微生物组、饮食和遗传对人血浆代谢组个体间变异的影响

时间：2022年10月13日

来源：Nature medicine

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在1368个个体中研究了个体遗传、饮食和肠道微生物组对其血浆代谢组的影响，并使用孟德尔随机化和中介分析揭示了饮食、肠道微生物组和代谢组之间的因果关系。

摘要

人类血浆代谢组中数千种代谢物的水平受到个人基因、饮食和肠道微生物组组成的强烈影响。在这里，通过评估来自荷兰生命线DEEP和基因组队列的1368个广泛表型个体的1183个血浆代谢物，我们量化了由不同因素解释的血浆代谢物个体间变异的比例，分别表征610、85和38个代谢物主要与饮食、肠道微生物组和遗传相关。此外，通过详细的食物频率问卷评估，由代谢物水平得出的饮食质量评分与饮食质量显著相关。通过孟德尔随机化和中介分析，我们揭示了饮食、肠道微生物群和代谢物之间假定的因果关系。例如，孟德尔随机化分析支持直肠真杆菌在降低血浆中亚硫酸氢浓度(一种影响心血管功能的毒素)方面的潜在因果效应。最后，基于对311个个体在相隔4年的两个时间点的血浆代谢组的分析，我们观察到代谢物水平的稳定性与该代谢物水平的变异量之间存在正相关关系，这可以在我们的分析中解释。总之，解释血浆代谢组个体间变异的因素的特征可以帮助设计调节饮食或肠道微生物组的方法，以形成健康的代谢组。

主要

血浆代谢组是人体不同器官和组织内代谢活动的功能性读数。因此，特定血浆代谢物的水平可能反映特定疾病的存在或个人对发展为复杂代谢性疾病的易感性，如心血管和肾脏疾病、糖尿病、癌症和克罗恩病。阐明影响人类代谢的遗传、饮食和微生物因素对于理解血浆代谢物的起源和决定因素至关重要，因此对于最终设计旨在建立健康代谢组的干预策略至关重要。

在几项以队列为基础的研究中，人类血浆代谢组的个体间变异已经与遗传、饮食和肠道微生物组相联系。例如，在以色列队列中的491个人中建立了人类血清代谢组的潜在决定因素参考图谱，作者报告了335种代谢产物与饮食有显著关系，182种代谢产物与肠道微生物组有显著关系。最近，饮食组成个性化反应试验评估了来自英国和美国的1098个个体的饮食和微生物组对宿主代谢的影响，并观察到与健康饮食习惯相关的微生物种类与与良好的心脏代谢和餐后标记相关的微生物种类重叠4。

由于不同国家的饮食、遗传和肠道微生物群高度异质性，我们的目标是:(1)系统地识别与血浆代谢产物相关的饮食、遗传和微生物因素;(2)确定三种因素(饮食、遗传或微生物组)中哪一种与其他两种(主导因素)相比解释了代谢物的个体间变异;(3)评估它们之间的因果关系使用硅方法。为此，我们从基于人群的生命线DEEP (LLD)5和荷兰基因组(GoNL)6队列中对1368个个体的1183个代谢物的血浆水平进行了量化，其中包括LLD1 (n = 1054)、LLD2 (n = 237)和GoNL (n = 77)。此外，311例LLD1患者在4年后被随访。对于每个参与者，我们都有关于肠道微生物群、遗传背景和饮食习惯的信息。此外，我们评估了饮食相关代谢物是否可以用来预测反映饮食-疾病关系的个人饮食质量评分，并检查了基因相关代谢物是否可以精确定位复杂疾病中的失调分子通路。重要的是，由于代谢物、饮食和微生物群之间潜在的因果关系在很大程度上仍未被探索，与多种因素相关的代谢物为我们提供了一个机会，通过孟德尔随机化(MR)和中介分析来推断其潜在的因果关系。