宿主-菌群共代謝物 宏基因組與16S rDNA測(cè)序 代謝組-微生物組聯(lián)合分析

代謝組與微生物組研究方案

目 錄

CONTENTS

微生物概述··········································

微生物與宿主疾病·····································

微生物與宿主代謝物···································

代謝組學(xué)檢測(cè)分析方案·································

微生物組學(xué)檢測(cè)分析方案································

自主研發(fā)代謝物-腸道菌群關(guān)聯(lián)分析方法·····················

微生物組-代謝組學(xué)聯(lián)合研究方案··························

研究案例···········································

胃膽汁酸-微生物促進(jìn)膽汁反流性胃癌發(fā)生新機(jī)制 ················

運(yùn)動(dòng)調(diào)控腸道菌群與代謝物預(yù)防糖尿病·····················

人類衰老進(jìn)程中腸道真菌演變及與代謝健康關(guān)系·················

菌群代謝物3-IAA有望大大提升胰腺癌化療療效··················

參考文獻(xiàn)···········································

樣本收集注意事項(xiàng)·····································

菌群代謝相關(guān)客戶案例·································

一、

二、

三、

四、

五、

六、

七、

八、

九、

十、

十一、

麥特繪譜公司全產(chǎn)品介紹····································

01

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一、微生物概述

哺乳動(dòng)物是一個(gè)由宿主自身和共生微生物共同組成的“超級(jí)生物體”。微生物主要分布在機(jī)體與外界相通的腔道內(nèi)，如

腸道、呼吸道和泌尿生殖道及體表，形成了胃腸道、口腔、泌尿和皮膚四個(gè)微生態(tài)系統(tǒng)。腸道微生物是由細(xì)菌、病毒、真

菌、代謝產(chǎn)物及其他古細(xì)菌共同組成，可以合成、調(diào)節(jié)和降解大量的小分子代謝物并與宿主互作，將信號(hào)從腸道傳遞到

機(jī)體其他系統(tǒng)，調(diào)節(jié)腸道屏障功能、平衡菌群結(jié)構(gòu)、免疫、神經(jīng)元及營(yíng)養(yǎng)吸收等從而維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。

近幾年也掀起了“腸-腦”軸、“腸-肝”軸、“腸-心”軸、“腸-肺”軸等微生物與宿主代謝物互作的研究熱潮，腫瘤瘤內(nèi)菌群與

代謝調(diào)控也成為新的研究熱點(diǎn)，大量菌群代謝物研究的重磅發(fā)現(xiàn)將腸道微生物與代謝聯(lián)合方案推向了新的研究高地。

01

二、微生物與宿主疾病

微生物在長(zhǎng)期與宿主共同進(jìn)化的過程中建立了密切聯(lián)系，當(dāng)宿主機(jī)體處于健康狀態(tài)，菌群與宿主間互相依存達(dá)到微生

態(tài)平衡。當(dāng)外界環(huán)境改變，微生態(tài)平衡被破壞，則會(huì)引發(fā)各種系統(tǒng)性疾病如(A)非酒精性脂肪性肝病、病毒性肝炎、肝硬

化、肝癌等；(B)肥胖、糖尿病等代謝綜合征；(C)胃潰瘍、胃癌、炎癥性腸病、結(jié)直腸癌等；(D)高血壓、冠心病等心血管疾

??；(E)阿爾茨海默癥、帕金森、抑郁、自閉癥等神經(jīng)系統(tǒng)性疾??；(F)泌尿、生殖、口腔、皮膚等系統(tǒng)性疾病。因此，全面揭

示微生物--代謝物信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)靶點(diǎn)或?qū)樗拗鹘】导爸虏C(jī)制研究提供新思路。

02

菌群調(diào)節(jié)宿主

的常見機(jī)制

色氨酸代謝物

次級(jí)膽

汁酸

多糖A

SCFAs

其他TLR

配體

鞭毛

蛋白

肽聚糖,

脂多糖

新產(chǎn)物

血癌

動(dòng)脈粥樣硬化

心臟病和中風(fēng)

心臟大小

三甲胺TMA

炎癥

脂肪和膽固醇

毒性代謝物

心血管疾病

腸道和口腔微生物的全身性擴(kuò)散直接導(dǎo)致血

管組織發(fā)炎，而促進(jìn)脂肪/膽固醇儲(chǔ)存的微生

物的間接影響則加劇了這種情況

炎癥

病原抗性

痤瘡

銀屑病、濕疹和皮炎

黑色素瘤

慢性傷口感染

皮膚

皮膚和腸道的菌群都能調(diào)節(jié)炎癥，從而直接

和間接地影響疾病

糖尿病 (1型和2型)

代謝綜合征/肥胖

脂肪肝和

原發(fā)性硬化性膽管炎

細(xì)胞增殖

胰島素生成

糖穩(wěn)態(tài)調(diào)控

炎癥

脂肪和膽固醇儲(chǔ)存

脂肪酶和

膽汁酸的生成

內(nèi)分泌

各種微生物的直接或間接作用，驅(qū)動(dòng)宿主的

發(fā)育和代謝表型

疾病 主要機(jī)制

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

和骨關(guān)節(jié)炎

肌肉萎縮

骨質(zhì)疏松

炎癥

肌肉量和骨量

胰島素生長(zhǎng)因子

血清素

成骨細(xì)胞功能

骨骼肌肉

腸道菌群對(duì)肌肉和骨骼的發(fā)育以及局部免疫

調(diào)節(jié)，有著多重的間接影響

抑郁和焦慮

自閉癥

帕金森病

多發(fā)性硬化

神經(jīng)發(fā)生、突觸發(fā)生

和髓鞘形成

小神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量

炎癥

社交

血清素

疾病 主要機(jī)制

神經(jīng)

