绘谱导读 | 2022年12月代谢组学文献精选

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作者首先通过提取并纯化菠菜叶绿体中的类囊体，获得了新型的纳米类囊体单元 NTUs，其有效保留类囊体膜上进行光合作用所需的蛋白质成分，并能够在光照下有效的合成ATP和NADPH。

为了解决免疫排斥和体内清除问题，作者采用了细胞膜伪装包封的方式，使NTUs成功进入细胞质基质。进一步研究发现，NTUs在细胞内可以在光控下精准的产生ATP和NADPH，增强细胞的合成代谢。

团队选择了一种常见的衰老退行性疾病——骨关节炎作为疾病模型。利用软骨细胞膜对NTUs进行伪装包封，通过给予特定强度的光照刺激，精确增强了退变软骨细胞内的ATP、NADPH水平，从而重塑软骨细胞的合成代谢。

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作者首先用含5%未标记菊粉、U-13C-菊粉或U-13C-蛋白饲喂动物，在盲肠腔检测到的NAD分子，证明可溶性纤维有助于大肠中NAD的合成，在抵达结肠之前NA就被吸收或代谢。接着给小鼠喂食含或不含NA的饲料，发现添加抗生素后肠腔中没有NA但增加了NAM，提示微生物将NAM 转化为 NA。

接着给小鼠静脉注射2,4,5,6-²H-NAM，肠道还检测到包含标记的NA和NAD分子，但抗生素处理或无菌小鼠的肠腔中并不存在。发现宿主中循环NAM可以进入肠腔并被微生物用于合成NA和NAD分子。

研究者发现NAMPT抑制剂治疗会消耗脾脏中>90%的NAD，但在肠道中仅消耗50%，提示肠道微生物提供了一条从NAM到NAD的替代途径，从而能绕过补救合成途径。

作者对小鼠进行NR灌胃后发现循环NA增加了>100倍，NAM显示出类似的趋势，持续时间更长。作者合成一个M+9同位素体，在酰胺基团上引入¹⁵N、¹³C和¹⁸O原子，核糖环的五个碳原子为¹³C。通过检测不同组合的标记发现NR先被肠道微生物群分解为NA，由此产生的NA再支持宿主组织中的NAD合成。

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本研究首先记录了多种不同小鼠模型的基因组序列、肠道细菌种类和血液代谢物等数据。然后测量小鼠每天自主跑轮的运动量，以及它们的耐力。然后使用机器学习（Machine Learning）分析这些实验数据，发现基因只占这些运动表现差异的一小部分，而肠道菌群的差异似乎更重要。给小鼠服用广谱抗生素以清除肠道细菌，会让它们的跑步成绩降低一半左右。

发现有两种肠道细菌与更好的运动能力密切相关——直肠真杆菌（Eubacterium rectale）和规则粪球菌（Coprococcus eutactus），它们代谢产生了脂肪酸酰胺（FAA）。FAA能够与内源性大麻受体CB1结合并刺激肠内感觉神经，肠内感觉神经通过脊椎与大脑连接。

在运动时，这些布满CB1受体的肠内感觉神经受到刺激，会导致大脑腹侧纹状体（ventral striatum）区域的神经递质多巴胺水平增加。纹状体（striatum）是大脑奖励和动机网络的关键节点，运动时该区域额外的多巴胺水平能够通过加强运动欲望来提高运动表现。

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构建记忆性T细胞模型，通过代谢组和¹⁵N标记的谷氨酰胺的同位素示踪结果发现，在记忆T细胞中，检测到鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸和尿素的高表达，表明尿素循环存在且活跃，且尿素循环是CD8⁺T_m细胞记忆发发展所必需的。

免疫印迹和共聚焦显微镜结果表明，CD8⁺ T_m细胞利用定位于线粒体的精氨酸酶2（而非传统的精氨酸酶1）催化精氨酸生成尿素，且精氨酸和尿素分别通过SLC25A29和SLC14A1两种蛋白转运体进出线粒体；CD8⁺T_m细胞还通过瓜氨酸循环，将精氨酸转化为瓜氨酸和NO，与尿素循环联合发挥解氨作用。

分别将尿素循环关键酶甲酰磷酸合成酶-1(Cps1）的shRNA干扰和过表达细胞转移到小鼠体内，结果表明，Cps1的基因高表达对T_m细胞氨处理和记忆维持至关重要；染色质免疫共沉淀结果表明，Cps1转录启动子区域β-羟基丁酰化，导致Cps1高表达。

