《Cell》文章揭示嘌呤饥饿为潜在的IBS治疗靶标？

肠道微生物组与多种人类慢性胃肠道（GI）疾病有关。肠易激综合症（IBS）是一种普遍存在的疾病，其特征是反复出现腹痛或不适。IBS主要见于女性，并与粪便形式或频率变化有关，并基于主要便秘形式（便秘为主（IBS-C），腹泻为主（IBS-D）或混合型（IBS-M））。 由于动物和人类研究之间明显的脱节以及缺乏针对疾病特异性生理变化的综合多组学观点，因此很难确定肠道菌群在疾病中的作用机理。

   粪便样品中结肠黏膜的微生物组成与腔微生物群有显着差异。 与HC相比，IBS患者的粘膜相关菌群的特征是变形杆菌水平明显较高。 与IBS-D或HC相比，IBS-C患者的与黏膜相关的微生物菌群与其各自的腔内微生物菌群相似性较低。 这可能反映出IBS-C患者菌群的迁移时间较长，而 区之间有更多的时间分化。 此外，IBS-C患者的粘膜相关菌群的个体内变异性随时间变化更大，这与我们在腔菌群中观察到的相似。

四 代谢组学与生理学结果阐明了肠道微生物群代谢对胃肠功能的影响

H1核磁共振（NMR）光谱显示，与HC相比，IBS-C患者粪便样本中的短链脂肪酸（SCFA）丙酸酯，丁酸酯和乙酸酯显着降低。与腔内代谢产物一致，与HC组相比，IBS-C组的结肠黏膜活检样品中的乙酸盐（通过气相色谱-质谱[GC-MS]测定）也显着减少。，SCFA的这些差异与膳食纤维的总摄入量无关，因为这在各组之间没有显着差异。

进一步使用靶向液相色谱-质谱（LC-MS）方法研究了粪便样品中色胺和其他色氨酸代谢物的变化。 发现，IBS-D患者粪便样品中的色氨酸和色胺都显着增加，因此可能部分归因于IBS-D粪便中水分的增加。 我们证实这些代谢物的变化与蛋白质摄入的饮食差异无关。

分析IBS和HC患者粪便样本中次黄嘌呤相关的宏基因组学功能，发现IBS-C中的黄嘌呤脱氢酶/氧化酶（XO; 1.17.1.4）和黄嘌呤磷酸核糖基转移酶（XPRT; 2.4.2.22）途径相对于HC有所升高。  XPRT从黄嘌呤单磷酸中释放出黄嘌呤，这是抢救嘌呤的第一步。 在下游，XO是一种具有低底物特异性的酶，可作用于黄嘌呤或次黄嘌呤以产生尿酸。 这些较高水平的XPRT和XO模块表明，IBS患者中肠道菌群对嘌呤的分解作用增加。

进一步检查了宏基因组的KO分析，以探索次黄嘌呤代谢的两个方面，即其在调节上皮能量状态中的作用以及在假定的氧化剂作用下生成H2O2和超氧阴离子。  与HC相比，IBS-C粪便中C氧化酶的丰度明显更高。 有趣的是，IBS-C中的超氧化物还原酶（1.15.1.2）升高，这可能反映了IBS-C肠道微生物组应对氧化应激的能力增强。 在XO活跃的情况下，这可能是必要的。

   尽管以上相关方法使我们能够识别粪便代谢物差异的潜在微生物驱动因素，但无法识别可能与检测到的代谢物差异相关的特定微生物基因。 因此，我们使用最近描述的将结构可变的基因组区域与代谢物丰度相关联的方法（SV关联），测试了可能导致各组之间代谢输出变化的特定细菌基因组区域。

七 微生物代谢有助于次黄嘌呤水平

为了更深入地了解微生物组在降低次黄嘌呤水平中的作用，选择了与Lachnospiraceae sp的基因组相似性选择了2个Lachnospiraceae菌株进行无菌小鼠实验，结果表明现定植了Lachnospiraceae sp的小鼠的盲肠内次黄嘌呤水平明显降低。 与长双歧杆菌定植的小鼠相比为2_1_58FAA（图4E）。 由于常规使用次黄嘌呤水平会增加，这表明微生物确定的次黄嘌呤水平是微生物生产与消耗之间平衡的结果。

八 IBS患者爆发时肠道微生物组和微生物代谢产物的改变

IBS是一种症状严重程度随时间变化的慢性疾病，大多数患者会出现短暂的症状恶化。前面纵向分析确定了肠微生物组与IBS患者症状严重程度之间的潜在联系。对个别 告中显示恶化时收集的粪便样本进行分析，与非爆发基线组合IBS样本相比，爆发期样本显示出更高的BCDI），与各个IBS子组的平均样本相比，爆发期样本的Shannonα多样性更低（图5C）。 在将IBS患者作为一组时以及在IBS-D和IBS-C患者中，特定细菌类群都与耀斑显着相关（IBS-D和IBS-C患者为168种，IBS-C为40种，IBS-D为7种） 与各自平均基线样本相比，来自Mann-Whitney U检验的q

九 微生物组和代谢组学数据与转录组学和表观遗传学差异的整合揭示了IBS中新型的宿主-微生物组相互作用

对于大多数慢性疾病，IBS的病理生理是多因素的，其来自宿主途径，微生物途径和宿主-微生物共代谢。 为了确定微生物代谢对宿主功能的影响，我们首先比较了在结肠活检组织中观察到的转录和表观遗传学变化。 还通过构建跨组学相关 络，将转录组数据与代谢物和微生物群的丰度相集合，从而以无针对性的方式，使用这些数据来确定推定的宿主-微生物-代谢相互作用。

十一 多组学集成确定结肠上皮中的嘌呤饥饿是潜在的新机制IBS

前面确定了IBS-C和IBS-D中粪便次黄嘌呤的含量显着降低，确定了微生物次黄嘌呤的降解导致肠道次黄嘌呤的水平降低，并确定了功能性变化，表明IBS-C粪便中微生物组导致嘌呤降解的增加。 然而，由于次黄嘌呤是宿主-微生物共代谢物，因此其库可同时受到微生物和宿主代谢的影响。

其实，肠上皮细胞的嘌呤从头合成能力有限，而是主要依靠挽救途径进行腺苷酸的生物合成，因此，为了确定由于次黄嘌呤池的消耗而导致宿主的继发效应，需要进一步确认嘌呤挽救途径中可能的转录变化。嘌呤挽救途径中的第一个基因嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）在IBS-C和IBS-D中均表达高2倍。在IBS患者中PNP表达呈与次黄嘌呤水平呈负相关。 重要的是，宿主遗传学的变异不负责基因表达的这些差异，因为Illumina全局筛选阵列显示XDH和PNP中的单核苷酸多态性（SNP）在IBS亚组和HC之间没有差异分布。总之，这些发现提出了一种模型，其中微生物群和宿主的嘌呤核苷酸在结肠组织中诱导代谢应激。 反过来，这可能会通过增加嘌呤挽救而导致代偿性反应。 使用这种多组学观点，我们建议低水平的嘌呤核苷酸可能导致较低的上皮能量状态和粘膜修复能力，这可能部分是IBS的病理生理基础。

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