成分性数据，更加剧了分析误差的可能性。作者Rob Knight团队提出的mmvec神经元网络能够通过学习代谢物和微生物同时出现的概率，对代谢物与微生物互作进行评级，并可视化显示分析结果。作者随后对mmvec进行使用验证，证明mmvec在分析效用上显著优于目前常用方法。推荐需要多组学分析研究的读者尝试（https://github.com/biocore/mmvec）（@潇洒小姐陈）

国内团队：代谢组与微生物组互相关性的分析方法-GRaMM

Analytical Chemistry[IF:6.35]

① 文章提出了一种识别代谢组与微生物互相关性的方法，叫做代谢组和微生物组的广义相关分析（GRaMM）；② GRaMM包括4个步骤：代谢物和微生物的数据处理，线性或非线性识别，数据校正和相关计算，p值矫正；③ GRaMM可以通过整合典型线性回归、新兴最大信息系数、代谢混杂效应消除、归一计算、稀疏和集中log-ratio转换，合理处理两类组学数据、干扰因子的影响以及线性/非线性相关；④ 已有相应的Matlab代码和R操作包供使用。

A Strategy for Inter-correlation Identification between Metabolome and Microbiome
10-22, doi: 10.1021/acs.analchem.9b02948

【主编评语】Analytical Chemistry近期发表了上海交大附属第六人民医院陈天璐、贾伟与团队的研究，首次提出了一种识别代谢组与微生物互相关性的方法，称为“代谢组和微生物组的广义相关分析”（GRaMM），主要通过整合现有分析方法，消除混杂，从而能够尽可能精确地捕捉代谢物与微生物的相关关系。文章还将其与斯皮尔曼相关系数、线性回归系数以及新兴最大信息系数三种方法进行了对比，表明了GRaMM的实际可应用性。（@兵兵）

代谢组学预测胖子的胰岛素抵抗

Clinical Nutrition[IF:6.402]

① 纳入24名肥胖受试者和20名正常对照，其中30人接受低热量饮食后随访2年；② 基线和随访时期，有11种血液代谢物与体质指数（BMI）呈正相关，1种呈负相关，其中肌醇、缬氨酸、乙酰乙酸和磷酸胆碱在肥胖和正常组中均有显著差异；③ 基线时，13种粪便代谢物与BMI正相关，1种呈负相关，随访时该相关性不显著；④ 血液与粪便中的一些代谢物百分比的差值与BMI差值和胰岛素抵抗稳态（IR）相关；⑤ 该指纹图谱有助于预测、预防IR及肥胖患者2型糖尿病。

Combining Metabolic Profiling Of Plasma And Faeces As A Fingerprint Of Insulin Resistance In Obesity
10-25, doi: 10.1016/j.clnu.2019.10.022

【主编评语】该研究测定了肥胖患者（以及对照组参与者）的血浆和粪便代谢组，并将两个代谢组结合分析，试图找出其分别与BMI、IR呈相关关系的生物标志物，进而可以对肥胖患者的IR、潜在糖尿病进行预测。同时，该研究结果与膳食研究结果一致，即食物的改变对粪便代谢物的影响大于其对血浆代谢物的影响。（@兵兵）

肠道菌群和昼夜节律在代谢中的交集

Trends in Endocrinology and Metabolism[IF:9.777]

① 肠道菌群与昼夜节律（CRs）通过调节宿主生理功能（尤其代谢）而紧密相关；② CRs会引起菌群丰度和功能波动，菌群的变化也影响宿主分子节律，宿主代谢紊乱也会破坏宿主CRs和菌群稳态；③ 小鼠实验证明肠道菌群的主要功能代谢物如短链脂肪酸和胆汁酸可调节CRs基因表达，可能作为菌群-CRs网络中的介质调节宿主代谢；④ 未来需要更精确的定时取样，考虑动物模型和人体的区别及性激素的影响，进一步研究以明确菌群和CRs与代谢的相互作用机制。

Intersection of the Gut Microbiome and Circadian Rhythms in Metabolism
10-30, doi: 10.1016/j.tem.2019.08.013

【主编评语】Trends in Endocrinology and Metabolism的这篇文章介绍了肠道菌群及其功能产物与生物昼夜节律及宿主代谢间的紧密关系。现已有不少研究鉴定出参与菌群-生物节律（CRs）网络中的代谢物，它们有的源于宿主，有的源于肠道菌群，然而我们至今仍对这个庞大网络的作用机制不甚了解。对未来想通过菌群-CRs网络调节宿主代谢的研究者，作者提出关注样本选择（如减少对粪样依赖）、校准取样时间、人样和动物模型间区别、外界环境和性别等对研究结论影响的建议。（@潇洒小姐陈）

Cell子刊：菌群影响帕金森病症？

Cell Reports[IF:7.815]

