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客戶案例 | NC最新研究提醒：腸道菌群-心血管代謝疾病研究中糞便和血液代謝組存在不一致關聯

麥特繪譜

2023.2.16

血液代謝組通常用于人類研究，以探索腸道菌群衍生的代謝物與心血管代謝疾病（Cardiometabolic Disease）的關系，同時也有研究表明腸道菌群組成主要受糞便代謝組影響。目前，大多數腸道菌群-代謝組關聯研究都是使用糞便或血液進行代謝組分析，盡管在之前的幾項研究中都使用了糞便和血液代謝組學數據來探索腸道菌群-代謝組的關聯，但糞便和血液樣本不是在同一時間點收集的，而是從不同的參與者亞群中獲得的。因此，直接比較配對的糞便和血液代謝組與腸道菌群和心血管代謝疾病的關系雖然不是通行做法，但非常有必要，這有助于指導糞便和血液代謝組學技術在人類研究腸道菌群與心血管代謝疾病的關系中的實際應用。

2月2日，中山大學陳裕明教授、西湖大學鄭鉅圣研究員及團隊在Nature Communications (IF=17.694)發表最新研究，基于上千名中老年人隊列中的糞便宏基因組（149種物種和214條途徑）和配對的糞便和血液靶向代謝組學數據（132種代謝物）關聯分析，發現從血和糞便代謝組數據推斷微生物組與心血管代謝疾病相關性存在較多的不一致，提醒我們在進行關聯分析時應謹慎選擇合適的生物樣本。

（麥特繪譜提供血清和糞便Q300全定量代謝組服務，分別獲得232個和204個代謝物的濃度數據）

研究思路

圖1. 研究概況

研究結果

1. 配對糞便和血液代謝物之間的相關性

研究人員分別評估了配對的糞便和血液（血清）代謝物之間的表型相關性(糞便和血液中每個代謝物的值的直接比較)和遺傳相關性(配對糞便和血液代謝物之間共享遺傳力的比例)，發現配對糞便和血液代謝物之間的相關性普遍較低。其中3個代謝物（3-吲哚丙酸、甘氨熊脫氧膽酸和苯乙酸）在兩種相關性中重疊。

圖2

2. 配對糞便和血液代謝組與分類組成和微生物途徑的關系比較

鑒于大多數配對糞便和血液代謝物之間的相關性較低，研究人員進而探討分類組成或微生物途徑與配對糞便和血液代謝物之間的相關性是否存在差異，總體而言，與血液代謝物相比，糞便代謝物與分類組成和微生物途徑相關性更加顯著。基于分類組成，研究確定了98種預測良好的糞便代謝物和10種預測良好的血液代謝物，其中有8個代謝物重疊。隨后，研究人員在一個獨立的驗證隊列中驗證了上述分類組成/微生物途徑和良好預測的代謝物之間的關聯的穩健性。

圖3

3. 預測良好的代謝物與心血管代謝疾病的關聯

接下來，研究人員對上述在發現隊列中確定的預測良好的糞便和血液代謝物與流行的心血管代謝疾病(2型糖尿病T2D、肥胖、非酒精脂肪肝NAFLD和高血壓)的相關性進行了分析。結果發現有12種預測良好的糞便代謝物與幾種心血管代謝疾病相關，而血液代謝物與幾種心血管代謝疾病均無顯著關聯。進一步在驗證隊列中進行驗證后表明，上述所確定的預測良好的糞便代謝物與心臟及代謝疾病之間的大多數關聯在整個發現和驗證隊列中是一致的。

圖4

4. 配對糞便和血液短鏈脂肪酸在關聯腸道菌群和T2D中的比較

短鏈脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸，是由膳食纖維的微生物發酵產生的腸道微生物源代謝產物，糞便和血液中的SCFAs水平已被普遍用于探索SCFAs在人類健康中的作用。通過比較配對糞便和血液SCFAs與分類組成的關系發現，腸道微生物與糞便乙酸和丁酸水平密切相關，但與血液乙酸或丁酸無相關性。微生物途徑與配對的糞便和血液SCFAs的關聯也觀察到了類似的結果。此外，糞便丁酸水平與T2D呈負相關，而血液丁酸與T2D不相關。

圖5

5. 小結

近年來，腸道菌群研究中微生物組學與代謝組學關聯分析廣泛應用于腫瘤及代謝性疾病研究的熱門方向，本研究從大型隊列（上千例）的糞便和血清樣本中證實代謝物與腸道菌群存在不同的關聯，一方面顯示心血管代謝疾病中血清和糞便代謝變化可能不一致，另一方面也說明小樣本量關聯分析上容易出現偏差。因此臨床研究大家需要在樣本收集和實驗設計上格外注意。

?參考文獻?

Deng, K., Xu, Jj., Shen, L. et al. Comparison of fecal and blood metabolome reveals inconsistent associations of the gut microbiota with cardiometabolic diseases. Nat Commun. 2023.

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