首页 > 业内资讯 > 企业动态
文献分享|连接肠菌与宿主的桥梁:肠菌代谢物——肠菌功能研究新篇章
2019-01-04 17:57   来源: 上海阿趣生物科技有限公司  点击次数: 关键词:
人的肠道内寄居着多种微生物,他们统称为肠道菌群。研究表明,肠道菌群失衡会导致多种人体疾病,包括糖尿病、肿瘤、心血管疾病、神经系统疾病等。

那么肠菌是怎么对人产生影响的呢?答案是肠菌产生的代谢物(1, 2)。接下来 Leo 就用今年 11 月 1 日发表在 Cell 上的一篇文章来给大家介绍如何发现肠菌代谢物,以及肠菌代谢物功能研究。
 

摘要
 

代谢紊乱如肥胖、糖尿病和心血管疾病与肠道微生物的结构和功能密切相关。有研究报道,肠道细菌可以将芳香族氨基酸代谢成生物活性物质。然而,这些代谢物如何影响疾病的机制研究还很少。该研究证明丙.酸咪唑(Imidazole Propionate, ImP)是一种肠道微生物产生的氨基酸代谢产物,并可以通过 mTORC1 信号损害胰岛素信号转导。

研究思路

1. 通过非靶向代谢组学分析 2 型糖尿病患者组(T2D)与对照组的代谢谱,发现差异代谢物;

2. 通过小鼠实验(无菌小鼠与常规小鼠比较),证明差异代谢物 ImP 与肠道菌有关;

3.  靶向代谢组学验证 ImP 在 T2D 病人中的水平,进一步确定 ImP 与 T2D 的相关性;

4. 宏基因组学测序结合生信分析,确定产生 ImP 的肠道微生物;

5. 分子生物学实验研究 ImP 影响 T2D 的分子机制。

研究结果

1. T2D 患者血浆中升高的 ImP 是由肠道菌代谢产生的

通过非靶向代谢组学发现 T2D 患者血浆中四种显著差异的氨基酸衍生物:硫酸多巴胺、谷氨酸盐、丙.酸咪唑和 N-乙酰腐胺。并通过比较无菌小鼠与普通小鼠,以及通过抗生素杀菌实验证明,ImP 与肠菌具有相关性。


图 1. (A) 抗生素杀菌处理后,ImP 水平降低;(B) 有菌小鼠 (CONVR) ImP 含量高于无菌小鼠 (GF);(C) 体外模拟肠道环境中培养 T2D 患者肠道菌群,在增加底物 histidine 的条件下,ImP 水平显著增加。
 
2. 靶向代谢组学证明,T2D 患者具有更高的 ImP 水平。
 
 
图 2. T2D 患者中,ImP 水平显著升高

3. 宏基因组测序结合生物信息分析,鉴定 T2D 患者产生 ImP 的肠道菌



 
图 3. (A) 肠道菌 Urocanate reductase (urdA) 将 Urocanate 代谢产生 ImP;(B) 基于 FAD 结合结构域对 UrdAs 进行了大规模分析,发现当 FAD 结构域中 373 位是酪氨酸(Y)、甲硫氨酸(M)的 UrdAs 是具有催化尿氨酸转变成 ImP 的真正的 UrdAs; (C) 宏基因组测序从 T2D 患者中鉴定出 42 种具有真正 UrdA 活性的菌株,其中 28 种(67%)在 T2D 组中高表达。

4. ImP 功能与作用机制研究

 
图 4. ImP 通过调节 p38 活性,使 p62 磷酸化,进一步激活 mTORC1 信号通路。激活的 mTORC1 一方面通过磷酸化抑制胰岛素受体底物 IRS 的活性,另一方面通过蛋白酶体降解 IRS,进而损害胰岛素信号。

总结与讨论

该研究鉴定出一种肠菌特异的代谢物——ImP,并证明了其在 T2D 中的作用及相关的分子机制。该研究对 T2D 的干预治疗提供的新的思路,同时也开辟了肠道菌代谢物功能研究的新篇章。
 
思考——肠菌功能研究得新思路

对肠道微生物的研究多集中在寻找疾病相关的肠道微生物,但是肠道菌对人体的影响多是通过其特有的代谢物来实现的。因此,单独发现疾病相关的肠道微生物既不能满足临床诊断治疗的需求,也不能满足对人们日常的饮食指导。寻找肠道菌特异的代谢物,并对其功能进行研究已经显得越来越重要,对肠菌代谢物的研究将必然成为下一个科研热点。

BIOTREE 肠道菌群代谢组学助力肠菌功能研究

Biotree 自主构建了肠道菌群代谢组数据库,建立了专业的肠道菌群代谢组学分析平台。数据库包含 1166+肠道菌群特有的代谢物,868+人菌共有的代谢物,以及人特有的代谢物。因此 Biotree 肠道菌群代谢组可以有效区分代谢物的来源:肠道菌群特有代谢物、人菌共有代谢物、人自身代谢物。

参考文献

1)Wen-Ting Xu, et al. The crosstalk between gut microbiota and obesity and related metabolic disorders. Future Microbiology. 2016 ,11 (6), 825-836. 

2)Shijuan Yan,et al. Metabolomics in gut microbiota: applications and challenges. Sci. Bull. 2016, 61 (15), 1151-1153.

3)Ara Koh, et al., Microbially Produced Imidazole Propionate Impairs Insulin Signaling through mTORC1. 2018, Cell 175, 1–15.

 

版权声明

本网站所有注明“来源:丁香园”的文字、图片和音视频资料,版权均属于丁香园所有,非经授权,任何媒体、网站或个人不得转载,授权转载时须注明“来源:丁香园”。本网所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源和作者,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

评论

发表评论评论 ()

本周

本月

总排行

生物学霸
帮助你升级成为学霸。
查看