有益微生物間接地刺激神經(jīng)發(fā)育并減少行

為障礙和神經(jīng)炎癥

口腔癌、食道癌

和胃癌

牙周炎和胃炎

潰瘍

致癌代謝物

炎癥

上皮增殖

毒素注入

上消化道

對(duì)宿主組織有直接影響的有害微生物過多，

容易引發(fā)疾病

過敏/哮喘

慢性阻塞性肺病和

囊性纖維化

肺炎和結(jié)核病

肺癌

粘液生成

炎癥

O 消耗 2

呼吸

肺和腸道的微生物都可調(diào)節(jié)炎癥，從而直接

和間接地影響疾病

狼瘡

移植物抗宿主病

膿毒癥

炎癥

耐受

病原抗性

免疫

微生物在局部和全身的免疫細(xì)胞發(fā)育中，

分別起直接和間接的重要作用

生育力下降

胎兒發(fā)育

感染

病原抗性

精子數(shù)

炎癥

泌尿生殖

陰道的乳桿菌在女性生殖健康中有重要作用，

同時(shí)腸道微生物對(duì)局部炎癥有間接影響

炎癥性腸病/結(jié)腸炎

乳糜瀉

結(jié)腸癌、胰腺癌和

肝癌

巨結(jié)腸病

上皮增殖

粘液生成和腸道蠕動(dòng)

免疫細(xì)胞募集和發(fā)育

致癌代謝物

毒素注入

下消化道

菌群接近宿主上皮導(dǎo)致對(duì)宿主生理產(chǎn)生許

多直接影響

局部免疫調(diào)節(jié)

定植抵抗 發(fā)育

腸屏障

受微生物影響而上調(diào)

受微生物影響而下調(diào)

有益的相互作用

有害的相互作用

有益或有害取決于宿主

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

疾病 主要機(jī)制

三、微生物與宿主代謝物

2012年由Jeremy K. Nicholson，賈偉等代謝組學(xué)科學(xué)家在Science: The Gut Microbiota雜志發(fā)表的前瞻性綜述“Host-Gut

Microbiota Metabolic Interactions”為腸道菌群和宿主相互影響的研究引領(lǐng)了新方向，使得研究者從過去基于16S rDNA

和宏基因組測(cè)序研究腸道菌群種類和豐度的手段，逐漸延伸至通過菌群相關(guān)代謝物研究菌群生物學(xué)功能，菌群代謝物更

被譽(yù)為“腸道微生物調(diào)控腸外器官損傷的隱形之手”。目前菌群代謝物研究主要聚焦于內(nèi)源性代謝產(chǎn)物，主要為膽汁酸

類、TMAO類、苯類、吲哚類、碳水化合物類、氨基酸類、脂肪酸類物質(zhì)等幾十余種，覆蓋色氨酸代謝、酪氨酸苯丙氨酸代

謝、脂肪酸代謝、糖代謝、嘌呤嘧啶代謝等通路。

代謝物 相關(guān)菌群 生物學(xué)功能

短鏈脂肪酸:乙酸，丙酸，丁酸，異丁酸，2-甲

基戊酸，戊酸，異戊酸，己酸等

膽堿代謝:甲胺，二甲胺，三甲胺TMA，氧化

三甲胺TMAO，二甲基甘氨酸，甜菜堿等

維生素:維生素B12，生物素（維生素H），葉

酸（維生素B9），硫胺素（維生素B1），核黃

素（維生素B2），吡哆醇（維生素B6）等

膽汁酸:膽酸，石膽酸，甘氨石膽酸，3-氧石

膽酸，異別石膽酸，?；?β-鼠膽酸，異脫氧

膽酸，脫氧膽酸，鵝去氧膽酸，牛磺膽酸，甘

氨膽酸，?；蛆Z去氧膽酸，甘氨鵝去氧膽

酸，氧化脫氧膽酸，甘氨脫氧膽酸，牛磺氧

化膽酸，?；敲撗跄懰岬?/p>

氨基酸:苯乙酰谷胺酰胺，脯氨酸，甲硫氨

酸，色氨酸，賴氨酸，支鏈氨基酸，酪氨酸，

苯丙氨酸，肌酸，肌酸酐等

色氨酸代謝:色氨酸，吲哚-3-甲醛，犬尿氨

酸，N-乙酰羥色胺，3-吲哚丙烯酸，1H-吲哚

-3-乙酰胺，吲哚乳酸，吡啶甲酸，間氨基苯

甲酸，3-羥基鄰氨基苯甲酸等

吲哚衍生物:N-乙酰色氨酸，吲哚乙酸，吲

哚乙酰色氨酸，吲哚，吲哚硫酸，吲哚-3-丙

酸，褪黑激素，褪黑激素-6-硫酸鹽，血清素，

5-羥基吲等

苯環(huán)類:苯甲酸，馬尿酸，2-羥馬尿酸，2-羥

苯甲酸，3-羥馬尿酸，3-羥苯甲酸，4-羥苯甲

酸，3-羥苯丙酸，4-羥苯丙酸，3-羥基肉桂酸

乙酯，4-甲苯基硫酸鹽，4-甲苯基葡糖苷酸，

4-羥苯基乙酸，3,4-對(duì)羥苯基乙酸，苯乙尿

酸，苯丙酸等

脂質(zhì):磷脂，共軛脂肪酸，?；视停柿?/p>

脂，膽固醇，卵磷脂，磷酸乙醇胺，甘油脂等

Clostridial clusters IV and XIVa of Firmicutes，包括

真細(xì)菌,羅氏菌，柔嫩梭菌，糞球菌等

降低結(jié)腸pH；抑制致病菌生長(zhǎng)；參與膽固醇合成；為結(jié)腸上皮細(xì)胞提供

能量；參與肥胖、胰島素干擾、Ⅱ型糖尿病、結(jié)腸癌等的調(diào)控；免受輻射的

有害影響；抑制NF-kB的激活并介導(dǎo)腫瘤抑制；提高抗腫瘤藥物的療

效......

