煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）在哺乳動(dòng)物和微生物中具有重要作用，參與細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。NAD+水平的下降與肥胖、炎癥、心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病等多種病理狀態(tài)有關(guān)，這種下降通常與線粒體和代謝功能的異常相關(guān)，因此近年來(lái)NAD+水平的調(diào)節(jié)成為了研究熱點(diǎn)。

本研究旨在探索小鼠腸道微生物群合成NAD的前體物質(zhì)來(lái)源，探索宿主循環(huán)中的NAD前體與腸道微生物之間的相互作用，并揭示宿主與腸道微生物之間NAD前體的循環(huán)機(jī)制。

01 研究方法

研究采用8至12周齡的C57BL/6J雄性小鼠開(kāi)展代謝流實(shí)驗(yàn)，通過(guò)喂食含有特定同位素標(biāo)記的NAD前體物質(zhì)，如U-13C標(biāo)記的蛋白質(zhì)、U-13C標(biāo)記的果糖、2,4,5,6-2H標(biāo)記的煙酸（NA）和煙酰胺（NAM），來(lái)追蹤NAD前體物質(zhì)在宿主和腸道微生物中的代謝路徑。

代謝流分析測(cè)量標(biāo)記的NAD前體物質(zhì)在宿主和腸道微生物中的分布和轉(zhuǎn)化，定量分析NAD的生物合成途徑。

為確定腸道微生物在NAD前體物質(zhì)代謝中的作用，以多種抗生素耗竭小鼠腸道中的微生物群落，并比較經(jīng)抗生素處理和未經(jīng)處理小鼠的NAD前體物質(zhì)代謝情況。

代謝組學(xué)分析采集小鼠血液等相關(guān)樣本，使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）技術(shù)來(lái)定量分析測(cè)量標(biāo)記的NAD前體物質(zhì)和NAD產(chǎn)物的濃度。

02 研究結(jié)果

本研究揭示了腸道微生物與宿主之間NAD前體物質(zhì)的循環(huán)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)了宿主循環(huán)中的煙酰胺（NAM）是腸道微生物合成NAD的主要來(lái)源，而非直接來(lái)自食物的NAD前體。

代謝流檢測(cè)證實(shí)，宿主來(lái)源的NAM進(jìn)入腸道后，被微生物轉(zhuǎn)化為煙酸（NA），這一過(guò)程繞過(guò)了宿主的NAD合成挽救途徑，直接支持了宿主組織中的NAD合成。

研究發(fā)現(xiàn)，口服煙酰胺核糖苷（NR）主要通過(guò)腸道微生物轉(zhuǎn)化為NA，進(jìn)而提高宿主組織中的NAD水平；可溶性纖維如菊粉在大腸中對(duì)微生物NAD合成有重要貢獻(xiàn)，而簡(jiǎn)單糖類如果糖在過(guò)量攝入時(shí)也能在結(jié)腸中支持NAD合成。

在抗生素處理后，小鼠腸道微生物群的耗竭顯著影響了NAD前體物質(zhì)的代謝，從而證實(shí)了腸道微生物在NAD代謝中的關(guān)鍵作用。

03 研究結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，宿主來(lái)源的NAM對(duì)腸道微生物NAD合成的貢獻(xiàn)顯著高于食物中的直接NAD前體，NR主要通過(guò)腸道微生物轉(zhuǎn)化為NA，進(jìn)而促進(jìn)宿主組織NAD的合成。

這些結(jié)果提供了新的視角，通過(guò)調(diào)節(jié)宿主與腸道微生物間的關(guān)系，或有助于改善代謝健康，預(yù)防治療多種與NAD水平下降相關(guān)的疾病。

04 研究結(jié)果展開(kāi)

