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導讀 定期的體育鍛煉對系統(tǒng)平衡是一種挑戰(zhàn)，會導致多種分子和生理反應，包括免疫、代謝以及微生物腦腸軸的變化。事實上，增強體育運動可以改善或緩解很多與腸道菌群失調(diào)有關的慢性病癥狀。久坐的生活方式是造成慢性病的一大促進因素，例如肥胖、糖尿病、哮喘和心血管疾病等，而上述疾病皆已被證實與腸道菌群紊亂有關。已有研究表明專業(yè)運動員與普通人群腸道菌群存在差異，前者擁有更高的微生物多樣性，這主要與鍛煉及膳食蛋白吸收力有關。但微生物多樣性差異并不代表代謝功能也存在差異，為此，本文通過宏基因組及代謝組方法，研究并揭示兩類人群在微生物代謝產(chǎn)物及功能水平上的差異。 點擊文末“閱讀原文”，可轉(zhuǎn)至文獻下載頁面 文獻ID 題目：The microbiome of professional athletes differs from that of more sedentary subjects in composition and particularly at the functional metabolic level 譯名：專業(yè)運動員與久坐不動人群的代謝組學比較研究 雜志：Gut 發(fā)表時間：2017年 IF：17.016 通訊作者：Fergus Shanahan 通訊單位：愛爾蘭國立大學消化道非生物醫(yī)學中心微生物組研究所 材料與方法 實驗設計 實驗組：40名橄欖球聯(lián)盟球員 對照組：46名普通健康人群，細分為2組，一組BMI指數(shù)≦25.2（低BMI指數(shù)組，n=22），一組BMI指數(shù)≥26.5（高BIM指數(shù)組,n=24） 收集所有研究對象的糞便和尿液樣本，檢測微生物群落和代謝產(chǎn)物信息。同時收集血液樣本，檢測血清肌酸激酶、總膽紅素的濃度。 測序區(qū)域及平臺 宏基因組測序平臺：Illumina HiSeq 2500 代謝組檢測平臺：尿液樣本——H-NMR 糞便樣本——UPLC-MS 研究成果 將同樣本的宏基因組測序分析結(jié)果與16S分析結(jié)果比較，發(fā)現(xiàn)16S在門、綱、目、科、屬、種水平上的注釋種類均高過宏基因組，但宏基因組鑒定出了235種菌株信息，這是16S所不能完成的。  圖1 研究人群腸道菌群的16S和宏基因組微生物結(jié)構(gòu)分析結(jié)果比較 2 研究發(fā)現(xiàn)，運動員比普通人群擁有更高的代謝通路多樣性，無論是高BMI組還是低BMI組。Akkermansia菌在運動員腸道中顯著富集。在宏基因組分析注釋到的19300條pathways中，其中98條通路發(fā)生顯著變化。PCA分析結(jié)果進一步證明運動員與普通人群腸道菌群參與的代謝通路不同。  圖2 微生物宏基因組和代謝組圖譜分析 3 MetaCyc代謝通路熱圖聚類分析展示了三組人群代謝通路的差異情況，如圖3A所示。在34種差異代謝通路中，高BMI組相對豐度平均值最低，但維生素生物合成，脂肪生物合成以及氨基酸生物合成三種通路例外；其中29種代謝通路在專業(yè)運動員腸道中擁有最高相對豐度。代謝通路豐度與血清肌酸激酶、總膽紅素濃度，蛋白質(zhì)、膳食纖維、碳水化合物、淀粉、脂肪、總能量每天攝入量存在顯著相關性。  圖3 微生物代謝功能與臨床指標及飲食變化相關性分析 4 核磁共振分析顯示運動員和普通人群尿液樣本代謝產(chǎn)物存在明顯差異。盡管糞便樣本代謝產(chǎn)物也存在顯著性差異，但不如尿液樣本強烈。與對照組相比，運動員尿液中擁有更高水平的氧化三甲胺（TMAO）、l-肉堿、二甲基甘氨酸、3-羥基-異戊酸、丙酮、氮酸甲酯、氮甲基-煙酰胺、苯乙酰谷氨酰胺和3-甲基組氨酸；糞便中擁有更高水平的丙酸、乙酸、丁酸、三甲胺（TMA）、賴氨酸和甲胺。相反，甘油酸酯、尿囊素、琥珀酸以及甘氨酸、酪氨酸水平在運動員尿液和糞便中顯著降低。UPLC-MS分析也表明運動員與普通人群尿液及糞便代謝產(chǎn)物存在差異。 通過GC-MS檢測糞便樣本中不飽和脂肪酸水平，發(fā)現(xiàn)乙酸、丙酸、丁酸、戊酸水平在實驗組中顯著提高，而異丁酸和異戊酸水平無顯著性區(qū)別。研究還發(fā)現(xiàn)，丙酸濃度與蛋白質(zhì)吸收量顯著相關，丁酸濃度則與膳食纖維吸收量顯著相關。 將16S測序結(jié)果與短鏈脂肪酸水平進行相關分析，發(fā)現(xiàn)Roseburia相對豐度與乙酸和丁酸水平呈正相關；Family XIII Incertae Sedis相對豐度與異丁酸、異戊酸、戊酸水平呈正相關。  圖4 專業(yè)運動員與普通人群短鏈脂肪酸種類及水平差異   圖5 運動員與普通人群代謝產(chǎn)物差異 研究結(jié)論 本研究證明運動員體內(nèi)富集更多的氨基酸和抗生素生物合成、碳水化合物代謝途徑以及短鏈脂肪酸，后者能夠增強肌肉周轉(zhuǎn)和整體健康。微生物基因功能和代謝物水平的差異要大于微生物組成差異。 亮點 首次從微生物組成、功能、代謝產(chǎn)物三個層面上聯(lián)合揭示運動員與普通人群腸道菌群差異。本研究為支持體育鍛煉有利于身體健康的觀點提供了新的證據(jù)，為那些從事劇烈運動的人提供了合理的飲食設計平臺。通過對參與高水平運動受試者代謝特征的特別鑒定，可以有針對性地通過操縱微生物組來改變受試者身體狀態(tài)。 銳翌基因服務 宏基因組測序采用最新的Illumina Hiseq平臺，并具有以下優(yōu)勢： ■ 全面的技術策略：采用Illmina Hiseq平臺，測序策略為PE150。對測序序列組裝，得到微生物群落結(jié)構(gòu)的基因信息，分析微生物群落結(jié)構(gòu)的基因、功能基因及物種多樣性，探討微生物群落與宿主之間的相互關系等。 ■ 更合理的分析方法：增加了最前沿的CAG和MGS等宏基因組分析方法，深入挖掘樣品中的信息。 ■ 多選擇的功能基因注釋數(shù)據(jù)庫：KEGG、eggNOG、CAZY、ARDB、SEED等。 供稿：王穎穎 編輯：魯淑妮  |
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