局部促進(jìn)產(chǎn)生干擾素γ的CD8T細(xì)胞，從而增強(qiáng)癌癥患者接受免疫檢查

點(diǎn)抑制劑的療效；神經(jīng)傳遞、炎癥反應(yīng)及免疫應(yīng)答；通過腸腦軸參與抑

郁癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展......

保護(hù)胃腸道系統(tǒng)免受壓力引起的疾病；調(diào)節(jié)促炎基因的表達(dá)；增加抗炎

基因的表達(dá)；加強(qiáng)腸上皮細(xì)胞屏障作用；涉及腸道病變、腦腸軸和一些

神經(jīng)性疾病的發(fā)生過程；參與調(diào)節(jié)GLP-1的釋放，影響胰島素分泌、胰島

素敏感性和食欲調(diào)節(jié)；促進(jìn)神經(jīng)再生與修復(fù)等......

與心血管疾病發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)；調(diào)控抑郁癥；調(diào)節(jié)宿主腸道核心時(shí)鐘基因

表達(dá)和ROS水平，緩解睡眠剝奪引起的代謝紊亂和炎癥；緩解心血管疾

??；肥胖相關(guān)記憶損害；胰島素抵抗；累積的BCAA會(huì)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激并破

壞線粒體功能等......

外源性物質(zhì)的解毒；預(yù)示腸道菌結(jié)構(gòu)及活動(dòng)；分解利用多酚類化合物；

尿液中的馬尿酸可能是高血壓和肥胖的標(biāo)志性化合物；大腸癌相關(guān)；自

閉癥相關(guān)......

補(bǔ)充體內(nèi)維生素；增強(qiáng)免疫力；發(fā)揮表觀遺傳作用來調(diào)節(jié)......

影響腸道滲透性，激活腸-腦-肝神經(jīng)軸從而調(diào)節(jié)糖平衡；共軛脂肪酸能

改善高胰島素血癥，提高免疫系統(tǒng)，調(diào)節(jié)脂蛋白含量；膽固醇是甾醇，膽

酸的基本組成成分；免疫調(diào)節(jié)......

吸收膳食脂肪類和脂溶性維生素；促進(jìn)脂質(zhì)吸收；維持腸道屏障功能運(yùn)

轉(zhuǎn)；能量代謝和組織穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)；促進(jìn)或抑制肝臟腫瘤/肝癌、胃癌的發(fā)

生發(fā)展；免疫調(diào)節(jié)......

調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝及葡萄糖平衡；參與非酒精性脂肪肝、飲食性肥胖、糖尿

病、心臟病的發(fā)生...... 柔嫩梭菌，雙歧桿菌，Allobaculum等

雙歧桿菌等

多胺:腐胺，尸胺，亞精胺，精胺等 空腸彎曲桿菌，解糖梭菌等 對(duì)宿主有基因毒性；有抗腫瘤，抗炎作用；潛在的腫瘤標(biāo)志物

梭狀芽胞桿菌，瘤胃球菌屬，乳酸桿菌，雙

歧桿菌，腸桿菌，擬桿菌，梭菌等

產(chǎn)芽胞梭狀芽胞桿菌，膽型螺旋桿菌，大腸

桿菌，乳桿菌，糞副擬桿菌，普雷沃氏菌，普

通擬桿菌等

羅伊氏乳桿菌，梭狀芽孢桿菌，消化鏈球菌

屬，產(chǎn)芽胞梭狀芽胞桿菌，瘤胃球菌屬等

產(chǎn)芽胞梭狀芽胞桿菌，大腸桿菌，液化無色

桿菌，卵形擬桿菌，多形擬桿菌，大腸桿菌，

普通變形桿菌，梭菌屬等

艱 難 梭 菌，普 拉 氏 梭 桿 菌，雙 歧 桿 菌，

Subdoligranulu-m，乳酸桿菌等

雙歧桿菌，羅氏菌，乳酸桿菌，克雷伯氏菌，

腸桿菌，枸櫞酸桿菌，梭菌等

其他:咪唑丙酸，琥珀酸，D-乳酸，丙酮酸，

甲酸鹽，甲醇，乙醇，葡萄糖，尿素，a-酮戊

二酸，N-花生?；掖及返?/p>

損害胰島素受體底物水平的胰島素信號(hào)；通過抑制AMPK磷酸化降低二

甲雙胍的降糖作用；預(yù)防肥胖癥，而且還可以改善胰島素敏感性和葡萄

糖耐量；增強(qiáng)腸道沙門氏菌感染的抵抗力......

