Mol Cell Proteomics. | 粪便微生物蛋白质的组成与饮食诱导肥胖倾向的关联研究

题目：Associations of the Fecal Microbial Proteome Composition and Proneness to Diet-induced Obesity

期刊：Mol Cell Proteomics

IF：5.236

发表日期：2019年9月

单位：乔治亚州立大学生物医学科学研究所，加州大学圣地亚哥分校等

物种：小鼠

技术：16S rRNA，TMT 10-plex宏蛋白质组

一. 研究背景

高脂肪低纤维饮食促进肥胖的发展，尽管遗传因素在决定对这种致肥胖饮食倾向中起着重要作用，但由于生物个体的异质性，使得即便获得相同遗传因素的个体对这种饮食的反应中表现出的肥胖程度也不相同。有很多非遗传因素影响饮食诱发肥胖倾向（diet-induced obesity，DIO）这种现象，如一个很重要的因素就是炎症，通过影响代谢信号通路来促进行为模式，导致饮食紊乱。肠道微生物是引发炎症的重要因素，它可通过脂多糖或与宿主相互作用等多种方式来影响代谢信号传导，从而影响炎症、新陈代谢和行为。所以，肠道微生物群组成可能提供一种识别宿主肥胖倾向的方法。

二. 实验设计

为了预测与肥胖症相关的因素，以响应导致肥胖的饮食，整个研究对象共包括了50只小鼠，在给予小鼠致肥胖的高脂肪低纤维饮食（high-fat diet，HFD）的之前和之后8周，分别跟踪测定小鼠的行为、代谢因子、炎症标记物/细胞因子等因素的变化，并采用16S rRNA基因扩增子测序和基于串联质量标签（TMT）的三重质谱（MS3）方法来分析它们的粪便微生物群组成和宏蛋白质组。通过统计检验功效来确定样本量大小，宏蛋白质组分析选择4只体重增加最多和体重增加最少的小鼠来进行差异比较分析。

三. 研究结果

1.       HFD诱导的小鼠易感性分级、代谢表型变化及预测

根据不同时期采样测定各小鼠体重、脂肪、血糖、结肠长度比等代谢表型变化，并根据小鼠的肥胖反应分为低、中、高三个等级。低度炎症与肥胖有关，研究试图揭示出可靠的血清标志物来预测饮食诱导倾向的肥胖，但队列中除了少部分较肥胖的小鼠（n= 5）表现出血清IL-6的升高外，行为测试和炎症标志物的定量都没有广泛预测饮食诱导肥胖的严重程度。

2.       DIO对粪便宏蛋白质组的影响

基于TMT的宏蛋白质组学方法结合对粪便的发生最高和最低程度肥胖的小鼠各4只，分析包括在暴露前（第0天）和暴露后（第56天）的样本。最终得到的数据包括13,975个定量蛋白质，其中1,108个来自小鼠。PCoA分析在饮食施用之前和之后能分离样品，表明了DIO对整个粪便宏蛋白质组的影响显著。使用K-means聚类确定了6个蛋白质簇，不同的模块有着特殊的物种组成和功能。物种差异表明在HFD之前，主要来自梭菌和细菌，暴露8周后，大部分来自乳杆菌。研究也对暴露前后的差异蛋白进行了eggNOG的富集分析。

 3.       粪便宏蛋白质组的物种和功能特征

研究接着分析了所有样本的物种和功能组成。物种组成揭示了HFD饮食前后的差异，与对DIO高敏感性和低敏感性的有关，并分别在在暴露前和暴露后对DIO敏感和钝感的显著蛋白质进行比较分析，说明了微生物对饮食倾向肥胖的影响。

4.       小鼠粪便蛋白质分析

除了对粪便微生物蛋白进行分析，研究还对小鼠粪便的蛋白质组进行分析，并与宏蛋白质组进行关联，总共有699个宿主蛋白在所有样品中定量到。对暴露前后进行差异分析，大部分小鼠蛋白质受到HFD的强烈影响，富集分析发现重链肌球蛋白蛋白的减少可能与肠道通透性的变化有关，免疫球蛋白可变结构域的富集也表明前20种蛋白质与HFD的反应增强有关，进一步说明了低度炎症和DIO之间的联系。

 5.       微生物组成与DIO的倾向及其严重程度的关系

研究最后通过16S rRNA测序来鉴定和反映DIO的倾向性。研究了在全部时间点的所有50只小鼠的粪便微生物群组成，揭示了HFO暴露前后微生物群组成的显著差异，分析表明在5周和8周的后期变化时间点之间表现出明显差异。通过α和β多样性以及线性回归分析说明了微生物种群结构具有一定的预测DIO倾向的能力。

四. 小结

本文通过研究粪便微生物群蛋白质组成与饮食诱导的肥胖倾向之间的关联，试图预测微生物致肥胖饮食与肥胖相关的指标。在一组小鼠中测定了行为、代谢指标、炎症标记物和细胞因子等，并在给予致肥胖的高脂肪低纤维饮食之前和之后的8周内测定微生物群组成和粪便宏蛋白质组。行为测试和炎症标志物的定量都没有广泛预测饮食诱导肥胖严重程度的能力。虽然粪便微生物群组成变化对致肥胖饮食敏感，但它缺乏预测哪些小鼠相对倾向或对肥胖具有抗性的能力。而相比之下，粪便宏蛋白质组分析揭示了与肥胖倾向相关的蛋白质的功能和物种差异。对16S微生物组成数据通过在宏蛋白质组数据中进行靶向验证，能够看到明显的物种差异。总之，本文强调了可用肠道微生物蛋白质组来预测可能影响肥胖发育的因素，但需要进一步研究来确定这种关联是否适用于其他动物和人类。

作者：彭建祥

文章引用：

doi: 10.1074/mcp.RA119.001623

原文链接:

https://www.mcponline.org/content/18/9/1864