A. 展示了微生物中NAD合成的詳細(xì)途徑，包括煙酸（QA）、煙酸單核苷酸（NAMN）和煙酸腺嘌呤二核苷酸（NAAD）等關(guān)鍵中間產(chǎn)物。

B. 展示了小鼠消化道的不同部分。

C. 顯示了小鼠喂食U-13C標(biāo)記的蛋白質(zhì)24小時(shí)后，盲腸中NAD出現(xiàn)了富集。

D. 顯示了小鼠喂食含有U-13C標(biāo)記的菊粉24小時(shí)后，盲腸中NAD出現(xiàn)了富集，且貢獻(xiàn)更為顯著。

E. 定量分析U-13C標(biāo)記的蛋白質(zhì)和菊粉對(duì)盲腸中NAD合成的影響。

F. 顯示菊粉代謝中間產(chǎn)物的富集情況，包括色氨酸、天冬氨酸和核糖磷酸。

G. 顯示口服標(biāo)記煙酸在腸道的代謝分布主要在結(jié)腸被微生物轉(zhuǎn)化為NAD。

H. 對(duì)比了腸道不同部位NAD標(biāo)記以顯示飲食前體在微生物NAD合成中的作用。

I. 顯示含或不含煙酸飲食以及抗生素處理對(duì)小鼠結(jié)腸中NA含量的影響。

J. 顯示含或不含煙酸飲食以及抗生素處理對(duì)小鼠血清中NA離子計(jì)數(shù)的影響。

K. 顯示含或不含煙酸飲食以及抗生素處理對(duì)小鼠結(jié)腸中NAM含量的影響。

L. 對(duì)比了無(wú)菌小鼠和菌群定植小鼠結(jié)腸中NAM豐度，顯示菌群在NAD代謝中的重要性。

圖2. 展示血液循環(huán)中的NAM進(jìn)入腸道菌群NAD合成

A. 通過(guò)眼眶后注射不同劑量的[2,4,5,6-2H]-NAM后15分鐘，收集門靜脈、肝靜脈和尾靜脈血清樣本中的NAM水平。

B.通過(guò)眼眶后注射不同劑量的[2,4,5,6-2H]-NAM后，小鼠腸道檢測(cè)到的標(biāo)記NAM。

C. 通過(guò)眼眶后注射不同劑量的[2,4,5,6-2H]-NAM后，不同部位消化道樣本中NA。

D. 通過(guò)眼眶后注射不同劑量的[2,4,5,6-2H]-NAM后，血清樣本中NA。

E. 通過(guò)眼眶后注射不同[2,4,5,6-2H]-NAM后，比較無(wú)菌小鼠和對(duì)照小鼠腸道中NAM。

F. 通過(guò)眼眶后注射不同[2,4,5,6-2H]-NAM后，比較無(wú)菌小鼠和對(duì)照小鼠腸道中NA。

圖3. 維生素B3在宿主和腸道微生物群之間的循環(huán)

A. 小鼠被灌注[2,4,5,6-2H]-NAM后血清中煙酰胺變化。

B. 小鼠被灌注[2,4,5,6-2H]-NAM后腸道中NAD變化。

C. 小鼠被灌注[2,4,5,6-2H]-NAM后血液中NAM對(duì)消化道NAD合成的貢獻(xiàn)。

D. 小鼠先腹腔注射FK866（NAMPT抑制劑），再灌注[2,4,5,6-2H]-NAM后NAD的相對(duì)水平。

E. 小鼠先腹腔注射FK866（NAMPT抑制劑），再灌注[2,4,5,6-2H]-NAM后標(biāo)記的NAD比例。

F. 從小鼠收集的組織中標(biāo)記的NAD比例，對(duì)比分析小鼠接受抗生素（ABX）處理，腹腔注射FK866，灌注[2,4,5,6-2H]-NAM后組織中標(biāo)記NAD比例。

G. 卡通圖顯示宿主和腸道菌群間維生素B3循環(huán)。宿主血液中NAM進(jìn)入腸道，被菌群去氨基化成NA；宿主使用菌群產(chǎn)生的NA來(lái)合成NAD，而NAD的轉(zhuǎn)化又釋放出NAM。

圖4. 展示了口服NR（煙酰胺核糖苷）通過(guò)腸道轉(zhuǎn)化為NA（煙酸）來(lái)增加宿主NAD合成

A. 小鼠口服NR后測(cè)定血清中NA濃度。

B. 小鼠口服NR后測(cè)定血清中NAM（煙酰胺）濃度。

C. 展示M+9 NR的同位素標(biāo)記示意圖，煙酰胺部分用15N、13C和18O進(jìn)行標(biāo)記，核糖環(huán)上用13C碳標(biāo)記。

D. 對(duì)比抗生素（ABX）處理過(guò)的小鼠在口服NR后血清中NA的相對(duì)水平。

E. 對(duì)比抗生素（ABX）處理過(guò)的小鼠在口服NR后肝臟中NAD水平。

F. 對(duì)比抗生素（ABX）處理過(guò)的小鼠在口服NR后腎臟中NAD水平。

G. 對(duì)比抗生素（ABX）處理過(guò)的小鼠在口服NR后腸道組織中NAD水平。H. 對(duì)比抗生素（ABX）處理過(guò)的小鼠在口服NR后腸道中NAD標(biāo)記模式。

05 總結(jié)與啟發(fā)

該篇文獻(xiàn)發(fā)表于Cell Metab.（IF>27），研究使用代謝流技術(shù)，追蹤了NAD在宿主和腸道菌群中的代謝變化，揭示了宿主血液中NAM對(duì)菌群合成NAD的貢獻(xiàn)，充分展示了代謝流技術(shù)在解析復(fù)雜生物系統(tǒng)中物質(zhì)轉(zhuǎn)換和代謝途徑中的重要作用。

研究的一個(gè)亮點(diǎn)在于探討了NAD合成途徑的調(diào)控機(jī)制，為理解NAD代謝在疾病中的作用提供了新的視角。

研究中數(shù)據(jù)呈現(xiàn)和圖表排列清晰、邏輯性強(qiáng)，逐步展示了NAD前體的代謝路徑、宿主與微生物間的代謝循環(huán)，以及NR在宿主組織中的作用，使得復(fù)雜的代謝過(guò)程變得易于理解，也突出了研究的主要發(fā)現(xiàn)和結(jié)論。

因此這項(xiàng)研究提供了一個(gè)代謝流技術(shù)應(yīng)用的例子，成功揭示了NAD代謝在宿主健康和疾病中的潛在作用，為未來(lái)的研究和臨床應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

Chellappa K, McReynolds MR, Lu W, Zeng X, Makarov M, Hayat F, Mukherjee S, Bhat YR, Lingala SR, Shima RT, Descamps HC, Cox T, Ji L, Jankowski C, Chu Q, Davidson SM, Thaiss CA, Migaud ME, Rabinowitz JD, Baur JA. NAD precursors cycle between host tissues and the gut microbiome. Cell Metab. 2022 Dec 6;34(12):1947-1959.e5. doi: 10.1016/j.cmet.2022.11.004. PMID: 36476934; PMCID: PMC9825113.

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網(wǎng)址: 文獻(xiàn)解讀｜代謝流解碼腸道菌群與宿主的NAD健康循環(huán) http://m.gysdgmq.cn/newsview655754.html