代謝組學(xué)應(yīng)用案例：2021年6月文獻(xiàn)精選
一. Nature Communications︱細(xì)菌聯(lián)合治療慢性免疫介導(dǎo)性結(jié)腸炎與恢復(fù)腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)
炎癥性腸�。↖BD）包括兩種主要的臨床疾�。嚎肆_恩病和潰瘍性結(jié)腸炎。慢性腸道炎癥可由多種外源性和內(nèi)源性信號(hào)所誘導(dǎo)發(fā)生。目前的IBD治療策略主要為抗炎和免疫抑制療法，這些藥物僅在一小部分患者中能夠誘導(dǎo)持續(xù)的、無(wú)類(lèi)固醇的緩解，且可能具有多種嚴(yán)重的副作用。此外，這些藥物并不能糾正包括滲漏的粘膜屏障、促炎腸道微生物組和免疫調(diào)節(jié)缺陷這些引起慢性炎癥的相關(guān)機(jī)制�；钌镏委熕幬镉糜谥委烮BD是一種可行的替代療法，早期發(fā)現(xiàn)梭狀芽孢桿菌IV和XIVa可以減輕動(dòng)物模型中的IBD炎癥反應(yīng)。因此本文通過(guò)代謝相互依存關(guān)系合理設(shè)計(jì)出具有高定植力菌株組合，并將其用于治療實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎。
（1） GUT-103菌群的設(shè)計(jì)。作者首先從健康人糞便樣本中分離菌株可以組合成一個(gè)代謝相互依賴的菌群，對(duì)菌群中的基因組注釋出可能編碼所需治療IBD的蛋白質(zhì)，鑒定出保守的屬。通過(guò)菌株彼此之間互補(bǔ)必需氨基酸、維生素和輔因子等關(guān)系，選出17株菌組成GUT-103，它們之間代謝依賴的治療功能。與其他不能在腸道中生存并快速通過(guò)系統(tǒng)的益生菌相比，這些組合使細(xì)菌在結(jié)腸中停留更長(zhǎng)時(shí)間；
（2）GUT-103成功預(yù)防和治療實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎。作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍MGUT-103在IBD炎癥環(huán)境中協(xié)同保護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)和定殖，發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)菌群可合成SCFA和吲哚，預(yù)防和治療慢性免疫介導(dǎo)的結(jié)腸炎，并分析了代謝物質(zhì)組的平衡、不同菌株?duì)I養(yǎng)缺陷反應(yīng)和相互作用。發(fā)現(xiàn)GUT-103可以定殖腸道，不會(huì)引起炎癥反應(yīng)，代謝組學(xué)分析其有效降低了結(jié)合膽汁酸的水平，尤其是牛磺酸結(jié)合膽汁酸�？傊�，這些結(jié)果證明了GUT-103的保護(hù)和治療活性，并在體內(nèi)驗(yàn)證了這種合理設(shè)計(jì)的聯(lián)合體預(yù)期的病理生物替代物和保護(hù)性代謝功能；
（3） 優(yōu)化GUT-108菌株組合的設(shè)計(jì)及其在人源化小鼠中的應(yīng)用。接著根據(jù)GUT-103的數(shù)據(jù)優(yōu)化17株菌為11株，組成GUT-108，在人源化慢性T細(xì)胞介導(dǎo)的小鼠模型中可以逆轉(zhuǎn)結(jié)腸炎；
（4）GUT-108逆轉(zhuǎn)腸道菌群失調(diào)，恢復(fù)腸上皮功能。它可以減少肺炎克雷伯菌、腸沙門(mén)氏菌、大腸桿菌和志賀氏菌等病原體，同時(shí)擴(kuò)大定殖的保護(hù)菌和有益菌；產(chǎn)生促進(jìn)粘膜愈合和免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)的代謝物，如短鏈脂肪酸、吲哚類(lèi)和有益膽汁酸；減少炎性細(xì)胞因子和Th-1和Th-17細(xì)胞；誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-10的結(jié)腸調(diào)節(jié)細(xì)胞，以及IL-10非依賴的穩(wěn)態(tài)通路。因此，作者建議GUT-108用于治療和預(yù)防IBD和其他以微生物區(qū)系和粘膜通透性失衡為特征的炎癥情況的復(fù)發(fā)。
Rationally designed bacterial consortia to treat chronic immune-mediated colitis and restore intestinal homeostasis. Nature Communications. 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23460-x.
（1） GUT-103菌群的設(shè)計(jì)。作者首先從健康人糞便樣本中分離菌株可以組合成一個(gè)代謝相互依賴的菌群，對(duì)菌群中的基因組注釋出可能編碼所需治療IBD的蛋白質(zhì)，鑒定出保守的屬。通過(guò)菌株彼此之間互補(bǔ)必需氨基酸、維生素和輔因子等關(guān)系，選出17株菌組成GUT-103，它們之間代謝依賴的治療功能。與其他不能在腸道中生存并快速通過(guò)系統(tǒng)的益生菌相比，這些組合使細(xì)菌在結(jié)腸中停留更長(zhǎng)時(shí)間；
（2）GUT-103成功預(yù)防和治療實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎。作者通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ湍MGUT-103在IBD炎癥環(huán)境中協(xié)同保護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)和定殖，發(fā)現(xiàn)這些優(yōu)勢(shì)菌群可合成SCFA和吲哚，預(yù)防和治療慢性免疫介導(dǎo)的結(jié)腸炎，并分析了代謝物質(zhì)組的平衡、不同菌株?duì)I養(yǎng)缺陷反應(yīng)和相互作用。發(fā)現(xiàn)GUT-103可以定殖腸道，不會(huì)引起炎癥反應(yīng)，代謝組學(xué)分析其有效降低了結(jié)合膽汁酸的水平，尤其是牛磺酸結(jié)合膽汁酸�？傊�，這些結(jié)果證明了GUT-103的保護(hù)和治療活性，并在體內(nèi)驗(yàn)證了這種合理設(shè)計(jì)的聯(lián)合體預(yù)期的病理生物替代物和保護(hù)性代謝功能；
（3） 優(yōu)化GUT-108菌株組合的設(shè)計(jì)及其在人源化小鼠中的應(yīng)用。接著根據(jù)GUT-103的數(shù)據(jù)優(yōu)化17株菌為11株，組成GUT-108，在人源化慢性T細(xì)胞介導(dǎo)的小鼠模型中可以逆轉(zhuǎn)結(jié)腸炎；
（4）GUT-108逆轉(zhuǎn)腸道菌群失調(diào)，恢復(fù)腸上皮功能。它可以減少肺炎克雷伯菌、腸沙門(mén)氏菌、大腸桿菌和志賀氏菌等病原體，同時(shí)擴(kuò)大定殖的保護(hù)菌和有益菌；產(chǎn)生促進(jìn)粘膜愈合和免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)的代謝物，如短鏈脂肪酸、吲哚類(lèi)和有益膽汁酸；減少炎性細(xì)胞因子和Th-1和Th-17細(xì)胞；誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-10的結(jié)腸調(diào)節(jié)細(xì)胞，以及IL-10非依賴的穩(wěn)態(tài)通路。因此，作者建議GUT-108用于治療和預(yù)防IBD和其他以微生物區(qū)系和粘膜通透性失衡為特征的炎癥情況的復(fù)發(fā)。
Rationally designed bacterial consortia to treat chronic immune-mediated colitis and restore intestinal homeostasis. Nature Communications. 2021. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23460-x.
