多组学整合，快速定位关键代谢通路，解析分子机制
生物学是一种复杂的学科，往往单一组学无法探究想要了解的生物学问题，这时就要运用到多组学联合分析。近年来，多组学研究的不断发展和持续火热，越来越多的研究者开始将微生物组学和代谢组学联合起来。16s全长扩增子测序可提供细菌构成、基因丰度，可以解决who-有谁以及many-有多少的问题。而代谢组学是研究生物体中代谢产物变化的科学，可以解决what happened-发生了啥的问题。通过多组学整合，快速定位关键代谢通路，解析现象背后的机制，从物种、基因以及代谢产物等水平共同解释科学问题，更好地理解疾病病变过程及机体内物质的代谢途径。代谢组学研究对象大多是相对分子质量≤1000 Da的小分子物质，如有机酸、氨基酸、核苷酸、糖、脂质、维生素等。进一步划分，其中非靶向代谢组是无偏向性的对所有代谢物同时进行检测分析，获得样本中代谢物的相对含量；靶向代谢组是仅对目标代谢物定量分析，其中一部分是基于代谢物标准品进行绝对定量，如越来越火的短链脂肪酸和氨基酸代谢。
小编精心挑选了3篇扩增子与代谢组联合分析的高分文章，希望能帮助大家激发科研思路和灵感。
接下来我们来看些优秀案例文章分享吧！
- 译名：姜黄素通过抑制炎症小体激活和调节小鼠肠道菌群减轻葡结肠炎
- 时间：2022
- 期刊：Antioxidants
- 影响因子：7.0
- DOI：10.3390/antiox11101994
研究表明，双去甲氧基姜黄素 (BUR) 在脂多糖诱导的肠道损伤中发挥抗炎作用，并发现表面NOD 受体超家族，含有 3 (NLRP3) 的炎性小体在结肠炎的发病机制中起着至关重要的作用。。本研究通过对45只小鼠分为四组进行结肠炎模型对照试验，随后对小鼠组织进行16S扩增子及短链脂肪酸代谢组分析。
总结
BUR 降低了 NLRP3 家族成员的表达，证实了其对 NLRP3 炎性体激活和细胞焦亡的抑制作用；
BUR 调节微生物群失调并改变肠道微生物群落，丰富了有益细菌（如乳杆菌和双歧杆菌）的相对丰度，这与促炎生物标志物呈显着负相关；
这些发现表明 BUR 可以通过改善肠道屏障功能、减少细胞凋亡、抑制 NLRP3 炎性体激活和调节肠道微生物群来改善 DSS 诱导的结肠炎。
图 BUR诱导的改变了结肠炎中的肠道微生物结构
图BUR提高了结肠炎中SCFAs的产生
图 前10种细菌的相对丰度与炎症性介质的相关性热图
译名：Abelmoschus Manihot 通过调节非肥胖糖尿病小鼠的肠道微生物群来改善糖尿病肾病循环代谢物的水平时间：2023
期刊：Microbial Biotechnology
影响因子：5.7
DOI：10.1111/1751-7915.14200
黄葵胶囊 (HKC) 是一种中药，已被用于治疗肾脏疾病，包括糖尿病肾病 (DN)。通过使用患有 DN 的非肥胖糖尿病 (NOD) 小鼠来评估 HKC 在调节肠道微生物群和改善代谢物水平方面的作用。本文章使用 16S rDNA 测序技术分析了接受和未接受 HKC 治疗的 NOD 小鼠三个肠段（十二指肠、回肠和结肠）的微生物群，代谢组分析 NOD 小鼠血浆代谢物变化。
总结
1.HKC 给药改善了 NOD 小鼠的 DN，十二指肠菌群对 HKC 干预更敏感，而结肠菌群对代谢的影响更大。
2.Faecalitalea 和Muribaculum 等细菌属在 HKC 处理后显着增加并与大多数改变的代谢物呈负相关，而 Phyllobacterium、Weissella 和 Akkermansia 则呈相反趋势。
3.血浆代谢物主要包括氨基酸和脂肪酸，如甲硫氨酸亚砜、支链氨基酸和顺式-7-十六碳烯酸，在 HKC 治疗后表现出明显的恢复正常。
图 HKC对NOD小鼠肠道菌群组成的影响
图 由HKC干预引起的NOD小鼠代谢途径的差异
图 HKC组和对照组小鼠的微生物群和代谢物之间的相关性
- 译名：肠道微生物组的靶向调节大鼠代谢谱并缓解心脏肥大
- 时间：2022
- 期刊：Microbiology Spectrum
- 影响因子：9.043
- DOI：10.1128/spectrum.01053-21
高海拔会导致出现生理或病理反应，这些反应伴随着肠道微生物组的改变，长期低压缺氧刺激后与海拔相关的病理性心脏肥大的潜在机制仍未完全阐明。为了研究肠道微生物群调节是否可以缓解高海拔相关疾病，对80只小鼠进行对照实验，建立海拔相关心脏损伤大鼠模型并给予益生菌、益生元和合生元治疗，通过16S扩增子及靶向代谢组进行联合分析。
总结
1、低压缺氧引起的肠道菌群破坏也得到改善，尤其是瘤胃球菌科和毛螺菌科的微生物。代谢组学显示，低压缺氧会显着改变血浆短链脂肪酸 (SCFAs)、胆汁酸 (BAs)、氨基酸、神经递质和游离脂肪酸，但不会改变粪便 SCFAs 和 BAs。这些治疗能够在一定程度上恢复血浆氨基酸和神经递质的稳态，但不能恢复其他测量的代谢物。
2、文章对长期低压缺氧大鼠模型中的肠道微生物组进行了干预，发现该干预可以缓解低压缺氧诱导的病理性心肌肥大、肠道微生物微生态失调以及肠道和血浆中某些代谢产物的代谢紊乱症状。文章研究表明，肠道微生物组可能是高海拔相关发病机制的致病因素，也是治疗干预的靶点。
图 这些治疗改善了低压缺氧对肠道微生物群的影响
图 治疗对血浆代谢组和细胞因子的影响
图 多组数据之间的相关性
图 粪便微生物与粪便和血浆代谢产物之间的成对相关性
参考文献：
[1]Zhang J,et al. Bisdemethoxycurcumin Alleviates Dextran Sodium Sulfate-Induced Colitis via Inhibiting NLRP3 Inflammasome Activation and Modulating the Gut Microbiota in Mice. Antioxidants (Basel). 2022
[2]Shi R,et al. Abelmoschus Manihot ameliorates the levels of circulating metabolites in diabetic nephropathy by modulating gut microbiota in non-obese diabetes mice. Microb Biotechnol. 2023
[3]Hu Y, et al. Gut Microbiome-Targeted Modulations Regulate Metabolic Profiles and Alleviate Altitude-Related Cardiac Hypertrophy in Rats. Microbiol Spectr. 2022