希瓦氏菌，梭菌，擬桿菌，假丁酸弧菌，瘤胃

球菌，雙歧桿菌，厚壁菌門，乳酸桿菌等

03

四、代謝組學(xué)檢測(cè)分析方案

覆蓋200+菌群代謝物，高效貫通菌群功能和代謝機(jī)制

高通量絕對(duì)定量檢測(cè)300+種功能性小分子代謝物，覆蓋

二十多種代謝物類群

采用同位素內(nèi)標(biāo)法一對(duì)一校正絕對(duì)定量，結(jié)果匹配人類

代謝組學(xué)HMDB數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)濃度區(qū)間

微量滴定板高通量樣本制備，有效降低樣本消耗

檢測(cè)下限低至fg級(jí)，實(shí)現(xiàn)超高靈敏度和跨量級(jí)檢測(cè)，檢出

率可高達(dá)80%

Analytical Chemistry方法學(xué)+獨(dú)家專利技術(shù)+臨床器械注

冊(cè)證三重保障

10萬+例測(cè)樣經(jīng)驗(yàn)，包括多項(xiàng)千例隊(duì)列，100+篇項(xiàng)目成果

Q300基礎(chǔ)上新增200種親水性功能代謝物含核苷酸、維生

素、激素、兒茶酚胺、二肽、胺類等代謝物類群

超強(qiáng)覆蓋TMAO類、色氨酸代謝、膽汁酸、短鏈脂肪酸、吲

哚等300+種菌群明星熱點(diǎn)小分子代謝物

同時(shí)覆蓋碳水化合物、氨基酸類、中長(zhǎng)鏈脂肪酸、有機(jī)酸、

苯環(huán)型化合物等基礎(chǔ)代謝物

超高靈敏度，RT、MRM與同位素內(nèi)標(biāo)校正精準(zhǔn)定性定量

準(zhǔn)確可靠的絕對(duì)定量結(jié)果，極大滿足腸道菌群和功能機(jī)制

研究領(lǐng)域的用戶探索

高通量絕對(duì)定量檢測(cè)200+種菌群相關(guān)代謝物

全標(biāo)準(zhǔn)品+同位素內(nèi)標(biāo)一對(duì)一校正，構(gòu)建高低濃度點(diǎn)隨行

標(biāo)曲，絕對(duì)定量金標(biāo)準(zhǔn)

自研菌群代謝物檢測(cè)和關(guān)聯(lián)Analytical Chemistry方法學(xué)

50+篇項(xiàng)目文章，影響因子超過500，含Cell Metabolism，

Gut等知名期刊

提供宏代謝組與腸道菌群數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析

65+種含微量膽汁酸絕對(duì)定量，同位素標(biāo)記的膽汁酸作為內(nèi)

標(biāo)進(jìn)行校正

含C4、3-氧/異別石膽酸、豬膽酸、硫酸化/甘氨酸/?；撬?葡

萄糖醛酸結(jié)合型膽汁酸等

標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、高通量的樣本制備、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告流程，

消除各種人為偏差

自研檢測(cè)方法-功能應(yīng)用-臨床轉(zhuǎn)化一體化技術(shù)

基礎(chǔ)版和旗艦版兩大套餐，提供菌群-膽汁酸關(guān)聯(lián)方案

A組 VS B組 VS … 微量滴定板前處理

QC質(zhì)控

臨床/

隊(duì)列

動(dòng)物

細(xì)胞

樣本

收集

UPLC-MS/MS

總離子流圖

高低濃度標(biāo)曲

定量數(shù)據(jù)處理軟件

iMAP云平臺(tái)數(shù)據(jù)分析

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析

單維分析（T test等）

多維分析（PCA等）

熱圖

小提琴圖

箱式圖

火山圖

韋恩圖

??

初級(jí)數(shù)據(jù)分析

通路分析

通路富集分析

ROC分析

??

高級(jí)數(shù)據(jù)分析

多組學(xué)關(guān)聯(lián)分析

個(gè)性化定制分析

??

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 樣本處理 數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)分析 中英文報(bào)告

AUC:0.985(0.962,0.985)

●

0.31(0.967,0.968)

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

1 ? Specificity

Sensitivity

0.2

0.4

0.6

0.8

Cutoff

AUC=0.985

04

01 Q200宏代謝組

03 04 Q500全定量代謝組

02 膽汁酸

Q300全定量代謝組

五、微生物組學(xué)檢測(cè)分析方案

擴(kuò)增子測(cè)序

16S rDNA是細(xì)菌16S rRNA相對(duì)應(yīng)的

DNA序列，16S rDNA測(cè)序又稱微生物

多樣性測(cè)序或擴(kuò)增子測(cè)序，是指對(duì)人

和動(dòng)物糞便或腸道內(nèi)容物等樣品中

的16S rDNA高變區(qū)進(jìn)行PCR擴(kuò)增及

高通量測(cè)序的一種技術(shù)，真核生物18S

rDNA的可變區(qū)（V1-V5,V7-V9）或

ITS（ITS1/ITS2）測(cè)序也常用于真菌

相關(guān)研究。

三代16S rRNA基因測(cè)序

基于PacBio三代測(cè)序平臺(tái)，能夠讀取

群落微生態(tài)系統(tǒng)中微生物的1 6 S

rRNA基因全長(zhǎng)序列和ITS全長(zhǎng)序列，

能夠注釋到種甚至菌株等精細(xì)水平，

解析菌群種水平的物種組成。

宏基因組測(cè)序

通過全基因組鳥槍法(Whole Genome

Shotgun，WGS)測(cè)序技術(shù)，將提取獲

得的微生物組總DNA隨機(jī)打斷為短

片段，并構(gòu)建合適長(zhǎng)度的插入片段文

庫進(jìn)行雙端(Paired-end，PE)高通量

測(cè)序，同時(shí)展示菌群功能代謝譜和物

種精細(xì)組成譜，進(jìn)而在組成和功能水

平挖掘關(guān)鍵菌群標(biāo)志物，從而闡明微

生物對(duì)機(jī)體發(fā)揮作用的機(jī)制。

05

16S分析

引物設(shè)計(jì)合成

功能預(yù)測(cè)分析

DNA提取 DNA片段化

原始數(shù)據(jù)

關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)分析

個(gè)性化分析

質(zhì)控 有效數(shù)據(jù)

PCR擴(kuò)增和

產(chǎn)物純化 文庫構(gòu)建 Illumina

測(cè)序

宏基因組學(xué)

實(shí)驗(yàn)部分

生信分析

物種水平分析 功能水平分析

PICRUSt2分析

功能單元PCoA

代謝通路統(tǒng)計(jì)與差異

差異通路的物種組成

......