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二. Nature Microbiology︱高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠腸道微生物組的改變與抗生素耐受性相關(guān)
抗生素耐受性是一種典型的易感微生物在長(zhǎng)期暴露于抗生素下生存的能力，在慢性和復(fù)發(fā)性細(xì)菌感染中起著關(guān)鍵作用，并促進(jìn)抗生素耐藥性的演變。然而促進(jìn)抗生素耐受性發(fā)展的生理因素，特別是在體內(nèi)，尚不完全清楚。高脂飲食（HFD）已有研究報(bào)道了與多種人類(lèi)疾病有關(guān)，包括肥胖、糖尿病、腫瘤、大腦胰島素抵抗、認(rèn)知缺陷以及腸道微生態(tài)失衡等，高脂飲食通過(guò)胃腸道產(chǎn)生生理作用，并與腸道菌群有著重要的關(guān)聯(lián)，但HFD和抗生素功效之間的關(guān)系仍然知之甚少。本文通過(guò)對(duì)它們之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)HFD對(duì)小鼠模型中的抗生素治療有拮抗作用，并證明這與腸道微生物群和IAA產(chǎn)生的改變有關(guān)。（1）動(dòng)物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：研究人員采用8周雌性CD-1小鼠，分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)喂食和高脂飲食喂養(yǎng)，通過(guò)紅油O染色、血清生化參數(shù)分析、標(biāo)準(zhǔn)飲食小鼠環(huán)丙沙星抗生素有效性分析、藥代動(dòng)力學(xué)分析、小鼠腸道微生物消除后進(jìn)行抗生素有效性分析、糞便菌群移植、腸道菌群分析、代謝組學(xué)分析，評(píng)估了臨床相關(guān)殺菌抗生素對(duì)HFD模式喂養(yǎng)的感染耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）或大腸桿菌的小鼠的有效性；
（2）HFD影響殺菌抗生素的療效和對(duì)小鼠腸道菌群組成的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)喂養(yǎng)的小鼠相比，高脂飲食的小鼠有更高的細(xì)菌負(fù)擔(dān)，這些細(xì)菌對(duì)殺菌抗生素治療表現(xiàn)出較低的易感性，且去除微生物的標(biāo)準(zhǔn)飲食小鼠與喂食高脂飼料的小鼠表現(xiàn)出類(lèi)似的易感性。長(zhǎng)期HFD喂養(yǎng)的小鼠確實(shí)降低了腸道微生物群的多樣性，特別是對(duì)于某些共生細(xì)菌，如擬桿菌科和阿克曼氏菌科；
（3）HFD降低了IAA的含量。利用UPLC-Q-Exactive Orbitrap mass spectrometer對(duì)動(dòng)物糞便進(jìn)行的代謝組學(xué)分析顯示，HFD喂養(yǎng)改變了糞便代謝物組成，差異代謝產(chǎn)物主要集中在有機(jī)酸相關(guān)代謝，包括膽汁酸生物合成、α-亞麻酸和花生四烯酸代謝以及色氨酸代謝。值得注意的是，HFD喂養(yǎng)的小鼠色氨酸代謝物吲哚-3-乙酸（IAA）顯著降低。進(jìn)一步分析監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)喂食HFD5周后小鼠體內(nèi)的IAA濃度顯著降低。喂食9周后，HFD喂養(yǎng)小鼠的血清和肺組織中的IAA含量也低于標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng)小鼠；
（4）IAA促進(jìn)細(xì)菌代謝，防止抗生素抵抗。進(jìn)一步的體外研究表明，補(bǔ)充IAA可能通過(guò)激活細(xì)菌代謝途徑，抑制細(xì)菌持續(xù)細(xì)胞的形成，并與抗生素治療聯(lián)合能促進(jìn)細(xì)菌持續(xù)細(xì)胞的消除。體內(nèi)研究表明，IAA和環(huán)丙沙星聯(lián)合使用提高了HDF喂養(yǎng)的MRSA持續(xù)感染的小鼠的存活率。
（2）HFD影響殺菌抗生素的療效和對(duì)小鼠腸道菌群組成的影響。研究人員發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)喂養(yǎng)的小鼠相比，高脂飲食的小鼠有更高的細(xì)菌負(fù)擔(dān)，這些細(xì)菌對(duì)殺菌抗生素治療表現(xiàn)出較低的易感性，且去除微生物的標(biāo)準(zhǔn)飲食小鼠與喂食高脂飼料的小鼠表現(xiàn)出類(lèi)似的易感性。長(zhǎng)期HFD喂養(yǎng)的小鼠確實(shí)降低了腸道微生物群的多樣性，特別是對(duì)于某些共生細(xì)菌，如擬桿菌科和阿克曼氏菌科；
（3）HFD降低了IAA的含量。利用UPLC-Q-Exactive Orbitrap mass spectrometer對(duì)動(dòng)物糞便進(jìn)行的代謝組學(xué)分析顯示，HFD喂養(yǎng)改變了糞便代謝物組成，差異代謝產(chǎn)物主要集中在有機(jī)酸相關(guān)代謝，包括膽汁酸生物合成、α-亞麻酸和花生四烯酸代謝以及色氨酸代謝。值得注意的是，HFD喂養(yǎng)的小鼠色氨酸代謝物吲哚-3-乙酸（IAA）顯著降低。進(jìn)一步分析監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)喂食HFD5周后小鼠體內(nèi)的IAA濃度顯著降低。喂食9周后，HFD喂養(yǎng)小鼠的血清和肺組織中的IAA含量也低于標(biāo)準(zhǔn)飲食喂養(yǎng)小鼠；
（4）IAA促進(jìn)細(xì)菌代謝，防止抗生素抵抗。進(jìn)一步的體外研究表明，補(bǔ)充IAA可能通過(guò)激活細(xì)菌代謝途徑，抑制細(xì)菌持續(xù)細(xì)胞的形成，并與抗生素治療聯(lián)合能促進(jìn)細(xì)菌持續(xù)細(xì)胞的消除。體內(nèi)研究表明，IAA和環(huán)丙沙星聯(lián)合使用提高了HDF喂養(yǎng)的MRSA持續(xù)感染的小鼠的存活率。
HFD喂養(yǎng)小鼠糞便微生物群和代謝組的變化
Gut microbiome alterations in high-fat-diet-fed mice are associated with antibiotic tolerance. Nature Microbiology. 2021. https://doi.org/10.1038/s41564-021-00912-0.
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三. Gut︱多組學(xué)系統(tǒng)分析色氨酸代謝與2型糖尿病的相關(guān)性
色氨酸可通過(guò)宿主的犬尿氨酸途徑和微生物的吲哚途徑，代謝為不同的代謝產(chǎn)物，對(duì)宿主生理功能產(chǎn)生重要影響。目前還沒(méi)有研究檢測(cè)宿主和微生物色氨酸代謝和T2D整合宿主全基因組變異、飲食攝入、腸道微生物組和宿主和微生物色氨酸代謝產(chǎn)物循環(huán)水平的數(shù)據(jù)。本研究對(duì)人體代謝健康的意義本研究通過(guò)對(duì)多種族的5個(gè)隊(duì)列樣本進(jìn)行分析，鑒定出與2型糖尿病（T2D）相關(guān)的色氨酸代謝產(chǎn)物，并進(jìn)一步揭示了與這些代謝物相關(guān)的宿主遺傳、飲食和腸道微生物因素。
（1）納入5個(gè)隊(duì)列的9180人，基線時(shí)無(wú)糖尿病，隨訪后共2032人患2型糖尿病，代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)T2D風(fēng)險(xiǎn)與血液中色氨酸、4種犬尿氨酸代謝物和吲哚乳酸呈正相關(guān)，與吲哚丙酸呈負(fù)相關(guān)；
（2）全基因組薈萃分析（n=9290）在13個(gè)位點(diǎn)識(shí)別了21個(gè)獨(dú)立信號(hào)，與11個(gè)色氨酸代謝物中的9個(gè)相關(guān)，吲哚丙酸與T2D有潛在的因果關(guān)系；與色氨酸代謝物最密切相關(guān)的飲食因素是高纖維食物，而非高蛋白/色氨酸食物；
（3）進(jìn)一步分析纖維攝入、腸道菌群與血清吲哚衍生物的關(guān)聯(lián)，吲哚丙酸相關(guān)腸道細(xì)菌（主要是利用纖維的厚壁菌門(mén)）部分介導(dǎo)了纖維-吲哚丙酸的關(guān)聯(lián)，而雙歧桿菌可能參與吲哚丙酸相關(guān)的其他途徑；
（4）宿主乳糖酶LCT變異與血清吲哚丙酸存在關(guān)聯(lián)，可能與宿主基因-飲食對(duì)雙歧桿菌的相互作用有關(guān)，牛奶攝入與腸道雙歧桿菌和血液吲哚丙酸的正相關(guān)性，僅存在于不持續(xù)表達(dá)乳糖酶的個(gè)體中。
（1）納入5個(gè)隊(duì)列的9180人，基線時(shí)無(wú)糖尿病，隨訪后共2032人患2型糖尿病，代謝組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)T2D風(fēng)險(xiǎn)與血液中色氨酸、4種犬尿氨酸代謝物和吲哚乳酸呈正相關(guān)，與吲哚丙酸呈負(fù)相關(guān)；
（2）全基因組薈萃分析（n=9290）在13個(gè)位點(diǎn)識(shí)別了21個(gè)獨(dú)立信號(hào)，與11個(gè)色氨酸代謝物中的9個(gè)相關(guān)，吲哚丙酸與T2D有潛在的因果關(guān)系；與色氨酸代謝物最密切相關(guān)的飲食因素是高纖維食物，而非高蛋白/色氨酸食物；
（3）進(jìn)一步分析纖維攝入、腸道菌群與血清吲哚衍生物的關(guān)聯(lián)，吲哚丙酸相關(guān)腸道細(xì)菌（主要是利用纖維的厚壁菌門(mén)）部分介導(dǎo)了纖維-吲哚丙酸的關(guān)聯(lián)，而雙歧桿菌可能參與吲哚丙酸相關(guān)的其他途徑；
（4）宿主乳糖酶LCT變異與血清吲哚丙酸存在關(guān)聯(lián)，可能與宿主基因-飲食對(duì)雙歧桿菌的相互作用有關(guān)，牛奶攝入與腸道雙歧桿菌和血液吲哚丙酸的正相關(guān)性，僅存在于不持續(xù)表達(dá)乳糖酶的個(gè)體中。
飲食攝入與血清色氨酸代謝物水平
Host and gut microbial tryptophan metabolism and type 2 diabetes: an integrative analysis of host genetics, diet, gut microbiome and circulating metabolites in cohort studies. Gut. 2021. https://doi.org/ 10.1136/gutjnl-2021-324053.