在小鼠体内肿瘤治疗模型中，Cps1高表达的T_m细胞也显示出高效的抗黑色素瘤生长功能，为基于T细胞的肿瘤免疫治疗提供全新的代谢调控思路。

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CD140a+ MCs与不同的小鼠乳腺癌模型提示肺MCs在癌细胞定植肺之前开始积累中性脂质；基于荷瘤小鼠肺中CD11b+髓系细胞和肺MCs的体外实验表明，白细胞介素1β（IL-1β）是乳腺癌进展相关的关键因素，甘油三酯（TG）积累的原因与IL-1β-IL-1R1信号通路和IL-1β-HIF1A-HILPDA轴驱动有关。

建立具有强化和减弱载脂表型的Atgl^ΔMCs和Hilpda^ΔMCs模型小鼠，发现特异性消融小鼠脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）或缺氧诱导脂滴相关（HILPDA）基因可分别增强和减少乳腺癌的肺转移，表明载脂MCs可以促进乳腺癌向肺的转移，且转移前期肺MCs中积累的中性脂质可以释放到肺环境中，调节转移性肿瘤细胞，诱导肿瘤细胞向脂质利用的代谢转变。

进一步发现载脂MCs可通过外泌体样囊泡将其存储的中性脂质运输到肿瘤细胞及自然杀伤（NK）细胞，并通过代谢重编程导致肿瘤细胞存活、增殖和NK细胞功能障碍。

将缺乏内源性NK细胞的免疫缺陷NOD-scid IL2rγ^null（NSG）小鼠作为宿主，发现阻断IL-1β可有效提高NK细胞减缓乳腺癌细胞肺转移的积极作用，揭示了IL-1β在联合免疫治疗中的发展前景。

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招募受试者包括23名在3岁或6岁时有临床食物过敏人群，151名有食物敏感但没有临床食物过敏人群，以及220名既没有食物过敏的对照组。对受试者3~6个月、1岁和3岁时的824个粪便样本进行非靶向代谢组学分析，最终有647~751个粪便代谢物得到表征，多为氨基酸或脂类。

通过加权基因相关网络分析将代谢物分为26个3~6个月代谢物模块、30个1岁代谢物模块和27个3岁代谢物模块。多数代谢物模块丰度在在食物过敏的受试者有较低丰度，包括3~6个月和1岁的胆汁酸，3~6个月的氨基酸，1岁的类固醇激素和3岁的鞘脂代谢模块。在3~6个月的食物过敏患者中，含有二酰基甘油的代谢模块丰度增加。

与对照组相比，3~6个月时的食物过敏/致敏的受试者中咖啡因代谢物模块呈高丰度，血浆代谢组学揭示母体血浆咖啡因水平与食物过敏和/或致敏无关。粪便咖啡因代谢物模块与降低食物过敏风险相关的胆汁酸/胆红素代谢物模块呈负相关，表明肠道中咖啡因的存在可能通过其他肠道代谢途径的影响来影响食物过敏风险。

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本研究通过自下而上蛋白质组学鉴定了47种组蛋白肽，发现缺乏微生物组的小鼠中组蛋白H4跨基因体的乙酰化减少并通过ChIP-seq验证。

通过¹³C标记丁酸盐和可发酵纤维菊粉进行代谢流实验后发现，乙酰化组蛋白含有来自丁酸盐和膳食纤维的碳源。

通过¹³C标记非靶向代谢组学和16S测序及相关性分析，发现¹³C标记的膳食纤维主要集中于盲肠内容物，被微生物群代谢后成为数百种代谢物的碳源。宿主脂肪酸的代谢随着结肠炎而下降并且与脂肪酸氧化相关基因的表达减少相关。

体内同位素示踪发现，微生物群利用膳食纤维构建长链酰基，其转移受炎症干扰。转录组测序发现炎症破坏盲肠脂肪酸代谢基因表达。结果表明食物中的碳通过微生物群流向宿主，其破坏可能影响远端肠道的能量稳态，并有助于结肠炎的发展。

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本研究通过两种不同方法进行小鼠造模，发现肺部吸入nCB能加速NSCLC。通过靶向代谢组检测、质谱成像、组织切片染色、PCR及细胞实验等，nCB暴露导致肺巨噬细胞糖酵解途径相关基因表达量上升，乳酸产生增加。

通过检测细胞因子相对表达量、质谱流式细胞术，发现nCB诱导肺部PD-1 CTLA4 T细胞和T_reg细胞，并且耗尽T细胞和T_reg细胞。

nCB通过其物理疏水性质激活巨噬细胞中的HIF1α途径，从而增加糖酵解速率；乳酸产生并不需要mTORC1活化。nCB穿透细胞膜进入线粒体并引发选择性线粒体结构损伤，诱导自噬和吞噬体合成增加，造成氧化呼吸降低。

 nCB促进肺部的PD-L1+、PD-L2+和CD206+髓系细胞。nCB暴露致IL-10耗竭，加速NSCLC，该过程的炎症受肺巨噬细胞抑制。表明暴露于nCB会代谢重组肺巨噬细胞以促进免疫抑制并加速肺癌的发展。

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