血液代谢组通常用于人类研究，以探索肠道菌群衍生的代谢物与心血管代谢疾病（Cardiometabolic Disease）的关系，同时也有研究表明肠道菌群组成主要受粪便代谢组影响。目前，大多数肠道菌群-代谢组关联研究都是使用粪便或血液进行代谢组分析，尽管在之前的几项研究中都使用了粪便和血液代谢组学数据来探索肠道菌群-代谢组的关联，但粪便和血液样本不是在同一时间点收集的，而是从不同的参与者亚群中获得的。因此，直接比较配对的粪便和血液代谢组与肠道菌群和心血管代谢疾病的关系虽然不是通行做法，但非常有必要，这有助于指导粪便和血液代谢组学技术在人类研究肠道菌群与心血管代谢疾病的关系中的实际应用。
2月2日，中山大学陈裕明教授、西湖大学郑钜圣研究员及团队在Nature Communications (IF=17.694)发表最新研究，基于上千名中老年人队列中的粪便宏基因组（149种物种和214条途径）和配对的粪便和血液靶向代谢组学数据（132种代谢物）关联分析，发现从血和粪便代谢组数据推断微生物组与心血管代谢疾病相关性存在较多的不一致，提醒我们在进行关联分析时应谨慎选择合适的生物样本。
（麦特绘谱提供血清和粪便Q300全定量代谢组服务，分别获得232个和204个代谢物的浓度数据）
研究思路
图1. 研究概况
研究结果
1. 配对粪便和血液代谢物之间的相关性
研究人员分别评估了配对的粪便和血液（血清）代谢物之间的表型相关性(粪便和血液中每个代谢物的值的直接比较)和遗传相关性(配对粪便和血液代谢物之间共享遗传力的比例)，发现配对粪便和血液代谢物之间的相关性普遍较低。其中3个代谢物（3-吲哚丙酸、甘氨熊脱氧胆酸和苯乙酸）在两种相关性中重叠。
图2
2. 配对粪便和血液代谢组与分类组成和微生物途径的关系比较
鉴于大多数配对粪便和血液代谢物之间的相关性较低，研究人员进而探讨分类组成或微生物途径与配对粪便和血液代谢物之间的相关性是否存在差异，总体而言，与血液代谢物相比，粪便代谢物与分类组成和微生物途径相关性更加显著。基于分类组成，研究确定了98种预测良好的粪便代谢物和10种预测良好的血液代谢物，其中有8个代谢物重叠。随后，研究人员在一个独立的验证队列中验证了上述分类组成/微生物途径和良好预测的代谢物之间的关联的稳健性。
图3
3. 预测良好的代谢物与心血管代谢疾病的关联
接下来，研究人员对上述在发现队列中确定的预测良好的粪便和血液代谢物与流行的心血管代谢疾病(2型糖尿病T2D、肥胖、非酒精脂肪肝NAFLD和高血压)的相关性进行了分析。结果发现有12种预测良好的粪便代谢物与几种心血管代谢疾病相关，而血液代谢物与几种心血管代谢疾病均无显著关联。进一步在验证队列中进行验证后表明，上述所确定的预测良好的粪便代谢物与心脏及代谢疾病之间的大多数关联在整个发现和验证队列中是一致的。
图4
4. 配对粪便和血液短链脂肪酸在关联肠道菌群和T2D中的比较
短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丙酸和丁酸，是由膳食纤维的微生物发酵产生的肠道微生物源代谢产物，粪便和血液中的SCFAs水平已被普遍用于探索SCFAs在人类健康中的作用。通过比较配对粪便和血液SCFAs与分类组成的关系发现，肠道微生物与粪便乙酸和丁酸水平密切相关，但与血液乙酸或丁酸无相关性。微生物途径与配对的粪便和血液SCFAs的关联也观察到了类似的结果。此外，粪便丁酸水平与T2D呈负相关，而血液丁酸与T2D不相关。
图5
5. 小结
近年来，肠道菌群研究中微生物组学与代谢组学关联分析广泛应用于肿瘤及代谢性疾病研究的热门方向，本研究从大型队列（上千例）的粪便和血清样本中证实代谢物与肠道菌群存在不同的关联，一方面显示心血管代谢疾病中血清和粪便代谢变化可能不一致，另一方面也说明小样本量关联分析上容易出现偏差。因此临床研究大家需要在样本收集和实验设计上格外注意。
参考文献
Deng, K., Xu, Jj., Shen, L. et al. Comparison of fecal and blood metabolome reveals inconsistent associations of the gut microbiota with cardiometabolic diseases. Nat Commun. 2023.
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