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四. PNAS︱丁酸通過(guò)增強(qiáng)CPT1A活性促進(jìn)脂肪酸氧化和iTreg分化
誘導(dǎo)型調(diào)節(jié)T細(xì)胞（iTreg）在免疫抑制中起著關(guān)鍵作用。越來(lái)越多的證據(jù)表明iTreg分化與代謝重編程特別是脂肪酸氧化（FAO）之間存在密切聯(lián)系。丁酸作為一種特殊的短鏈脂肪酸（SCFA）在維持腸道穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用，其可通過(guò)上調(diào)組蛋白乙�；瘉�(lái)促進(jìn)iTreg。本研究揭示了丁酸在iTreg分化中的一個(gè)以前未被重視的機(jī)制，即丁酸-BCoA（丁酰輔酶A）-CPT1A調(diào)節(jié)軸，調(diào)節(jié)免疫穩(wěn)態(tài)。
（1）首先觀察到丁酸的存在增強(qiáng)了組蛋白乙�；⒃隗w外上調(diào)了 iTreg 生成，丁酸可增強(qiáng)CPT1A依賴性的FAO，以促進(jìn)iTreg分化，但其作為直接底物的作用似乎不能促進(jìn)iTreg誘導(dǎo)的增加；
（2）探究FAO的調(diào)控以及丁酸對(duì)iTreg的分化是否是通過(guò)CPT1進(jìn)行的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有丁酸顯著提高了CPT1活性，并通過(guò)CPT1促進(jìn)iTreg生成，進(jìn)一步分析表明，CPT1的亞型CPT1A在丁酸誘導(dǎo)的iTreg分化中起關(guān)鍵作用；
（3）進(jìn)一步研究丁酸iTreg分化過(guò)程中對(duì)CPT1A活性的調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)丁酸在細(xì)胞中可直接催化生成BCoA，BCoA通過(guò)與MCoA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合CPT1A，以拮抗MCoA對(duì)CPT1A的抑制作用，從而增強(qiáng)CPT1A的活性；
（4）酰基輔酶A合成酶短鏈家族成員2（ACSS2）可將丁酸轉(zhuǎn)化為BCoA，是丁酸誘導(dǎo)iTreg分化所必需的；
（5）利用小鼠模型研究ACSS2-BCoA在結(jié)腸炎中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)丁酸顯著減輕了小鼠結(jié)腸炎相關(guān)的病理改變，并增強(qiáng)了腸系膜淋巴結(jié)（MLN）和結(jié)腸固有層（cLP）中的Treg細(xì)胞頻率，而ACSS2的抑制降低了這些小鼠中丁酸介導(dǎo)的效應(yīng)。
（1）首先觀察到丁酸的存在增強(qiáng)了組蛋白乙�；⒃隗w外上調(diào)了 iTreg 生成，丁酸可增強(qiáng)CPT1A依賴性的FAO，以促進(jìn)iTreg分化，但其作為直接底物的作用似乎不能促進(jìn)iTreg誘導(dǎo)的增加；
（2）探究FAO的調(diào)控以及丁酸對(duì)iTreg的分化是否是通過(guò)CPT1進(jìn)行的，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，只有丁酸顯著提高了CPT1活性，并通過(guò)CPT1促進(jìn)iTreg生成，進(jìn)一步分析表明，CPT1的亞型CPT1A在丁酸誘導(dǎo)的iTreg分化中起關(guān)鍵作用；
（3）進(jìn)一步研究丁酸iTreg分化過(guò)程中對(duì)CPT1A活性的調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)丁酸在細(xì)胞中可直接催化生成BCoA，BCoA通過(guò)與MCoA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合CPT1A，以拮抗MCoA對(duì)CPT1A的抑制作用，從而增強(qiáng)CPT1A的活性；
（4）酰基輔酶A合成酶短鏈家族成員2（ACSS2）可將丁酸轉(zhuǎn)化為BCoA，是丁酸誘導(dǎo)iTreg分化所必需的；
（5）利用小鼠模型研究ACSS2-BCoA在結(jié)腸炎中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)丁酸顯著減輕了小鼠結(jié)腸炎相關(guān)的病理改變，并增強(qiáng)了腸系膜淋巴結(jié)（MLN）和結(jié)腸固有層（cLP）中的Treg細(xì)胞頻率，而ACSS2的抑制降低了這些小鼠中丁酸介導(dǎo)的效應(yīng)。
丁酸鹽對(duì)iTreg細(xì)胞的誘導(dǎo)依賴于ACSS2生成丁酰輔酶A
Butyrate enhances CPT1A activity to promote fatty acid oxidation and iTreg differentiation. PNAS. 2021. https://doi.org/10.1073/pnas.2014681118.
