脂質(zhì)是食物的主要成分之一，同時，脂質(zhì)也是構(gòu)成細(xì)胞生物膜和構(gòu)件的重要組成部分^[1]，此外，脂質(zhì)可以用于能量儲存和代謝，并且是許多細(xì)胞活動的信號分子，因此，脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)對于維持穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要^[2]。脂質(zhì)代謝失調(diào)是很多疾病中突出的代謝改變之一，例如各種肥胖、代謝紊亂相關(guān)疾病。有研究表明脂質(zhì)代謝失調(diào)是癌癥中最突出的代謝改變^[1]，通過對脂質(zhì)代謝進(jìn)行監(jiān)控，對人體健康監(jiān)測有著重要意義。

通過微生物組學(xué)+脂質(zhì)代謝組學(xué)+其他組學(xué)的研究方式，可以對脂質(zhì)在代謝活動中變化、宿主代謝變化等多維度監(jiān)測，全面解讀微生物代謝與宿主之間相關(guān)聯(lián)系，探索微生物-代謝產(chǎn)物-宿主三者之間互作機(jī)制。

圖1.脂質(zhì)代謝^[3]

今天，我們將從三個案例，見證脂質(zhì)代謝組學(xué)與多重組學(xué)結(jié)合的非凡效果，認(rèn)識脂質(zhì)代謝組在研究中的重要性。

宏基因組+代謝組+轉(zhuǎn)錄組

英文名稱：The gut microbiome modulates the protective association between a Mediterranean diet and cardiometabolic disease risk^[4]

中文名稱：腸道微生物組調(diào)節(jié)地中海飲食與心臟代謝疾病風(fēng)險之間的保護(hù)性關(guān)聯(lián)

雜志：Nature Medicine

影響因子：53.440

發(fā)表時間：2021.02

圖2.文章實驗策略（腸道微生物+飲食+心臟代謝性疾病聯(lián)合）

主要研究方法與結(jié)論：

（1）實驗對象：307位男性參與者

（2）研究思路：

①飲食量化：連續(xù)三十年跟蹤307位被試者的飲食，問卷調(diào)查
②宏基因組+轉(zhuǎn)錄組：縱向采集每個受試者糞便（4個時間點(diǎn)），宏基因組及轉(zhuǎn)錄組測序，確定受試者腸道微生物種類及功能
③生理特征+代謝組：受試者血液樣本中葡萄糖穩(wěn)態(tài)，脂質(zhì)代謝以及炎癥的生物標(biāo)志物，評估受試者心血管代謝疾病風(fēng)險
④風(fēng)險評估：血脂異常+血糖+炎癥綜合評分

（3）研究結(jié)果：

堅持健康的地中海飲食模式與腸道微生物組的組成、功能以及酶種類和結(jié)構(gòu)相關(guān)，地中海飲食指數(shù)與膳食纖維代謝物和短鏈脂肪酸的生產(chǎn)者呈正相關(guān)，與產(chǎn)氣莢膜梭狀芽胞桿菌呈負(fù)相關(guān)。全谷類、蔬菜、水果和加工肉類是飲食特性與微生物特征關(guān)聯(lián)主要驅(qū)動因素，地中海飲食影響微生物植物多糖的降解潛力、脂質(zhì)代謝為短鏈脂肪酸和果膠代謝，堅持地中海飲食與風(fēng)險評估評分負(fù)相關(guān)，在普雷沃特菌（Prevotella copri.）豐度降低的參與者中，堅持地中海飲食與心臟代謝疾病風(fēng)險之間的保護(hù)性關(guān)聯(lián)顯著增強(qiáng)。
結(jié)論：證明了長期飲食對腸道微生物群的影響，飲食驅(qū)動的慢性病風(fēng)險受到腸道微生物群的調(diào)節(jié)。

微生物組+脂質(zhì)代謝組

英文名稱：Alterations in the human oral and gut microbiomes and lipidomics in COVID-19^[5]

中文名稱：新冠肺炎患者口腔和腸道微生物組及脂質(zhì)組學(xué)的變化

雜志：Gut

影響因子：23.059

發(fā)表時間：2021.07.01

圖3.微生物組和脂質(zhì)代謝組之間的聯(lián)合分析

主要研究方法與結(jié)論：

縮寫：CPs（確診患者），SPs（疑似患者），CPRs（確診后康復(fù)），SPRs（疑似后康復(fù)），HCs（健康對照）

（1）實驗對象：我國中部和東部地區(qū)392份舌苔樣本、172份糞便樣本和155份血清樣本。

（2）研究思路：
①微生物組：口腔微生物+糞便微生物
②代謝組（血漿）：脂質(zhì)代謝組，檢驗受試者血漿脂質(zhì)代謝組

（3）研究結(jié)果：

與健康對照相比，確診患者的口腔微生物多樣性顯著降低， 確診患者口腔微生物組某些與丁酸及脂多糖產(chǎn)生的菌種豐度發(fā)生顯著變化，這可能與新冠患者炎癥反應(yīng)有關(guān)。確診患者的腸道微生物多樣性顯著降低，通過隨機(jī)森林方法，構(gòu)建了基于口腔微生物的新冠肺炎分類器，使用同種方法，建立了基于腸道微生物的新冠肺炎分類器并驗證了分類器的準(zhǔn)確性。代謝組分析表明CPs和CPRs之間脂質(zhì)代謝產(chǎn)物存在顯著差異，通過口腔和腸道微生物組以及脂質(zhì)代謝組聯(lián)合分析表明，脂質(zhì)分子與口腔和腸道微生物群落的變化密切相關(guān)，脂質(zhì)分子和微生物群落與新冠肺炎的恢復(fù)密切相關(guān)
總結(jié)：該研究首次描述了COVID-19患者的口腔微生物群和康復(fù)患者的口腔微生物群和脂質(zhì)變化，探討了它們之間的相關(guān)性，并發(fā)現(xiàn)了可能參與新冠肺炎發(fā)展和預(yù)后的關(guān)鍵細(xì)菌和脂質(zhì)分子。

