科研| J ALLERGY CLIN IMMUN：缺乏母乳喂养，爱吃油炸食物的幼儿易得哮喘？肠道代谢组的综合分析
编译：古雨，编辑：谢衣、江舜尧。
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论文ID
原名：Integrative analysis of the intestinal metabolome of childhood asthma
译名：幼儿哮喘肠道代谢组的综合分析
期刊：Journal of Allergy and Clinical Immunology
IF：14.11
发表时间：2019.08
通讯作者：Lee-Sarwar KA，Kelly RS，Lasky-Su J
作者单位：布莱根妇女医院，哈佛医学院
实验设计
实验结果
1.早期肠道代谢产物与幼儿哮喘有关
使用质谱法分析了361例（85例哮喘VS 276例对照）3岁幼儿的粪便样本。经过逻辑回归分析，从鉴定出的737种肠道代谢物中，确定了45种代谢产物与哮喘相关，且除了骨甾烷醇、半胱氨酸甘氨酸、3-羟基吡啶外，大部分与哮喘呈正相关。在通过多次校正后后，发现多不饱和脂肪酸（PUFA），omega-6二十碳五烯酸和二酰基甘油仍然显著。由于类固醇类药物可能会影响患者的肠道代谢，于是将类固醇的使用作为协变量纳入模型再次分析，未发现关联发生改变。接着作者为探究代谢物的功能，将所有的代谢物使用WGCNA分析构建网络，确定了54个高度相关的模块，并发现二酰基甘油、PUFA模块与哮喘负相关。综上，哮喘患者中，大多数肠道代谢物减少，且PUFA，内源性大麻素和二酰基甘油是与哮喘高度相关的脂质代谢物模块。
2.母乳喂养是哮喘相关肠代谢物的潜在决定因素
接着，作者探索了与哮喘相关的潜在决定因素。经过卡方检验，分娩方式、3岁以下幼儿的日托照顾、幼儿期是否接触宠物狗、年长家庭成员的存在与哮喘没有关联。但是，有哮喘的幼儿更有可能使用或接触抗生素，且在出生后前4个月接触母乳喂养的次数更少。通过进一步分析肠道代谢物在哮喘与母乳喂养的中介效应，发现8种代谢产物与母乳喂养和哮喘之间存在关联，且7种为二酰基甘油，与哮喘负相关且与母乳喂养呈正相关，且中介分析显示，母乳喂养与哮喘之间的关系中，有13％是由二酰基甘油肠代谢模块介导的。综上，生命的最初4个月缺乏纯母乳喂养是哮喘的危险因素，其可部分通过肠代谢物（包括二酰基甘油）起作用。
3.肠道代谢组与肠道微生物组，血浆代谢组和饮食总体相关
作者通过协惯量分析（co-intertia anaysis，CoIA）确定肠道代谢组与其他相关“组学”的关联程度，即通过粪便样品定量16S rRNA的肠道微生物组、通过质谱分析的血浆代谢物谱以及评估饮食的食物频率问卷调查数据。结果显示，饮食和血浆代谢组与肠道代谢组存在相关关系，且肠道微生物组与肠道代谢组的相似性最大。以上表明，饮食、血浆代谢组及肠道微生物组与肠道代谢组之间存在相关，且肠道代谢组与肠道微生物组之间的关系最为显着，与幼儿哮喘相关。
3.1肠道细菌类群与肠道代谢产物
作者使用稀疏典型相关分析（Sparse CCA）来鉴定哮喘幼儿中与肠道代谢物相关的细菌群，进而寻找与哮喘有关的代谢活跃细菌。基于对37种肠道代谢物以及29种细菌类群的分析，并进行校正后，结果显示肠道代谢物和细菌种群得分分别与哮喘正相关，且肠道代谢物与细菌种群之间相关，而克里斯滕氏菌科的物种丰度与哮喘及代谢产物的相关性最强。接着作者将单个代谢物替换为代谢物模块继续分析，发现包括PUFA和内源性大麻素模块在内的8个代谢物模块（先前已证明与哮喘相关）与细菌群有关。综上，肠道代谢组和微生物组之间存在很强的关联，会影响哮喘风险。且PUFA，内源性大麻素和克里斯滕氏菌科物种参与了相关的微生物组-代谢组相互作用。
