富集的代谢物可能促进具有老年型肠道菌群的受试者中与年龄相关的疾病

Enriched metabolites that potentially promote age-associated diseases in subjects with an elderly-type gut microbiota

作者信息Shin Yoshimoto, Eri Mitsuyama, Keisuke Yoshida, Toshitaka Odamaki, Jin-Zhong Xiao
PMID33430687
发布时间2021-01
DOI10.1080/19490976.2020.1865705

实验完整度

中

研究包含粪便代谢组学与菌群关联分析,以及正常结肠上皮细胞和结肠癌细胞系的体外功能实验,但缺乏体内动物模型验证。

主要模型

E-GM组(老年型肠道菌群) A-GM组(成人型肠道菌群) HCoEpiC正常结肠上皮细胞 HCT116结肠癌细胞系

重点核对

E-GM组与A-GM组受试者年龄匹配(分别为75.1±7.6岁和71.6±6.5岁) 粪便代谢物浓度:胆碱、TMA、N8-乙酰精胺、胆酸、丙酸(见表1) 体外实验中代谢物处理浓度(低于粪便检测浓度) HCT116细胞增殖实验中使用N8-乙酰精胺浓度及处理时间(24h、72h) HCT116细胞活力实验中使用20 μM奥沙利铂及48小时处理

摘要

我们之前调查了453名年龄在0至104岁的健康日本受试者的肠道菌群,发现肠道菌群的组成可以分为一些与年龄相关的聚类。在这项研究中,我们比较了年龄匹配和年龄不匹配的老年受试者之间的粪便代谢物,以检查肠道菌群在老年人健康中的作用。通过CE-TOF-MS测量了16名属于年龄匹配聚类(老年型肠道菌群组,E-GM)的老年受试者和另外16名属于年龄不匹配聚类(成人型肠道菌群组,A-GM)的老年受试者的粪便代谢物。两组之间共有八种代谢物显著不同:胆酸和牛磺胆酸在A-GM组中富集,而胆碱、三甲胺(TMA)、N8-乙酰精胺、丙酸、2-羟基-4-甲基戊酸和5-甲基胞嘧啶在E-GM组中富集。E-GM组中升高的某些代谢物(胆碱、TMA、N8-乙酰精胺)是已被报道为年龄相关疾病(如动脉硬化和结直肠癌)风险因素的代谢物或前体。E-GM组中属于变形菌门的某些物种(已知为产TMA细菌)的丰度增加,并且与粪便TMA水平相关。体外实验表明,这些老年型粪便代谢物抑制了正常结肠上皮细胞中与紧密连接相关的基因表达,并诱导了结肠癌细胞中炎性细胞因子的表达。这些发现表明,由老年肠道菌群产生的代谢物可能有助于肠道和全身稳态,并可能成为预防与年龄相关疾病的靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
年龄匹配的老年型肠道菌群产生的粪便代谢物是否与年龄相关疾病有关,并如何影响肠道屏障和结肠癌细胞?
核心机制
老年型肠道菌群富集的代谢物(如TMA、胆碱、N8-乙酰精胺)可能通过抑制紧密连接基因表达增加肠道通透性,并通过诱导炎性细胞因子(IL-8、IL-22)促进结肠癌细胞增殖和化疗耐药。
主要证据
通过CE-TOF-MS比较32名老年人粪便代谢物,发现8种代谢物差异;在HCoEpiC中验证TMA、胆碱、丙酸抑制claudin-4和occludin表达;在HCT116细胞中N8-乙酰精胺诱导IL-8、IL-22并促进增殖和耐药。
研究意义
研究表明老年型肠道菌群的代谢物可能成为预防年龄相关疾病(如动脉硬化和结直肠癌)的靶点,为肠道菌群与全身稳态的关联提供线索。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

受试者分组与菌群分析

识别具有老年型肠道菌群(E-GM)和成人型肠道菌群(A-GM)的老年受试者

基于453名健康日本人的16S rRNA测序数据进行PCoA聚类,选择年龄匹配的E-GM组(16人)和年龄不匹配的A-GM组(16人),比较菌群组成差异。

2

粪便代谢物检测与分析

比较两组间粪便代谢物差异,并关联菌群丰度

使用CE-TOF-MS检测粪便代谢物,鉴定显著差异的8种代谢物,并计算其与细菌丰度的相关性。

3

体外正常结肠上皮细胞实验

评估代谢物对肠道屏障功能的影响

将代谢物以低于粪便浓度的剂量处理HCoEpiC细胞,检测紧密连接基因表达。

4

体外结肠癌细胞实验

评估代谢物对结肠癌进展的影响

将代谢物处理HCT116细胞,检测炎症因子和生长因子表达,并研究N8-乙酰精胺对细胞增殖和化疗敏感性的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
毛细管电泳-飞行时间质谱Human Metabolome Technologies (HMT)--
结肠上皮细胞培养基ScienceCell Research Laboratories--
RPMI 1640培养基Thermo Fisher Scientific11875093
胎牛血清MP Biomedicals2916554
青霉素-链霉素----
TRIzol试剂Life Technologies--
氯化胆碱Tokyo Chemical IndustryC0329
胆酸FUJIFILM Wako032-03042
奥沙利铂Sigma-Aldrich--
细胞计数试剂盒8Dojindo--
Ki-67抗体eBioscience14-5698-82
荧光标记二抗Thermo Fisher ScientificA-11006

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
受试者分组
E-GM组和A-GM组的年龄匹配情况,以及菌群聚类分析的条件
阅读提示:Results: Subject selection based on gut microbiota composition; Materials and methods: Gut microbiota analysis
粪便代谢物检测
CE-TOF-MS分析的样品制备、数据库匹配容差(MT±0.5 min,m/z±10 ppm)
阅读提示:Materials and methods: Metabolomic analysis and fecal metabolite concentration determination
体外细胞实验
代谢物处理浓度(低于粪便浓度)和细胞培养条件(HCoEpiC培养于CoEpiCM,HCT116培养于RPMI 1640)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture; Results: Effects on normal colonic epithelial cells and colon cancer cells
细胞增殖与活力实验
N8-乙酰精胺的浓度和处理时间(24h、72h),奥沙利铂浓度(20 μM)和处理时间(48h)
阅读提示:Materials and methods: Cell proliferation assay, Cell viability assay; Figure 5
统计分析
Welch's t-test (p<0.05), LEfSe默认参数, Spearman相关性Q值<0.1
阅读提示:Materials and methods: Statistical analysis