宿主-菌群共代谢物 宏基因组与16S rDNA测序 代谢组-微生物组联合分析

代谢组与微生物组研究方案

目 录

CONTENTS

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

微生物与宿主疾病·····································

微生物与宿主代谢物···································

代谢组学检测分析方案·································

微生物组学检测分析方案································

自主研发代谢物-肠道菌群关联分析方法·····················

微生物组-代谢组学联合研究方案··························

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

胃胆汁酸-微生物促进胆汁反流性胃癌发生新机制 ················

运动调控肠道菌群与代谢物预防糖尿病·····················

人类衰老进程中肠道真菌演变及与代谢健康关系·················

菌群代谢物3-IAA有望大大提升胰腺癌化疗疗效··················

参考文献···········································

样本收集注意事项·····································

菌群代谢相关客户案例·································

一、

二、

三、

四、

五、

六、

七、

八、

九、

十、

十一、

麦特绘谱公司全产品介绍····································

01

02

03

04

05

06

06

07

07

08

09

10

11

11

12

13

一、微生物概述

哺乳动物是一个由宿主自身和共生微生物共同组成的“超级生物体”。微生物主要分布在机体与外界相通的腔道内，如

肠道、呼吸道和泌尿生殖道及体表，形成了胃肠道、口腔、泌尿和皮肤四个微生态系统。肠道微生物是由细菌、病毒、真

菌、代谢产物及其他古细菌共同组成，可以合成、调节和降解大量的小分子代谢物并与宿主互作，将信号从肠道传递到

机体其他系统，调节肠道屏障功能、平衡菌群结构、免疫、神经元及营养吸收等从而维持内环境稳态。

近几年也掀起了“肠-脑”轴、“肠-肝”轴、“肠-心”轴、“肠-肺”轴等微生物与宿主代谢物互作的研究热潮，肿瘤瘤内菌群与

代谢调控也成为新的研究热点，大量菌群代谢物研究的重磅发现将肠道微生物与代谢联合方案推向了新的研究高地。

01

二、微生物与宿主疾病

微生物在长期与宿主共同进化的过程中建立了密切联系，当宿主机体处于健康状态，菌群与宿主间互相依存达到微生

态平衡。当外界环境改变，微生态平衡被破坏，则会引发各种系统性疾病如(A)非酒精性脂肪性肝病、病毒性肝炎、肝硬

化、肝癌等；(B)肥胖、糖尿病等代谢综合征；(C)胃溃疡、胃癌、炎症性肠病、结直肠癌等；(D)高血压、冠心病等心血管疾

病；(E)阿尔茨海默症、帕金森、抑郁、自闭症等神经系统性疾病；(F)泌尿、生殖、口腔、皮肤等系统性疾病。因此，全面揭

示微生物--代谢物信号转导靶点或将为宿主健康及致病机制研究提供新思路。

02

菌群调节宿主

的常见机制

色氨酸代谢物

次级胆

汁酸

多糖A

SCFAs

其他TLR

配体

鞭毛

蛋白

肽聚糖,

脂多糖

新产物

血癌

动脉粥样硬化

心脏病和中风

心脏大小

三甲胺TMA

炎症

脂肪和胆固醇

毒性代谢物

心血管疾病

肠道和口腔微生物的全身性扩散直接导致血

管组织发炎，而促进脂肪/胆固醇储存的微生

物的间接影响则加剧了这种情况

炎症

病原抗性

痤疮

银屑病、湿疹和皮炎

黑色素瘤

慢性伤口感染

皮肤

皮肤和肠道的菌群都能调节炎症，从而直接

和间接地影响疾病

糖尿病 (1型和2型)