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五. Cell Metabolism | 酸性腫瘤環(huán)境中n-3和n-6 PUFAs的過(guò)氧化誘導(dǎo)鐵死亡并介導(dǎo)抗癌作用
腫瘤酸中毒會(huì)通過(guò)刺激癌細(xì)胞中脂肪酸的代謝來(lái)促進(jìn)疾病進(jìn)展，“好的脂肪酸”，如Ω-3脂肪酸中，DHA/二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid）等對(duì)于大腦功能、視力以及機(jī)體炎癥的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。除此外，它們還與癌癥發(fā)生率下降有關(guān)。有研究者逐步提出飲食是否可能通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的獲取和利用來(lái)影響癌癥的進(jìn)展，膳食omega-3（n-3）多不飽和脂肪酸（PUFAs）近年來(lái)因其潛在的抗癌作用而吸引了廣泛的關(guān)注。本研究作者檢測(cè)特定 FA 的過(guò)量攝取是否會(huì)導(dǎo)致抗腫瘤作用，發(fā)現(xiàn)在腫瘤酸中毒條件下，n-3 和 n-6 多不飽和脂肪酸 （PUFA） 選擇性地誘導(dǎo)癌細(xì)胞中的鐵死亡，提出膳食 LC-PUFA 作為一種輔助抗腫瘤方式，或?qū)⒆鳛榕R床藥物治療的有效補(bǔ)充。
（1）選取宮頸 （SiHa）、結(jié)直腸 （HCT-116） 和下咽 （FaDu） 癌細(xì)胞系分別暴露于酸性PH（6.5/細(xì)胞）和中性PH（7.4/細(xì)胞）檢測(cè)FAs，發(fā)現(xiàn)酸性6.5/腫瘤細(xì)胞FA的LDs積累總體增加，且LDs 的大小和數(shù)量與雙鍵數(shù)量成比例增加（n-6 系列：C22:5，DPA > C20:4，ARA > C18:2，LA；n-3 系列：C22:6，DHA > C20:5，EPA > C18:3，ALA），通過(guò)針對(duì)CD36 抗體阻斷酸中毒條件下 FA 的主要進(jìn)入途徑，從而顯著減少了暴露于 DHA 時(shí)的 LDs 形成；
（2）n-3和n-6 PUFAs劑量依賴性地抑制了6.5/癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，而對(duì)相應(yīng)的7.4/癌細(xì)胞沒(méi)有抑制作用，選取FaDu和HCT-116癌細(xì)胞生成的3D腫瘤球體模擬自然酸中毒，檢測(cè)PUFAs的細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)PUFAs的毒性作用再次與DHA和DPA的雙鍵數(shù)量一致，并以酸性 pH 報(bào)告基因 pHLIP證實(shí)了球體核心部位在暴露于PUFA的后期發(fā)生了酸中毒，碘化丙啶 （PI） 檢測(cè)細(xì)胞死亡，發(fā)現(xiàn)球體中心的細(xì)胞在暴露于 DPA 或 DHA后最先死亡，且碳酸氫鹽中和H+后觀察到 DPA 和 DHA 細(xì)胞毒性作用的消除；
（3）作者推斷阻止PUFA 儲(chǔ)存到 LDs 可以增強(qiáng)腫瘤酸性隔室中脂質(zhì)過(guò)氧化的有害作用，使用二�；视王；D(zhuǎn)移酶（DGAT1）的抑制劑（DGAT1i），發(fā)現(xiàn) DGAT1i能更有效地防止6.5/癌細(xì)胞中 LDs 的形成，同時(shí)DGAT1i加劇了6.5/癌細(xì)胞中 DHA 誘導(dǎo)的 MDA 生成，此外，DGAT1i 也增加了 DPA 和 DHA在酸適應(yīng)癌細(xì)胞中的細(xì)胞毒性作用，發(fā)現(xiàn)DGAT 抑制及ferrostatin-1 和 liproxstatin-1兩種鐵死亡抑制劑都阻止了 DHA 和 DPA 在3D HCT-116和FaDu 腫瘤球體模型中的細(xì)胞毒性作用，表明DGATi 阻止 PUFA 緩沖到 LDs 是一種可行的策略；
（4）給小鼠喂食橄欖油或濃縮魚(yú)油等熱量飲食，發(fā)現(xiàn)魚(yú)油富含 DHA 的飲食導(dǎo)致循環(huán)脂質(zhì)中n-3 PUFA 的高度顯著富集，給小鼠注射 HCT-116 癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)魚(yú)油富含 DHA飲食的小鼠腫瘤生長(zhǎng)顯著延遲，且DGAT1i能夠進(jìn)一步延遲DHA飲食小鼠的腫瘤生長(zhǎng)，最后用鐵死亡誘導(dǎo)劑或抑制劑治療喂食富含 DHA 飲食的 HCT-116 荷瘤小鼠，富含 DHA 的飲食增加sulfasalazine 和Erastin的抗腫瘤作用，而ferrostatin-1卻刺激腫瘤生長(zhǎng)并顯著降低了DHA飲食小鼠的存活率；
（5）本研究確立了腫瘤酸中毒與疾病進(jìn)展之間的聯(lián)系，通過(guò)增加侵襲性、耐藥性和免疫逃逸，使得膳食 n-3 LC-PUFA 補(bǔ)充劑成為一個(gè)可行的腫瘤輔助治療策略。
（1）選取宮頸 （SiHa）、結(jié)直腸 （HCT-116） 和下咽 （FaDu） 癌細(xì)胞系分別暴露于酸性PH（6.5/細(xì)胞）和中性PH（7.4/細(xì)胞）檢測(cè)FAs，發(fā)現(xiàn)酸性6.5/腫瘤細(xì)胞FA的LDs積累總體增加，且LDs 的大小和數(shù)量與雙鍵數(shù)量成比例增加（n-6 系列：C22:5，DPA > C20:4，ARA > C18:2，LA；n-3 系列：C22:6，DHA > C20:5，EPA > C18:3，ALA），通過(guò)針對(duì)CD36 抗體阻斷酸中毒條件下 FA 的主要進(jìn)入途徑，從而顯著減少了暴露于 DHA 時(shí)的 LDs 形成；
（2）n-3和n-6 PUFAs劑量依賴性地抑制了6.5/癌細(xì)胞的生長(zhǎng)，而對(duì)相應(yīng)的7.4/癌細(xì)胞沒(méi)有抑制作用，選取FaDu和HCT-116癌細(xì)胞生成的3D腫瘤球體模擬自然酸中毒，檢測(cè)PUFAs的細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)PUFAs的毒性作用再次與DHA和DPA的雙鍵數(shù)量一致，并以酸性 pH 報(bào)告基因 pHLIP證實(shí)了球體核心部位在暴露于PUFA的后期發(fā)生了酸中毒，碘化丙啶 （PI） 檢測(cè)細(xì)胞死亡，發(fā)現(xiàn)球體中心的細(xì)胞在暴露于 DPA 或 DHA后最先死亡，且碳酸氫鹽中和H+后觀察到 DPA 和 DHA 細(xì)胞毒性作用的消除；
（3）作者推斷阻止PUFA 儲(chǔ)存到 LDs 可以增強(qiáng)腫瘤酸性隔室中脂質(zhì)過(guò)氧化的有害作用，使用二�；视王；D(zhuǎn)移酶（DGAT1）的抑制劑（DGAT1i），發(fā)現(xiàn) DGAT1i能更有效地防止6.5/癌細(xì)胞中 LDs 的形成，同時(shí)DGAT1i加劇了6.5/癌細(xì)胞中 DHA 誘導(dǎo)的 MDA 生成，此外，DGAT1i 也增加了 DPA 和 DHA在酸適應(yīng)癌細(xì)胞中的細(xì)胞毒性作用，發(fā)現(xiàn)DGAT 抑制及ferrostatin-1 和 liproxstatin-1兩種鐵死亡抑制劑都阻止了 DHA 和 DPA 在3D HCT-116和FaDu 腫瘤球體模型中的細(xì)胞毒性作用，表明DGATi 阻止 PUFA 緩沖到 LDs 是一種可行的策略；
（4）給小鼠喂食橄欖油或濃縮魚(yú)油等熱量飲食，發(fā)現(xiàn)魚(yú)油富含 DHA 的飲食導(dǎo)致循環(huán)脂質(zhì)中n-3 PUFA 的高度顯著富集，給小鼠注射 HCT-116 癌細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)魚(yú)油富含 DHA飲食的小鼠腫瘤生長(zhǎng)顯著延遲，且DGAT1i能夠進(jìn)一步延遲DHA飲食小鼠的腫瘤生長(zhǎng)，最后用鐵死亡誘導(dǎo)劑或抑制劑治療喂食富含 DHA 飲食的 HCT-116 荷瘤小鼠，富含 DHA 的飲食增加sulfasalazine 和Erastin的抗腫瘤作用，而ferrostatin-1卻刺激腫瘤生長(zhǎng)并顯著降低了DHA飲食小鼠的存活率；
（5）本研究確立了腫瘤酸中毒與疾病進(jìn)展之間的聯(lián)系，通過(guò)增加侵襲性、耐藥性和免疫逃逸，使得膳食 n-3 LC-PUFA 補(bǔ)充劑成為一個(gè)可行的腫瘤輔助治療策略。
Peroxidation of n-3 and n-6 polyunsaturated fatty acids in the acidic tumor environment leads toferroptosis-mediated anticancer effects. Cell Metabolism. 2021. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.05.016.
