科研| J NUTR BIOCHEM：绿茶多酚可促进SD大鼠肠道菌群依赖性线粒体三羧酸循环和尿素循环

编译：文文，编辑：谢衣、江舜尧。

原创微文，欢迎转发转载。

导读

绿茶多酚（GTPs）是茶叶中的主要类黄酮，被证实具有抗氧化，癌症保护，缓解高血压，以及降低体胆固醇和血糖水平等作用。本研究探讨了GTPs增强肠道菌群依赖性能量转换的系统机制，证实GTPs通过增强大鼠肠道菌群的线粒体三羧酸（TCA）循环和尿素循环来增强能量转换。通过增加许多同源基因，进而增加瘤胃菌科、毛螺菌科和拟杆菌科中有益微生物，从而实现了这种代谢调节。

论文ID

原名：Green tea polyphenols boostgut-microbiota-dependent mitochondrial TCA and urea cycles in Sprague-Dawleyrats

译名：绿茶多酚可促进SD大鼠肠道菌群依赖性线粒体三羧酸循环和尿素循环

期刊：Journal ofNutritional Biochemistry

IF：4.49

发表时间：2020.4

通讯作者：Jia-Sheng Wang

通讯作者单位：佐治亚大学

实验设计

采用使用亲水作用色谱（HILIC）-加热电喷雾电离源（HESI）-液相色谱质谱连用（LC-MS）检查了肠道菌群依赖性线粒体TCA循环和尿素循环中存在的代谢物。SD大鼠分别给予含有0%，0.5%和1.5% GTP的水（n=12）。在3个月和6个月时收集肠道内容物样品。非靶向代谢组学分析GTPs治疗的剂量和时间依赖性。靶向代谢组学分析线粒体TCA循环和尿素循环中代谢物的变化。生物信息学方法（例如ASCA分析，富集通路分析和KEGG途径图谱分析）挖掘非靶向代谢组学数据。使用IMG/M和KEGG数据库推测和整合16S rRNA，宏基因组学分析和代谢组学分析结果。

实验结果

1 HILIC-LC-MS代谢组学分析

MS分析的60个样品的数据总共对应了2177个特征。ASCA分析显示，存在35个具有显著剂量依赖性的特征（图1A），54个具有显著时间依赖性的特征（图1B）和2个具有显著的治疗相互作用依赖性的特征（图1C-E）。大部分亲水性更高的代谢物是膳食成分和极性适中的复杂脂质。还注意到一组属于TCA循环，尿素循环和嘧啶途径的15种代谢物。靶向SRM分析确定了与TCA循环，尿素循环以及嘧啶、嘌呤和各种氨基酸代谢有关的24种代谢物。靶向和非靶向代谢组学分析检测到一组与TCA循环和尿素循环相关的代谢物发生了显著变化，包括苹果酸，延胡索酸，瓜氨酸，精氨基琥珀酸，二氢尿嘧啶，胍基丁胺，天冬氨酸和琥珀酸，这些结果总结在图2中。

注意到对GTPs处理有显著反应的嘌呤和嘧啶途径中的几种代谢物。嘧啶途径：二氢乳清酸，胞嘧啶，尿囊素，脲基琥珀酸酯。嘌呤途径：肌苷酸，腺苷3'，5'-环磷酸酯，3-羟基-4-氨基硫酸。对GTPs治疗的时间，剂量和相互作用有显著反应的代谢物的途径影响分析表明，最显著的变化发生在“半胱氨酸和蛋氨酸代谢”，“甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸代谢”，“嘌呤代谢”，“缬氨酸，亮氨酸和异亮氨酸生物合成”和“ TCA循环”。

图1 Leverage/SPE散点图筛选GTPs处理的大鼠肠内容物中含有的显著不同的亲水性代谢物

图2 GTPs对SD大鼠肠道菌群的线粒体TCA循环和尿素循环以及相关代谢途径的修饰作用概述

2 科水平分类群相关分析

通过OTUs的相对丰度和感兴趣的代谢途径（KEGG数据库）中的基因多样性（IMG/M数据库）评估显著改变的OTUs对感兴趣的代谢途径的相对贡献。与其他丰富的OTUs相比，（p）瘤胃菌科和（u）拟杆菌科对代谢途径的贡献最大。圆形图中显示科水平的OTUs之间的联系（图3A）。在减少的OTUs中形成了两个群集：群集“a-b-f-g-n”和群集“c-d-e”（图3B）。在增加的OTUs中，集群“p-q-r-w”表现出与其他OTUs具有最广泛的相关性，尤其是（t）盐杆菌科仅与（p）瘤胃菌科相关（图3C）。检查升高和降低的OUTs之间的相关性，发现（d）消化链球菌科（f）普雷沃氏菌科和（g）双歧杆菌科与最丰富的OTUs呈负相关。特别地，（d）消化链球菌科与（v）紫单胞菌科，（u）拟杆菌科和（s）毛螺菌科呈负相关；（f）普雷沃氏菌科与（w）α-变形杆菌，（r）消化球菌科和（q）脱硫弧菌科呈负相关；（g）双歧杆菌科与（u）拟杆菌科（r）消化球菌科和（q）脱硫弧菌科呈负相关（图3D）。相关性分析显示了OTUs富集和OTUs降低的3个成对群集：（群集1）（s）毛螺菌科，（u）拟杆菌科和（v）紫单胞菌科和与结肠癌有关的（d）消化链球菌科呈负相关；（群集2）（r）消化球菌科和（q）脱硫弧菌科与（f）大多数成员是机会性病原体的普雷沃氏菌科呈负相关；（群集3）（u）拟杆菌科，（r）消化球菌科和（q）脱硫弧菌科与某些成员是机会性病原体的（g）双歧杆菌科呈负相关。

图3 SD大鼠肠道菌群中升高和降低的OTUs和GTPs处理水平升高（0，0.5％，1.5％GTPs）的相关分析

3 代谢组学和宏基因组学数据整合

代谢组学数据包括当前工作中的GC-MS代谢组学分析数据，HPLC分析谱数据以及HILIC-LC-MS代谢组学数据。宏基因组学数据包括1891个同源基因及其相对丰度。“生物合成的代谢途径”证明了TCA循环和尿素循环的激活以及嘌呤、嘧啶、脂质、脂肪、碳水化合物和氨基酸的“能量转化”相关代谢。这与通过宏基因组学分析发现的6个与生物发生相关的同源基因的显著变化一致。图2总结了TCA循环和尿素循环的总体变化。

此外，我们发现富含GTPs的肠道微生物菌株通常含有更高的与线粒体TCA循环和尿素循环有关的基因多样性，以及其他与“能量转化”有关的途径，如糖酵解，糖异生和脂肪酸降解（图4）。

图4 特定OTUs对肠道菌群依赖性代谢的相对贡献

结论

本研究表明，GTPs通过修饰肠道菌群的TCA循环和尿素循环，提高了大鼠模型中系统能量转换的效率。这种调节进一步导致血液葡萄糖，甘油三酯和总胆固醇水平的降低。GTPs的修饰作用是通过富集有益菌株（瘤胃菌科、毛螺菌科和拟杆菌科）实现的。有益菌株的增加抑制了许多机会病原体和有害菌株。这些变化可能是GTPs对哺乳动物发挥有益作用的重要方面。

原文网址：https://doi.org/10.1016/j.jnutbio.2020.108395