代谢综合征/肥胖

脂肪肝和

原发性硬化性胆管炎

细胞增殖

胰岛素生成

糖稳态调控

炎症

脂肪和胆固醇储存

脂肪酶和

胆汁酸的生成

内分泌

各种微生物的直接或间接作用，驱动宿主的

发育和代谢表型

疾病 主要机制

类风湿性关节炎

和骨关节炎

肌肉萎缩

骨质疏松

炎症

肌肉量和骨量

胰岛素生长因子

血清素

成骨细胞功能

骨骼肌肉

肠道菌群对肌肉和骨骼的发育以及局部免疫

调节，有着多重的间接影响

抑郁和焦虑

自闭症

帕金森病

多发性硬化

神经发生、突触发生

和髓鞘形成

小神经胶质细胞数量

炎症

社交

血清素

疾病 主要机制

神经

有益微生物间接地刺激神经发育并减少行

为障碍和神经炎症

口腔癌、食道癌

和胃癌

牙周炎和胃炎

溃疡

致癌代谢物

炎症

上皮增殖

毒素注入

上消化道

对宿主组织有直接影响的有害微生物过多，

容易引发疾病

过敏/哮喘

慢性阻塞性肺病和

囊性纤维化

肺炎和结核病

肺癌

粘液生成

炎症

O 消耗 2

呼吸

肺和肠道的微生物都可调节炎症，从而直接

和间接地影响疾病

狼疮

移植物抗宿主病

脓毒症

炎症

耐受

病原抗性

免疫

微生物在局部和全身的免疫细胞发育中，

分别起直接和间接的重要作用

生育力下降

胎儿发育

感染

病原抗性

精子数

炎症

泌尿生殖

阴道的乳杆菌在女性生殖健康中有重要作用，

同时肠道微生物对局部炎症有间接影响

炎症性肠病/结肠炎

乳糜泻

结肠癌、胰腺癌和

肝癌

巨结肠病

上皮增殖

粘液生成和肠道蠕动

免疫细胞募集和发育

致癌代谢物

毒素注入

下消化道

菌群接近宿主上皮导致对宿主生理产生许

多直接影响

局部免疫调节

定植抵抗 发育

肠屏障

受微生物影响而上调

受微生物影响而下调

有益的相互作用

有害的相互作用

有益或有害取决于宿主

疾病 主要机制

疾病 主要机制

疾病 主要机制

疾病 主要机制

疾病 主要机制

疾病 主要机制

疾病 主要机制

疾病 主要机制

三、微生物与宿主代谢物

2012年由Jeremy K. Nicholson，贾伟等代谢组学科学家在Science: The Gut Microbiota杂志发表的前瞻性综述“Host-Gut

