多组学：多角度链起营养与代谢健康 | 热心肠日报

今天是第1524期日报。

Nature子刊：营养组-代谢组关系展现饮食摄入和代谢

Nature Food[IF:N/A]

① 纳入1848名美国人，面试4次获得24h饮食记录并在24h内取尿样2次，客观探究尿液“饮食营养组”的化学成分；② 67种饮食营养素稳定影响46种尿液代谢物，但饮食记录营养素的可重复性不如尿液代谢物；③ 尿液中，钾和镁含量可反映蔬菜摄入量，脯氨酸甜菜碱等含量能稳定反映柑橘摄入量；④ 代谢网络显示营养组影响生物代谢，如尿液中组氨酸和亮氨酸等氨基酸与饮食中氨基酸相关；⑤ 英国人群实验证明，该尿液代谢成分特征可区分健康和不健康饮食习惯。

Nutriome–metabolome relationships provide insights into dietary intake and metabolism
06-22, doi: 10.1038/s43016-020-0093-y

【主编评语】营养学研究通常依据受试者自行提供进行研究，因此经常出现不准确甚至导致错误预测饮食相关疾病的风险。通常来讲，对同一人群进行多次饮食记录可提高准确率，而《Nature Food》的这篇文章通过对比4次面试饮食记录和相应多次的尿样代谢组检测，证明尿液代谢表型可以稳定提供饮食习惯的信息。本文使用美国人群进行研究，英国人群进行验证，加强了实验结论的可靠性，但因为饮食记录和尿样采集均于特定日前或后24h，因此可能忽略了需 ≥24h排出体外的营养相关代谢物。（@潇洒小姐陈）

Nature子刊：饮食代谢模型预测个体对饮食干预的反应

Nature Food[IF:N/A]

① 随机向19名志愿者提供四种符合标准的不同饮食，建立个体膳食代谢类型评分（DMS）， 量化不同饮食导致的个体尿样代谢差异；② 高蔬果饮食DMS高，高脂高糖饮食DMS低，饮食和个体间差异是尿样代谢差异的主要因素；③ DMS与餐前和餐后的血糖浓度成反比，且不受年龄、性别和BMI的影响；④ 尿能损失与高DMS正相关，与低DMS负相关，菌群代谢物多的尿能高；⑤ 使用代谢熵方法量化并视化个人和集体对饮食干预的反应，代谢途径的熵越大，相应的尿能越大。

Dietary metabotype modelling predicts individual responses to dietary interventions
06-17, doi: 10.1038/s43016-020-0092-z

【主编评语】目前关于营养学的研究大多基于受试者填写问卷调查或饮食记录等容易造成误差的方式，而饮食和基因型进行匹配的研究并不能提供优于个性化饮食建议的饮食方式。代谢表型能够体现基因型和生活环境互作对人的影响，因此作者建立个体膳食代谢类型评分（DMS），并对其预测个体应对不同饮食的能力进行验证，证明这是一种可靠的方法。尽管这个模型完全基于尿样，但本研究混合了24小时内不同时段尿液，在一定程度上保证了结果的可信度。（@潇洒小姐陈）

与西方饮食模式和谨慎饮食模式相关的女性血浆代谢特征

American Journal of Clinical Nutrition[IF:6.766]

① 纳入2199名女性，评估高脂高糖的西方（WD）和高蔬果的谨慎饮食模式（PD）与血清代谢产物的关系；② 45种代谢物与WD和PD呈正和负相关或负和正相关，而与能量摄入、BMI和运动量无关；③ 与饱和脂肪和红肉正相关的脑磷脂（PE）缩醛磷脂的正富集，和与多脂鱼正相关的胆固醇酯类和磷脂酰胆碱的负富集均与WD相关；④ 酰基肉碱和PE缩醛磷脂代谢途径与WD正相关，甘油三酯代谢途径代谢物与PD正相关；⑤ 粒体氧化应激和脂质失调与WD正相关并与PD负相关。

Metabolic signatures associated with Western and Prudent dietary patterns in women
06-10, doi: 10.1093/ajcn/nqaa131

【主编评语】《American Journal of Clinical Nutrition》的这篇文章纳入年龄、种族和子宫切除状态相对应的两组女性人群，一组904人，一组1295人，对与西方饮食（WD）和谨慎饮食（PD）两种饮食模式相关的血浆代谢组进行成分鉴定和验证 ， 首次证明脑磷脂（PE）缩醛磷脂与西方饮食间的相关性。为避免BMI影响结果，作者根据BMI对受试者进行分组，结果仍显示PE缩醛磷脂与WD相关，而胆固醇酯类和磷脂酰胆碱与PD相关。本研究的优势在于样本数量多且分为“探索组”和“鉴定组”，在一定程度上增加了结论的可靠性，但本文的饮食模式的检测方式仅为受试者自述，可能出现误差，且均为白人女性，因此结果无法直接应用到其他种族。（@潇洒小姐陈）

