肠道菌群,机制难寻16S短链脂肪酸联合
众所周知，我们的肠道中有着数量众多、种类丰富的微生物菌群，它们与宿主共同进化，我们为微生物提供了一个稳定的“居所”，而微生物则在宿主身体中“辛勤劳作”，维持着肠道的微生态平衡。肠道菌群在调节宿主的免疫/炎症反应中发挥着不可或缺的作用。一般来说，肠道菌群的系统功能主要归因于微生物代谢组，特别是短链脂肪酸（SCFAs），它不仅参与调解食欲与能量稳态、改善心血管疾病、还可以抑制炎症、调节免疫。
那么，这个神奇的“短链脂肪酸”到底是何方神圣，对我们来说有这么大的作用!今天，就跟小编一起来看看吧。
什么是短链脂肪酸？
提到肠道细菌时，我们经常会听到“短链脂肪酸”这个名词。那么什么是短链脂肪酸呢？根据碳链中碳原子的多少，通常把碳原子数＜6的脂肪酸称为短链脂肪酸（short-chainfattyacids,SCFAs），其是特定的结肠厌氧菌在发酵膳食纤维和抗性淀粉后产生的主要代谢产物，包括乙酸、丙酸、异丁酸、丁酸、异戊酸、戊等。其中，乙酸、丙酸、丁酸是最常见的SCFAs。
短链脂肪酸作为肠道有益细菌代谢膳食纤维等碳水化合物所产生的代谢物，其含量主要受肠道群落的微生物组成、膳食纤维的含量、食物在肠道内的消化时间以及宿主与肠道微生物在代谢方面的相互作用能力等因素的影响。作为一种饱和的脂肪酸，它具有改善代谢功能、抑制胰岛素抵抗、改善免疫功能障碍等多种益处。由于其分子量小，沸点低，常温下易挥发，故又称挥发性脂肪酸。
图1.SCFAs从膳食纤维到体循环的代谢
短链脂肪酸的生理功能
1
提供能量和调节电解质平衡
2
对肠粘膜屏障的保护作用
3
参与脂类代谢
4
通过肠-脑轴调节大脑功能
5
抑制炎症因子，提供机体免疫力
6
对肿瘤具有抑制作用
16S+短链脂肪酸
基于16S+短链脂肪酸的组学数据，先从16S、代谢层面分别筛选组间差异的菌株和代谢物，然后基于两者表达量的相关性进行联合分析，多角度揭示特定菌群与特定代谢物（群）之间的关联性，筛选引起菌群代谢状态或功能性代谢小分子变化的关键菌株可以寻找肠道微生物的代谢组的差异和变化，更加直接呈现肠道菌群-宿主的代谢状态，对于研究其背后的生理或病理机制具有重大意义。
分析流程
分析内容
示例1：相关性热图分析
示例2：网络图分析
应用领域
基础医学/临床诊断
生物标志物、疾病机理机制、疾病分型、个性化治疗等
生物医药
药物作用机理、药效评价、药物开发等
微生物领域
致病机理、耐药机制、病原体-宿主相互作用研究等
食品营养
食品储藏及加工条件优化、食品组分及品质鉴定、功能性食品开发、食品安全检测等
文献实例
Part.1
发表期刊：CarbohydratePolymers
影响因子：9.
发表时间：
研究策略：16S+短链脂肪酸+宏基因组
研究内容
卡拉胶是一种普遍存在的食品添加剂，经过近半个世纪的研究，其在体内的作用仍存在争议。本研究研究人员通过16S分析发现κ-CGN处理会改变了小鼠内微生物菌群构成，而且会降低部分有益菌的丰度。另外还发现CGN-H组中涉及使用纤维素、淀粉和甘露聚糖的基因丰度显著降低，这些菌与SFCAs有关。因此，作者进行了SFCAs靶向代谢组学检测，结果显示，丁酸、异丁酸、戊酸和异戊酸的丰度均有所降低，且接受CGN-H小鼠粪便移植的小鼠中也出现了类似的含量变化。关联分析结果表明，纤维素降解菌、产生SCFA的菌属如瘤胃梭菌属_5、毛螺菌属和短真杆菌同异戊酸、己酸和乙酸的变化呈正相关。此外，瘤胃梭菌_5与异丁酸和丁酸之间以及毛螺菌科与丁酸、戊酸之间也存在正相关关系，而瘤胃球菌科与戊酸、丁酸呈负相关。上述结果表明κ-CGN处理后，小鼠体内SCFAs含量的变化与微生物群组成的变化有关。
研究还表明，κ-CGN不会在小鼠体内引起组织病理学上明显的炎症，但会通过改变肠道微生物群，造成结肠粘液层损伤和肠道稳态破坏，从而创造了一个有利于炎症发展的环境，且这些现象可以粪菌移植实验重现。大多数与κ-CGN相关的改变，均可通过补充益生菌而部分逆转，这可能提示了益生菌潜在的治疗意义。
图2.实验设计
Part.2
发表期刊：Hepatology
影响因子：14.
发表时间：.2
研究策略：16S+短链脂肪酸
研究内容
肠道微生物组在酒精性肝病的发生中起重要作用，但是微生物成分无法区分中度和重度酒精性肝炎。本研究通过16SrRNA技术发现酒精性肝炎患者的微生物多样性下降，此过程伴随着功能降低。重度饮酒对照组所观察到的多样性下降，意味着多种正常功能丧失，降低保护肝脏与伤害性因素平衡的可能性，从而增加对酒精性疾病的易感性。与重度饮酒对照组相比，酒精性肝炎患者毛螺菌和瘤胃球菌属显著减少，它们可生产SCFA。因此酒精性肝炎患者的SCFA降低，提示了这些变化的潜在病理作用。另一个值得注意的发现是，临床确诊的粪便微生物组成种群不均一。重度饮酒对照组几名患者的微生物组成与酒精性肝炎患者相似。也有几例中度或重度酒精性肝炎患者的微生物组与重度饮酒对照组相似，意味着根据粪便微生物组，在临床定义为酒精性肝炎人群中可能存在着亚群，需要更深入地研究。
图3.饮酒对粪便微生物种群的影响
参考文献
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