Microbiota Metabolic Interactions”为肠道菌群和宿主相互影响的研究引领了新方向，使得研究者从过去基于16S rDNA

和宏基因组测序研究肠道菌群种类和丰度的手段，逐渐延伸至通过菌群相关代谢物研究菌群生物学功能，菌群代谢物更

被誉为“肠道微生物调控肠外器官损伤的隐形之手”。目前菌群代谢物研究主要聚焦于内源性代谢产物，主要为胆汁酸

类、TMAO类、苯类、吲哚类、碳水化合物类、氨基酸类、脂肪酸类物质等几十余种，覆盖色氨酸代谢、酪氨酸苯丙氨酸代

谢、脂肪酸代谢、糖代谢、嘌呤嘧啶代谢等通路。

代谢物 相关菌群 生物学功能

短链脂肪酸:乙酸，丙酸，丁酸，异丁酸，2-甲

基戊酸，戊酸，异戊酸，己酸等

胆碱代谢:甲胺，二甲胺，三甲胺TMA，氧化

三甲胺TMAO，二甲基甘氨酸，甜菜碱等

维生素:维生素B12，生物素（维生素H），叶

酸（维生素B9），硫胺素（维生素B1），核黄

素（维生素B2），吡哆醇（维生素B6）等

胆汁酸:胆酸，石胆酸，甘氨石胆酸，3-氧石

胆酸，异别石胆酸，牛磺-β-鼠胆酸，异脱氧

胆酸，脱氧胆酸，鹅去氧胆酸，牛磺胆酸，甘

氨胆酸，牛磺鹅去氧胆酸，甘氨鹅去氧胆

酸，氧化脱氧胆酸，甘氨脱氧胆酸，牛磺氧

化胆酸，牛磺脱氧胆酸等

氨基酸:苯乙酰谷胺酰胺，脯氨酸，甲硫氨

酸，色氨酸，赖氨酸，支链氨基酸，酪氨酸，

苯丙氨酸，肌酸，肌酸酐等

色氨酸代谢:色氨酸，吲哚-3-甲醛，犬尿氨

酸，N-乙酰羟色胺，3-吲哚丙烯酸，1H-吲哚

-3-乙酰胺，吲哚乳酸，吡啶甲酸，间氨基苯

甲酸，3-羟基邻氨基苯甲酸等

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-硫酸盐，血清素，

5-羟基吲等

苯环类:苯甲酸，马尿酸，2-羟马尿酸，2-羟

苯甲酸，3-羟马尿酸，3-羟苯甲酸，4-羟苯甲

酸，3-羟苯丙酸，4-羟苯丙酸，3-羟基肉桂酸

乙酯，4-甲苯基硫酸盐，4-甲苯基葡糖苷酸，

4-羟苯基乙酸，3,4-对羟苯基乙酸，苯乙尿

酸，苯丙酸等

脂质:磷脂，共轭脂肪酸，酰基甘油，鞘磷

脂，胆固醇，卵磷脂，磷酸乙醇胺，甘油脂等

Clostridial clusters IV and XIVa of Firmicutes，包括

真细菌,罗氏菌，柔嫩梭菌，粪球菌等

降低结肠pH；抑制致病菌生长；参与胆固醇合成；为结肠上皮细胞提供

能量；参与肥胖、胰岛素干扰、Ⅱ型糖尿病、结肠癌等的调控；免受辐射的

有害影响；抑制NF-kB的激活并介导肿瘤抑制；提高抗肿瘤药物的疗

效......

局部促进产生干扰素γ的CD8T细胞，从而增强癌症患者接受免疫检查

点抑制剂的疗效；神经传递、炎症反应及免疫应答；通过肠脑轴参与抑

郁症等神经系统疾病的发生发展......

保护胃肠道系统免受压力引起的疾病；调节促炎基因的表达；增加抗炎

基因的表达；加强肠上皮细胞屏障作用；涉及肠道病变、脑肠轴和一些

神经性疾病的发生过程；参与调节GLP-1的释放，影响胰岛素分泌、胰岛

素敏感性和食欲调节；促进神经再生与修复等......

与心血管疾病发病风险相关；调控抑郁症；调节宿主肠道核心时钟基因

表达和ROS水平，缓解睡眠剥夺引起的代谢紊乱和炎症；缓解心血管疾

病；肥胖相关记忆损害；胰岛素抵抗；累积的BCAA会诱导氧化应激并破

坏线粒体功能等......

外源性物质的解毒；预示肠道菌结构及活动；分解利用多酚类化合物；

尿液中的马尿酸可能是高血压和肥胖的标志性化合物；大肠癌相关；自

闭症相关......

补充体内维生素；增强免疫力；发挥表观遗传作用来调节......

影响肠道渗透性，激活肠-脑-肝神经轴从而调节糖平衡；共轭脂肪酸能

改善高胰岛素血症，提高免疫系统，调节脂蛋白含量；胆固醇是甾醇，胆

酸的基本组成成分；免疫调节......

吸收膳食脂肪类和脂溶性维生素；促进脂质吸收；维持肠道屏障功能运

转；能量代谢和组织稳态的调节；促进或抑制肝脏肿瘤/肝癌、胃癌的发

生发展；免疫调节......

