2020年11月，百邁客和成都中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院檢驗科合作文章“Correlation between alterations of gut microbiota and miR-122-5p expression in patients with type 2 diabetes mellitus”發(fā)表于期刊Annals of Translational Medicine（IF：3.279）。作者利用16s全長微生物多樣性技術和miRNA測序技術，解析了II型糖尿病患者腸道菌群改變與miR-122-5p表達的相關性。其中miRNA數(shù)據(jù)差異及功能分析、16s全長微生物多樣性測序分析等由百邁客完成，此外百邁客業(yè)務還包括單細胞轉錄組、空間轉錄組、單細胞ATAC&GEX、單細胞免疫組庫等，有興趣的老師可以聯(lián)系當?shù)劁N售。

導讀

研究背景

II型糖尿?。═2DM）是世界范圍內的主要公共衛(wèi)生問題。目前，全球估計有3.66億人患有II型糖尿??；這一數(shù)字到2030年預計將達到4.22億，到2045年將增至7億。其中90%以上的病例是T2DM。II型糖尿病是一種代謝性疾病，其特征是胰島素分泌缺陷和/或由于胰島素抵抗引起的慢性高血糖。

II型糖尿病影響生理生化活動的所有領域，包括遺傳學、代謝組學和蛋白質組學。目前，血糖監(jiān)測是T2DM的主要診斷方法，T2DM發(fā)生的發(fā)病機制尚未完全闡明。目前還沒有能夠改善胰島功能的特殊治療方法，因此預防和早期診斷至關重要。闡明T2DM初期宿主體內各種復雜的相互作用機制，迫切需要新的思路和策略來確定T2DM的關鍵治療靶點。

腸道微生物群是宿主胃腸道中的一個極其龐大的微生物群，它可以與人類共同進化并控制營養(yǎng)吸收和能量轉換，形成和調節(jié)腸粘膜屏障，并協(xié)助腸道免疫防御系統(tǒng)維持體內平衡。腸道微生物群與宿主之間共生關系的破壞可能導致代謝性疾病的發(fā)生，如T2DM。MicroRNAs（miRNAs）是一類非編碼單鏈分子，其表達具有組織特異性和發(fā)育調控性。miRNA已被證明與廣泛的生理和病理過程密切相關。miRNAs的主要功能是通過切割靶基因轉錄物或結合靶信使RNA（mRNAs）的3′-UTR來負向調控基因表達，從而在轉錄后水平上抑制mRNA翻譯。

越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物群的失衡和miRNA表達水平的變化參與了人類疾病的發(fā)生和發(fā)展；兩者都可能作為各種疾病的觸發(fā)因素。然而，由于缺乏系統(tǒng)的臨床人群研究，這種相互作用在T2DM病理生理機制中的作用尚未得到很好的評估。

結論

作者選擇II型糖尿病患者和正常對照組，使用16S全長微生物多樣性技術分析兩組腸道微生物群的變化，并使用miRNA高通量測序篩選兩組之間miRNA的差異表達。與正常對照組相比，T2DM患者的HAlbc、FBG、TG、TC、LDL、HDL和胰島素的生化指標有顯著性差異（分別為P<0.001、P<0.001、P=0.0125、P=0.98、P<0.001、P=0.022和P=0.0013）。這兩組人的腸道微生物群分布和miRNA表達特征也有顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)了初步診斷為T2DM患者的腸道微生物群和miRNA特征：miR-122-5p與腸道細菌類群（Bacteriodes. uniformis and Phascolarctobacterium. Faecium）呈負相關。這個發(fā)現(xiàn)提示miRNA和腸道微生物群之間的相互作用可能通過控制T2DM發(fā)展過程中葡萄糖代謝的關鍵基因來調節(jié)胰島素分泌和信號轉導。

英文題目：Correlation between alterations of gut microbiota and miR-122-5p expression in patients with type 2 diabetes mellitus.

中文題目：II型糖尿病患者腸道菌群改變與miR-122-5p表達的相關性研究

期刊：Annals of Translational Medicine

IF：3.279

發(fā)表時間：2020.11

作者：Lisha Li

材料與方法

材料：腸道微生物：糞便標本取自正常對照組（n=30）和T2DM組（n=30）的受試者；

miRNA測序：5名T2DM患者和5名正常對照的循環(huán)血漿

Keywords：PB-MCD；miRNA-seq

實驗結果

一、腸道微生物群16s rRNA的全長微生物多樣性分析結果

從測序的60個樣本中，共獲得514080個CCS序列。每個樣本產(chǎn)生至少428個CCS序列，平均8568個CCS序列。兩組的OTU數(shù)量、chao和ACE指數(shù)在統(tǒng)計學上存在顯著差異（分別為P=0.01、0.007和0.037），這表明T2DM可能引起腸道微生物多樣性的變化。Shannon和Simpson指數(shù)分析表明，測序深度足以捕獲所有細菌物種，樣本具有代表性。通過分析α多樣性和β多樣性，初步解釋了兩組間差異的構成。在門水平上，厚壁菌、類桿菌、變形菌和放線菌是這兩組腸道微生物群的優(yōu)勢種，且比例相對較高。在正常對照組中，厚壁菌、類桿菌和變形菌分別占腸道微生物群的40.5%、45.1%和18.7%，而在T2DM組中，分別占47.4%、25.8%和21.4%。在T2DM組，類桿菌作為優(yōu)勢菌群的差異具有統(tǒng)計學意義（P=0.0049），類桿菌與厚壁菌的比例降低。LEfSe分析確定了兩組之間53種顯著不同的物種（生物標記物篩選標準：LDA評分>4，P<0.05）（圖1B，C）。不同腸道微生物群水平與基本指標之間相關性的CCA典型相關分析結果如圖1D所示。

