Meta高分文章，只需兩組大鼠？

最新 06-30

6月14日，由香港浸會大學、紐約州立大學布法羅分校和華大基因成立的聯合團隊在《Microbiome》上發表了一篇高水平meta研究文章。不同於以往基於大量臨床樣本的meta研究，該文章僅以兩組大鼠為研究對象，對一個已知與腸道微生物密切相關的疾病——胃腸功能紊亂展開研究，就發表了影響因子高達8.5分的文章。這是怎麼做到的呢？

研究背景

胃腸功能紊亂是患有功能性胃腸病和其他腸道疾病的患者常見的一種主要癥狀，慢性或反覆發作的胃腸運動障礙嚴重影響患者的生活質量。目前對胃腸功能紊亂的發病機制研究並不完善，這限制了胃腸功能紊亂的個體化治療和藥物研發。

前期研究表明腸道菌群在胃腸運動紊亂中起關鍵作用，但腸道菌群與宿主胃腸道運動相互作用及其作用機制尚不明確。

新生兒母親分離（NMS）的嚙齒動物模型是一個成熟的長期結腸功能障礙模型，主要表現是結腸動力增強。有研究表明小鼠和大鼠在受NMS處理後會出現腸道微生物紊亂，而NMS模型中腸道菌群變化與胃腸動力增強的關係仍有待進一步研究。

說到這，科技君給大家出個考題吧，看看您設計的方案能拿幾分。

題目：

請以大鼠NMS模型（對照組/NMS組，n=8/組）為研究對象設計方案，研究腸道菌群在胃腸功能紊亂中的作用，並深入挖掘其作用機制。

在標準答案揭曉之前，科技君先提供幾種常見的方案供大家參考：

方案一：16S測序研究

研究對象：NMS大鼠模型（對照組/NMS組，n=8/組）

樣本類型：糞便樣本

研究方法：16S測序

預期結果：

1. 物種注釋：NMS組Bacteroides,Blautia和Parabacteroides丰度下降，Prevotella,Lactobacillus,Alistipes和Ruminiclostridum丰度大幅上升。

2. 功能預測：NMS組脂肪酸合成和延伸功能可能增強；

預期結論：NMS模型胃腸動力增強可能與腸道菌群結構改變相關，後者可能會造成長鏈飽和脂肪酸（SLCFA）合成增加。

方案評估：成本低，可方便快速得到腸道菌群和疾病的相關性；但功能預測結果不可靠，無法評估腸道菌群和疾病的因果關係。

方案應用：初步研究研究腸道菌群與疾病的相關性

綜合評分：3

方案二：宏基因組學研究

研究對象：NMS大鼠模型（對照組/NMS組，n=8/組）

樣本類型：糞便樣本

研究方法：宏基因組

預期結果：

1. 物種注釋：NMS組Bacteroides,Blautia和Parabacteroides丰度下降，Prevotella,Lactobacillus,Alistipes和Ruminiclostridum丰度大幅上升；

2. 基因/功能注釋：NMS組脂肪酸合成和延伸功能增強，脂肪酸合成酶相關gene丰度增加，降解酶相關gene丰度下降；

預期結論：NMS模型胃腸動力增強可能與腸道菌群結構及基因丰度改變相關，後者可能會造成長鏈飽和脂肪酸（SLCFA）合成增加。

方案評估：可方便快速得到腸道菌群和疾病的相關性，成本稍高；無法評估腸道菌群和疾病的因果關係。

方案應用：可用於研究腸道菌群與疾病的相關性，並預測菌群的作用機制。

綜合評分：5

方案三：

多組學研究（宏基因組+代謝組）

研究對象：NMS大鼠模型（對照組/NMS組，n=8/組）

樣本類型：糞便樣本、腸道內容物

研究方法：宏基因組、代謝組

預期結果：

1. 代謝分析：NMS組結腸SLCFA含量增加；

2. 物種注釋：NMS組Bacteroides,Blautia和Parabacteroides丰度下降，Prevotella,Lactobacillus,Alistipes和Ruminiclostridum丰度大幅上升。