调节脂质代谢及葡萄糖平衡；参与非酒精性脂肪肝、饮食性肥胖、糖尿

病、心脏病的发生...... 柔嫩梭菌，双歧杆菌，Allobaculum等

双歧杆菌等

多胺:腐胺，尸胺，亚精胺，精胺等 空肠弯曲杆菌，解糖梭菌等 对宿主有基因毒性；有抗肿瘤，抗炎作用；潜在的肿瘤标志物

梭状芽胞杆菌，瘤胃球菌属，乳酸杆菌，双

歧杆菌，肠杆菌，拟杆菌，梭菌等

产芽胞梭状芽胞杆菌，胆型螺旋杆菌，大肠

杆菌，乳杆菌，粪副拟杆菌，普雷沃氏菌，普

通拟杆菌等

罗伊氏乳杆菌，梭状芽孢杆菌，消化链球菌

属，产芽胞梭状芽胞杆菌，瘤胃球菌属等

产芽胞梭状芽胞杆菌，大肠杆菌，液化无色

杆菌，卵形拟杆菌，多形拟杆菌，大肠杆菌，

普通变形杆菌，梭菌属等

艰 难 梭 菌，普 拉 氏 梭 杆 菌，双 歧 杆 菌，

Subdoligranulu-m，乳酸杆菌等

双歧杆菌，罗氏菌，乳酸杆菌，克雷伯氏菌，

肠杆菌，枸橼酸杆菌，梭菌等

其他:咪唑丙酸，琥珀酸，D-乳酸，丙酮酸，

甲酸盐，甲醇，乙醇，葡萄糖，尿素，a-酮戊

二酸，N-花生酰基乙醇胺等

损害胰岛素受体底物水平的胰岛素信号；通过抑制AMPK磷酸化降低二

甲双胍的降糖作用；预防肥胖症，而且还可以改善胰岛素敏感性和葡萄

糖耐量；增强肠道沙门氏菌感染的抵抗力......