分類單元統(tǒng)計(jì) 分類等級(jí)樹

分類學(xué)組成 物種進(jìn)化樹

Krona物種組成

......

功能組成分析 功能差異分析

功能類群與代謝通路統(tǒng)計(jì)

功能與代謝通路組成

共有功能類群分析

功能單元差異分析

KO代謝通路

差異功能單元聚類熱圖

富集分析

LEfSe分析

PLS-DA分析

隨機(jī)森林分析

功能Beta多樣性分析

PCA與PCoA分析

NMDS非度量多維尺度分析

UPGMA聚類分析

組成差異分析

功能-物質(zhì)一致性分析

Alpha多樣性指數(shù)

稀疏曲線

物種累積曲線

......

PCA與PCoA分析

NMDS分析

組間差異顯著性分析

......

韋恩圖/花瓣圖 PCA分析

物種組成熱圖 PLS-DA分析

LEfSe分析 隨機(jī)森林分析

......

物種組成分析 Alpha多樣性分析

物種差異分析與標(biāo)志物種 Beta多樣性分析

六、自主研發(fā)代謝物-腸道菌群關(guān)聯(lián)分析方法

針對(duì)菌群代謝物檢測(cè)數(shù)據(jù)、菌群16S rDNA或宏基因組測(cè)序數(shù)據(jù)、臨床表型數(shù)據(jù)-對(duì)應(yīng)各疾病臨床指標(biāo)檢測(cè)，2018年，麥特繪譜

科研團(tuán)隊(duì)將多種相關(guān)分析、差異分析和網(wǎng)絡(luò)分析方法進(jìn)行科學(xué)整合，建立了代謝組-腸道微生物組關(guān)聯(lián)分析的新策略，并將

其應(yīng)用于“腦-腸-菌群”軸方法開發(fā)，為跨組學(xué)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)研究提供了新方法，為“腦-腸-菌群”軸研究提供了多組學(xué)研究方案。

麥特繪譜研發(fā)團(tuán)隊(duì)是國(guó)內(nèi)最早開始腸道菌群研究的團(tuán)隊(duì)之一，2008年提出腸道菌群是肝病、糖尿病等慢性病的作用靶

點(diǎn)，2012年發(fā)表Science系統(tǒng)總結(jié)菌群-代謝物-菌種相應(yīng)的生物學(xué)功能，并于2017年率先開發(fā)菌群代謝物檢測(cè)方法，針對(duì)

菌群代謝物檢測(cè)數(shù)據(jù)、菌群16S rDNA或宏基因組測(cè)序數(shù)據(jù)、各疾病臨床表型數(shù)據(jù)，生信團(tuán)隊(duì)率先開發(fā)了菌群-代謝物關(guān)

聯(lián)分析方法。代謝組學(xué)作為連通菌群和臨床表型的紐帶，使過去相互獨(dú)立的菌群數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)高效結(jié)合，構(gòu)建臨床或

動(dòng)物表型-菌群-代謝-疾病機(jī)制-治療干預(yù)的閉環(huán)研究思路。

06

七、微生物組-代謝組學(xué)聯(lián)合研究方案

07

八、研究案例

胃膽汁酸-微生物促進(jìn)膽汁反流性胃癌發(fā)生新機(jī)制

Bile Acid–Microbiome Interaction Promotes Gastric Carcinogenesis

案例一

本研究揭示了膽汁酸-微生物在膽汁反流性胃炎引起的胃癌中的作用及分子機(jī)制。研究證實(shí)結(jié)合型膽汁酸TCDA與

致 炎 性 微 生 物 的 增 殖 通 過 加 速 胃 上 皮 細(xì) 胞 的 增 殖 及 克 隆 形 成，并 激 活 誘 導(dǎo) 炎 性 和 癌 癥 發(fā) 生 的 信 號(hào) 通 路

IL-6/JAK1/STAT3，促進(jìn)胃癌病變的發(fā)生，并指出中藥丹參中的一種有效成分隱丹參酮能有效抑制膽汁反流引起的

胃癌前病變。

發(fā)表期刊：Advaced Science，IF=17.521

技術(shù)方法： 膽汁酸譜、16S測(cè)序、宏基因組學(xué)等

研究概述：

發(fā)表時(shí)間： 2022.03

研究團(tuán)隊(duì)： 賈偉教授團(tuán)隊(duì)

1. 胃液膽汁酸水平分析，及TDCA與胃液pH值強(qiáng)相關(guān) 3. 體內(nèi)外試驗(yàn)證實(shí)TDCA、LPS及P. melaninogenica會(huì)促進(jìn)

胃炎

4. 給小鼠做腸胃吻合手術(shù)模擬臨床膽汁反流的模型小鼠，

證實(shí)膽汁反流及P. melaninogenica能通過激活I(lǐng)L-6/JAK1/

STAT3通路促進(jìn)胃癌前病變的發(fā)生

5. 中藥丹參中一種重要活性物質(zhì)成分—隱丹參酮能有效改

善癌前病變

2. 胃液炎癥因子水平及微生物分析

P. melaninogenica

與膽汁酸相關(guān)性

健康組

n=50

膽汁反流性胃炎患者

n=50

胃癌患者

n=50

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08

運(yùn)動(dòng)調(diào)控腸道菌群與代謝物預(yù)防糖尿病

Gut Microbiome Fermentation Determines the Efficacy of Exercise for Diabetes

Prevention

案例二

發(fā)表期刊： Cell Metabolism，IF=31.373 掃描查看詳細(xì)解讀

技術(shù)方法： Q200宏代謝組、宏基因組學(xué)等

本研究對(duì)未接受藥物治療的超重男性糖尿病前期患者進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干預(yù)，然后進(jìn)行宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析（代謝