微生物組+轉(zhuǎn)錄組+脂質(zhì)代謝組+FMT

 

英文名稱：The gut microbiota during the progression of atherosclerosis in the perimenopausal period shows specific compositional changes and significant correlations with circulating lipid metabolites^[6]

中文名稱：圍絕經(jīng)期動脈粥樣硬化進(jìn)展過程中的腸道菌群表現(xiàn)出特殊的組成變化，并與循環(huán)脂質(zhì)代謝產(chǎn)物顯著相關(guān)

雜志：Gut Microbes

影響因子：10.245

發(fā)表時間：2021.03.11

圖4.不同組別小鼠脂質(zhì)代謝物圖

主要研究方法與結(jié)論：

縮寫：AS（動脈粥狀硬化），CVD（心血管疾病）

（1）實驗對象：高脂喂養(yǎng)的C57BL/6小鼠，高脂喂養(yǎng)ApoE-/-(動脈粥樣硬化模型)小鼠，去卵巢高脂喂養(yǎng)ApoE-/-小鼠，去卵巢高脂喂養(yǎng)ApoE-/-小鼠并投喂雌性激素

（2）研究思路：
①小鼠患病率：實驗鼠生理狀態(tài)表征（血脂水平：TC，TG，LDL-c，HDL-c）
②微生物組+轉(zhuǎn)錄組：小鼠組別之間基因表達(dá)差異
③脂質(zhì)代謝組（血漿）：小鼠組別之間脂質(zhì)代謝差距
④FMT：糞菌移植驗證腸道微生物作用。包括：高脂喂養(yǎng)的C57BL/6小鼠/去卵巢高脂喂養(yǎng)ApoE-/-小鼠并補(bǔ)充雌性激素——去卵巢高脂喂養(yǎng)ApoE-/-小鼠，

（3）研究結(jié)果：

切除卵巢后，小鼠患AS幾率上升，但補(bǔ)充雌激素后，其患AS幾率下降；切除卵巢小鼠肝臟脂質(zhì)代謝相關(guān)酶水平顯著升高，脂質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)酶mRNA水平顯著降低，通過喂養(yǎng)雌激素，可減少切除卵巢小鼠與未切除小鼠之間差異。去卵巢HFD小鼠脂質(zhì)代謝組學(xué)發(fā)生明顯改變，通過補(bǔ)充雌激素可逆轉(zhuǎn)變化，四組小鼠腸道微生物組成均不同，去卵巢小鼠補(bǔ)充雌激素后，腸道微生物逆轉(zhuǎn)為未去卵巢小鼠腸道微生物組成。糞菌移植重塑了去卵巢高脂飼料喂養(yǎng)的ApoE-/-小鼠腸道微生物并減輕動脈粥樣硬化，并逆轉(zhuǎn)去卵巢高脂飼料喂養(yǎng)的ApoE-/-小鼠的脂質(zhì)代謝組。
總結(jié)：圍絕經(jīng)期AS進(jìn)展過程中腸道微生物組表現(xiàn)出特殊的變化，并與脂質(zhì)代謝產(chǎn)物顯著相關(guān)，補(bǔ)充雌激素可能對腸道細(xì)菌和脂質(zhì)代謝產(chǎn)生有益影響。
基于以上3篇文章我們可以發(fā)現(xiàn)，首先可以選擇價格較低，周期較快的微生物多樣性（16S rRNA基因測序）測序，初步了解不同處理組樣本微生群落組成的變化，得到差異的物種，若需要進(jìn)一步在功能層面上進(jìn)行研究，可進(jìn)行宏基因組測序，探究功能的組成和變化規(guī)律，同時通過代謝組分析（非靶，靶向，廣靶等）得到代謝組的組成和差異，最后通過微生物+代謝聯(lián)合分析，全面的解析相關(guān)生物學(xué)問題，深入探究疾病發(fā)展機(jī)理，微生物與動植物互作機(jī)制等（如下圖所示）。

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參考文獻(xiàn)：

[1] Xueli Bian, Rui Liu, Ying Meng,and etc.Lipid metabolism and cancer. J Exp Med 4 January 2021; 218 (1): e20201606.
doi: https://doi.org/10.1084/jem.20201606

[2] R?hrig, F., and A. Schulze. The multifaceted roles of fatty acid synthesis in cancer. Nat. Rev. Cancer. 2016.16:732–749.
doi: https://doi.org/10.1038/nrc.2016.89

[3] Clara Ibá?ez, Lamia Mouhid, Guillermo Reglero, and Ana Ramírez de Molina
Journal of Agricultural and Food Chemistry 2017 65 (36), 7827-7842
doi: 10.1021/acs.jafc.7b02643

[4] Wang, D.D., Nguyen, L.H., Li, Y. et al. The gut microbiome modulates the protective association between a Mediterranean diet and cardiometabolic disease risk. 2021Nat Med 27, 333–343
doi:https://doi.org/10.1038/s41591-020-01223-3

[5] Ren Z, Wang H, Cui G, et al.Alterations in the human oral and gut microbiomes and lipidomics in COVID-19Gut. 2021;70:1253-1265.
doi:http://orcid.org/0000-0003-0798-3444

[6] Qinghai Meng, Menghua Ma, Weiwei Zhang, and etc. ) The gut microbiota during the progression of atherosclerosis in the perimenopausal period shows specific compositional changes and significant correlations with circulating lipid metabolites, Gut Microbes, 2021,13:1
doi: 10.1080/19490976.2021.1880220