希瓦氏菌，梭菌，拟杆菌，假丁酸弧菌，瘤胃

球菌，双歧杆菌，厚壁菌门，乳酸杆菌等

03

四、代谢组学检测分析方案

覆盖200+菌群代谢物，高效贯通菌群功能和代谢机制

高通量绝对定量检测300+种功能性小分子代谢物，覆盖

二十多种代谢物类群

采用同位素内标法一对一校正绝对定量，结果匹配人类

代谢组学HMDB数据库标准浓度区间

微量滴定板高通量样本制备，有效降低样本消耗

检测下限低至fg级，实现超高灵敏度和跨量级检测，检出

率可高达80%

Analytical Chemistry方法学+独家专利技术+临床器械注

册证三重保障

10万+例测样经验，包括多项千例队列，100+篇项目成果

Q300基础上新增200种亲水性功能代谢物含核苷酸、维生

素、激素、儿茶酚胺、二肽、胺类等代谢物类群

超强覆盖TMAO类、色氨酸代谢、胆汁酸、短链脂肪酸、吲

哚等300+种菌群明星热点小分子代谢物

同时覆盖碳水化合物、氨基酸类、中长链脂肪酸、有机酸、

苯环型化合物等基础代谢物

超高灵敏度，RT、MRM与同位素内标校正精准定性定量

准确可靠的绝对定量结果，极大满足肠道菌群和功能机制

研究领域的用户探索

高通量绝对定量检测200+种菌群相关代谢物

全标准品+同位素内标一对一校正，构建高低浓度点随行

标曲，绝对定量金标准

自研菌群代谢物检测和关联Analytical Chemistry方法学

50+篇项目文章，影响因子超过500，含Cell Metabolism，

Gut等知名期刊

提供宏代谢组与肠道菌群数据关联分析

65+种含微量胆汁酸绝对定量，同位素标记的胆汁酸作为内

标进行校正

含C4、3-氧/异别石胆酸、猪胆酸、硫酸化/甘氨酸/牛磺酸/葡

萄糖醛酸结合型胆汁酸等

标准化、自动化、高通量的样本制备、数据处理和报告流程，

消除各种人为偏差

自研检测方法-功能应用-临床转化一体化技术

基础版和旗舰版两大套餐，提供菌群-胆汁酸关联方案

A组 VS B组 VS … 微量滴定板前处理

QC质控

临床/

队列

动物

细胞

样本

收集

UPLC-MS/MS

总离子流图

高低浓度标曲

定量数据处理软件

iMAP云平台数据分析

基础数据分析

单维分析（T test等）

多维分析（PCA等）

热图

小提琴图

箱式图

火山图

韦恩图

��

初级数据分析

通路分析

通路富集分析

ROC分析

��

高级数据分析

多组学关联分析

个性化定制分析

��

实验设计 样本处理 数据采集 数据分析 中英文报告

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宏代谢组

03 04 Q500全定量代谢组

02 胆汁酸

Q300全定量代谢组

五、微生物组学检测分析方案

扩增子测序

16S rDNA是细菌16S rRNA相对应的

DNA序列，16S rDNA测序又称微生物

多样性测序或扩增子测序，是指对人

和动物粪便或肠道内容物等样品中

的16S rDNA高变区进行PCR扩增及

高通量测序的一种技术，真核生物18S

rDNA的可变区（V1-V5,V7-V9）或

ITS（ITS1/ITS2）测序也常用于真菌

相关研究。

三代16S rRNA基因测序

基于PacBio三代测序平台，能够读取

群落微生态系统中微生物的1 6 S

rRNA基因全长序列和ITS全长序列，

能够注释到种甚至菌株等精细水平，

解析菌群种水平的物种组成。

宏基因组测序

通过全基因组鸟枪法(Whole Genome

Shotgun，WGS)测序技术，将提取获

得的微生物组总DNA随机打断为短

片段，并构建合适长度的插入片段文

库进行双端(Paired-end，PE)高通量

测序，同时展示菌群功能代谢谱和物

种精细组成谱，进而在组成和功能水

平挖掘关键菌群标志物，从而阐明微

生物对机体发挥作用的机制。

05

16S分析

引物设计合成

功能预测分析

DNA提取 DNA片段化

原始数据

关联网络分析

个性化分析

质控 有效数据

PCR扩增和

产物纯化 文库构建 Illumina

测序

宏基因组学

实验部分

生信分析

物种水平分析 功能水平分析

PICRUSt2分析

功能单元PCoA

代谢通路统计与差异

差异通路的物种组成

......

分类单元统计 分类等级树

分类学组成 物种进化树

Krona物种组成

......

功能组成分析 功能差异分析

功能类群与代谢通路统计

功能与代谢通路组成

共有功能类群分析

功能单元差异分析

KO代谢通路

差异功能单元聚类热图

富集分析

LEfSe分析

PLS-DA分析

随机森林分析

功能Beta多样性分析

PCA与PCoA分析

NMDS非度量多维尺度分析

UPGMA聚类分析

组成差异分析

功能-物质一致性分析

Alpha多样性指数

稀疏曲线

物种累积曲线

......

PCA与PCoA分析

NMDS分析

组间差异显著性分析

......

韦恩图/花瓣图 PCA分析

物种组成热图 PLS-DA分析

LEfSe分析 随机森林分析

......

物种组成分析 Alpha多样性分析

物种差异分析与标志物种 Beta多样性分析

六、自主研发代谢物-肠道菌群关联分析方法

针对菌群代谢物检测数据、菌群16S rDNA或宏基因组测序数据、临床表型数据-对应各疾病临床指标检测，2018年，麦特绘谱

科研团队将多种相关分析、差异分析和网络分析方法进行科学整合，建立了代谢组-肠道微生物组关联分析的新策略，并将

其应用于“脑-肠-菌群”轴方法开发，为跨组学关联网络研究提供了新方法，为“脑-肠-菌群”轴研究提供了多组学研究方案。

麦特绘谱研发团队是国内最早开始肠道菌群研究的团队之一，2008年提出肠道菌群是肝病、糖尿病等慢性病的作用靶

点，2012年发表Science系统总结菌群-代谢物-菌种相应的生物学功能，并于2017年率先开发菌群代谢物检测方法，针对

菌群代谢物检测数据、菌群16S rDNA或宏基因组测序数据、各疾病临床表型数据，生信团队率先开发了菌群-代谢物关

联分析方法。代谢组学作为连通菌群和临床表型的纽带，使过去相互独立的菌群数据和表型数据高效结合，构建临床或

动物表型-菌群-代谢-疾病机制-治疗干预的闭环研究思路。

06

七、微生物组-代谢组学联合研究方案

07

八、研究案例

胃胆汁酸-微生物促进胆汁反流性胃癌发生新机制

Bile Acid–Microbiome Interaction Promotes Gastric Carcinogenesis

案例一

本研究揭示了胆汁酸-微生物在胆汁反流性胃炎引起的胃癌中的作用及分子机制。研究证实结合型胆汁酸TCDA与

致 炎 性 微 生 物 的 增 殖 通 过 加 速 胃 上 皮 细 胞 的 增 殖 及 克 隆 形 成，并 激 活 诱 导 炎 性 和 癌 症 发 生 的 信 号 通 路