瘦子和病态肥胖患者肠道菌群组成和潜在功能的显著差异

Journal of Internal Medicine[IF:6.871]

① 对177名白人粪样进行鸟枪法测序，发现52种细菌在肥胖和非肥胖者中有显著差异，其中龋齿放线菌等可有效预测肥胖；② 肥胖者体内参与氨基酸合成和碳水代谢等途径增多，而组氨酸降解途径消失，氨基酸合成及分解等可有效预测肥胖状态；③ 肥胖者肠道菌群变化与代谢途径紧密相关，且有96种微生物代谢途径在肥胖和非肥胖者中有显著差异；④ 肠道菌群组成及其代谢途径可分别解释45.5%和60%的BMI差异，和均少于10%的甘油三酯和高密度脂蛋白的差异；

Distinct differences in gut microbial composition and functional potential from lean to morbidly obese subjects
07-07, doi: 10.1111/joim.13137

【主编评语】现已知肠道菌群是肥胖症潜在的调节因子，中度肥胖症患者的肠道菌群多样性和基因丰度均降低，而粪便微生物组可解释约25%的健康BMI的差异。《Journal of Internal Medicine》的这篇文章探究肠道菌群对从瘦到病态肥胖的大范围BMI（18.6 - 60.9 kg m-2）的影响，发现肠道菌群及其代谢途径可解释约50%的BMI、脂肪比例和腰围，而对甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白的解释力度不足。值得注意的是，这里的“解释”为机器学习中的用语，并非因果关系。（@潇洒小姐陈）

关于肝脂肪变性的大型人体多组学研究

Hepatology[IF:14.679]

① 纳入1355名受试者评估微生物多样性和成分、血浆代谢物、预测的功能宏基因组学和肝脂肪变性间的关系；② 脂肪变性患者肠道菌群α-多样性更低，菌群组成在不同脂肪肝严重程度组间差异显著；③ 脂肪变性与粪球菌属显著负相关，与高氏瘤胃球菌、瘤胃球菌正相关；④ 菌群功能预测次级胆汁酸合成和生物素代谢在脂肪变性处富集，而D-丙氨酸代谢缺失；⑤ 芳香族和支链氨基酸及糖蛋白与脂肪变性和瘤胃球菌呈正相关，与α-多样性和粪球菌属呈负相关。

Microbiomics, metabolomics, predicted metagenomics and hepatic steatosis in a population‐based study of 1355 adults
06-12, doi: 10.1002/hep.31417

【主编评语】目前已有不少针对肠道菌群与肝脂肪变性的研究，但因为样本数量有限（n ≤ 156）因此结果不统一。本文纳入了1355名成年人（含472名肝脂肪变性患者）进行多组学分析，证明肝脂肪变性患者肠道菌群丰度低，粪球菌属、高氏瘤胃球菌和瘤胃球菌独立于BMI和饮食等混淆因子与肝脂肪变性相关，以及相关代谢物如次级脂肪酸代谢在肝脂肪变性中出现异常。作者呼吁未来还可以细分不同形式的肝脂肪变性，并将患者基因型考虑在内，以期得到更为全面深入的结果。（@潇洒小姐陈）

“吃多了”的生物学研究（综述）

Obesity Reviews[IF:7.31]

① 过度进食会导致各年龄段人群体重增加；② 在长期研究中，能量摄入与体重增加和脂肪储存之间存在高度显著的相关性，且个体差异有限，遗传因素是其中一个原因；③ 膳食组成（如总脂肪、PUFA和碳水化合物）以及出生体重影响脂肪组织分布；④ 过度进食会影响内分泌系统，胰岛素和T3水平常见升高，而生长激素被迅速抑制；⑤ 血脂变化受饮食、运动和体重增加程度的影响；⑥ 长期过度进食会显著改变脂肪和骨骼肌的形态和代谢。

The biology of human overfeeding: A systematic review
06-08, doi: 10.1111/obr.13040

【主编评语】研究基于300多篇文章，从生物学的角度综述了过度进食对机体的影响。过度进食涉及体重、血脂以及体脂的增加，影响机体内分泌系统，改变脂肪和骨骼肌的代谢等。目前急性和慢性干预研究很多，未来需要多种研究方法的结合，结合相关组学技术，以探究过度节食对机体代谢的作用机制。（@兵兵）

差异裂解法可为肠道宏蛋白质组学选择性提取种类特定的蛋白

Analytical Chemistry[IF:6.785]

