粪便代谢组学可用于表征肠道微生物群功能及其与宿主的相互作用

先前的实验研究发现，代谢组学可用于监测宿主饮食对肠道微生物群功能的影响。这些数据表明，关注肠道微生物群的功能相较单纯研究肠道微生物的组成可能更好地表征肠道微生物群及其与宿主的相互作用。

由英国伦敦国王学院双胞胎研究和遗传流行病学系的Tim Spector博士和Cristina Menni博士领导的一项新研究发现，粪便代谢组可能为肠道微生物群落的代谢及其与宿主遗传和饮食的相互作用提供一种互补的功能检查方法。

研究人员分析了786名个体，主要是女性（93.4％），平均年龄为65.2岁，平均体重指数（BMI）为26.1，来自基于双胞胎研究TwinsUK的人群。基因组结果也在来自TwinsUK研究的230名个体（98.3％为女性）的独立组中复制，年龄为66.9岁，平均BMI为27.2。

受试者粪便样本的代谢分析总共测量了总共1116种代谢物。在所有样本中至少有80％检测到570种代谢物，有20%-80％的样本检测到345种代谢物。值得一提的是，在整个测量的粪便代谢物库中，647种是粪便样本所特有的，这突出了粪便代谢组可以提供与血液代谢组学相辅相成的信息。

研究人员发现内脏脂肪量（一种测量腹型肥胖的方法）和粪便代谢物之间存在102种统计学上显著的相关性，这解释了观察到的28.4％的内脏脂肪总变异。内脏脂肪相关代谢物包括氨基酸、脂肪酸、核苷酸、糖和维生素。先前发现的与较低内脏脂肪量相关的一些细菌家族的丰度与较低的氨基酸丰度密切相关。这些研究结果表明，氨基酸的可用性可能与微生物代谢物在介导粪便微生物组与肥胖之间关系中的作用有关，宿主- 微生物间复杂的相互作用值得深入研究。另一方面，只有8种代谢物与BMI相关。这些结果表明肠道微生物群代谢物对腹型肥胖的影响，这与先前来自同一研究组的结果相一致。在探索粪便代谢组与年龄之间的相关性时，研究人员发现一些代谢物区分了参与者中最老的（> 75岁，n = 79）和最年轻（<56岁，n>

宿主遗传学对粪便代谢组的影响不大（遗传率为17.9％）。 NAT2基因的一个复制位点涉及咖啡因和异生物代谢的几种要素，与粪便代谢特征有关，表明粪便代谢物可能介导宿主遗传和异生物质代谢之间的串扰。

关于粪便代谢组反映肠道微生物群代谢功能的程度，肠道微生物的组成解释了67.7％在710种代谢物中观察到的差异。具体而言，代谢异生物质显示出与微生物组成最强的联系。至于粪便代谢组对肠道微生物类群的影响，264种代谢物在操作分类学水平上与微生物相关，其余代谢物也与更广泛的分类群组相关。通过使用复杂的统计模型，研究人员还发现代谢物和微生物之间有多达2,553种独立的关联。

总之，粪便代谢组可以部分地反映肠道微生物群的组成。这些结果揭示了粪便代谢组学在探索肠道微生物群落的代谢及其与宿主遗传和饮食的相互作用中作为新兴生物标志物的作用。