Communications Biology：肠道菌群研究大火，如何实现“短、平、快”发文？一文get写文套路

肠道菌群是寄居在人体肠道内的微生物群落，与多种代谢疾病的发生密切相关，其代谢产物也会影响脂肪的分布，与肥胖诱因紧密相连。

近年来，肠道菌群在科学研究领域十分火热，是微生物学、医学、基因学等领域最引人关注的研究焦点之一，在国自然基金申请上也十分给力。在2023年批准的国自然项目中，有197个项目与肠道菌群有关，位居国自然热点前列，值得研究人员的长期关注。

同时，肠道菌群的实验设计非常灵活，可与许多方向相关联，包括中药学、预防医学、代谢生理、食品科学、消化系统疾、循环系统、药理、肿瘤、微生物、中西医结合等诸多方向，通过高通量测序很快上手，样本相对容易获取，实现“短、平、快”的发表文章，积攒基础研究数据。

近日，来自广州医科大学和新加坡国立大学的研究员们在Nature出版集团旗下刊物《Communications Biology》发表了题为“High temperature and humidity in the environment disrupt bile acid metabolism, the gut microbiome, and GLP-1 secretion in mice”的研究论文，高通量测序显示，高温高湿环境会改变肠道菌群组成，石胆酸通过激活胆汁酸代谢途径抑制胰高血糖素样肽-1（肠促胰素）分泌，使其糖脂代谢稳态失调。

一、研究背景

气候条件，特别是温度和湿度，对人类健康有着深远的影响。

有研究表明，冷适应可以通过改变肠道菌群来增强2型糖尿病患者外周胰岛素的敏感性，因为肠道菌群的改变会增加能量消耗。也就是说，低温条件下会刺激代谢转变，从而通过另一种合成途径协调胆固醇在肝脏中转化为胆汁酸，导致胆汁酸上调、改变肠道菌群组成，并伴有产热增加。

然而，与寒冷环境相比，人们对高温环境与肠道菌群和代谢过程间的相互作用知之甚少。事实上，大气湿度会引起生理紊乱和疾病（例如，相对湿度高与老年人糖尿病发病率增加有关），但这些影响的潜在机制尚不完全清楚。

二、研究思路方法与结论

研究思路1：探究HTH环境下血糖血脂的变化及潜在机制

研究方法：

（1）检测处于高湿(HH)和高温高湿(HTH)环境两周下的小鼠相比正常环境下小鼠血浆GLP-1（胰高血糖素样肽-1）、饥饿素（ghrelin）、胰岛素、体重、空腹血糖、酪酪肽（PYY）、抑胃肽（GIP）和血脂（TG、HDL、LDL和CHOL）水平。

（2）注射葡萄糖后，检测各时间点的血糖水平，计算曲线下面积(AUC)值；通过测量餐后GLP-1水平、食物摄入量等持续14天，以及免疫染色，探究GLP-1在能量代谢和炎症中的关键作用。

研究结论：高温高湿环境下，肠道缺氧导致GLP-1被抑制。

研究思路2：探究HTH对肠道菌群的影响

研究方法：

（1）通过免疫荧光染色，检测HTH下小鼠的β-细胞面积。

（2）通过粪便样本的16SrRNA基因测序来探究HTH对肠道生态失调的影响。采用α多样性（Simpson和Shannon指数）、OTU指数、主成分分析（PCA）等探究各组间微生物群落结构组成差异，在门水平上比较其组成分布。

（3）通过孟德尔随机化（MR）分析发现另枝菌属（alistipes）可以诱导GLP-1的增加。

研究结论：HTH环境下GLP-1的减少可能与肠道微生物组的改变有关。

研究思路3：探究肠道生态失调是否可以直接影响GLP-1的抑制

研究方法：

（1）HTH环境下2周后检测小鼠IL-6、MCP-1和TNF-α的表达水平。并通过口服抗生素混合物后，建立伪无菌(PGF)小鼠模型，检测其GLP-1和胰岛素水平。

（2）通过新的实验对采集样品进行分析，对比菌群丰度、丁酸、丙酸水平。 

（3）进一步在体内评估丁酸对HTH环境下GLP-1抑制的保护作用。通过口服低剂量和高剂量丁酸钠，对比小鼠GLP-1、胰岛素、FBG水平。

研究结论：丁酸的减少似乎不能解释HTH环境对GLP-1的抑制。

研究思路4：探究HTH环境下BAs的变化

研究方法：

（1）检测肝脏中多个胆汁酸合成酶的表达，并进行体外实验来评估CDCA（鹅去氧胆酸）及其衍生物对GLP-1产生的影响。将细胞模型分别用不同浓度的CDCA、牛磺鹅去氧胆酸（TCDCA）和牛磺酸石胆酸（TLCA）处理，检测GLP-1水平。

（2）通过液相色谱-质谱（LC-MS）进行靶向代谢组学研究，以评估肝胆汁酸谱的差异；并检测石胆酸（LCA）水平，并评估粪便胆汁酸谱。

研究结论：胆汁酸（BAs）的改变可能会抑制GLP-1的产生。

研究思路5：探究HTH环境对FXR信号通路的影响

研究方法：

（1）通过串联质谱标记(TMT)和液相色谱-质谱(LC-MS)/MS进行回肠样本的蛋白质组学分析。

（2）通过分层聚类热图检测差异表达蛋白（DEP）的上/下调蛋白，以及与法尼醇X受体(FXR)信号通路（调节胆汁代谢）的相关性。 

（3）比较FXR基因编码的蛋白丰度，通过体外实验加入FXR抑制剂和LCA联合FXR抑制剂检测GLP-1水平。 

研究结论：FXR信号通路的激活应该在HTH对胆汁酸代谢的影响中起关键作用，LCA通过抑制FXR信号通路促进GLP-1的产生。 

研究思路6：通过代谢组学探究HTH环境下相关疾病的发病机制

研究方法：

（1）进行血浆代谢产物的定量分析，通过代谢物丰度对比、PLS-DA图、热图分析HTH对血浆代谢物的影响。检测血浆中非极性氨基酸、芳香氨基酸和极性氨基酸及其衍生物水平。

（2）检测HTH组血清PC、SOPC和DOPC及左旋肉碱、牛磺酸等代谢物含量。

研究结论：通过代谢组学分析为了解HTH相关疾病的发病机制提供了一些其他的重要线索。

研究思路7：探究代谢组与肠道微生物组的相关性 

研究方法： 

（1）通过16SrRNA基因测序鉴定差异丰度属和差异丰度代谢物，以及27种BAs。

（2）通过Spearman相关系数分析和热图，鉴定这些代谢物、BAs与特定肠道微生物属之间的相关性。 

（3）通过非靶向代谢组学鉴定肠道菌群与代谢物之间的关系，分析磷脂酰胆碱（PtdCho）代谢、6种代谢物、代谢物参与的代谢途径、介导炎症及多种疾病的相关性。 

研究结论：代谢物、BAs与特定肠道微生物属之间存在显著相关性。

三、小结

本研究证明，HTH环境会破坏肠道微生物群，导致LCA水平降低。LCA的减少触发FXR表达上调，最终导致GLP-1分泌减少。然而，本研究并没有明确揭示HTH环境下肠道微生物群和BAs变化的具体机制。未来将需要进行更有针对性的实验来阐明这些机制。

示意图

参考来源：

Chen S, et al. High temperature and humidity in the environment disrupt bile acid metabolism, the gut microbiome, and GLP-1 secretion in mice. Commun Biol. 2024 Apr 17;7(1):465.