組學(xué)工作由麥特繪譜完成），并通過糞菌移植、補(bǔ)充代謝物等方式進(jìn)行功能研究，探討腸道菌群在運(yùn)動(dòng)影響葡萄糖

代謝和胰島素敏感性中的作用機(jī)制。

研究概述：

發(fā)表時(shí)間： 2019.11

合作單位： 香港大學(xué)

1.運(yùn)動(dòng)干預(yù)后，分析受試者體重、脂肪、胰島素敏感性等指標(biāo)；根

據(jù)胰島素抵抗穩(wěn)態(tài)模型評(píng)估（HOMA-IR）將受試者分為響應(yīng)

者（R）和非響應(yīng)者（NR）

3.腸道菌群與臨床指

標(biāo)的關(guān)聯(lián)分析顯示19

個(gè)物種與葡萄糖穩(wěn)態(tài)

和胰島素敏感性改善

顯著相關(guān)

5.糞便代謝組：與基線相比，R組的SCFAs增加，BCAAs和AAAs

水平卻降低；而NR組趨勢(shì)相反；

表明腸道菌群相關(guān)代謝產(chǎn)物的差異性改變可能是對(duì)運(yùn)動(dòng)干預(yù)產(chǎn)

生不同響應(yīng)的代謝基礎(chǔ)

2.糞便宏基因組學(xué)分析，運(yùn)動(dòng)干預(yù)后菌群的相互作用增強(qiáng)；R組

和NR組運(yùn)動(dòng)前后比較分析表明運(yùn)動(dòng)干預(yù)對(duì)響應(yīng)者和非響應(yīng)者

腸道菌群具有不同調(diào)節(jié)作用

4.KOs分析對(duì)微生物基因進(jìn)行注釋，揭示了運(yùn)動(dòng)形成的碳水化

合物發(fā)酵和氨基酸分解代謝能力的菌群差異在改善兩個(gè)亞組

的胰島素抵抗方面表現(xiàn)不同

6.給予抗生素處理的小鼠移植R組和NR組基線和運(yùn)動(dòng)后的糞

菌，顯示響應(yīng)者的腸道菌群對(duì)周圍組織葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏

感性具有代謝益處

7.糞菌移植+代謝物補(bǔ)充驗(yàn)證：在FMT小鼠中發(fā)現(xiàn)代謝物的變

化趨勢(shì)一致，進(jìn)而分別補(bǔ)充BCAAs和SCFAs，發(fā)現(xiàn)前者可抑制

R-FMT對(duì)葡萄糖失調(diào)的胰島素抵抗的作用，后者在NR-FMT可

部分緩解葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素敏感性的無應(yīng)答情況

09

人類衰老進(jìn)程中腸道真菌演變及與代謝健康關(guān)系

Mapping the human gut mycobiome in middle-aged and elderly adults: multiomics

insights and implications for host metabolic health

案例三

掃描查看詳細(xì)解讀

本研究納入廣州營(yíng)養(yǎng)與健康研究中心1244名受試者，三年隨訪揭示了人類腸道真菌菌群組成的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和決定

因素，特別是長(zhǎng)期習(xí)慣性飲食消費(fèi)。結(jié)合代謝組學(xué)以及臨床表型數(shù)據(jù)（代謝組學(xué)工作由麥特繪譜完成），深入探討了

腸道細(xì)菌、真菌與糞便代謝組之間的生態(tài)聯(lián)系，表明腸道細(xì)菌和真菌之間的相互作用可以調(diào)節(jié)代謝健康。

發(fā)表期刊： Gut，IF=31.793

技術(shù)方法： Q300全定量代謝組、ITS測(cè)序、16S測(cè)序、宏基因組學(xué)等

研究概述：

發(fā)表時(shí)間：2022.01

合作單位： 西湖大學(xué)

1. 腸道真菌譜分析

5. 腸道真菌與代謝表型的關(guān)系

4. 腸道真菌與糞便代謝物關(guān)聯(lián)分析

2. 腸道真菌-飲食關(guān)聯(lián)分析

3. 腸道真菌與腸道細(xì)菌的生態(tài)聯(lián)系

腸道真菌Saccharomycetales spp與腸道細(xì)菌相互作用，通過代謝物等方式共同影響胰島素抵抗；

腸道細(xì)菌的功能及糞便組氨酸可能介導(dǎo)了畢赤酵母對(duì)血液低密度脂蛋白膽固醇的影響。

10

菌群代謝物3-IAA有望大大提升胰腺癌化療療效

Microbiota-derived 3-IAA influences chemotherapy efficacy in pancreatic cancer

案例四

掃描查看詳細(xì)解讀

本研究利用16S rRNA測(cè)序和代謝組檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)菌群衍生的色氨酸代謝物吲哚-3-乙酸（3-IAA）在對(duì)治療有效的胰

腺癌患者中增加。糞便菌群移植、短期膳食補(bǔ)充色氨酸和口服3-IAA可以增加PDAC小鼠模型的化療療效。機(jī)制上，

腸道中的脆弱擬桿菌和多形擬桿菌等，將人體攝入的色氨酸代謝成3-IAA；隨后3-IAA從腸道進(jìn)入血液，被中性粒細(xì)

胞所吸收，在骨髓過氧化物酶（MPO）的作用下，3-IAA轉(zhuǎn)化成一種毒性分子，導(dǎo)致癌細(xì)胞內(nèi)活性氧水平上升，抑制

癌細(xì)胞的自噬作用，并最終影響了癌細(xì)胞增殖。最后，在兩個(gè)獨(dú)立的PDAC隊(duì)列中驗(yàn)證了3-IAA的水平和化療療效顯

著相關(guān)。

發(fā)表期刊：Nature，IF=69.504

技術(shù)方法： 靶向代謝組、16S測(cè)序、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等

