研究背景
胃肠道已知是多样化微生物生态系统的宿主，这些微生物对多种代谢过程有重要贡献。这一多样化群体的巨大代谢潜力使其能够通过广泛的交叉喂养网络分解和释放多种化合物，为微生物群和宿主提供营养。某些微生物产生的代谢物被其他微生物用作前体，这些微生物又可以以此为食或创造不同的代谢物。研究表明不同的肠道微生物群能够影响宿主的饮食选择，反映出每个微生物群体独特的代谢需求。反过来导致不同的代谢化合物在宿主体内循环并提供营养。同样，微生物代谢活动的副产物可以产生对人类宿主健康产生广泛系统效应的代谢物。肠道微生物组对宿主的重要性在于其提供微量营养素、分子前体和其他构建块，如羧酸。未消化的肽到达结肠后，为信号分子、吲哚、激素和短链脂肪酸（SCFAs）的合成提供了重要前体。过去的研究建立了高蛋白饮食与产生对宿主有害的微生物来源代谢物的肠道环境之间的直接联系，例如在炎症性肠病（IBD）和结直肠癌的情况下。SCFAs主要来源于碳水化合物的发酵，通常来自膳食纤维，但也可以通过氨基酸的发酵产生。SCFAs在肠上皮细胞的健康中发挥关键作用，进而促进粘液的产生并维持肠道生态系统的健康稳态。SCFAs还可以调节免疫系统、T细胞成熟和肠道粘膜的炎症状态。
关于人类微生物组的大多数研究都是横断面研究，仅在每个个体的一个时间点进行采样。然而微生物组的纵向研究在理解微生物组的动态特性方面提供了优势，因为这些研究评估了随时间变化的情况，并可能揭示肠道微生物组与健康之间的因果关系。已知饮食差异可以解释某些人群微生物组成的异质性。然而，许多因素可以在较长时间内改变微生物组的组成，例如婴儿期的发展、衰老和抗生素的使用。少数研究探讨了健康个体微生物组的短期变化。一项对一组个体进行约两周每日采样的研究发现，饮食多样性与微生物组组成的更高稳定性相关。此外，在比较杂食饮食的人与植物性饮食的人时，即使在同样饮食的人之间，微生物组的个体间差异依然很高，但这导致了饮食依赖性血清代谢物的产生。一项对微生物组组成和基因表达（即宏转录组学）进行表征的研究表明，由于其稳定性，微生物组的组成更适合用于反映长期影响，而宏转录组学则能反映微生物活性的细微扰动，适合用于研究短期相关性。粪便代谢组是代谢通路和微生物-宿主相互作用的最终结果。粪便代谢物可以作为生物标志物，反映肠道微生物群、饮食和宿主生理之间的复杂相互作用。一项对双胞胎的研究表明，约三分之二的粪便代谢组变异可归因于微生物组成，而有趣的是，只有一小部分变异是由于宿主遗传因素造成的。最近一项分析血清和粪便代谢物的研究显示，后者与几种心代谢疾病的关联更强，并提供了更好的预测指标。然而，目前对粪便代谢物随时间变化的幅度，以及粪便代谢物变化与微生物组组成之间的关系，特别是在短期内的关系，仍存在知识空缺。
研究内容
图 1. 研究队列中粪便微生物组和代谢物的组成。
图 2. 微生物和代谢物特征的变异系数。
图 3. 属和代谢物之间的相关性以及时间变化的代表性例子。
总结与意义
通讯作者
Guro Fanneløb Giskeødegård，挪威科技大学医学与健康科学学院公共卫生与护理学系副教授。拥有医疗技术博士学位，目前在 HUNT 分子和临床流行病学中心担任研究员和助理教授。研究重点是乳腺癌患者和群体生物库的组织样本和生物体液的代谢组学和其他分子分析，重点是多变量生物数据的数据分析。研究目标是确定用于改善癌症诊断和治疗的生物标志物。
Matteo Sangermani是Guro F. Giskeødegård分子癌症研究小组 HUNT 分子和临床流行病学中心（ISM 部门）的研究员。拥有生物物理学博士学位（巴塞尔大学），并从事肠道微生物组的大规模研究。他研究了肠道微生物组如何受到生活方式的影响，肠道微生物组的变化如何影响乳腺癌患者的康复和治疗后的生活质量。在 wetlab 中，他正在采用各种方法从粪便样本和血液中获取数据;如：鸟枪法测序、16S rRNA 扩增子测序、元转录组学和 NMR 代谢组学。然后分析这些多组学数据集以进行相关性和预测建模。研究目标是深入了解一个水平（例如组成）的变化如何以及在多大程度上与微生物组活性的另一个水平的变化（例如基因表达或代谢物）相关，并探索变化（随着时间的推移、个体内部和个体之间）与癌症治疗相关。
