Cell Reports | 神经系统变性疾病又添微生物新证据?代谢组揭示了帕金森病中肠道微生物与宿主相互作用对硫代谢的影响

推荐:江舜尧

编译:小菌菌

编辑:小菌菌

爱尔兰国立大学(高威)医学院的Johannes Hertel等人于2019年11月12号在Cell Reports发表题为《Integrated Analyses of Microbiome and Longitudinal Metabolome DataReveal Microbial-Host Interactions on Sulfur Metabolism in Parkinson’s Disease》的文章,Hertel等人通过整合纵向代谢组学和肠道微生物组的计算模型,展示了帕金森病中人和微生物硫代谢的复杂变化。次级牛磺酸结合胆汁酸与帕金森病的严重程度和发病率有关,揭示了多组学整合分析在帕金森病中的潜在临床价值。

要点:

1. 纵向代谢组学揭示了帕金森病患者的转硫作用出现异常。

2. 肠道微生物的代谢模型显示微生物的硫代谢发生变化。

3. 微生物硫代谢的改变与沃氏嗜胆菌(Bilophila wadsworthia)和嗜粘蛋白艾克曼菌(Akkermansia muciniphila)有关。

4. 牛磺酸结合的胆汁酸与帕金森病有关。

图片摘要

文章摘要:

帕金森病(PD)对人体的新陈代谢具有全身性影响,而肠道微生物组的作用也逐渐显现出来。这里,我们整合分析了来自30名新发且未经药物治疗的PD患者和30名匹配的对照人群(具有基于约束的肠道微生物群落建模,该建模来自独立的未经药物治疗的PD队列)的纵向代谢组学数据,和来自普通人群的前瞻性数据。主要结果是:
(1)PD患者与对照组之间,蛋氨酸和半胱氨酸相互转化(胱硫醚为该转化的代谢中间体)的相关代谢产物的纵向轨迹不同;
(2)多巴胺能药物治疗表现出强的脂质组特征;
(3)牛磺酸结合的胆汁酸与运动症状的严重程度相关,普通人群中低水平的硫酸化牛磺石胆酸盐与PD的发病率有关;
(4)计算模型预测了由A. muciniphila和B. wadsworthia驱动的硫代谢变化,这与代谢组的变化是一致的。
多组学整合揭示了微生物与宿主的硫共代谢中PD的特定模式,这可能与PD的严重程度有关。
文中重要图片说明

图1 | 代谢组学分析和取决于左旋多巴摄入量的3-O-甲基多巴胺水平的概述

A.Venn图,表示测得的代谢物映射到人类虚拟代谢数据库(www.vhm.life; Noronha et al., 2018)中,该数据库包含人类代谢重建(Brunket al., 2018)、818种微生物代谢重建(Magnu´ sdo´ ttir et al., 2017),以及大于8000种食品的成分。B.左旋多巴摄入量(自我报告)和3-O-甲基多巴胺水平。C.检测化合物的生化分类以及每个类别下重要发现的概述。

图2 | 与PD相关的人体转硫途径的纵向变化

A.基线时人体转硫途径的变化。突出显示了代谢物浓度的变化(相比于对照组)(p <0.05,FDR <0.05)。B.PD组内转硫作用的纵向变化。突出显示了PD组中具有明显轨迹的代谢物(实线:p <0.05,FDR <0.05;虚线:p <0.05,FDR> 0.05)。C.显示了3个时间点,转硫途径中代谢物与代谢物关联的改变。D.显示了3个时间点,PD组内所有测得的转硫途径化合物的箱线图。对数浓度以单个平均值为中心。BL,基线;FU1,随访I;FU2,随访II。

图3 | 代谢组中多巴胺能药物治疗的特征

A.多巴胺能药物治疗的结果概述,汇总了经过多重检验校正后的重要结果(FDR <0.05)。注意:全局检验没有效果。B.3-O-甲基多巴胺和胱硫醚的变化取决于左旋多巴剂量的变化。下方的图:被连接的点属于同一个体;胱硫醚的变化与左旋多巴的剂量无关,而3-O-甲基多巴胺的水平随左旋多巴剂量的升高而升高,当左旋多巴剂量达到一定高的水平后,3-O-甲基多巴胺基本保持不变。C.胆汁酸和组氨酸与UPDRS III评分的关联(所有FDR <0.05)。BL,基线;FU1,随访I;FU2,随访II;PC,磷脂酰胆碱;TG,甘油三酸酯;UPDRS,帕金森病统一评分量表。

图4 | 个体化微生物组模型的分析结果

A.微生物中硫代谢和天冬氨酸产蛋氨酸的描述。粗体红色箭头表示流向终产物的总通量增加。B.分数回归对反应丰度进行统计分析的结果。C.PD患者和对照人群中上述途径分泌潜能变化的箱线图。D.PD患者和对照人群中沃氏嗜胆菌丰度的箱形图。




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