3. 基因/功能注釋：NMS組脂肪酸合成和延伸功能增強，脂肪酸合成酶相關gene丰度增加，降解酶相關gene丰度下降；

4. 關聯分析：SLCFA的增加Prevotella,Lactobacillus和Alistipes丰度上升相關；

預期結論：NMS模型胃腸動力增強可能與腸道菌群結構及基因丰度改變相關，後者可能會造成SLCFA合成增加。

方案評估：多組學數據相互驗證結果更可靠，成本稍高；但依然無法確定腸道菌群和疾病的因果關係。

方案應用：可用於研究腸道菌群與疾病的相關性，並預測菌群的作用機制；

綜合評分：7

以上三個是目前常用的腸道菌群研究方案。三種方案各有所長，適用於不同的研究目的。然而對於作者的研究目的來說，由於樣本量偏少，分組單一（只有對照組/實驗組），缺乏結果驗證，只能研究腸道菌群和疾病的相關性，無法進一步確定腸道菌群和疾病的因果關係及作用機制（如圖1）。

圖1 NMS模型大鼠腸道代謝水平、胃腸動力和腸道菌群變化示意圖。NMS大鼠腸道菌群胃腸動力增強，SLCFA含量增加，Prevotella,Lactobacillus和Alistipes丰度上升；SLCFA含量增加與Prevotella,Lactobacillus和Alistipes丰度上升相關。

那麼作者又是如何設計方案的呢？下面揭曉答案↓↓↓

標準答案：多組學+實驗驗證

研究對象：NMS大鼠模型（對照組/NMS組，n=8/組）

樣本類型：糞便樣本、腸道內容物

組學研究：宏基因組、16S、代謝組

實驗驗證：

1. 代謝物對胃腸動力的影響（體內/體外）；

2. NMS組抗生素治療；

3. 偽無菌大鼠糞菌移植模型（對照糞菌移植組/NMS糞菌移植組，n=6/組）；

研究結果：

1. 代謝組：NMS組結腸SLCFA含量增加；

2. SLCFA功能驗證：SLCFA可引起結腸動力增強，該作用呈劑量依賴性；

3. 基因/功能注釋：NMS組脂肪酸合成和延伸功能增強，脂肪酸合成酶相關gene丰度增加，降解酶相關gene丰度下降；

4. 關聯分析：SLCFA的增加與Prevotella,Lactobacillus和Alistipes丰度上升相關；

5. 糞菌移植實驗：NMS大鼠的腸道菌群可增加結腸內SLCFA含量，並增強胃腸動力；

6. 抗生素處理：抗生素調節NMS腸道菌群紊亂，可降低SLCFA含量及胃腸動力；

結論：腸道菌群失調可導致胃腸功能紊亂：Prevotella,Lactobacillus和Alistipes丰度上升會引起結腸內長鏈飽和脂肪酸（SLCFA）含量增加，後者可直接引起結腸運動加速，出現胃腸功能紊亂癥狀；通過抗生素調節腸道菌群失調可緩解胃腸功能紊亂癥狀。

方案亮點：

1. 通過無菌動物模型和藥物處理驗證腸道菌群的作用：在偽無菌大鼠實驗中，接受了NMS組大鼠腸道菌群的大鼠SLCFA含量增加及胃腸動力增強；經過抗生素處理後NMS組大鼠腸道菌群恢復正常水平時，SLCFA含量及胃腸動力也趨於正常。從兩個不同的方向證明了腸道菌群變化可調節代謝水平和胃腸動力，揭示腸道菌群和疾病間的因果關係。

2. 通過體內/體外實驗驗證代謝物的作用：通過體外器官浴實驗和大鼠口服SLCFA處理，發現代謝物SLCFA可以直接影響胃腸動力，增加結果可靠性。

方案應用：腸道菌群與疾病的相關性、因果關係、作用機制研究；

綜合評分：10

該方案不僅研究了腸道菌群和疾病的相關性，進一步證明了腸道菌群的改變對胃腸動力的影響及其作用機制，以及代謝物SLCFA對胃腸動力的作用；完善了胃腸功能紊亂的發病機制研究（如圖2），為通過干預腸道菌群治療胃腸功能紊亂提供了實驗依據。