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六. Cell Reports | 高脂飲食激活脂肪酸氧化介導(dǎo)腸道干性和致瘤性
肥胖是一個(gè)明確的致癌因素，在哺乳動(dòng)物腸道中，促肥胖高脂飲食（HFD）通過(guò)增加腸道干細(xì)胞（ISCs）的數(shù)量、增殖和功能來(lái)促進(jìn)再生和腫瘤的發(fā)生，雖然PPAR（過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體）核受體活性已被提出促進(jìn)這些作用，但其確切作用尚不清楚。本研究設(shè)計(jì)系列實(shí)驗(yàn)證明HFD通過(guò) PPAR-FAO（脂肪酸氧化）增強(qiáng)腸道干性和致瘤性，反之抑制 HFD 激活的 FAO途徑將為預(yù)防 HFD 對(duì) ISC 和腸道腫瘤的發(fā)生創(chuàng)造治療機(jī)會(huì)。
（1）選取Vil-CreER（Ppard-iKO） , Pparanull,Ppardfl/fl （WT）給予他莫西芬處理并分別正常飲食（Control）和HFD飼喂28周，檢測(cè)小鼠腸隱窩的干性類(lèi)器官克隆性、Ppara和Pparg及其靶基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)功能喪失模型中，PPARα和PPARδ重疊地參與了腸干細(xì)胞和祖細(xì)胞的HFD反應(yīng)，并用PPARα激動(dòng)劑WY-14643和抑制劑GW6471進(jìn)行干預(yù)，表明PPARδ和PPARα在支持腸道祖細(xì)胞適應(yīng)HFD過(guò)程中具有獨(dú)特和冗余的作用；
（2）從近端和遠(yuǎn)端小腸及結(jié)腸提取Control和HFD組小鼠單細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序，發(fā)現(xiàn)HFD組中PPAR靶標(biāo)和FAO基因如CPT1A高度富集且FAO下游產(chǎn)物乙酰肉堿和β-羥基丁酸（BOHB）上調(diào)，借助U13C-葡萄糖代謝流提示HFD ISCs和祖細(xì)胞中葡萄糖代謝減弱，表明HFD腸隱窩中FAO增強(qiáng)，葡萄糖代謝減弱；
（3）借助Cpt1afl/fl, Vil-CreER, Lgr5-eGFP處理的Control和HFD組，Cpt1a缺失抑制了HFD隱窩中干細(xì)胞/祖細(xì)胞的擴(kuò)張和增殖，導(dǎo)致HFD隱窩中FAO含量及相關(guān)代謝物水平顯著降低（如BOHB），BOHB是調(diào)節(jié)腸道干性和飲食反應(yīng)的關(guān)鍵代謝物，在 HFD 中轉(zhuǎn)向 FAO 是導(dǎo)致 ISC 中許多代謝和功能發(fā)生變化的原因；
（4）研究者首先提出HFD是否為利用腫瘤對(duì) FAO的依賴性創(chuàng)造了某些治療潛力，選取Apcfl/fl和Apc-iKO小鼠分別Control和HFD飼喂并給予他莫西芬處理，結(jié)果表明HFD在一定程度上通過(guò)將腫瘤細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)向FAO代謝，從而推動(dòng)腸道腫瘤發(fā)生，并通過(guò)HFD狀態(tài)下的FAO途徑為預(yù)防或治療腫瘤創(chuàng)造條件。
（1）選取Vil-CreER（Ppard-iKO） , Pparanull,Ppardfl/fl （WT）給予他莫西芬處理并分別正常飲食（Control）和HFD飼喂28周，檢測(cè)小鼠腸隱窩的干性類(lèi)器官克隆性、Ppara和Pparg及其靶基因的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在體內(nèi)功能喪失模型中，PPARα和PPARδ重疊地參與了腸干細(xì)胞和祖細(xì)胞的HFD反應(yīng)，并用PPARα激動(dòng)劑WY-14643和抑制劑GW6471進(jìn)行干預(yù)，表明PPARδ和PPARα在支持腸道祖細(xì)胞適應(yīng)HFD過(guò)程中具有獨(dú)特和冗余的作用；
（2）從近端和遠(yuǎn)端小腸及結(jié)腸提取Control和HFD組小鼠單細(xì)胞進(jìn)行RNA測(cè)序，發(fā)現(xiàn)HFD組中PPAR靶標(biāo)和FAO基因如CPT1A高度富集且FAO下游產(chǎn)物乙酰肉堿和β-羥基丁酸（BOHB）上調(diào)，借助U13C-葡萄糖代謝流提示HFD ISCs和祖細(xì)胞中葡萄糖代謝減弱，表明HFD腸隱窩中FAO增強(qiáng)，葡萄糖代謝減弱；
（3）借助Cpt1afl/fl, Vil-CreER, Lgr5-eGFP處理的Control和HFD組，Cpt1a缺失抑制了HFD隱窩中干細(xì)胞/祖細(xì)胞的擴(kuò)張和增殖，導(dǎo)致HFD隱窩中FAO含量及相關(guān)代謝物水平顯著降低（如BOHB），BOHB是調(diào)節(jié)腸道干性和飲食反應(yīng)的關(guān)鍵代謝物，在 HFD 中轉(zhuǎn)向 FAO 是導(dǎo)致 ISC 中許多代謝和功能發(fā)生變化的原因；
（4）研究者首先提出HFD是否為利用腫瘤對(duì) FAO的依賴性創(chuàng)造了某些治療潛力，選取Apcfl/fl和Apc-iKO小鼠分別Control和HFD飼喂并給予他莫西芬處理，結(jié)果表明HFD在一定程度上通過(guò)將腫瘤細(xì)胞代謝轉(zhuǎn)向FAO代謝，從而推動(dòng)腸道腫瘤發(fā)生，并通過(guò)HFD狀態(tài)下的FAO途徑為預(yù)防或治療腫瘤創(chuàng)造條件。
High-fat diet-activated fatty acid oxidation mediates intestinal stemness and tumorigenicity. Cell Reports. 2021. https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109212.
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七. GUT | IgG4相關(guān)硬化性膽管炎和原發(fā)性硬化性膽管炎的糞便微生物組和代謝組分析
IgG4相關(guān)硬化性膽管炎(IgG4- SC)與原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)有多種臨床相似之處。但皮質(zhì)類(lèi)固醇治療對(duì)大多數(shù) IgG4-SC 患者有效，而對(duì) PSC 患者存在無(wú)效性。兩種疾病的預(yù)后不同，PSC發(fā)生肝硬化、膽管癌和結(jié)直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)高于IgG4-SC。這兩種硬化性膽管炎的發(fā)病機(jī)制目前尚不清楚。雖然在PSC中腸道菌群失調(diào)已被廣泛研究，但腸道菌群在IgG4- SC中的作用仍不清楚。本研究利用整合微生物組和代謝組數(shù)據(jù)，以描述糞便微生物和代謝概況中IgG4-SC相關(guān)和PSC相關(guān)的改變，并且評(píng)估腸道微生物組、代謝組和宿主之間的潛在功能聯(lián)系疾病隊(duì)列中的表型。
（1） 對(duì)135例患有IgG4- SC (n=34)、PSC (n=37)和健康對(duì)照(n=64)的糞便樣本進(jìn)行了16S rRNA基因擴(kuò)增子測(cè)序。結(jié)果顯示，與對(duì)照相比，兩個(gè)疾病組的總體菌群組成均發(fā)現(xiàn)顯著偏離；IgG4- SC和PSC中α 多樣性降低。在菌群的改變上，IgG4- SC和PSC患者存在重疊，包括Fusobacterium、Lactobacillus和Veillonella增加，Oscillospiraceae UCG−002和Faecalibacterium減少；
（2）對(duì)113例患有IgG4- SC（n=31）、PSC （n=37）和健康對(duì)照（n=45)進(jìn)行糞便樣本的非靶向代謝組學(xué)分析，OPLS - DA顯示IgG4- SC和PSC的代謝組成與對(duì)照組顯著偏離。琥珀酸在這兩種疾病中顯著增加。在比較IgG4- SC和PSC組時(shí)，有4種代謝物存在顯著差異；
（3） 將代謝組和16S結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合分析，結(jié)果顯示，L-棕櫚基肉堿在兩種疾病組中都升高，且與Eubacterium coprostanoligenes 和 Lachnospiraceae NK4A136呈負(fù)相關(guān)；羥基異己酸與Streptococcus呈正相關(guān)。與臨床指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，在IgG4-SC中，患者中差異菌群和代謝物與轉(zhuǎn)氨酶顯著相關(guān)，而PSC中菌群和代謝特征的改變與膽汁淤積表型相關(guān)；
