吲哚（indole）与酚类（phenol）代谢产物通常被认为分别是色氨酸（tryptophan, Trp）经细菌消化产生吲哚类化合物，以及苯丙氨酸（phenylalanine, Phe）或酪氨酸（tyrosine, Tyr）经细菌消化产生酚类化合物的产物。由于吲哚类化合物可激活芳烃受体（aryl hydrocarbon receptor, AHR）信号通路，酚类代谢产物与健康体重相关，因此调控肠道微生物产生此类代谢产物的研究日益增多。尽管已有大量研究关注产此类代谢物的细菌，但宿主对其循环池的贡献尚未被表征。本研究通过细胞培养、小鼠及大鼠中的稳定同位素示踪（stable isotope tracing），证明哺乳动物细胞可独立经宿主代谢产生芳香族丙酮酸（aryl-pyruvate）、芳香族乳酸（aryl-lactate）、芳香族乙酸（aryl-acetate）及芳香族羧酸（aryl-carboxylic acid）。研究人员发现小鼠及患者体内上述代谢物的循环水平对微生物组扰动具有稳健性（robust），而游离吲哚、酚、对甲酚（p-cresol）及芳香族丙酸（aryl-propionate）的合成则需细菌代谢参与。综上，结果表明宿主代谢是循环吲哚与酚类代谢产物池的主要贡献者。
研究背景与意义
吲哚与酚类代谢产物传统上被认为是肠道微生物分解芳香族氨基酸（色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸）的产物，前者可激活AHR影响肠道免疫与上皮稳态，后者中肉桂酸（cinnamic acid）关联健康体重，苯酚硫酸盐（phenol sulfate）和对甲酚硫酸盐（p-cresol sulfate）则为尿毒症毒素。既往研究多聚焦产此类代谢物的特定菌种，但循环中这些代谢物有多少源自宿主自身代谢尚无定论——无菌（germ-free, GF）小鼠中仍可检出部分吲哚代谢物暗示宿主可能有贡献。该研究在《Nature Metabolism》发表，通过多物种稳定同位素示踪结合临床样本验证，明确区分宿主源与微生物源吲哚/酚类代谢物，修正了"此类代谢物主要源于菌群"的传统认知。
主要关键技术方法
研究人员采用：(1) 无菌小鼠（GF）与特异病原级（SPF）对照小鼠、Sprague Dawley大鼠模型；(2) 两种时程的静脉13 C-芳香族氨基酸（13 C-Trp / 13 C-Phe / 13 C-Tyr）恒速输注——2 h短程（底物不进入肠腔仅标记宿主细胞）与36 h长程（经分泌蛋白进入肠腔供菌群利用），辅以广谱抗生素处理耗竭菌群；(3) 13 C-藻类蛋白难消化饮食灌胃/饲喂追踪菌源来自膳食蛋白的代谢；(4) HCT116等多种哺乳动物细胞系体外13 C示踪及转氨酶抑制剂（aminooxyacetic acid, AOA）处理；(5) 小鼠肝及细胞裂解液生化酶活反应体系（加PLP、α-KG、NADH等）；(6) 小鼠肝裂解液分级纯化与蛋白质组学鉴定关键酶；(7) 人临床样本——波士顿儿童医院169例患儿血清代谢组（含抗生素暴露者）及3例急性髓系白血病（acute myeloid leukaemia, AML）患者抗生素前后配对血清/粪便宏基因组测序，LC–MS/MS定量代谢物。
研究结果
Germ-free mice have indole metabolites（无菌小鼠中存在吲哚代谢物）
给予纯化无辐射饲料排除饮食来源后，GF小鼠血清中indole-3-propionate（IPA）显著低于SPF小鼠，indoxyl sulfate（IS）未检出；而indole-3-pyruvate（IPyr）、indole-3-lactate（ILA）、indole-3-acetate（IAA）、indole-3-carboxylic acid（ICA）在GF与SPF间无差异。表明IPyr、ILA、IAA、ICA可由非微生物途径维持，IPA与IS依赖微生物组。
Many circulating indole metabolites are host-derived（多数循环吲哚代谢物源自宿主）
2 h 13 C-Trp静脉输注后血清Trp富集~20%而粪便无13 C-Trp，循环中IPyr、ILA、IAA、ICA显著13 C标记，IPA与IS无标记；36 h输注后菌群源IPA、IS也被标记，抗生素处理后IPA、IS标记消失但IPyr等标记不变。饲喂13 C-藻类蛋白饮食后IS、IPA高标记，宿主源吲哚标记≤血清Trp。结论：IPyr、ILA、IAA、ICA为宿主源；IPA、IS为微生物组依赖（源自分泌宿主蛋白之Trp）。
The host also produces phenylalanine catabolites（宿主亦产生苯丙氨酸来源的酚类代谢物）
GF小鼠血清phenylpyruvate（PPyr）、phenyllactate（PLA）、cinnamic acid（CA）与SPF无差异，benzoic acid（BA）略降，3-phenylpropionate（3PA）显著降低。2 h 13 C-Phe输注后PPyr、PLA、CA高标记，BA部分标记（~20%），3PA无标记；36 h输注及抗生素处理不影响PPyr/PLA/CA标记。饲喂13 C-藻类蛋白饮食后3PA高标记等同盲肠Phe，其余酚类标记低于血清Phe。结论：PPyr、PLA、CA为宿主源（BA部分宿主源），3PA为微生物组依赖。