研究概述：

發(fā)表時(shí)間： 2023.02

1. 腸道菌群、瘤內(nèi)菌群及血清代謝物分析

色氨酸代謝物3-IAA在R組增加最顯著，產(chǎn)3-IAA的脆弱擬桿菌

和多形擬桿菌增加；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)3-IAA可有效提升化療耐藥的

胰腺癌患者的化療療效

R：化療有效患者

NR：化療無效患者

2. 腫瘤浸潤(rùn)免疫細(xì)胞分析3-IAA作用機(jī)制

3-IAA和FIRINOX的療效由免疫細(xì)胞產(chǎn)生的骨髓過氧化物

酶MPO介導(dǎo)的

4.首先測(cè)試3-IAA和FIRINOX及單獨(dú)使用對(duì)小鼠生存的影響，

進(jìn)而臨床驗(yàn)證，證實(shí)3-IAA具有臨床潛力

3.胰腺癌細(xì)胞及SPF小鼠試驗(yàn)，并進(jìn)行靶向蛋白篩選和

mRNA測(cè)序，機(jī)制探究

當(dāng)FIRINOX治療期間存在3-IAA和MPO時(shí)，ROS的積累增

加，癌細(xì)胞的應(yīng)激適應(yīng)能力受損（即自噬作用被削弱），最終

誘發(fā)腫瘤細(xì)胞的增殖減少

Nicholson JK, et al., Host-gut microbiota metabolic interactions. Science. 2012 Jun 8;336(6086):1262-7.

Hill JH, Round JL. SnapShot: Microbiota effects on host physiology. Cell. 2021 May 13;184(10):2796-2796

Zhao L, et al., High Throughput and Quantitative Measurement of Microbial Metabolome by Gas Chromatography/Mass Spectrometry Using

Automated Alkyl Chloroformate Derivatization. Anal Chem. 2017 May 16;89(10):5565-5577. （Q200宏代謝組方法學(xué)文章）

Chen T, et al., Strategy for an Association Study of the Intestinal Microbiome and Brain Metabolome Across the Lifespan of Rats. Anal

Chem. 2018 Feb 20;90(4):2475-2483. （菌群-代謝關(guān)聯(lián)分析方法學(xué)文章）

Xie G, et al., A Metabolite Array Technology for Precision Medicine. Anal Chem. 2021 Apr 13;93(14):5709-5717. （Q300全定量代謝組方法學(xué)文章）

Wang S, et al., Bile Acid-Microbiome Interaction Promotes Gastric Carcinogenesis. Adv Sci (Weinh). 2022 May;9(16):e2200263.

Shuai M, et al., Mapping the human gut mycobiome in middle-aged and elderly adults: multiomics insights and implications for host

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Tintelnot J, et al., Microbiota-derived 3-IAA influences chemotherapy efficacy in pancreatic cancer. Nature. 2023 Mar;615(7950):168-174.

Jia W, et al., Gut microbiota: a potential new territory for drug targeting. Nat Rev Drug Discov. 2008 Feb;7(2):123-9.

Jia W, Xie G, Jia W. Bile acid-microbiota crosstalk in gastrointestinal inflammation and carcinogenesis. Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2018

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Jia W, et al., Gut microbiota alterations are distinct for primary colorectal cancer and hepatocellular carcinoma. Protein Cell. 2021, 12

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Li M, et al., Gut microbiota-bile acid crosstalk contributes to the rebound weight gain after calorie restriction in mice. Nat Commun. 2022

Apr 19;13(1):2060.

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九、參考文獻(xiàn)

十、樣本收集注意事項(xiàng)

菌群代謝組學(xué)研究首選

人的糞便、腸鏡活檢粘

膜樣本、動(dòng)物的腸道內(nèi)

容物或糞便樣本，為了

消除樣本類型差異，檢

測(cè)菌群代謝物的樣本與

菌群測(cè)序的樣本請(qǐng)盡量

保證樣本類型和取樣部

位的一致（可將樣本混

勻后一分為二），臨床樣

本≥50例/組，動(dòng)物樣本≥

10例/組。

更多樣本類型收集方案可聯(lián)系麥特繪譜工作人員獲取。

1.樣本選擇

排便前先排凈小便，防

止尿液污染糞便 。將事

先準(zhǔn)備好的塑料小盆

（口徑大于抽水馬桶出

水口）套上塑料袋，鋪上

1-2層干凈衛(wèi)生紙，置于

馬桶內(nèi)出水口之上 。將

糞便排入小盆內(nèi)，用一

次性采樣勺充分混勻后

采集約5g新鮮樣本裝入

滅 菌 收 集 管 ，凍 存 于

-80℃冰箱?；颊咴诩抑?/p>

采集的新鮮糞便需置于

冰上，并1-2小時(shí)內(nèi)送至

醫(yī)院，存儲(chǔ)于-80℃冰箱。

2.臨床糞便樣本收集

收集樣本前一天需禁食

不禁水，根據(jù)研究目的

不同可選擇不同腸段內(nèi)

容物，通常收集結(jié)腸和

盲腸內(nèi)容物，分離腸段

后將腸內(nèi)容物擠入1.5

mL EP管中-80℃凍存。

3.動(dòng)物腸道內(nèi)容物或糞便

在食道、 胃、 腸道內(nèi)窺鏡

檢查過程中，用無菌的

活檢鉗取粘膜樣本建議

黃豆粒大小以上，也可

以使用穿過內(nèi)窺鏡工作

通道的1.5mm×140cm的

細(xì)胞刷(Boston Scientific, Boston, MA) 進(jìn)行收

集，將樣本放入無菌凍

存管中，蓋緊蓋子，樣品

液氮速凍，置于-80℃冰

箱保存，干冰寄送。

4.消化道粘膜樣本

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十一、菌群代謝相關(guān)客戶案例

Cell Metabolism (IF=31.373) | DT-109 ameliorates nonalcoholic steatohepatitis in nonhuman primates (2023). 膽汁酸項(xiàng)目