圖1

二、miRNA高通量測序分析結果

通過miRNA高通量測序分析，從所有樣本中獲得4542個miRNA，包括1913個已知的miRNA和2629個新預測的miRNA。正常對照組新預測的miRNA數(shù)量顯著高于T2DM組。使用火山圖篩選了405個組間差異表達的循環(huán)miRNA，并排除了檢測不到的miRNA和非人類miRNA。與對照組相比，新診斷T2DM組88個miRNA的表達顯著下調，22個miRNA的表達顯著上調（圖2A）。篩選出9個在T2DM組有顯著差異表達的候選miRNA；其中包括顯著下調的miR-1225p、miR-193a、miR-3151、miR-582-3p和miR-184，以及上調的miR-200a-3p、miR-487A、miR-34c-3p和miR-449a。

圖2

三、關聯(lián)分析

通過行Spearman相關分析。圖2B顯示了一個熱圖，描繪了五個與某些微生物區(qū)系具有統(tǒng)計顯著正相關和負相關的miRNA（P<0.05）。在這五種miRNA中，miR-122-5p在哺乳動物的進化過程中高度保守，與八種腸道細菌相關，包括兩種腸道細菌B.uniformis和P.faecium，它們有顯著差異（分別為P=0.023和0.031）。

四、生物信息學預測結果

作者利用PICRUSt軟件獲得與OTU相對應的KEGG信息（圖3A）。觀察到腸道細菌功能基因代謝途徑的一些差異，如B.uniformis、B.plebeius、B.taiotaomicron、P.faecium和 Faecalibacterium.sp。這些腸道細菌在氨基酸、碳水化合物、多糖、維生素、輔助因子、膜轉運和能量轉換的代謝中起著重要的調節(jié)作用。由于正常對照組和II型糖尿病組之間的B.uniformis 和P.faecium存在顯著差異，因此對腸道微生物群和血液指標進行了CCA分析，結果表明B.uniformis 和 P.faecium與胰島素、FBG、LDL和TG呈負相關。

接下來，使用TargetScan軟件預測miR122-5p靶基因。共預測了226個靶基因。通過GO富集分析（圖3B）。針對與背景相關的目標基因，獲得了45條具有統(tǒng)計學意義（P<0.01）的生物對應代謝途徑（圖3C）。發(fā)現(xiàn)miR-122-5p在糖代謝相關信號通路中顯著富集（P<0.01），包括糖異生和糖酵解途徑。調控信號通路的靶基因包括葡萄糖6-磷酸酶（G6PC）、G6PC3、PDK、KAT2A和許多其他基因；這些基因已被證明對糖代謝和能量代謝有直接的調節(jié)作用。此外，顯著富集的HIF信號通路還涉及多個miR-122-5p靶基因。HIF信號通路已被證明與葡萄糖產(chǎn)生酶基因的表達有關，如Pepck、G6PC和葡萄糖轉運蛋白2（GLUT2），它們可以通過增加GLUT1攝取的表達促進細胞代謝，并上調PDK和其他酶的表達以增加糖酵解。

圖3

討論

研究數(shù)據(jù)顯示，新診斷的II型糖尿病患者具有特定的腸道微生物群分布和miRNA表達特征，一些顯著不同的miRNA與某些微生物群呈統(tǒng)計學顯著正相關或負相關（P<0.05）。以此可以推斷，這些miRNA可能作為細菌基因轉錄和生長的選擇性調節(jié)因子，促進宿主對腸道微生物群的控制。其中，miR-122-5p在哺乳動物進化中高度保守，并與多種腸道細菌顯著相關，包括T2DM前后顯著不同的兩種腸道細菌。

miR-122-5p在脊椎動物肝臟發(fā)育過程中持續(xù)表達并高度保守，在肝臟葡萄糖和脂質代謝的內穩(wěn)態(tài)中起著至關重要的作用。在本研究對miR-122-5p靶基因集的生物信息學分析中，發(fā)現(xiàn)許多信號轉導途徑與糖代謝途徑密切相關，包括糖異生和糖酵解途徑。這些途徑與參與糖代謝的關鍵基因G6PC、PEPCK、PDK、KAT2A和GLUT2相關。

綜上所述，作者的研究揭示了T2DM患者發(fā)病前后宿主腸道微生物群和miRNA的不同表達特征。在miRNA和腸道微生物之間存在相互關聯(lián)的循環(huán)的前提下，有理由相信miR-122-5p和B.uniformis在調節(jié)糖異生基因和胰島素信號傳遞的過程中相互調節(jié)，在控制糖代謝和胰島素分泌的內環(huán)境平衡中發(fā)揮權威作用。循環(huán)miRNA和腸道微生物群的串擾網(wǎng)絡是維持宿主身體穩(wěn)定和狀態(tài)的一種方式，以及形成另一種調節(jié)T2DM的機制。然而，還需要進一步研究確定參與糖代謝的基因，這些基因由二者共同控制，以及影響胰島細胞功能和胰島素合成與分泌的特定信號通路。因此，考慮到T2DM發(fā)病率持續(xù)增加和缺乏特異性治療，腸道微生物群和miRNA作為潛在治療靶點的價值需要進一步研究，以便在分子作用水平上獲得更有力的證據(jù)，并為T2DM的早期診斷和√確治療帶來新的機遇。