祝贺！天昊微生物扩增子测序及代谢组学联合分析助力客户泼尼松药物研究见刊《Microbiology Spectrum》

原创上海天昊生物

近期，由上海市儿童医院（上海交通大学附属儿童医院）康郁林教授研究团队和香港理工大学等单位合作，在国际期刊《Microbiology Spectrum》上在线发表最新了研究成果。研究者通过使用微生物扩增子测序和代谢组学等技术，研究了泼尼松处理对大鼠肠道菌群和粪便代谢物的影响，进一步揭示了泼尼松药理学影响。

在本项研究中，天昊生物有幸承担了微生物16S扩增子测序和代谢组学数据联合分析工作，在恭喜客户取得好成绩的同时，让我们简单看下这篇文章。

英文题目：Integrative Analysis of Gut Microbiota and Fecal Metabolites in Rats after Prednisone Treatment

中文题目：醋酸泼尼松对大鼠肠道菌群和粪便代谢物的影响

期刊名：Microbiology Spectrum

发表时间：2021年11月

影响因子：7.171

研究概要：

醋酸泼尼松(Prednisone, PRED)是一种人工合成的糖皮质激素(GC)，因其具有免疫抑制和抗炎特性而被广泛应用于治疗免疫相关疾病。GC主要是通过基因组和非基因组效应发挥作用。然而，目前非基因组效应仍有待于进一步研究。研究者旨在阐明长期服用醋酸泼尼松如何改变大鼠肠道微生物群和粪便代谢物的组成。在本实验中，SD雄性大鼠随机分为对照组(CON)和醋酸泼尼松组（PRED），泼尼松连续灌胃6周后取大鼠新鲜粪便。提取细菌总DNA后，对细菌16S rRNA基因的V3-V4区域进行扩增和测序并计算α和β多样性。使用Metastats方法分析不同分类水平下肠道微生物群的组成变化。同时，使用超高效液相色谱系统对粪便代谢物定量。结果表明，CON组和PRED组的微生物丰富度和多样性相似，但两组肠道微生物群落差异显著。在醋酸泼尼松处理6周后，大鼠体内艾森贝氏菌属、阿利斯特氏菌属和梭菌属的相对丰度降低，而厌氧菌属相对丰度显著增加。利用代谢组学技术在大鼠粪便中鉴定出11种下调和10种上调的粪便代谢物，这些粪便代谢物在不同的途径中富集，包括苯丙氨酸代谢、丁酸代谢和丙酸代谢。其中，短链脂肪酸产量的降低与阿利斯特菌属、梭菌属的相对丰度降低和厌氧杆菌属的丰度增加有关。故长期使用泼尼松处理后，大鼠肠道微生物群和粪便代谢物的组成发生明显改变。这可能有助于我们进一步了解长期口服醋酸泼尼松对机体的影响。

重要意义：

醋酸泼尼松因其抗炎和免疫抑制特性被广泛用于慢性肾小球疾病、免疫和风湿性疾病。它是一种合成的糖皮质激素(GC)，经肝脏代谢转化为泼尼松龙后发挥效应。GC具有抗炎作用，也可导致肥胖、高血压、精神症状和血脂异常等并发症。该研究表明GCs的治疗效果和不良事件可能与肠道微生物群及其代谢产物的变化有关。

图1、醋酸泼尼松处理6周后大鼠肠道菌群多样性和丰富度。观察到的OTUs、Chao1和ACE指数代表微生物的丰富度，而Shannon、Simpson和Coverage指数代表微生物的多样性。CON组和PRED组之间的微生物丰富度和多样性没有显著差异。

图2、肠道微生物多样性的主坐标分析（PCoA）和非度量多维尺度分析（NMDS）。分析基于Bray-Curtis、 Jaccard、unweighted和weighted UniFrac距离。结果表明，在有和没有醋酸泼尼松处理的大鼠中，肠道微生物群落是不同的。

图3、醋酸泼尼松处理后不同分类水平下肠道微生物群的组成变化。肠道微生物群落在门(A)、科(B)和属(C)水平柱状图；结果提示厚壁菌门、拟杆菌门和变形菌门在门的水平上为主。乳球菌科、紫单胞菌科、乳杆菌科、乳杆菌科和拟杆菌科是粪便微生物群的主要科。此外，乳杆菌属、普雷沃氏菌属、拟杆菌属、艾森伯格菌属和梭菌属是主要的鉴定属。使用Metastats方法分析了不同分类水平下肠道微生物群的组成变化。泼尼松处理后，螺旋体门的相对丰度降低。在科的水平上，紫单胞菌科的相对丰度增加，而毛螺菌科、脱硫菌科和理研菌科的相对丰度降低。与对照组相比，艾森贝氏菌属(J)、阿利斯泰尔菌属(L)和梭菌属(M)的相对丰度显著降低，而厌氧菌属的相对丰度增加。

图4、连续6周醋酸泼尼松处理后，大鼠粪便代谢组学发生显著变化。(A)泼尼松处理和未处理大鼠粪便代谢物的主成分分析图（PAC）。结果表明两组的总粪便代谢谱不同。(B)正交偏最小二乘判别分析评分图。结果表明，在经过连续6周醋酸泼尼松处理后，粪便代谢物的组成发生了显著变化。(C)两组中粪便代谢物的柱状图。(D)不同粪便代谢物的热图。结果提示SDFAs、脂肪酸、氨基酸、有机酸、苯类和苯丙酸等粪便代谢物变化显著。Z值代表平均值的标准偏差数。 (E)Pathway富集分析显示，苯丙氨酸代谢、丁酸代谢和丙酸代谢等差异粪便代谢物在通路中富集，其余是没有显著差异的相关途径。

图5、醋酸泼尼松处理后大鼠体内微生物属和粪代谢物相对丰度的相关性。统计分析6周醋酸泼尼松治疗后大鼠属级肠道微生物群与粪便代谢物之间的Spearman相关系数。数据显示在热图中。红色和蓝色分别代表正相关和负相关。关联的程度由颜色的强度来表示。*P < 0.05；**P < 0.01。

研究结论：

长期服用醋酸泼尼松改变了大鼠肠道微生物群及其粪便代谢物的组成。粪便中短链脂肪酸合成可能受到阿利斯泰尔菌属和梭菌属相对丰度降低和厌氧菌丰度增加的抑制。该研究结果有助于了解醋酸泼尼松在肠道菌群方面的药理作用。然而，这项研究也存在一定的局限性。一些粪便代谢物可能由宿主释放，而不是由肠道微生物群产生，因此，在将来的研究中需要进一步检测粪便代谢物的在血清中分布，这将有助于验证代谢物对宿主的直接影响。

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