Nature Communications (IF=17.694) | Comparison of fecal and blood metabolome reveals inconsistent associations of the

gut microbiota with cardiometabolic diseases (2023). Q300項(xiàng)目

American Journal of Gastroenterology (IF=12.045) | The Short-term Efficacy of Bifidobacterium Quadruple Viable Tablet

in Patients with Diarrhea-Predominant Irritable Bowel Syndrome: Potentially Mediated by Metabolism rather than Diversity Regulation (2023). Q200宏代謝項(xiàng)目

Gut (IF=34.915) | Mapping the human gut mycobiome in middle-aged and elderly adults: multiomics insights and implications for host metabolic health (2022). Q300項(xiàng)目

Microbiome (IF=16.837) | Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid alleviates low birth weight-induced colonic inflammation by enhancing M2 macrophage polarization (2023). 膽汁酸項(xiàng)目

Military Medical Research (IF=34.915) | Oral administration of asparagine and 3-indolepropionic acid prolongs survival

time of rats with traumatic colon injury (2022). Q200宏代謝項(xiàng)目

Nature Communications (IF=17.694) | The gut microbiota-bile acid axis links the positive association between chronic

insomnia and cardiometabolic diseases (2022). 膽汁酸項(xiàng)目

Science Translational Medicine (IF=19.319) | Risk assessment with gut microbiome and metabolite markers in NAFLD

development (2022). Q200宏代謝項(xiàng)目

Microbiome (IF=16.837) | Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid from neonatal dairy calves improves intestinal

homeostasis and colitis to attenuate extended-spectrum β-lactamase-producing enteroaggregative Escherichia coli infection

(2022). Q200宏代謝+16S測(cè)序項(xiàng)目

Microbiome (IF=16.837) | Altered gut metabolites and microbiota interactions are implicated in colorectal carcinogenesis

and can be non-invasive diagnostic biomarkers (2022). Q200宏代謝項(xiàng)目

Microbiome (IF=16.837) | Gut microbiome mediates the protective effects of exercise after myocardial infarction (2022).

Q200宏代謝項(xiàng)目

Advanced Science (IF=17.521) | Decreased Abundance of Akkermansia muciniphila Leads to the Impairment of Insulin

Secretion and Glucose Homeostasis in Lean Type 2 Diabetes (2021). 膽汁酸項(xiàng)目

Diabetes Care (IF=17.152) | The Association of Fried Meat Consumption With the Gut Microbiota and Fecal Metabolites

and Its Impact on Glucose Homoeostasis, Intestinal Endotoxin Levels, and Systemic Inflammation: A Randomized

Controlled-Feeding Trial (2021). Q200宏代謝項(xiàng)目

......

Advanced Science (IF=17.521) | Human Gut Antibiotic Resistome and Progression of Diabetes (2022). Q300項(xiàng)目

Nature Communications (IF=17.694) | Disulfiram ameliorates nonalcoholic steatohepatitis by modulating the gut microbiota and bile acid metabolism (2022). 膽汁酸項(xiàng)目

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麥特繪譜已協(xié)助客戶在Cell Metabolism, Gut, Diabetes Care, Nature Communications, Microbiome等期刊發(fā)表200+篇菌群代謝相

關(guān)SCI文章，涵蓋肝病、胃腸道疾病、內(nèi)分泌疾病、心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、腫瘤/癌癥、動(dòng)物科學(xué)、中藥、營(yíng)養(yǎng)等多個(gè)研究方

向，部分代表性合作成果如下：

12

非靶向代謝組

LC-MS非靶向代謝組

GC-MS非靶向代謝組

風(fēng)味組

測(cè)序技術(shù)

16S/18S/ITS擴(kuò)增子測(cè)序

宏基因組學(xué)

轉(zhuǎn)錄組學(xué)

蛋白質(zhì)組學(xué)

數(shù)據(jù)分析

中藥及天然藥物成分分析

多組分藥物動(dòng)力學(xué)Ploy-PK

iMAP代謝組學(xué)分析云平臺(tái)

個(gè)性化定制檢測(cè)服務(wù)

多組學(xué)聯(lián)合分析

全定量代謝組

Q1000全定量代謝組

Q500全定量代謝組

Q300全定量代謝組

Q200宏代謝組

代謝流

單類定量代謝組

膽汁酸 氨基酸 脂質(zhì)組

Label free

修飾蛋白質(zhì)組學(xué) 體液蛋白質(zhì)組學(xué)

外泌體蛋白質(zhì)組學(xué) 宏蛋白質(zhì)組學(xué)

Olink蛋白質(zhì)組學(xué)

蛋白定性分析

靶向蛋白質(zhì)組學(xué)

TMT SILAC DIA

輔酶類 激素類 核酸類

TMAO類 維生素類 氧化脂質(zhì)

能量代謝 還原糖類 短鏈脂肪酸

神經(jīng)遞質(zhì)類 兒茶酚胺類 中長(zhǎng)鏈脂肪酸

色氨酸代謝物 TCA循環(huán)及有機(jī)酸類 ... ...

[U- C]-glucose 13 碳代謝流

[U- C]-glutamine 13 碳代謝流

[ C ]-serine 13

3 碳代謝流

[U- C ]-palmitate 13

16 碳代謝流

[1，2- C ]-glucose 13

2 碳代謝流

[ N ]-glutamine 15

2 氮代謝流

[ C]-CO 13 2碳代謝流

全產(chǎn)品服務(wù)

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