IL-6/JAK1/STAT3，促进胃癌病变的发生，并指出中药丹参中的一种有效成分隐丹参酮能有效抑制胆汁反流引起的

胃癌前病变。

发表期刊：Advaced Science，IF=17.521

技术方法： 胆汁酸谱、16S测序、宏基因组学等

研究概述：

发表时间： 2022.03

研究团队： 贾伟教授团队

1. 胃液胆汁酸水平分析，及TDCA与胃液pH值强相关 3. 体内外试验证实TDCA、LPS及P. melaninogenica会促进

胃炎

4. 给小鼠做肠胃吻合手术模拟临床胆汁反流的模型小鼠，

证实胆汁反流及P. melaninogenica能通过激活IL-6/JAK1/

STAT3通路促进胃癌前病变的发生

5. 中药丹参中一种重要活性物质成分—隐丹参酮能有效改

善癌前病变

2. 胃液炎症因子水平及微生物分析

P. melaninogenica

与胆汁酸相关性

健康组

n=50

胆汁反流性胃炎患者

n=50

胃癌患者

n=50

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08

运动调控肠道菌群与代谢物预防糖尿病

Gut Microbiome Fermentation Determines the Efficacy of Exercise for Diabetes

Prevention

案例二

发表期刊： Cell Metabolism，IF=31.373 扫描查看详细解读

技术方法： Q200宏代谢组、宏基因组学等

本研究对未接受药物治疗的超重男性糖尿病前期患者进行运动干预，然后进行宏基因组学和代谢组学分析（代谢

组学工作由麦特绘谱完成），并通过粪菌移植、补充代谢物等方式进行功能研究，探讨肠道菌群在运动影响葡萄糖

代谢和胰岛素敏感性中的作用机制。

研究概述：

发表时间： 2019.11

合作单位： 香港大学

1.运动干预后，分析受试者体重、脂肪、胰岛素敏感性等指标；根

据胰岛素抵抗稳态模型评估（HOMA-IR）将受试者分为响应

者（R）和非响应者（NR）

3.肠道菌群与临床指

标的关联分析显示19

个物种与葡萄糖稳态

和胰岛素敏感性改善

显著相关

5.粪便代谢组：与基线相比，R组的SCFAs增加，BCAAs和AAAs

水平却降低；而NR组趋势相反；

表明肠道菌群相关代谢产物的差异性改变可能是对运动干预产

生不同响应的代谢基础

2.粪便宏基因组学分析，运动干预后菌群的相互作用增强；R组

和NR组运动前后比较分析表明运动干预对响应者和非响应者

肠道菌群具有不同调节作用

4.KOs分析对微生物基因进行注释，揭示了运动形成的碳水化

合物发酵和氨基酸分解代谢能力的菌群差异在改善两个亚组

的胰岛素抵抗方面表现不同

6.给予抗生素处理的小鼠移植R组和NR组基线和运动后的粪

菌，显示响应者的肠道菌群对周围组织葡萄糖稳态和胰岛素敏

感性具有代谢益处

7.粪菌移植+代谢物补充验证：在FMT小鼠中发现代谢物的变

化趋势一致，进而分别补充BCAAs和SCFAs，发现前者可抑制

R-FMT对葡萄糖失调的胰岛素抵抗的作用，后者在NR-FMT可

部分缓解葡萄糖稳态和胰岛素敏感性的无应答情况

09

人类衰老进程中肠道真菌演变及与代谢健康关系

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

insights and implications for host metabolic health

案例三

扫描查看详细解读

本研究纳入广州营养与健康研究中心1244名受试者，三年随访揭示了人类肠道真菌菌群组成的长期稳定性和决定

因素，特别是长期习惯性饮食消费。结合代谢组学以及临床表型数据（代谢组学工作由麦特绘谱完成），深入探讨了

肠道细菌、真菌与粪便代谢组之间的生态联系，表明肠道细菌和真菌之间的相互作用可以调节代谢健康。

发表期刊： Gut，IF=31.793

技术方法： Q300全定量代谢组、ITS测序、16S测序、宏基因组学等

