9月2日，西雅圖Systems Biology研究所的科學家在《Nature Biotechnolog》報導，通過檢測血液中的代謝物，能夠預測個體的腸道微生物多樣性。
研究人員對399個健康人隊列、約1000個血液分析物（實驗室測試、蛋白質組學和代謝組學）中發現：腸道α多樣性中45%的變異，可由40種血漿代謝物解釋。
並且，這40種代謝物的預測能力已在另一個540人的隊列中成功驗證。
研究表明，識別個體的腸道多樣性，也許將能通過快速、廉價和可靠的血液檢測來完成。
研究名稱：Blood metabolome predicts gut microbiome α-diversity in humans
期刊：NATURE BIOTECHNOLOGY
發表時間：2019年9月2日
IF：31.864
DOI:10.1038/s41587-019-0233-9
腸道α多樣性是一個用來衡量個體內腸道菌群多樣性的概念，而香農多樣性（Shannon Diversity）則是最常見的腸道α多樣性指標。
一般來說，與健康人相比，存在腸道感染（IBD、艱難梭菌感染等）、肥胖、喜歡吃加工食品的人，香農多樣性就較低——也就是說，腸道不太健康。
香農多樣性也有閾值。過往有報告稱，超出這個閾值的多樣性或對健康不利（比如，便秘與較高的香農多樣性有關）。
然而，定義這種「健康」閾值的前提，需要大量的數據。
「如果沒有關於宿主健康和微生物組分的詳細信息，很難去定義一個健康的腸道微生物組」，作者之一、ISB副主任Nathan Price博士說。
兩位聯合作者：Nathan Price博士（左）和Sean Gibbons（右）博士
雖然糞便代謝物更能反映微生物群的直接代謝產物，但Price等人的研究表明，血液代謝物同樣提供了一個「窗口」：宿主-微生物群的互作，也反映在血液中的少數小分子上。
40種代謝物和11種最強代謝物預測因子
為了預測腸道α-多樣性，Systems Biology研究所的科學家們使用一個名為「LASSO」、可對40種循環血液代謝物進行訓練的模型。在399個美國健康成年人隊列中，針對約1000個血液分析物進行了實驗室測試、蛋白質組學和代謝組學分析。
他們發現，40種代謝物對香農多樣性有很強的預測能力，它們主要屬於異生物素、脂質和氨基酸超家族，解釋了平均45%的變異（如下表）。
其中，11種宿主與微生物的共同代謝物擁有最強的預測能力，有可能作為腸道微生物多樣性的生物標記物（下表加粗部分），在臨床中用於腸道多樣性低的患者分類，而這些人可能是艱難梭菌的易感人群。
40種代謝物清單
11種最強代謝物預測因子與10個最豐富微生物屬的相關性
為了證實這些預測因子的效力，研究小組還在另一個540人的隊列中進行了驗證。這支隊列也成功確認了上述已鑒定代謝物和腸道微生物多樣性之間緊密關係。
「快速確定患者腸道微生物群多樣性的能力很重要。因為腸道多樣性的耗盡，是常見院感（如艱難梭菌感染）的危險因素」，Price說。
除此之外，還有一些重要發現
1.現有的臨床血檢不能預測α多樣性
在研究小組的實驗中，沒有臨床分析物能夠單獨解釋香農多樣性中超過6%的變異，代謝健康標誌物（脂蛋白胰島素抵抗LPIR評分、甘油三酯和胰島素）在所有分析物中排名最高。
相比之下，BMI單獨解釋了香農多樣性的7.5%的變異，比任何單一臨床分析物都要大。
2.這種預測能力對極度肥胖人群無效
肥胖一直與代謝紊亂以及血液代謝組的實質性變化有關。存在一些研究報告，與正常體重者相比，肥胖者的香農多樣性降低。
研究小組證實了這一結論，他們發現，隨著BMI的增加，腸道α多樣性的三個指標都顯著降低。而且，那些更胖（二級和三級肥胖）參與者也表現出更大的β分散，說明他們的腸道微生物群穩定性更差。
但是，通過對BMI更細的分層，研究人員發現：不同BMI等級的血漿代謝組和微生物組多樣性之間的聯繫是不同的——特別是，性類固醇5α-雄甾烷-3β-17α-二醇二硫酸鹽作為香農多樣性最強的預測因子之一，在更胖的志願者者中與香農多樣性無顯著相關性。
ISB的助理教授、論文的合著者Sean Gibbons博士說：「對病態肥胖參與者預測能力的喪失，表明他們可能處於不同的代謝狀態，這可能是因為存在炎症或腸漏」。
更多樣的腸道微生物群，通常被認為更為「健康」。然而，微生物群落結構與人類健康之間的聯繫可能高度複雜，關聯因素可能包括飲食、行為、病原體接觸、抗生素暴露、遺傳學和其他因素。
總的來說，這項研究將宿主代謝組描述為腸道生態系統與人類健康之間的重要互動媒介，報告了血液代謝組可用於預腸道α多樣性的證據。
Systems Biology研究所的專家們認為，下一個合乎邏輯的步驟似乎是：開發一種臨床血液測試，可快速對腸道微生物多樣性低的患者進行分類。
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