（4）建立隨機(jī)森林模型來(lái)區(qū)分IgG4- SC、PSC和HC，以探討腸道微生物和代謝譜在疾病預(yù)測(cè)中的潛在應(yīng)用價(jià)值，采用五折交叉驗(yàn)證隨機(jī)森林模型篩選關(guān)鍵菌群或代謝物，鑒定出由 10 個(gè)屬組成的腸道微生物組特征，可將 IgG4-SC 與 HC 區(qū)分開(kāi)來(lái)，AUC（曲線下面積） 為 0.81；基于7種代謝物的模型優(yōu)于微生物特征的模型，AUC為0.94。總之，基于糞便代謝物的預(yù)測(cè)模型在區(qū)分疾病狀態(tài)方面比基于微生物群的預(yù)測(cè)模型表現(xiàn)更好。該研究揭示了兩種疾病在宿主-微生物互作中的相似和不同之處，為深入探索發(fā)病機(jī)理提供了新線索。
（1） 對(duì)135例患有IgG4- SC (n=34)、PSC (n=37)和健康對(duì)照(n=64)的糞便樣本進(jìn)行了16S rRNA基因擴(kuò)增子測(cè)序。結(jié)果顯示，與對(duì)照相比，兩個(gè)疾病組的總體菌群組成均發(fā)現(xiàn)顯著偏離；IgG4- SC和PSC中α 多樣性降低。在菌群的改變上，IgG4- SC和PSC患者存在重疊，包括Fusobacterium、Lactobacillus和Veillonella增加，Oscillospiraceae UCG−002和Faecalibacterium減少；
（2）對(duì)113例患有IgG4- SC（n=31）、PSC （n=37）和健康對(duì)照（n=45)進(jìn)行糞便樣本的非靶向代謝組學(xué)分析，OPLS - DA顯示IgG4- SC和PSC的代謝組成與對(duì)照組顯著偏離。琥珀酸在這兩種疾病中顯著增加。在比較IgG4- SC和PSC組時(shí)，有4種代謝物存在顯著差異；
（3） 將代謝組和16S結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合分析，結(jié)果顯示，L-棕櫚基肉堿在兩種疾病組中都升高，且與Eubacterium coprostanoligenes 和 Lachnospiraceae NK4A136呈負(fù)相關(guān)；羥基異己酸與Streptococcus呈正相關(guān)。與臨床指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，在IgG4-SC中，患者中差異菌群和代謝物與轉(zhuǎn)氨酶顯著相關(guān)，而PSC中菌群和代謝特征的改變與膽汁淤積表型相關(guān)；
（4）建立隨機(jī)森林模型來(lái)區(qū)分IgG4- SC、PSC和HC，以探討腸道微生物和代謝譜在疾病預(yù)測(cè)中的潛在應(yīng)用價(jià)值，采用五折交叉驗(yàn)證隨機(jī)森林模型篩選關(guān)鍵菌群或代謝物，鑒定出由 10 個(gè)屬組成的腸道微生物組特征，可將 IgG4-SC 與 HC 區(qū)分開(kāi)來(lái)，AUC（曲線下面積） 為 0.81；基于7種代謝物的模型優(yōu)于微生物特征的模型，AUC為0.94。總之，基于糞便代謝物的預(yù)測(cè)模型在區(qū)分疾病狀態(tài)方面比基于微生物群的預(yù)測(cè)模型表現(xiàn)更好。該研究揭示了兩種疾病在宿主-微生物互作中的相似和不同之處，為深入探索發(fā)病機(jī)理提供了新線索。
Altered faecal microbiome and metabolome in IgG4-related sclerosing cholangitis and primary sclerosing cholangitis. GUT. 2021. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-323565.
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八. Nature Communications | 嬰兒呼吸道合胞病毒（RSV）毛細(xì)支氣管炎與兒童哮喘風(fēng)險(xiǎn)的多組學(xué)內(nèi)型研究
呼吸道合胞病毒毛細(xì)支氣管炎是美國(guó)嬰兒住院的主要原因，且30%因毛細(xì)支氣管炎住院的嬰兒隨后在兒童時(shí)期發(fā)展為哮喘。在主要致病菌中，嬰兒期呼吸道合胞病毒(RSV)感染在哮喘發(fā)展中占人口比例最大。雖然最近研究表明了RSV毛細(xì)支氣管炎的臨床異質(zhì)性，但對(duì)其生物學(xué)上獨(dú)特的內(nèi)型知之甚少。本研究整合了臨床、病毒、氣道微生物瘤多中心前瞻性隊(duì)列研究中的毛細(xì)支氣管炎R(shí)SV患兒的種級(jí)、轉(zhuǎn)錄體和代謝組數(shù)據(jù)，為在氣道發(fā)育的關(guān)鍵時(shí)期早期識(shí)別高危兒童提供了證據(jù)基礎(chǔ)。
（1）本研究分析了一項(xiàng)多中心前瞻性隊(duì)列研究的數(shù)據(jù)，這項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究在美國(guó)14個(gè)州的17個(gè)地點(diǎn)完成了1016名因毛細(xì)支氣管炎住院的嬰兒(年齡< 1歲)的登記。在納入該縱向隊(duì)列的嬰兒中，包括221例RSV毛細(xì)支氣管炎嬰兒，他們被隨機(jī)選擇進(jìn)行鼻咽微生物組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組檢測(cè)；
（2）對(duì)臨床、病毒、鼻咽部氣道微生物組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)應(yīng)用了整合網(wǎng)絡(luò)和聚類(lèi)方法，并結(jié)合平均輪廓得分、網(wǎng)絡(luò)模塊性、內(nèi)型大小以及臨床和生物學(xué)的合理性，以獲得臨床和生物學(xué)上不同的RSV內(nèi)型，最終確定4種具有生物學(xué)和臨床意義的內(nèi)型；
（3）A型嬰兒的特征是毛細(xì)支氣管炎的“典型”臨床表現(xiàn)，包括年齡小，以前有呼吸問(wèn)題和父母哮喘的比例低，單獨(dú)呼吸道合胞病毒感染的比例高，M.nonliquefaciens的豐度高，IFN-α反應(yīng)中等。B型嬰兒的特點(diǎn)是父母哮喘、IgE超敏和鼻病毒合并感染的比例高，肺炎鏈球菌和卡他莫拉菌豐度高，以及IFN-α反應(yīng)高。C型嬰兒的特點(diǎn)是高比例的抗生素使用，菌群紊亂和IFN-α反應(yīng)低。D型嬰兒的特點(diǎn)是低比例的父母哮喘和IgE敏感，M.catarrhalis豐度增高、IL-6水平增高；
（4） 比較A型和其他類(lèi)型毛細(xì)支氣管炎的結(jié)局風(fēng)險(xiǎn)，以研究它們與臨床結(jié)果的縱向關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示，與A型嬰兒相比，B型嬰兒在5歲時(shí)發(fā)生哮喘的風(fēng)險(xiǎn)顯著更高，而內(nèi)型C或D的患者沒(méi)有顯著風(fēng)險(xiǎn)差異；
（5）從個(gè)體和綜合兩方面比較鼻咽部微生物組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組，以便更好地了解最低風(fēng)險(xiǎn)組(A型)和最高風(fēng)險(xiǎn)組(B型)之間的差異，結(jié)果顯示，與A型嬰兒相比，B型嬰兒肺炎鏈球菌豐度較高。這些內(nèi)型之間的宿主轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜不同，共有29個(gè)差異表達(dá)基因。在通路分析中，B型嬰兒有24個(gè)差異富集的通路，如IFN-α通路上調(diào)。對(duì)轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)的綜合分析也表明，共有155條差異通路，其中B型的pi3k-akt-mtor信號(hào)通路顯著富集；
（6）在檢測(cè)穩(wěn)健性的敏感性分析中，與A型相比，B型嬰兒患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)顯著升高和喘息復(fù)發(fā)率升高。差異基因表達(dá)分析顯示，與與A型相比， B型嬰兒也組中的IFN-γ和NFκB通路也顯著富集。與A型相比，B型嬰兒在5歲時(shí)患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)明顯更高，且哮喘復(fù)發(fā)率也較高。本研究為早期識(shí)別氣道發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期的高危兒童提供了證據(jù)基礎(chǔ)。
（1）本研究分析了一項(xiàng)多中心前瞻性隊(duì)列研究的數(shù)據(jù)，這項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究在美國(guó)14個(gè)州的17個(gè)地點(diǎn)完成了1016名因毛細(xì)支氣管炎住院的嬰兒(年齡< 1歲)的登記。在納入該縱向隊(duì)列的嬰兒中，包括221例RSV毛細(xì)支氣管炎嬰兒，他們被隨機(jī)選擇進(jìn)行鼻咽微生物組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組檢測(cè)；