研究概述：

发表时间：2022.01

合作单位： 西湖大学

1. 肠道真菌谱分析

5. 肠道真菌与代谢表型的关系

4. 肠道真菌与粪便代谢物关联分析

2. 肠道真菌-饮食关联分析

3. 肠道真菌与肠道细菌的生态联系

肠道真菌Saccharomycetales spp与肠道细菌相互作用，通过代谢物等方式共同影响胰岛素抵抗；

肠道细菌的功能及粪便组氨酸可能介导了毕赤酵母对血液低密度脂蛋白胆固醇的影响。

10

菌群代谢物3-IAA有望大大提升胰腺癌化疗疗效

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

案例四

扫描查看详细解读

本研究利用16S rRNA测序和代谢组检测，发现菌群衍生的色氨酸代谢物吲哚-3-乙酸（3-IAA）在对治疗有效的胰

腺癌患者中增加。粪便菌群移植、短期膳食补充色氨酸和口服3-IAA可以增加PDAC小鼠模型的化疗疗效。机制上，

肠道中的脆弱拟杆菌和多形拟杆菌等，将人体摄入的色氨酸代谢成3-IAA；随后3-IAA从肠道进入血液，被中性粒细

胞所吸收，在骨髓过氧化物酶（MPO）的作用下，3-IAA转化成一种毒性分子，导致癌细胞内活性氧水平上升，抑制

癌细胞的自噬作用，并最终影响了癌细胞增殖。最后，在两个独立的PDAC队列中验证了3-IAA的水平和化疗疗效显

著相关。

发表期刊：Nature，IF=69.504

技术方法： 靶向代谢组、16S测序、转录组学等

研究概述：

发表时间： 2023.02

1. 肠道菌群、瘤内菌群及血清代谢物分析

色氨酸代谢物3-IAA在R组增加最显著，产3-IAA的脆弱拟杆菌

和多形拟杆菌增加；进一步发现3-IAA可有效提升化疗耐药的

胰腺癌患者的化疗疗效

R：化疗有效患者

NR：化疗无效患者

2. 肿瘤浸润免疫细胞分析3-IAA作用机制

3-IAA和FIRINOX的疗效由免疫细胞产生的骨髓过氧化物

酶MPO介导的

4.首先测试3-IAA和FIRINOX及单独使用对小鼠生存的影响，

进而临床验证，证实3-IAA具有临床潜力

3.胰腺癌细胞及SPF小鼠试验，并进行靶向蛋白筛选和

mRNA测序，机制探究

当FIRINOX治疗期间存在3-IAA和MPO时，ROS的积累增

加，癌细胞的应激适应能力受损（即自噬作用被削弱），最终

诱发肿瘤细胞的增殖减少

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宏代谢组方法学文章）

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-代谢关联分析方法学文章）

Xie G, et al., A Metabolite Array Technology for Precision Medicine. Anal Chem. 2021 Apr 13;93(14):5709-5717. （Q300全定量代谢组方法学文章）

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

metabolic health. Gut. 2022 Sep;71(9):1812-1820.

Liu Y, et al., Gut Microbiome Fermentation Determines the Efficacy of Exercise for Diabetes Prevention. Cell Metab. 2020 Jan 7;31(1):77-91.

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

Feb;15(2):111-128.

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

(5):374–393.

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.

1.

2.

