腸道微生物具有非常豐富的代謝酶，將進(jìn)入的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成一系列腸道微生物代謝物，這其中的一些會(huì)進(jìn)入宿主血液循環(huán)系統(tǒng)，并有著重要的生理病理學(xué)作用。為了維持腸道微生物細(xì)菌在體內(nèi)的生長(zhǎng)代謝，需要有持續(xù)的營養(yǎng)攝入。這一部分進(jìn)入微生物組的營養(yǎng)是從哪來的?不同飲食如何塑造腸道微生物族群?最近，一項(xiàng)研究揭示了宿主血液循環(huán)中的乳酸會(huì)穿過腸道璧進(jìn)入腸道微生物組，但是是否也有其他宿主營養(yǎng)物質(zhì)從血液循環(huán)中返回腸道微生物組并為其提供營養(yǎng)?

　　2022年9月1日，來自普林斯頓大學(xué)的課題組(第一作者為曾憲豐博士)，來自加州大學(xué)爾灣分校的課題組和普林斯頓大學(xué)的課題組合作發(fā)表了文章。文章通過結(jié)合同位素示蹤，代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)技術(shù)，研究了腸道細(xì)菌在不同菌屬在體內(nèi)的營養(yǎng)偏好。

　　研究首先使用了13C-同位素標(biāo)記的不同飲食營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)小鼠進(jìn)行灌胃，通過分析盲腸內(nèi)容物和門靜脈的代謝物被標(biāo)記的程度來分析不同營養(yǎng)物質(zhì)是否進(jìn)入腸道微生物。這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)13C-可溶性膳食纖維(菊粉)相比于常見的淀粉標(biāo)記顯著更多的門靜脈短鏈脂肪酸，從而成為給腸道微生物組提供主要營養(yǎng)物質(zhì)的膳食。同樣地，相對(duì)于氨基酸來說，蛋白質(zhì)也顯著更多地給腸道微生物提供了營養(yǎng)，蛋白質(zhì)也是主要的支鏈脂肪酸和芳香族代謝物的主要來源。

　　為了定量宿主血液循環(huán)中的營養(yǎng)物質(zhì)對(duì)微生物組的營養(yǎng)貢獻(xiàn)，作者向小鼠血液循環(huán)中輸入了13C-或者15N-標(biāo)記的常見代謝物，通過測(cè)量小鼠糞便中的代謝物標(biāo)記程度來考察這些輸入的代謝物是否進(jìn)入腸道微生物組。這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)宿主血液循環(huán)中的水，乳酸，3-羥基丁酸以及尿素顯著地為腸道微生物組提供了營養(yǎng)物質(zhì)。

　　上述的研究都是將腸道微生物組作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，無法觀察不同腸道細(xì)菌的特異性。那么，是否有一種方法能夠同時(shí)測(cè)量不同腸道細(xì)菌的代謝過程?為此，作者結(jié)合同位素標(biāo)記和蛋白組的手段，將同位素標(biāo)記的盲腸內(nèi)容物進(jìn)行蛋白組分析，通過比較不同細(xì)菌特異性的多肽被同位素標(biāo)記的程度，實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)對(duì)于不同腸道細(xì)菌營養(yǎng)偏好的體內(nèi)定量。

　　作者首先測(cè)量了不同細(xì)菌對(duì)于菊粉，海藻蛋白和宿主乳酸的營養(yǎng)偏好。作者發(fā)現(xiàn)擬桿菌屬和以梭菌屬為代表的厚壁菌門的細(xì)菌更為偏好菊粉，而厚壁菌門的細(xì)菌也偏好蛋白質(zhì)作為營養(yǎng)物質(zhì)，而Akkermansia則顯著地偏好宿主乳酸。

　　為了驗(yàn)證這里測(cè)量的營養(yǎng)偏好，作者將小鼠放在高膳食纖維(菊粉)或者高蛋白的飲食下兩天，通過16S rRNA基因擴(kuò)增測(cè)序測(cè)量不同腸道微生物組的變化。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高膳食纖維飲食下，擬桿菌的相對(duì)比例增加了4倍，而梭菌屬的比例增加了2倍，這些結(jié)果符合測(cè)得的體內(nèi)營養(yǎng)偏好給出的估計(jì)。同樣地，高蛋白飲食增加了厚壁菌門的相對(duì)含量。這些實(shí)驗(yàn)也證明了不同的飲食通過促進(jìn)偏好使用攝入的營養(yǎng)物質(zhì)的細(xì)菌生長(zhǎng)來重塑微生物組成分。

　　總之，該研究提出了一種新穎的手段合并同位素標(biāo)記，代謝組和蛋白組來研究腸道微生物的代謝。同時(shí)也指出了由于受到儀器分辨率，有限的細(xì)菌蛋白組數(shù)據(jù)庫信息的限制，此工作的定量主要基于腸道菌屬的層面。作者也指出一些其他并行的手段，比如通過流式細(xì)胞儀分離不同細(xì)菌，將會(huì)給本研究的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的驗(yàn)證和提供更多的不同細(xì)菌代謝的信息。

　　原文鏈接：

　　https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.020

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