① 为分离人体粪便中的不同菌种并加深宏蛋脂质组学检测深度，建立五步差异裂解法；② 超音波和1%十二烷基硫酸钠（SDS）明显增加粪便菌群的蛋白提取种类和量；③ 拟杆菌属等革兰氏阴性菌比例随SDS增加而减少，放线菌和肠杆菌科等革兰氏阳性菌比例随SDS浓度增加而增加；④ 碳水和能量代谢及核糖体翻译的相关蛋白不受提取方法影响，但SDS可提高其提取量；⑤ 低SDS浓度提取液可提取与蛋白修饰和细胞动力相关蛋白，高SDS浓度可提取脂质代谢相关蛋白。

Differential Lysis Approach Enables Selective Extraction of Taxon-Specific Proteins for Gut Metaproteomics
02-25, doi: 10.1021/acs.analchem.0c00062

【主编评语】菌群的宏蛋白质组检测是对菌群的功能性检测，而目前，针对丰度较低的菌群及其功能产物的研究常被忽略，《Analytical Chemistry》的这篇文章通过差速离心增加人体粪便细菌的提取量，然后使用两种五步差异裂解法DL1和 DL2。DL1和DL2的五步里均有逐步增加的SDS浓度（0，0，1%，2%，4%），但DL1前4步均有1分钟超音波，而DL2没有，二者的第五步均有一个10分钟的超音波。发现细胞壁较厚的革兰氏阳性菌提取量随SDS的增加而增加，而细胞壁较薄的革兰氏阴性菌的提取量则随SDS的增加而减少，相应的，蛋白种类和数量也因为提取方法的不同而不同。作者在这里给我们提供了一个可供参考的粪便蛋白提取方案，可根据我们的不同需求调整。（@潇洒小姐陈）

器官水平蛋白网络可作为微生物的宿主效应的参考

Genome Research[IF:11.093]

① 在常规饲养和无菌小鼠的大脑、脾脏、心脏、小肠和结肠中应用复合定量蛋白组学，在7000多种蛋白中识别出与微生物定殖状态的相关性；② 选取与特定器官显著相关的蛋白，建立蛋白-蛋白交互网络，并视化到3D小鼠模型，供探究和鉴定微生物定殖对特定器官的宿主效应；③ 本蛋白网络在生物中验证了已知的异生物质代谢、先天免疫系统和谷氨酸相关蛋白的作用；④ 线粒体蛋白在生物内有差异，包括和NADH相关且在常规饲养小鼠各器官中水平高的NNT蛋白。

Organ level protein networks as a reference for the host effects of the microbiome
01-28, doi: 10.1101/gr.256875.119

【主编评语】探索微生物群落对宿主影响的机理研究通常是由无菌小鼠完成。《Genome Research》的这篇文章为探索微生物定殖于肠道内外时不同蛋白的作用，使用蛋白质组学的方法分析鉴定小鼠不同器官的蛋白、建立蛋白网络并将其3D视化，使菌群研究者由此深入探究宿主-微生物互作下特定器官和生物体内的变化。（@潇洒小姐陈）

Nature子刊：高通量自动化类器官培养辅助药物开发和诊断

Nature Biomedical Engineering[IF:18.952]

① 发展了一个类器官阵列技术，可对数以千计的单个胃肠类器官进行实时分析；② 该技术便于促进上皮细胞（干细胞）快速聚集、便于将类器官分为有规则的阵列、可作为人工壁龛将上皮干细胞聚合为类器官；③ 该技术可显著降低类器官异质性，既适用于培养小鼠肠道类器官，也适用于有效培养人体上皮样类器官（如结肠）；④ 已使用该设备培养患者来源结直肠癌类器官以筛选抗癌候选药物，并使用基于高通量图像的表型分析来揭示药物的作用机制。

High-throughput automated organoid culture via stem-cell aggregation in microcavity arrays
06-08, doi: 10.1038/s41551-020-0565-2

【主编评语】干细胞来源的上皮类器官通常用于组织的生物学和生物医学模型。然而，在固体胞外基质中培养干细胞较为复杂，且缺乏标准化和质量控制，这阻碍了类器官在工业规模中的常规使用。最新发表在《Nature Biomedical Engineering》的研究报道了一个微工程细胞培养装置，以及可伸缩的、自动化的悬浮培养方法，可对聚合物-水凝胶基质内的微腔阵列中数以千计的单个胃肠类器官进行实时分析。该类器官培养方法可用于药物开发和诊断。（@Lexi）

感谢本期日报的创作者：潇洒小姐陈，楸楸，Dr.陈彬林，大月半，爱的抉择，王文东，Lexi

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