11

九、参考文献

十、样本收集注意事项

菌群代谢组学研究首选

人的粪便、肠镜活检粘

膜样本、动物的肠道内

容物或粪便样本，为了

消除样本类型差异，检

测菌群代谢物的样本与

菌群测序的样本请尽量

保证样本类型和取样部

位的一致（可将样本混

匀后一分为二），临床样

本≥50例/组，动物样本≥

10例/组。

更多样本类型收集方案可联系麦特绘谱工作人员获取。

1.样本选择

排便前先排净小便，防

止尿液污染粪便 。将事

先准备好的塑料小盆

（口径大于抽水马桶出

水口）套上塑料袋，铺上

1-2层干净卫生纸，置于

马桶内出水口之上 。将

粪便排入小盆内，用一

次性采样勺充分混匀后

采集约5g新鲜样本装入

灭 菌 收 集 管 ，冻 存 于

-80℃冰箱。患者在家中

采集的新鲜粪便需置于

冰上，并1-2小时内送至

医院，存储于-80℃冰箱。

2.临床粪便样本收集

收集样本前一天需禁食

不禁水，根据研究目的

不同可选择不同肠段内

容物，通常收集结肠和

盲肠内容物，分离肠段

后将肠内容物挤入1.5

mL EP管中-80℃冻存。

3.动物肠道内容物或粪便

在食道、 胃、 肠道内窥镜

检查过程中，用无菌的

活检钳取粘膜样本建议

黄豆粒大小以上，也可

以使用穿过内窥镜工作

通道的1.5mm×140cm的

细胞刷(Boston Scientific, Boston, MA) 进行收

集，将样本放入无菌冻

存管中，盖紧盖子，样品

液氮速冻，置于-80℃冰

箱保存，干冰寄送。

4.消化道粘膜样本

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十一、菌群代谢相关客户案例

Cell Metabolism (IF=31.373) | DT-109 ameliorates nonalcoholic steatohepatitis in nonhuman primates (2023). 胆汁酸项目

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

gut microbiota with cardiometabolic diseases (2023). Q300项目

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宏代谢项目

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项目

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

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宏代谢项目

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

insomnia and cardiometabolic diseases (2022). 胆汁酸项目

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

development (2022). Q200宏代谢项目

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宏代谢+16S测序项目

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

and can be non-invasive diagnostic biomarkers (2022). Q200宏代谢项目

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

Q200宏代谢项目

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). 胆汁酸项目

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宏代谢项目

......

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

Nature Communications (IF=17.694) | Disulfiram ameliorates nonalcoholic steatohepatitis by modulating the gut microbiota and bile acid metabolism (2022). 胆汁酸项目

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麦特绘谱已协助客户在Cell Metabolism, Gut, Diabetes Care, Nature Communications, Microbiome等期刊发表200+篇菌群代谢相

关SCI文章，涵盖肝病、胃肠道疾病、内分泌疾病、心血管疾病、神经系统疾病、肿瘤/癌症、动物科学、中药、营养等多个研究方

向，部分代表性合作成果如下：

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非靶向代谢组

LC-MS非靶向代谢组

GC-MS非靶向代谢组

风味组

测序技术

16S/18S/ITS扩增子测序

宏基因组学

转录组学

蛋白质组学

数据分析

中药及天然药物成分分析

多组分药物动力学Ploy-PK

iMAP代谢组学分析云平台

个性化定制检测服务

多组学联合分析

全定量代谢组

Q1000全定量代谢组

Q500全定量代谢组

Q300全定量代谢组

Q200宏代谢组

代谢流

单类定量代谢组

胆汁酸 氨基酸 脂质组

Label free

修饰蛋白质组学 体液蛋白质组学

外泌体蛋白质组学 宏蛋白质组学

Olink蛋白质组学

蛋白定性分析

靶向蛋白质组学

TMT SILAC DIA

辅酶类 激素类 核酸类

TMAO类 维生素类 氧化脂质

能量代谢 还原糖类 短链脂肪酸

神经递质类 儿茶酚胺类 中长链脂肪酸

色氨酸代谢物 TCA循环及有机酸类 ... ...

[U- C]-glucose 13 碳代谢流

[U- C]-glutamine 13 碳代谢流

[ C ]-serine 13

3 碳代谢流

[U- C ]-palmitate 13

16 碳代谢流

[1，2- C ]-glucose 13

2 碳代谢流

[ N ]-glutamine 15

2 氮代谢流

[ C]-CO 13 2碳代谢流

全产品服务

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