微生物组+代谢组，发现基于肠道微生物的疾病标志物

肠道微生物与我们的生命健康息息相关，多种疾病的发生与肠道内菌群的紊乱密切相关，比如：消化系统疾病、内分泌系统疾病、精神系统疾病、自身免疫性疾病以及一些感染性疾病。

为了探究肠道菌群与各类疾病的联系，可借助微生物组学——扩增子、宏基因组、宏转录组技术探究肠道中“存在哪些微生物，这些微生物能做什么以及正在做什么”。若想进一步探究生物体内究竟发生了什么，需要使用代谢组学来辅助研究肠道微生物在定植和繁殖过程中同宿主共代谢而产生一系列的代谢产物，这些代谢产物直接或间接的影响着宿主的疾病反应。

总之，将微生物组学和代谢组学联合起来，就可以从微生物群、代谢物变化等多维度来解释疾病发生过程，找到与疾病发生的相关生物标志物，进而助力疾病无创检测的实现。

急性心肌梗的无创标志物[1]

摘要

冠状动脉疾病（CAD）的发病程度和肠道微生物的活动密切相关，急性心肌梗死（AMI）作为稳定性冠状动脉病（sCAD）的主要致死原因，因其发病迅速、征兆不明显，急需研究探明早期预警信号。为此研究人员采集190名（sCAD、AMI和正常冠状动脉（NCA））受试者的血液生化参数；再基于16S rRNA的肠道微生物群和NMR的粪便/血液/尿液代谢物进一步选取20名受试者，通过全基因组鸟枪法测序分析其肠道微生物群，最终从备选细菌属和代谢物组中选取了9个指标，作为区分AMI和sCAD病状的无创性标记物组。

研究路线

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解决的生物学问题

研究人员通过血液生化指标检测，发现血液代谢产物与对急性心肌梗死的早期预警效果更好，这与前期研究结果一致。但细菌属、粪便代谢物和尿液代谢物的组合相较于血液代谢产物，不仅是 AMI 复发预警的良好模型，而且是一种方便、无创的方法。

此外通过宏基因组和扩增子技术研究细菌标记物差异，发现肠道微生物种类的特定组合同样有利于 AMI 的早期预警。

结直肠癌的生物标志物[2]

摘要

结直肠癌(CRC) 发病的诱因与肠道微生物群及其代谢产物密切相关。为了探究肠道微生物相关代谢物与结直肠癌发病的联系，确定其在CRC发病中的机理，研究人员对386名受试者（118名结直肠癌癌CRC患者、140名结直肠腺瘤（CRA）患者和128名健康（NC））的粪便样本进行了代谢组学和宏基因组学分析，通过偏最小二乘法判别分析和主成分分析法确定了NC、CRA和CRC组之间的肠道代谢物概况的差异；沿着腺瘤-癌的顺序研究代谢组学和宏基因组学特征综合分析发现CRC相关的代谢物和细菌之间的关系在不同的CRC阶段均有改变；认为将肠道细菌与代谢物标记物组合起来将提高诊断性，还有可能帮助对结直肠肿瘤进行早期诊断。

研究路线

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解决的生物学问题

研究人员综合代谢物和微生物组研究发现肠道代谢物以及微生物组在结直肠癌发生的各个阶段均会发生变化，将代谢物与细菌分类群结合可以提高结直肠癌和腺瘤的无创性诊断能力。除细菌外，粪便代谢物也可用于对结直肠肿瘤的无创性诊断。

并探究到CRC肿瘤发生中潜在的早期驱动代谢产物，为进一步的实验提供了信息，以辅助制定更好的CRC诊断和预防策略。

“将代谢组与微生物组进行关联研究肠道菌群，从多维的角度进一步解析其功能，分析并挖掘肠道菌群及代谢产物与宿主表型间存在的作用机制”是近年来科研圈最常见的研究思路，未来“代谢组学+扩增子”、“代谢组+宏基因组”等多组学关联分析将继续帮助研究人员在肠道微生物领域探究更复杂、深层的疾病成因问题。

参考文献

[1] Dong, Chaoran et al. “Gut Microbiota Combined with Metabolites Reveals Unique Features of Acute Myocardial Infarction Patients Different from Stable Coronary Artery Disease.”Journal of advanced research (2022): n. pag.

[2] Coker, Olabisi Oluwabukola et al. “Altered gut metabolites and microbiota interactions are implicated in colorectal carcinogenesis and can be non-invasive diagnostic biomarkers.”Microbiome 10 (2022): n. pag.