Host metabolism is responsible for circulating hydroxyphenylpyruvate and hydroxyphenyllactate（宿主代谢负责循环羟苯基丙酮酸与羟苯基乳酸）
GF与SPF小鼠血清hydroxyphenylpyruvate（HPPyr）、hydroxyphenyllactate（HPLA）无差异，phenol sulfate（PS）、p-cresol sulfate（PCS）在GF中显著降低。13 C-Phe→13 C-Tyr示踪2 h后HPPyr、HPLA被标记，PS、PCS无标记；36 h输注及抗生素处理后HPPyr/HPLA标记不受影响，PS/PCS标记下降。饲喂13 C-藻类蛋白饮食后PS、PCS高标记，HPPyr/HPLA标记低。结论：HPPyr、HPLA为宿主源（由Tyr转氨基还原产生），PS、PCS碳骨架为微生物组来源（宿主负责硫酸化）。
Indole and phenol metabolites are also made by host metabolism in rats（大鼠中宿主同样产生吲哚与酚类代谢物）
Sprague Dawley大鼠2 h 13 C-Trp/13 C-Phe输注后宿主源代谢物被标记，微生物源未被标记，证实小鼠结论跨啮齿类保守。
Human cell lines can produce indole and phenol metabolites（人细胞系可产生吲哚与酚类代谢物）
HCT116细胞加13 C-Trp产生IPyr、ILA；加13 C-Phe产生PPyr、PLA、CA；加13 C-Tyr产生HPPyr、HPLA；不产生IAA、ICA、IPA、3PA、PS、PCS、BA。AOA（pan-transaminase抑制剂）阻断上述产物生成，证实经转氨基启动。多种其他细胞系具类似转化能力。
Characterization of the reactions in cell and tissue lysates（细胞与组织裂解液中酶促反应表征）
肝及HCT116裂解液在PLP+α-KG下催化Trp→IPyr、Phe→PPyr（转氨基）；加NADH可还原IPyr→ILA、PPyr→PLA；PPyr可直接脱羧/脱水生成CA（非经PLA）。肝裂解液可将IPyr→IAA+ICA、PPyr→BA，细胞裂解液无此步。表明肝具备全套宿主源吲哚/酚类合成能力。
GOT1 produces indole-3-pyruvate and phenylpyruvate（GOT1催化生成吲哚-3-丙酮酸与苯基丙酮酸）
Il4i1−/− 小鼠循环宿主源代谢物无变化排除IL4I1为主要酶。肝裂解液分级纯化耦联蛋白质组学显示谷氨酸草酰乙酸转氨酶1（glutamate oxaloacetate transaminase 1, GOT1）与苯丙氨酸/色氨酸转氨基活性最强相关。重组GOT1加PLP+α-KG可有效催化Trp→IPyr及Phe→PPyr，确认GOT1可启动宿主芳香族氨基酸至芳基丙酮酸途径。
Alignment with clinical data involving antibiotic therapy（与抗生素治疗的临床数据吻合）
波士顿儿童医院队列中，抗生素暴露者宿主源代谢物（ILA、IAA、ICA、PPyr、PLA、HPLA）无变化，IPA、3PA降低，多抗生素暴露者IS、PS、PCS耗竭。3例AML患者抗生素致菌群多样性骤降后宿主源代谢物不变，微生物源IPA、PCS下降。印证小鼠分类在人中也成立——宿主源吲哚/酚类循环浓度对菌群耗竭具稳健性。
讨论与结论（翻译研究结论部分）
研究人员通过同位素示踪证明，许多具生理重要性的循环吲哚与酚类代谢产物源自小鼠、大鼠及培养人类细胞的宿主内源性代谢。哺乳动物细胞对三种芳香族氨基酸共有保守代谢途径，可将其转化为各自芳基丙酮酸（aryl-pyruvate）及芳基乳酸（aryl-lactate）；此外宿主可将苯丙氨酸转化为肉桂酸（cinnamic acid, CA），将色氨酸生成indole-3-acetate（IAA）与indole-3-carboxylic acid（ICA），苯酸（benzoic acid, BA）部分源自宿主（约30%）。细菌代谢为游离吲哚（indole）、酚（phenol）、对甲酚（p-cresol）及芳基丙酸（aryl-propionate，如indole-3-propionate与3-phenylpropionate）所必需。人群数据显示抗生素清除菌群后宿主源代谢物循环水平不受影响。综上，宿主代谢是循环中具有生理重要性的indole-3-lactate（ILA）、indole-3-acetate（IAA）、cinnamic acid（CA）等吲哚与酚类代谢物的主要来源，研究吲哚/酚类代谢物与疾病相关性时需同时考量宿主代谢贡献。
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