（2）對(duì)臨床、病毒、鼻咽部氣道微生物組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)應(yīng)用了整合網(wǎng)絡(luò)和聚類(lèi)方法，并結(jié)合平均輪廓得分、網(wǎng)絡(luò)模塊性、內(nèi)型大小以及臨床和生物學(xué)的合理性，以獲得臨床和生物學(xué)上不同的RSV內(nèi)型，最終確定4種具有生物學(xué)和臨床意義的內(nèi)型；
（3）A型嬰兒的特征是毛細(xì)支氣管炎的“典型”臨床表現(xiàn)，包括年齡小，以前有呼吸問(wèn)題和父母哮喘的比例低，單獨(dú)呼吸道合胞病毒感染的比例高，M.nonliquefaciens的豐度高，IFN-α反應(yīng)中等。B型嬰兒的特點(diǎn)是父母哮喘、IgE超敏和鼻病毒合并感染的比例高，肺炎鏈球菌和卡他莫拉菌豐度高，以及IFN-α反應(yīng)高。C型嬰兒的特點(diǎn)是高比例的抗生素使用，菌群紊亂和IFN-α反應(yīng)低。D型嬰兒的特點(diǎn)是低比例的父母哮喘和IgE敏感，M.catarrhalis豐度增高、IL-6水平增高；
（4） 比較A型和其他類(lèi)型毛細(xì)支氣管炎的結(jié)局風(fēng)險(xiǎn)，以研究它們與臨床結(jié)果的縱向關(guān)聯(lián)，結(jié)果顯示，與A型嬰兒相比，B型嬰兒在5歲時(shí)發(fā)生哮喘的風(fēng)險(xiǎn)顯著更高，而內(nèi)型C或D的患者沒(méi)有顯著風(fēng)險(xiǎn)差異；
（5）從個(gè)體和綜合兩方面比較鼻咽部微生物組、轉(zhuǎn)錄組和代謝組，以便更好地了解最低風(fēng)險(xiǎn)組(A型)和最高風(fēng)險(xiǎn)組(B型)之間的差異，結(jié)果顯示，與A型嬰兒相比，B型嬰兒肺炎鏈球菌豐度較高。這些內(nèi)型之間的宿主轉(zhuǎn)錄組表達(dá)譜不同，共有29個(gè)差異表達(dá)基因。在通路分析中，B型嬰兒有24個(gè)差異富集的通路，如IFN-α通路上調(diào)。對(duì)轉(zhuǎn)錄組和代謝組數(shù)據(jù)的綜合分析也表明，共有155條差異通路，其中B型的pi3k-akt-mtor信號(hào)通路顯著富集；
（6）在檢測(cè)穩(wěn)健性的敏感性分析中，與A型相比，B型嬰兒患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)顯著升高和喘息復(fù)發(fā)率升高。差異基因表達(dá)分析顯示，與與A型相比， B型嬰兒也組中的IFN-γ和NFκB通路也顯著富集。與A型相比，B型嬰兒在5歲時(shí)患哮喘的風(fēng)險(xiǎn)明顯更高，且哮喘復(fù)發(fā)率也較高。本研究為早期識(shí)別氣道發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期的高危兒童提供了證據(jù)基礎(chǔ)。
Integrated omics endotyping of infants with respiratory syncytial virus bronchiolitis and risk of childhood asthma. Nature Communications. 2021. https://doi.org/ 10.1038/s41467-021-23859-6.
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九. Cell Metabolism | 機(jī)械誘導(dǎo)的細(xì)胞代謝促進(jìn)MT谷氨�；詰�(yīng)答癌癥信號(hào)
來(lái)自腫瘤微環(huán)境的機(jī)械信號(hào)調(diào)節(jié)細(xì)胞力學(xué)并影響細(xì)胞代謝以促進(jìn)癌癥侵襲。細(xì)胞通過(guò)調(diào)整其細(xì)胞骨架的硬度來(lái)承受外力。微管 (MT)充當(dāng)受壓元件。然而癌細(xì)胞如何響應(yīng)局部受限環(huán)境來(lái)調(diào)節(jié)MT動(dòng)態(tài)機(jī)制仍不清楚�；诖�，法國(guó)蔚藍(lán)海岸大學(xué)的Thomas Bertero和Stéphanie Torrino等研究人員，發(fā)現(xiàn)機(jī)械誘導(dǎo)的細(xì)胞代謝促進(jìn)MT谷氨酰化以迫使轉(zhuǎn)移。
（1）細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 硬化增加了微管蛋白的擴(kuò)散速率并降低了微管蛋白的可移動(dòng)部分，同時(shí)降低了MT的生長(zhǎng)速率，表明ECM硬化穩(wěn)定了MT。并且增加了 MT谷氨�；⒅亟M了MT網(wǎng)絡(luò)；
（2）MT谷氨酰胺化依賴于谷氨酰胺，用CB839（谷氨酰胺酶抑制劑）對(duì)谷氨酰胺酶(GLS)進(jìn)行藥理學(xué)抑制作用會(huì)降低 MT谷氨�；⒂绊懫錂C(jī)械穩(wěn)定性。代謝組學(xué)和代謝途徑分析顯示，ECM硬化顯著調(diào)節(jié)了33種代謝物的穩(wěn)態(tài)水平，這些代謝物在與氨基酸代謝（天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸和脯氨酸）相關(guān)的途徑中高度富集。在細(xì)胞內(nèi)谷氨酸/谷氨酰胺比率顯著的增加，當(dāng)細(xì)胞在基質(zhì)變硬時(shí)增加其谷氨酰胺攝取率。還觀察到在剛性基質(zhì)上培養(yǎng)的細(xì)胞中GLS表達(dá)和活性增加。這些結(jié)果支持谷氨酰胺的攝取和分解代謝調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)谷氨酸池以維持機(jī)械應(yīng)力下MT谷氨酰胺化的觀點(diǎn)。而過(guò)表達(dá)缺乏谷氨�；稽c(diǎn)的MT突變體降低了其谷氨�；胺�(wěn)定性，從而阻礙了體外和體內(nèi)癌癥的侵襲性；
（3）接著進(jìn)行siRNA篩選，以確定TTLL和CCP酶家族成員負(fù)責(zé)MT谷氨酰胺化對(duì)機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)MT谷氨酰胺化的調(diào)節(jié)影響MT在細(xì)胞中的動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性。由此確定在對(duì)基質(zhì)硬化的反應(yīng)中，MT谷氨酰胺化由TTLL4和CCP5協(xié)調(diào)，并且是穩(wěn)定MTs所必需和足夠的；
（4）研究人員使用乳腺癌作為機(jī)械信號(hào)促進(jìn)疾病進(jìn)展的疾病模型，表明基質(zhì)硬化重新連接谷氨酰胺代謝以促進(jìn)MT谷氨酰胺化并強(qiáng)制MT穩(wěn)定，從而促進(jìn)細(xì)胞侵襲。
（1）細(xì)胞外基質(zhì) (ECM) 硬化增加了微管蛋白的擴(kuò)散速率并降低了微管蛋白的可移動(dòng)部分，同時(shí)降低了MT的生長(zhǎng)速率，表明ECM硬化穩(wěn)定了MT。并且增加了 MT谷氨�；⒅亟M了MT網(wǎng)絡(luò)；
（2）MT谷氨酰胺化依賴于谷氨酰胺，用CB839（谷氨酰胺酶抑制劑）對(duì)谷氨酰胺酶(GLS)進(jìn)行藥理學(xué)抑制作用會(huì)降低 MT谷氨�；⒂绊懫錂C(jī)械穩(wěn)定性。代謝組學(xué)和代謝途徑分析顯示，ECM硬化顯著調(diào)節(jié)了33種代謝物的穩(wěn)態(tài)水平，這些代謝物在與氨基酸代謝（天冬氨酸、谷氨酸、精氨酸和脯氨酸）相關(guān)的途徑中高度富集。在細(xì)胞內(nèi)谷氨酸/谷氨酰胺比率顯著的增加，當(dāng)細(xì)胞在基質(zhì)變硬時(shí)增加其谷氨酰胺攝取率。還觀察到在剛性基質(zhì)上培養(yǎng)的細(xì)胞中GLS表達(dá)和活性增加。這些結(jié)果支持谷氨酰胺的攝取和分解代謝調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)谷氨酸池以維持機(jī)械應(yīng)力下MT谷氨酰胺化的觀點(diǎn)。而過(guò)表達(dá)缺乏谷氨�；稽c(diǎn)的MT突變體降低了其谷氨�；胺�(wěn)定性，從而阻礙了體外和體內(nèi)癌癥的侵襲性；
（3）接著進(jìn)行siRNA篩選，以確定TTLL和CCP酶家族成員負(fù)責(zé)MT谷氨酰胺化對(duì)機(jī)械應(yīng)力的反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)MT谷氨酰胺化的調(diào)節(jié)影響MT在細(xì)胞中的動(dòng)力學(xué)和穩(wěn)定性。由此確定在對(duì)基質(zhì)硬化的反應(yīng)中，MT谷氨酰胺化由TTLL4和CCP5協(xié)調(diào)，并且是穩(wěn)定MTs所必需和足夠的；
（4）研究人員使用乳腺癌作為機(jī)械信號(hào)促進(jìn)疾病進(jìn)展的疾病模型，表明基質(zhì)硬化重新連接谷氨酰胺代謝以促進(jìn)MT谷氨酰胺化并強(qiáng)制MT穩(wěn)定，從而促進(jìn)細(xì)胞侵襲。
Mechano-induced cell metabolism promotes microtubule glutamylation to force metastasis. Cell Metabolism. 2021. https://doi.org/ 10.1016/j.cmet.2021.05.009.
