Gut：通过肉碱激发试验鉴定TMAO-生产者表型和宿主-饮食-肠道生态失调
台湾学者Ming-Shiang Wu等人于2018年10月30日在《Gut》上发表题目为《Identification of TMAO-producer phenotype and host–diet–gut dysbiosis by carnitine challenge test in human and germ-free mice》的文章。该研究提出了临床适用的口服肉毒碱激发试验（OCCT）的方法，该方法可用于确定复杂饮食 - 宿主 - 微生物相互作用的产生TMAO的能力。
研究摘要
肠道微生物群衍生的代谢产物，三甲胺N-氧化物（TMAO）在心血管疾病（CVD）中起重要作用。空腹血浆TMAO被显示为患者CVD事件的预后指标，并提高了针对肠道微生物群的干预的兴趣。在这里，我们开发了一种临床适用的方法，称为口服肉毒碱激发试验（OCCT），可作为TMAO相关的治疗药物效果评估和个性化饮食指导。
本研究进行了药代动力学研究以验证OCCT方案的设计。在23名素食主义者和34名杂食者中进行OCCT，以验证肠道微生物群TMAO的生产能力。OCCT调查与肠道微生物组，宿主基因型，饮食记录和血清生物化学相结合。进行人源化的生殖小鼠研究以进行转化验证。
结果表明：同空腹血浆TMAO相比，OCCT鉴定TMAO生产者表型有更好的功效。杂食者拥有比素食者高10倍甚至更高的TMAO生产者。在本研究中通过OCCT发现的与TMAO相关的分类群与先前的动物研究一致。TMAO生产者表型也在人源化的生殖小鼠模型中再现。此外，我们发现粪便CntA基因与TMAO产生无关;因此，可能涉及其他关键的相关微生物基因。最后，我们证明尿液TMAO与血浆TMAO呈显著正相关（r = 0.92，p <0.0001），并改善了OCCT的可行性。
总之，OCCT可用于鉴定肠道微生物群的TMAO生产者表型，并可作为CVD预防和治疗的个人指导。
文中主要图片说明
图1 素食和杂食者之间饮食模式的差异对肠道微生物组成和多样性没有显著影响。
（A）杂食者与素食者的膳食微量营养素热图（q值<0.1），聚类营养素颜色由六种营养素标记。红色=丰度较高，蓝色=丰度较低。（B）素食者和杂食者的肉毒碱和胆固醇消费水平表现出非常显著的差异。（C）FFQ营养素数据的主成分分析表明杂食者和素食者之间存在显著不同的模式（排列多变量方差分析（PERMANOVA）：p <0.001）。
（D）素食者和杂食者中肠道微生物群的组成分析显示，使用Bray-Curtis距离计算的主要坐标分析证明没有显著差异（PERMANOVA：p = 0.3528）。（E）素食者与杂食者的α多样性指数比较。（F）杂食者与素食者的Firmicutes / Bacteroidetes比率没有显著差异。
图2 口服肉碱激发试验（OCCT）的药代动力学研究。
（A）招募了13名志愿者进行OCCT的药代动力学（PK）研究。每位参与者在第4小时，第8小时，第12小时，第24小时，第36小时和第48小时接受三片GNC左旋肉碱（约1200毫克左旋肉碱）和血液图纸。（B）在OCCT中不同志愿者的AUC条形图和具有不同PK研究的相同志愿者（6个志愿者在3个月后接受第二次PK研究）。
（C）相同和不同个体中不同药代动力学研究的AUC的归一化差异。这些数据表明TMAO生产能力的趋势可以在同一个体中定期重现。（D）根据药代动力学研究的结果验证和简化OCCT的样品采集时间点。AUC，曲线下面积; CCT，肉碱挑战试验; TMAO，三甲胺N-氧化物。
图3 对于将左旋肉碱转化为体内的TMAO，杂食者和素食者表现出不同程度的能力。
（A）对23名素食者和34名杂食者进行口服肉碱激发试验（OCCT），并在OCCT后的指定时间测量血浆TMAO水平。与基线相比，素食者和杂食者之间血浆TMAO水平的差异出现在24小时和48小时。（B）素食者和杂食者之间的空腹血浆TMAO水平没有显著差异（C）杂食者的肉碱激发试验的AUC值和最大值均显著高于素食者。
（D）根据OCCT的AUC值将人口分为四个四分位数。Q4人口被定义为高TMAO生产者，Q1作为低生产者，Q2-Q3作为中间生产者。（E）35.3%的杂食者被归为高TMAO生产者，而素食者占8.7％。14.7%的杂食者被归为低生产者，而素食者则为39.1％。（F）在高生产者中，12/14（86％）是杂食者，而在低生产者中，5/14（36％）是杂食者。杂食者与素食者作为高TMAO生产者的OR值为10.8（95％CI 1.69至68.94）。AUC，曲线下面积; TMAO，三甲胺N-氧化物。
图4 通过口服肉碱激发试验（OCCT）分组的功能表型与肠道微生物组组成，多样性，特征和功能的差异显著相关。
（A）再OCCT中高TMAO生产者和低生产者对应着明显不同的的曲线。（B）高生产者和低生产者之间血浆空腹TMAO水平的差异是不显著的。（C）AUC值和最大OCCT值的差异非常明显。
（D）热图显示高和低TMAO生产者之间细菌水平明显不同（p <0.01）与低产量生产者相比，高生产者的厚壁菌门相对较高（粉红色），而对于拟杆菌门（黄色）显示相反的结果。（E）低生产者与高生产者之间的厚壁菌门/拟杆菌比率差异显著。（F）高TMAO生产者和低生产者之间的Shannon指数和Chao1指数也有显著差异。
（G）TMAO高生产者与低生产者的肠道微生物组概况的原理坐标分析表明存在显著差异。（H）TMAO高生产者与LDA得分排序的低生产者的特征性系统发育类群表现出与先前良好对照小鼠研究中检测到的类群（在红框中标记）的相似性。（I）8只9周龄雄性无菌小鼠（每组n = 4）接受来自高TMAO生产者或低TMAO生产者供体的粪便微生物群移植作为人源化生殖小鼠模型。给小鼠放置肉毒碱补充饮食（1.3％在水中）并通过口服强饲法接受d9-肉碱激发试验。在小鼠中显着再现了供体的TMAO产生能力的表型。
图5 肉毒碱摄入量，粪便CntA丰度和宿主FMO3基因型与人体中产生TMAO的能力不相关。
（A）CntA丰度（群落的％）与空腹血浆TMAO，（B和C）AUC和OCCT的血浆TMAO的最大值没有相关性。
（D）肉碱摄入量也与血浆TMAO的AUC密切相关。（E和F）在研究群体中检测到两种常见的宿主黄素单加氧酶（FMO）单核苷酸多态性，FMO3 / Lys158和FMO3 / Gly308突变等位基因，并且突变体和野生基因型之间产生TMAO没有表现出差异。
图6 尿液TMAO水平与血浆TMAO水平强烈相关，可作为口服肉毒碱激发试验（OOCT）的替代标本。
（A）171个血浆样品的对数TMAO值与来自相同受试者的尿液样品的相应TMAO值和取样时间强烈相关。57名参与者中血浆TMAO的对数AUC值与同一OCCT中尿TMAO的AUC值强烈相关。
（B）OCCT可以反映饮食，肠道微生物群和宿主之间的串扰的结果，并且可以单独用于测量TMAO产生能力。OCCT可以作为个性化饮食指导或饮食诱导的血栓风险监测。它还可以用于评估新药开发的治疗功效，或者可以作为调查粪便中TMAO相关生物标志物的基准。