无实验，怎么仅靠多组学分析发Gut Microbes？香港大学研究：运动重塑肠道菌群，有助于预防糖尿病！

“运动有益健康”是众所周知的！很多研究人员致力于探讨运动如何有益于健康。那么，在这个又“卷”又实用性强的领域中，如何脱颖而出？那当然离不开组学啦！但是组学种类那么多，如何把组学巧妙的结合起来？

近日，香港大学Gianni Panagiotou和徐爱民在Gut Microbes期刊发表了研究成果，研究纳入了39名二型糖尿病前期的男性志愿者，分久坐组与运动组，让运动组定期进行有氧与力量训练，并监测他们的肠道真菌组、代谢组和宿主转录组的变化。

最终通过多组学方法，阐明了肠道真菌组变化与运动型代谢表型、细菌微生物组以及循环代谢组学和蛋白质组学之间的全面关联，提供了一个全面的视角来探索运动如何影响肠道微生物群落及其与宿主代谢之间的相互作用。

研究内容与思路

一、运动训练重塑肠道菌群组成

对久坐组跟运动组的粪便样本进行ITS2测序分析，结果显示，相比于久坐组，运动组微生物变化在属水平上显著升高、真菌α-多样性显著增加；与基线相比，运动有效地重塑了真菌群落的质心和分散度。作者分析鉴定发现真菌Verticillium、clooridium、Iodophanus、Monosporascus、Beauveria、Ceratocystis和Bipolaris对运动具有显著反应，共丰度分析发现运动可以增强群落的相互作用。以上结果表明，运动影响肠道菌群组成重塑。

研究思路：研究人员想要探讨运动对于糖尿病及其代谢的影响。代谢常与肠道菌群相联系，对此，研究人员从肠道菌群入手，采用测序分析参与者的肠道菌群变化情况，分析发现运动可以改变一些特定的真菌菌群。

二、肠道菌群组成的改变与运动改善的临床参数有关

Spearman相关分析发现空腹血糖水平与肠道菌群总体变异相关，运动后真菌丰度的增加与宿主胰岛素敏感性的改善呈正相关。当Verticillium和Sarocladium增加时，LDL和胆固醇含量降低。Verticillium的增加与腿部和背部力量的增加平行相关，与脂肪质量百分比的降低呈正相关；舒张压（DBP）的改善与肠道真菌属的变化显著相关。以上结果表明，肠道菌群的波动与运动引起的代谢有益作用密切相关。

研究思路：研究人员第一步证实了糖尿病前期患者运动会重塑肠道菌群，那肠道菌群与糖尿病相关指标是否存在联系？对此，研究人员采用相关性分析探讨了肠道菌群变化与血糖、胰岛素敏感性、血脂等代谢相关指标的关联。最终发现肠道菌群会影响运动，且运动改变的肠道菌群与这些指标的相关性更强。

三、运动过程中肠道真菌和细菌菌群之间的相互作用

相关性分析发现，真菌和细菌在属水平上α-多样性的变化有显著的相关性；Verticillium和Sarocladium的变化会导致与运动转移细菌种类发生变化。KEGG分析发现，Kluyveromyces与细菌功能表现出超过100种相互作用；肠道真菌组的变化与组氨酸生物合成有显著关联；真菌与代谢通路最相关，其次是次生代谢物和辅因子的生物合成。以上结果表明，运动诱导的肠道真菌扰动伴随着肠道细菌的组成和功能转变。

研究思路：第一部分测序分析了运动会影响真菌菌群变化，而真菌菌群会影响代谢从而改善疾病。肠道菌群中包括了真菌跟细菌，那么二者之间是否存在联系，存在什么联系。

四、肠道真菌组成的运动型变化与宿主循环代谢物和蛋白质的改变密切相关

在与真菌群落显著相关的循环代谢物中进行Pathway富集分析，结果显示，运动型真菌主要影响氨基酸代谢通路；还发现运动型肠道菌群可能通过调节激素和细胞因子的产生来影响宿主代谢。以上结果表明，肠道菌群的变化与运动引起的代谢物和激素稳态状态相关。

研究思路：分析发现了运动通过影响真菌菌群变化，改善代谢，从而预防糖尿病，那么，这一过程涉及到了什么代谢途径呢？进一步，研究人员深入分析挖掘相关通路，发现这一过程涉及到了多个代谢途径。

五、综合中介分析揭示了基线肠道真菌对运动结果的潜在影响

通过中介分析发现，基线时Ceratocystis的存在对运动降低的血脂水平有显著影响，与亚油酸呈正相关，与PM20D1呈负相关；Sarocladium对空腹胰岛素和HOMA-IR的宿主胰岛素敏感性具有潜在益处。

研究思路：涉及到了代谢过程，下一步便是挖掘相关的代谢产物，探讨究竟是哪些代谢产物发生了变化。

六、基于基线肠道菌群特征预测运动对胰岛素敏感性的反应

结合基线肠道真菌特征、细菌特征和临床参数，通过机器学习方法构建了一个预测模型，用于区分运动有响应者和无响应者；通过受试者工作特征曲线的曲线下面积（AUROC）表明该模型具有很高的预测准确性；通过验证队列进一步证实了模型的预测能力。

研究思路：最后，研究人员利用所得数据，构建了相关预测模型，并采用数据库证实模型的预测能力。

小结

综上所述，这项研究表明：高强度运动训练显著重塑了人体真菌微生物组的组成，从而改善代谢，预防糖尿病。此外，基线肠道真菌特征可预测糖尿病预防的运动反应性，表明以肠道真菌组为靶点的个性化训练有望成为糖尿病预防的前瞻性策略。

在这篇文章中，我们可以看到研究人员以多组学为基础进行了分析，未掺杂入任何动物或细胞实验验证，仅仅是从肠道菌群角度来探讨了运动对于糖尿病的预防及代谢改善作用，便可以发高分文章，说明找对一个合适的研究入手点或者拥有一个创新点何其重要，这一研究思路值得学习。

参考文献：

[1] Wang Y, Chen J, Ni Y, et al. Exercise-changed gut mycobiome as a potential contributor to metabolic benefits in diabetes prevention: an integrative multi-omics study.Gut Microbes. 2024;16(1):2416928. doi:10.1080/19490976.2024.2416928