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十. Cell Metabolism | 腸道菌群代謝產(chǎn)物通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞毒性CD8+ T細(xì)胞免疫促進(jìn)抗癌治療效果
近年來(lái)，腫瘤免疫療法已成為臨床上治療癌癥的有力手段，并引發(fā)了癌癥療法的范式轉(zhuǎn)變。CD8+ T細(xì)胞在腫瘤免疫中起核心作用，促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境(TME)中的浸潤(rùn)和功能可能有助于提高癌癥治療的療效。對(duì)小鼠和人類(lèi)的研究表明，腸道微生物群可以調(diào)節(jié)腫瘤對(duì)化療或免疫治療的反應(yīng)，將對(duì)PD-1阻斷有效的患者糞便菌群移植到無(wú)效患者中，能夠增強(qiáng)PD-1抗體治療的療效。腸道微生物群可以合成許多特定的代謝物，一些代謝物可以影響癌癥的發(fā)展和系統(tǒng)免疫反應(yīng)。而腸道微生物如何調(diào)節(jié)遠(yuǎn)端抗腫瘤免疫力，以及腸道菌群是否能調(diào)節(jié)腫瘤浸潤(rùn)性CD8+ T細(xì)胞應(yīng)答尚不完全清楚。本研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物代謝產(chǎn)物，特別是丁酸鹽，可以通過(guò)調(diào)節(jié)CD8+ T細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的作用來(lái)提高奧沙利鉑的療效。
（1）研究人員發(fā)現(xiàn)口服抗生素可以破壞化療藥奧沙利鉑的抗癌療效，向抗生素處理小鼠回輸腸道菌群代謝物，可以提高腫瘤微環(huán)境中CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)和功能，進(jìn)而促進(jìn)化療藥物的療效，表明腸道菌群可以通過(guò)其代謝產(chǎn)物影響機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答以及治療效果；
（2）代謝組學(xué)分析顯示抗生素處理導(dǎo)致小鼠腸道內(nèi)的微生物代謝產(chǎn)物組成發(fā)生變化，其中短鏈脂肪酸丁酸的含量顯著降低。同時(shí)，丁酸能夠顯著提高CD8+ T細(xì)胞中干擾素-γ（IFN-γ）的表達(dá)。表明丁酸鹽可能介導(dǎo)腸道微生物群的抗癌作用；
（3）為了進(jìn)一步證實(shí)丁酸對(duì)CD8+ T細(xì)胞的直接作用，對(duì)卵清蛋白(OVA)特異性的OT-I CD8+ T細(xì)胞進(jìn)行體外活化，并給予低劑量(1 mM)丁酸過(guò)夜處理。結(jié)果顯示丁酸處理可以直接調(diào)節(jié)CD8+ T細(xì)胞的功能，促進(jìn)抗腫瘤免疫；
（4）機(jī)制上，丁酸對(duì)腫瘤浸潤(rùn)性CD8+ T細(xì)胞的促進(jìn)作用需要ID2。ID2在CD8+ T細(xì)胞的腫瘤浸潤(rùn)和功能中起著至關(guān)重要的作用，ID2通過(guò)調(diào)節(jié)IL-12信號(hào)通路促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能，丁酸通過(guò)調(diào)節(jié)ID2依賴的IL-12通路提高CD8+ T細(xì)胞的功能；
（5）研究人員發(fā)現(xiàn)含丁酸鹽飼料或丁酸鹽腹腔注射均能促進(jìn)奧沙利鉑或PD-L1抗體的抗腫瘤療效。通過(guò)收集奧沙利鉑治療后的結(jié)直腸癌患者的血清樣本，研究人員還發(fā)現(xiàn)對(duì)奧沙利鉑治療有較好反應(yīng)的患者血清中短鏈脂肪酸（包括丁酸）含量明顯高于無(wú)反應(yīng)患者。
（1）研究人員發(fā)現(xiàn)口服抗生素可以破壞化療藥奧沙利鉑的抗癌療效，向抗生素處理小鼠回輸腸道菌群代謝物，可以提高腫瘤微環(huán)境中CD8+ T細(xì)胞的浸潤(rùn)和功能，進(jìn)而促進(jìn)化療藥物的療效，表明腸道菌群可以通過(guò)其代謝產(chǎn)物影響機(jī)體抗腫瘤免疫應(yīng)答以及治療效果；
（2）代謝組學(xué)分析顯示抗生素處理導(dǎo)致小鼠腸道內(nèi)的微生物代謝產(chǎn)物組成發(fā)生變化，其中短鏈脂肪酸丁酸的含量顯著降低。同時(shí)，丁酸能夠顯著提高CD8+ T細(xì)胞中干擾素-γ（IFN-γ）的表達(dá)。表明丁酸鹽可能介導(dǎo)腸道微生物群的抗癌作用；
（3）為了進(jìn)一步證實(shí)丁酸對(duì)CD8+ T細(xì)胞的直接作用，對(duì)卵清蛋白(OVA)特異性的OT-I CD8+ T細(xì)胞進(jìn)行體外活化，并給予低劑量(1 mM)丁酸過(guò)夜處理。結(jié)果顯示丁酸處理可以直接調(diào)節(jié)CD8+ T細(xì)胞的功能，促進(jìn)抗腫瘤免疫；
（4）機(jī)制上，丁酸對(duì)腫瘤浸潤(rùn)性CD8+ T細(xì)胞的促進(jìn)作用需要ID2。ID2在CD8+ T細(xì)胞的腫瘤浸潤(rùn)和功能中起著至關(guān)重要的作用，ID2通過(guò)調(diào)節(jié)IL-12信號(hào)通路促進(jìn)CD8+ T細(xì)胞的細(xì)胞毒性功能，丁酸通過(guò)調(diào)節(jié)ID2依賴的IL-12通路提高CD8+ T細(xì)胞的功能；
（5）研究人員發(fā)現(xiàn)含丁酸鹽飼料或丁酸鹽腹腔注射均能促進(jìn)奧沙利鉑或PD-L1抗體的抗腫瘤療效。通過(guò)收集奧沙利鉑治療后的結(jié)直腸癌患者的血清樣本，研究人員還發(fā)現(xiàn)對(duì)奧沙利鉑治療有較好反應(yīng)的患者血清中短鏈脂肪酸（包括丁酸）含量明顯高于無(wú)反應(yīng)患者。
Gut microbial metabolites facilitate anticancer therapy efficacy by modulating cytotoxic CD8+ T cell immunity. Cell Metabolism. 2021. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2021.03.002.
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