项目文章Microbiol Spectr（IF 9.043）｜川农利用多组学分析揭示宿主与肠道微生物之间的相互作用促进LDA发病

LDA奶牛（n=10）和健康奶牛（n=10）；血液和粪便样本

研究者先通过对健康奶牛和LDA奶牛粪便的16S rDNA测序分析鉴定其肠道微生物多样性的变化情况。结果表明肠道菌群丰富度因LDA事件而增加，同时LDA组与健康组的粪便微生物群落明显分离，群落异质性结构显著。

研究者对健康奶牛和LDA奶牛粪便进行非靶代谢组分析。在健康组和LDA组之间，共有48种代谢物存在差异，其中20种增加，28种降低。这些代谢产物分为脂类(37.50%)、核苷和核苷酸(14.58%)、有机酸(10.42%)、有机杂环化合物(20.83%)和苯类(8.33%)。

此外，粪便中鉴定出的20种差异代谢物来自宿主和肠道菌群之间的共同代谢过程。KEGG代谢通路分析显示，微生物群之间和与宿主共代谢之间享有两条共同通路：嘌呤代谢和卟啉-叶绿素代谢通路。

为了确定与LDA相关的代谢产物和肠道微生物群变化之间的相关性，研究者进行了Spearman相关性分析。Akkermansia、Oscillospira和Peptococcaceae rc4-4的丰度与粪便中鉴定出的大部分代谢物具有很强的相关性。研究者进一步将前期工作中所获得血浆代谢物数据与粪便代谢物数据整合分析，在粪便和血浆样本中筛选了8种共同的代谢物。结果显示：与健康奶牛相比，LDA组共代谢的胞苷和4-吡哆酸水平下降。LDA发生期间，奶牛体内微生物产生的水杨酸水平显著降低。LDA组粪便中亚油酸和硬脂酰肉碱含量低于健康组。LDA组血浆亚油酸和硬脂酰肉碱水平显著升高。

研究者检测发现LDA组和健康组之间的临床标志物存在显著差异，包括血清中NEFA、BHBA、葡萄糖、胰岛素、胆固醇、丙氨酸转氨酶、总胆红素、游离钙、氯和钾水平等。通过Spearman相关性分析研究肠道菌群、代谢物和临床标志物之间的关系，研究者观察到NEFA、BHBA和RQUICKI是与LDA事件相关的关键变量，进一步通过多元逻辑回归与ROC分析发现4-吡哆酸、水杨酸和胞苷可作为LDA特异性生物标志物。

研究者通过靶向代谢组学对奶牛血浆氨基酸进行了分析。结果显示，与健康组相比，LDA组血浆总氨基酸水平显著降低；同时LDA组BCAA(包括亮氨酸和异亮氨酸)的丰度显著增加，酪氨酸、色氨酸和组氨酸的丰度显著降低。相关性分析显示，循环总氨基酸水平的降低与微生物丰度的增加呈极显著负相关，与粪便和血浆中关键代谢物4-吡哆酸、胞苷和水杨酸的丰度则呈显著正相关。

研究者在粪便样品中鉴定出3697个KEGG同源物，其中203种在LDA和健康奶牛之间存在丰度差异。通过相关性分析，研究者发现亮氨酸和异亮氨酸的相对丰度与NEFA和BHBA的浓度有很强的相关性，表明LDA事件中生酮氨基酸代谢增加，糖酵解/糖异生和柠檬酸循环发生下调。通过构建代谢物-代谢物和代谢物-基因相互作用网络后进一步发现，肠道微生物产生的酶编码基因介导了这些生酮关系。