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菌群功能分析
稳定同位素探测用于菌群功能研究(综述)
① 菌群宿主共生系统可概念化为大量元素(C,H,O,N,S,P)和微量元素(Fe,Zn,Mg等)的质量守恒;② 共生系统新元素的来源是食物,宿主消化和分解食物,吸收营养并产生分泌物,菌群利用和代谢这些衍生物,也产生被宿主吸收的短链脂肪酸等化合物;③ DNA/RNA-SIP,PLFA-SIP,Protein-SIP和显微拉曼光谱、NanoSIMS等稳定同位素探测方法,允许从系统生物学研究中检验假说和发现新功能;④ 可被用于确定微生物营养利用策略和竞争、合作和互养等生态关系。
菌群功能分析
稳定同位素探测
系统生物学
菌群代谢物
宿主-菌群互作
宿主生理和饮食,哪个对菌群影响更大?
① 20余研究机构的学者对18种灵长目动物(包括新世界猴,旧世界猴,人猿和狐猴等四科)的肠道菌群进行了研究;② 发现食性(食叶和非食叶)虽然可以影响肠道菌群结构,但与之相比宿主的演化趋势(物种差异)才是决定性因素;③ 宏基因组测序同时表明,菌群的功能结构与物种结构一样,也主要受宿主系统发育和生理特点的影响;④ 灵长类动物中,宿主本身的差异(而不是饮食、地理差异等因素)才是影响其肠道菌群的主要因素。
宿主-菌群互作
灵长类动物微生物组
食性
性别差异
Cell子刊:短期禁食后,肝脏代谢有性别差异
① 对肝脏转录组谱的分析揭示,小鼠对于短期禁食的应答存在性别差异,而脂肪及肌肉中无此性别差异;② 雌鼠(而非雄鼠)利用氨基酸合成脂质,以在短期禁食期间增加肝脏中的能量沉积;③ 肝脏中的雌激素受体(ERα)在上述性别差异中起了重要作用,在出生前后,睾酮被芳香化酶转化为雌二醇,从而激活ERα;④ 在新生雌鼠中,围产期暴露于雌二醇使肝脏代谢雄性化。
性别差异
短期禁食
氨基酸代谢
糖异生
雌激素受体
菌群代谢物
菌群生成的维生素或是治疗IBD的新靶点
① IBD的特征是肠道菌群失调,包括菌群功能和代谢能力的改变,直接影响宿主生理病理学;② 将计算分析与人体T细胞体外筛选相结合,鉴定直接影响T细胞活性的新型菌群代谢物;③ 139种筛选代谢物中,鉴定出12种新的直接影响体外CD4+ T细胞功能的生物活性化合物,有6种是脂肪酸中间体,抗坏血酸是唯一人体无法生成的微生物衍生的生物活性分子;④ 微生物产生的抗坏血酸作为潜在的药物靶点,通过改变细胞代谢来抑制炎症性T细胞功能,从而改善疾病。
菌群代谢物
T细胞
抗坏血酸
功能性腹痛和不适
功能性腹痛和不适或与菌群组成无关
① 采用Hadizadeh等的方法,在SHIP-Trend人群中检验腹痛和不适是否与粪便菌群组成相关;② 排除表型数据不完整及使用抗生素,初步确认菌群β多样性与症状相关;③ 但排除已知的胃肠道疾病患者,校正年龄、性别等因素后,在属和OTU水平,疾病与对照组间无差异;④ 原因可能在于试验设计不同:Hadizadeh等存在人群的选择偏倚,参与者症状更重,且试验表型变量不同;⑤ 在真实的基于人群的队列中校正所有因素后,腹痛和不适与肠道菌群组成之间无关。
功能性腹痛和不适
肠道菌群
ABDOMINAL PAIN
COLONIC MICROFLORA
functional bowel disorder
糖代谢
山大齐鲁医院:TRIM31缺陷与小鼠的糖代谢受损及肠道菌群紊乱相关
① TRIM31是一种E3泛素连接酶,在先天性免疫应答中发挥重要作用,可降低NLRP3炎症小体的活性;② 分析对比TRIM31-/-小鼠及野生型小鼠的糖代谢参数、肠道菌群组成及炎症细胞因子水平;③ TRIM31-/-小鼠的糖耐受降低,并表现出胰岛素抵抗,肠道菌群组成显著改变,普雷沃氏菌科及韦荣球菌科的丰度显著增加;④ TRIM31-/-小鼠的糖代谢受损伴随着血清TNF-α、IL-1β浓度的升高,以及盲肠TNF-α、IL-1β、caspase-1及NLRP3表达的上调。
糖代谢
益生菌
四川大学等:两歧双歧杆菌菌株或能改善糖脂代谢
① 47名患有轻度高血糖和血脂异常的中老年受试者口服两歧双歧杆菌TMC3115,干预3周;② TMC3115显著降低受试者的血浆总胆固醇和LDL-C水平,排便次数和粪便气味也明显优于干预前;③ TMC3115增加了厚壁菌门、拟杆菌属和放线菌门,降低了变形菌门和梭杆菌门,Dorea菌属和毛螺菌属显著增加,干预后一周的厚壁菌门增加,拟杆菌门降低;④ 血清甘油三酯与拟杆菌门和拟杆菌属的比例负相关,Dialister菌属的相对丰度与血清LDL-C和总胆固醇负相关。
益生菌
肠道菌群
中老年人
高血糖症
血脂异常
1型糖尿病
卡介苗可长期改善1型糖尿病患者的血糖
① 纳入282名受试者(包括211名1型糖尿病患者),52名进行卡介苗临床研究,230名进行体外实验;② 使用卡介苗3年后,患者的血红蛋白A1c(HbA1c)显著降低,在接下来的5年间可降至正常水平附近;③ 卡介苗导致糖代谢由氧化磷酸化向有氧糖酵解的转化,后者利用的葡萄糖更多;④ 另外,卡介苗可通过表观遗传调节途径,重塑6个Treg核心基因的表达,从而对免疫耐受进行重编程。
1型糖尿病
卡介苗
糖代谢
有氧糖酵解
氧化磷酸化
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