图2 肠道代谢物（行）和肠道细菌分类群（列）的相关热图，特征名称之后为每个特征给出负载系数，符号表示关联方向。红色表示负相关，黄色表示正相关。
3.2肠道代谢组和血浆代谢组
作者继续使用Sparse CCA方法分析，分析41种肠道代谢产物和37种血浆代谢产物的相关性。结果显示，两者存在相关关系，且与哮喘正相关，且γ-生育酚/β-生育酚在肠道代谢物和血浆中均具有最高的负载系数，但单独分析肠道代谢组、血浆代谢组与哮喘的关系时，γ-生育酚/β-生育酚与哮喘并没有相关性，可能维生素E以γ-生育酚/β-生育酚的形式存在协同作用，从而影响整个系统对与哮喘相关的“组学”的影响。此外，作者并没有发现PUFA，内源性大麻素和二酰基甘油模块在血浆和肠道代谢组存在关联，提示肠道和血浆脂质可能通过不同的机制影响哮喘的风险。
图3 肠道代谢物（行）和血浆代谢物（列）的相关热图
3.3饮食摄入与肠道代谢组
作者分析饮食中的7种食物摄入和41种肠道代谢物的相关性。结果显示，两者存在相关关系，且与哮喘正相关，油炸和加工肉类，如炸鸡，鸡块，热狗和汉堡包的摄入与肠道代谢物具有更强的相关性。接着作者将单个代谢物替换为代谢物模块继续分析，发现包括PUFA和内源性大麻素模块在内的8个代谢物模块（先前已证明与哮喘相关）与食物摄入有关。以上分析表明，富含肉类（尤其是油炸或加工肉类）的饮食与哮喘存在关联，且这种关联部分是由肠道代谢产物所介导的。
图4食摄入物（行）和肠道代谢物（列）的相关热图
讨论
与哮喘相关的大多数肠道代谢物在哮喘患者中减少，可能是其特定微生物和代谢产物的早期消耗。网络分析显示哮喘与PUFA，二酰基甘油和内源性大麻素3组肠道脂质之间呈负相关。PUFA发挥免疫调节类花生酸和促分解介质的前体作用，但是在本文分析中，未发现血浆PUFA和肠道PUFA存在关联。说明肠道和血浆PUFAs通过不同的机制影响哮喘的风险。二酰基甘油是参与功能的关键细胞内信号转导第二信使，包括免疫细胞信号转导和细胞生长。文章报道了肠道二酰基甘油介导饮食因素与哮喘之间的关联，即粪便二酰基甘油是母乳喂养与哮喘之间负相关的中介。母乳喂养对肠道微环境有长期影响，且发现食物摄取中，油炸和加工肉类与肠二酰基甘油相关，且二酰基甘油多被用于食物的乳化剂，表明母乳喂养和随后的饮食都会通过影响肠道代谢组而影响哮喘。内源性大麻素具有饮食和内源性来源，涉及广泛的系统过程，包括免疫和代谢功能的调节。大麻素与哮喘之间存在负相关关系，且与哮喘相关的微生物组也有关，可能其参与了肥大细胞、过氧化物酶体增殖物受体α或类花生酸的活性有关。肠道微生物组与肠道代谢组之间有很强的整体联系，特别是克里斯滕氏菌科的细菌。克里斯滕氏菌与低体重（相对于肥胖）密切相关。肠道γ-生育酚/β-生育酚在所有稀疏典型相关分析中，具有正相关关系。维生素E具有抗氧化特性，并与降低哮喘风险始终保持联系。但γ-生育酚/β-生育酚的作用可能是间接的，因为以单独的代谢产物形式分析时与哮喘无关。富含油炸和加工肉类的饮食也与哮喘相关的肠道代谢产物有关，说明肠道代谢物部分参与油炸和加工肉类消费与哮喘之间的因果关系。
评论
本文基于3岁哮喘幼儿的肠道代谢组进行了表征，并且将饮食，微生物组和血浆代谢组学纳入幼儿期肠道代谢组的评估。肠道代谢组与肠道微生物组，血浆代谢组和饮食之间存在与哮喘相关的相互作用，出生后前四个月缺乏纯母乳喂养会增加患哮喘的风险，并可能通过扰动肠道代谢组而起作用。综合分析表明，在哮喘幼儿中肠道代谢组与肠道微生物组密切相关，克里斯滕氏菌科物种可能在这种关系中起作用。富含油炸或加工肉类的饮食，可能与肠道代谢产物有关。最后，γ-生育酚/β-生育酚形式的维生素E对哮喘风险可能具有间接的影响，以上结果还需要在今后的研究中进行重复（图5）。
图5 总览
原文网址：https://www.jacionline.org/article/S0091-6749(19)30406-3/fulltext