① 纳入未服用药物的帕金森（PD）患者和非患病个体各30名，对比分析发现转硫作用通路在PD进程中发生紊乱，如通过胱硫醚影响的蛋氨酸和半胱氨酸的互换现象；② 多巴胺能药物治疗可调节转硫代谢通路，影响脂质代谢；③ 牛磺酸共轭胆汁酸与PD患者运动症状的严重程度相关，硫酸化牛磺石胆酸不足与PD在普通群体的发生有关；④ 硫代谢与Akk菌（A. muciniphila）和沃氏嗜胆菌（B. wadsworthia ）有关；⑤ 多组学整合揭示PD特定菌群-宿主硫共代谢通路。

Integrated Analyses of Microbiome and Longitudinal Metabolome Data Reveal Microbial-Host Interactions on Sulfur Metabolism in Parkinson’s Disease
11-12, doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.035

【主编评语】患帕金森后，患者体内的各项代谢途径受到影响。本研究通过对照研究发现，与非患病个体相比，帕金森患者体内的转硫代谢途径改变，且多巴胺能药物治疗可缓解这一现象。进一步分析发现，肠道菌群参与此硫代谢途径，两个主要作用菌株为Akk菌和沃氏嗜胆菌。结合菌群-宿主共代谢，发现牛磺酸共轭胆汁酸是帕金森患者运动症状的主要生物标志物，硫酸化牛磺石胆酸与普通人群的帕金森症状发生有关。虽然研究未能矫正膳食等其他因素的影响，且相关组学数据也并不全面，但该文章揭示了帕金森患者特定的宿主-菌群硫共代谢相关机制，为其临床治疗提供了新的思路。（@兵兵）

琥珀酸：我们是朋友还是敌人？（综述）

Reviews in Endocrine and Metabolic Disorders[IF:5.516]

① 琥珀酸是宿主-菌群互作的重要代谢物，它是宿主三羧酸循环的中介物，也是肠道菌群的发酵产物；② 作为多功能代谢物，宿主胞内琥珀酸可正向调节糖异生和产热，胞外/血液中高浓度琥珀酸则常见于炎症和疾病（如糖尿病和肥胖）中；③ 琥珀酸既可是肠道菌群（拟杆菌属）的终产物，也可是被肠道菌群（如厚壁菌属）利用，深度参与共生病原体的互作；④ 产琥珀酸的肠道菌如普雷沃式菌和Akk菌均与宿主葡萄糖改善有关，或可成为未来益生菌治疗的靶点。

Gut microbiota-derived succinate: Friend or foe in human metabolic diseases?
10-25, doi: 10.1007/s11154-019-09513-z

【主编评语】本文是一篇关于宿主和菌群“交流”信号--琥珀酸的综述，介绍了琥珀酸的多种功能、来源和其与健康/疾病的关系。人们通常认为琥珀酸与炎症和疾病相关，是毒性因子的，但近期研究发现琥珀酸作为肠道菌群产物也可保护人体肠道健康，如保护新生儿肠道不受腹泻致病菌定植。尽管已有益生菌产琥珀酸促进实验鼠血糖水平改善，但其效果可被其它菌株的共同定植限制。琥珀酸是敌是友暂时无法轻易判断，其未来的临床应用应建立在对其功能和作用机理深度了解的情况下进行。（@潇洒小姐陈）

3种益生菌对肥胖成人血浆胆汁酸的影响

Beneficial Microbes[IF:2.939]

① 选取114名健康的腹部肥胖成人，进行随机双盲交叉安慰剂对照试验，分析枯草芽孢杆菌R0179、植物乳杆菌HA-119、动物双歧杆菌乳亚种（乳双歧杆菌）B94对胆汁酸和糖脂代谢的影响；② 对于BMI≥30的受试者，与安慰剂相比，枯草芽孢杆菌升高了血浆非结合胆汁酸，乳双歧杆菌升高了血浆非结合胆汁酸和次级胆汁酸；③ 植物乳杆菌对胆汁酸无影响，但有升高血浆高密度脂蛋白浓度的趋势；④ 益生菌对粪便胆汁酸、血脂、血糖、胰岛素等无显著影响。

Three probiotic strains exert different effects on plasma bile acid profiles in healthy obese adults: randomised, double-blind placebo-controlled crossover study
05-15, doi: 10.3920/BM2018.0151

【主编评语】研究采用三种不同的益生菌对肥胖人群进行交叉干预，结果发现不同的益生菌对机体非结合型血浆胆汁酸影响显著，但对粪便胆汁酸以及血糖血脂等无显著影响。新的益生菌菌株需要被挖掘。（@兵兵）

感谢本期日报的创作者：潇洒小姐陈，兵兵，海盗船长，fang fang，大月半，梁婷

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