Nature子刊：通过多组学研究肠道菌群对肝脏脂质代谢的影响
德国学者Jan Krumsiek和Josef Ecker等人于2018年9月14日在《Nature Communications》发表题目为《The gut microbiota promotes hepatic fatty acid desaturation and elongation in mice》的文章。该研究通过转录组学，蛋白质组学，磷酸化蛋白质组学和脂质组学分析肠道菌群对肝脏和血浆中脂质代谢的影响。
研究摘要
肠道微生物生态系统与宿主脂质稳态之间的相互作用与宿主生理学和代谢疾病密切相关。
我们提出了肠道微生物定植对肝脏脂质代谢影响的综合的多组学观点，整合了来自无菌和无特定病原体小鼠的肝脏和血浆样品的转录组学，蛋白质组学，磷酸化蛋白质组学和脂质组学分析。
微生物通过硬脂酰辅酶A去饱和酶1诱导单不饱和脂肪酸生成，并通过脂肪酸延长酶5诱导多不饱和脂肪酸延伸，进而导致甘油磷脂酰基链分布的显著改变。
根据无菌小鼠中脂肪酸谱的改变计算复合分类评分，无菌小鼠清楚地区分为抗生素处理的小鼠与未处理对照小鼠。机理研究表明，肠道菌群代谢产物乙酸盐作为肝脏合成C16和C18脂肪酸及其相关的甘油磷脂物质的前体，这些物质也被释放到循环中。
文中主要图片说明
图1 来自SPF和GF小鼠的肝脏样品的转录组学，蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析。a：通过t检验分析转录组数据，（n = 6/6）。b： KEGG途径富集转录组数据。c：蛋白质组数据，通过t检验分析（n = 5/5）。d：KEGG途径富集蛋白质组数据。e：转录组-蛋白质组相关性。f：来自e的Q2生物过程的GO富集分析。g：通过t检验分析磷酸化蛋白质组，（n = 5/5）。h：蛋白质组-磷酸化蛋白质组比较。i：维恩图显示检测到的基因，蛋白质和磷蛋白的重叠。e，h ：Q1，Q2，Q3和Q4标记相关图的象限; 定向p值定义为-log10（p）乘以效果的方向。b，d，f红点表示与脂质相关的途径。FDR：错误发现率，GF：germfree，SPF：无特定病原体。
图2 GF和SPF小鼠肝脏和血浆的定量脂质组分析。显示来自实验1的数据（n = 6/6）。在实验2中候选者被验证（SPF：n = 14; GF：n = 12）以蓝色（SPF高）或橙色（GF高）显示。a：肝脏中的总脂肪酸（FA）。b：肝脏中的PC种类。c：血浆中的总FA。d：血浆中的PC种类。a-d火山图：单个脂质种类的显著性和log2倍变化; 方框图：GF和SPF小鼠中饱和（SA），单不饱和（MU）和多不饱和（PU）脂质种类的浓度;条形图：GF动物的分子脂质种类谱。在箱线图中，粗线代表中位数，方框的上下线显示25％和75％四分位数，胡须是数据四分位数范围的1.5倍。条形图中的误差条显示标准偏差。e：实验1中肝脏样本的脂类分类。f：实验1中肝素样品的鞘脂组成。g：实验1中血浆脂质类组成。GF：无菌，PC：磷脂酰胆碱（二酰基），PC：O磷脂酰胆碱（烷基酰基），SPF：无特定病原体
图3 从多组学数据和FA-甘油磷脂种类相关性重建FA代谢途径。a：棕榈酸的细胞从头合成，延长饱和及不饱和变为单不饱和FA。b：n-3和n-6 PUFA的代谢。 （I-III）表明与SPF小鼠相比，GF中改变的关键过程。c：控制a和b的转录因子和调节因子。d：产物与反应（II）和（III）中的适当基因或蛋白质表达的前提比率的相关性。e：FA种类比率与反应（II）和（III）的相应PC或LPC比率的相关性。f：图中的图例突出显示了所有分子实体的关联强度和方向。FA：脂肪酸，LPC：Lyso-PC，MUFA：单不饱和脂肪酸，PC：磷脂酰胆碱，PUFA：多不饱和脂肪酸，SAFA：饱和脂肪酸
图4 抗生素对肝脏FA代谢的影响以及盲肠微生物种类与FA代谢结果的关系。用氨苄青霉素（A，n = 6），甲硝唑（M，n = 5），万古霉素（V，n = 6）或V和M的组合（VM，n = 6）处理SPF小鼠。a：GF和抗生素治疗的SPF小鼠的分类灵敏度和特异性。b：来自第三个实验的GF和SPF小鼠（GF：n = 5，SPF：n = 5）的得分以验证分类得分。c：抗生素治疗和未治疗小鼠的评分。d：Fasn，Scd1和Elov15的相对mRNA表达的平均值和标准偏差。e：α-多样性分析显示为丰度计数，f为香农有效计数。来自A处理的小鼠的样品可重复地产生太少的序列，因此不能包括在16S rRNA基因扩增子分析中。g：多维度显示基于一般UniFrac距离的样本之间微生物群的系统发育构成（β多样性）的差异。h：门水平的微生物群组成。Kruskal-Wallis分析后，与抗生素治疗的小鼠相比，未经治疗的小鼠的OTUs最显著不同。
图5 纤维衍生的FA 2：0是肝脏合成脂肪酸和甘油磷脂的前体。通过口服管饲法以指定量（n = 3 /组）向SPF小鼠补充13C-FA 2：0，在管饲后4小时取样。a：肝脏和b：血浆中FA 16：0的同位素分布。c：相对于肝脏和e：等离子体中未标记的对照组中M0，M1-M6同位素异构体的分数变化（％）。d：肝脏中从头合成FA 16：0的比例。SPF小鼠用VM（TP2）治疗2天，另外2天（TP4）或10天（TP14）不用抗生素（n = 6 / TP）;对照SPF小鼠未接受抗生素（n = 6 / TP）。f：α-多样性分析显示为丰度计数和g：香农有效计数。h：多维度显示基于一般UniFrac距离的样本之间微生物群的系统发育构成（β多样性）的差异。i：在盲肠内容物中确定的主要的门水平的微生物的组成。j：门静脉SCFA水平。k：肝脏和l：血浆中选定的MUFA，PUFA和MUPC的水平。AB：抗生素，Ac：乙酸盐，VM：万古霉素与甲硝唑的组合。i-l中的红点和误差条表示对照组和VM组之间的显著差异（p <0.05）。m：抗生素实验的实验设置。
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