好文解读 | IF30+：中医痰湿体质肠道菌群与代谢研究

一、背景介绍

         痰湿体质（Phlegm-Dampness Constitution, PDC）是中医体质学说中的一种类型，指人体内痰湿内蕴，以形体肥胖、腹部肥满、口黏苔腻等为主要特征，通常与代谢紊乱等慢性病相关，临床上会在代谢指标上表现出异常，但其生物学机制尚不清楚。近年来肠道微生物群在解释中医原理方面显示出潜力，菌群参与宿主代谢，并通过其衍生的代谢物影响全身状态，故痰湿体质可能与肠道微生物群和血清代谢物的改变有关。因此开展相关肠道菌群与代谢组学研究，可以更好理解中医临床的生物学基础，推动中医与现代医学的整合。

 

二、材料方法

 

 

         研究纳入了167名痰湿体质（PDC）和42名平衡体质（BC）个体，收集粪便和血清样本，分别用于肠道菌群和代谢分析，所有样本于-80°C保存备用。非靶向代谢组分析采用超高效液相色谱（UPLC）系统与Q Exactive HF-X质谱仪联用，正负离子模式扫描，通过OPLS-DA区分不同组别，基于VIP 得分和倍数变化识别差异代谢物并进行代谢通路富集分析。肠道菌群分析采用16S和宏基因测序，提取粪便样本总DNA，对比基因丰度信息，获取两组之间的肠道菌群差异。为验证数据挖掘结果，应用液质平台分析了鞘氨醇（phytosphingosine）含量，对小鼠进行粪便移植，应用细菌F. plautii与鞘氨醇进行处理，以验证其对代谢紊乱的影响。

 

         以鞘氨醇为出发点，开展了一系列平行实验，包括利用肝脏开展RNA测序，分析PDC和BC间基因表达差异，识别与代谢紊乱相关的差异表达基因；分子免疫实验观察PPARα在肝脏和脂肪组织的表达和定位，以验证鞘氨醇对PPARα的激活作用；对鼠进行GTT和ITT实验，以评估鞘氨醇对胰岛素抵抗和葡萄糖耐量的影响；使用不同浓度的鞘氨醇处理HepG2细胞，观察其对细胞脂质含量和胰岛素敏感性的影响；开展表面等离子共振实验分析鞘氨醇与PPARα之间亲和力；开展siRNA沉默PPARα基因实验，验证鞘氨醇对PPARα下游基因表达的影响

 

三、结果讨论

         研究发现两组样本菌落结构存在差异，以Flavonifractor属改变最为明显，在PDC组中相对耗尽。代谢研究发现与PDC评分负相关性最强的代谢物为一类鞘氨醇phytosphingosine，关联分析发现它与多种代谢紊乱指标显著相关，基于该物质的机器学习模型，对于区分PDC和BC具有较好预测能力。相关分析发现该菌属与该鞘氨醇具有强相关，宏基因测序和qPCR验证，确认了F. plautii是主要细菌。体外实验表明该菌产生鞘氨醇，动物实验表明该菌定植可导致体内鞘氨醇增加，证实了细菌在肠道中合成该鞘氨醇，与PDC有关。将PDC个体粪便菌群移植到小鼠，发现小鼠表现出代谢紊乱，脂质积累，细菌丰度降低，鞘氨醇降低，进一步表明两者是PDC代谢紊乱的基础。

 

         功能实验发现，鞘氨醇处理HepG2细胞，能够增加葡萄糖的摄取消耗，降低TC和TG，减少脂质积累；将F. plautii或鞘氨醇给予小鼠，发现体重、脂肪、血糖血脂等均改善。机制研究发现，经相关细菌与代谢物干预后，小鼠肝脏测序共发现190个差异表达基因与PPAR信号通路有关，鞘氨醇增加肝脏中PPARα的核转录活性，进而调节下游基因的表达，而这些基因与脂肪酸氧化和胆固醇代谢密切相关，因此证明了F. plautii细菌和鞘氨醇phytosphingosine通过调节肠道-肝脏轴中鞘氨醇水平来参与影响代谢。

 

四、研究结论

         研究通过多组学方法研究了痰湿体质（PDC）与肠道菌群和代谢物的关联，证实了肠道微生物在代谢紊乱中的因果作用，表明它们可作为PDC个体代谢紊乱的潜在标志物，为早期识别和干预代谢紊乱提供了科学依据。研究展示了多组学等技术与传统中医药结合的重大意义，不仅验证了中医体质理论的科学性，还深入探讨了PDC体质的生物学基础，为传统中医药现代化提供了强力支持，有助于更好推动中医药国际化和现代化。

 

五、结果展开

图1. 显示痰湿体质（PDC）个体的诊断指标

 

a. 显示临床样本收集过程示意图。
b. 显示PDC组和BC组的疾病和健康总体状况，蓝色表示代谢指标正常，橙色表示代谢紊乱。
c. 显示BC组受试者的具体健康状况。
d. 显示PDC组受试者的具体健康状况。
e. 显示PDC评分与BMI相关性分析。
f. 显示PDC评分与WHR相关性分析。
g. 显示PDC评分与TG相关性分析。
h. 显示PDC评分与TC相关性分析。
i. 显示PDC评分与LDL-C相关性分析。
j. 显示PDC评分与HDL-C相关性分析。
k. 显示PDC评分与2 h PG相关性分析。
l. 显示PDC评分与尿酸相关性分析。
m. 显示粪便样本收集与16S测序实验流程示意图。
n. 显示主坐标分析（PCoA）16S测序数据。
o. 显示基于Bray-Curtis距离计算的主坐标分析。
p. 显示BC组和PDC组在门水平上的肠道菌群组成。
q. 显示BC组和PDC组在属水平上的肠道菌群组成。

 

图2. 显示痰湿体质（PDC）个体与健康体质（BC）个体的血清代谢物差异及植物鞘氨醇的相关性

 

a. 显示血清样本收集流程。
b. 显示BC组与PDC组血清代谢物的OPLS-DA图分析。
c. 显示PDC组中与BC组相比变化最显著的10种代谢物。 
d. 显示PDC评分与血清代谢谱的相关性气泡图。 
e. 显示血清中植物鞘氨醇丰度与BMI之间的相关性。
f. 显示植物鞘氨醇丰度与腰臀比之间的相关性。
g. 显示植物鞘氨醇丰度与TG之间的相关性。
h. 显示植物鞘氨醇丰度与TC之间的相关性。 
i. 显示植物鞘氨醇丰度与LDL-C之间的相关性。  
j. 显示植物鞘氨醇丰度与HDL-C之间的相关性。
k. 显示植物鞘氨醇丰度与尿酸水平之间的相关性。
l. 显示植物鞘氨醇丰度与收缩压之间的相关性。
m. 显示植物鞘氨醇丰度与舒张压之间的相关性。 
n. 显示使用随机森林模型，基于植物鞘氨醇丰度,来区分PDC个体和BC个体的受试者工作特征（ROC）曲线。

 

图3. 显示细菌Flavonifractor plautii与植物鞘氨醇及痰湿体质（PDC）评分显著相关，并能在体外和无菌小鼠中生物合成植物鞘氨醇

 

a. 显示植物鞘氨醇与多种细菌属之间的相关性分析
b. 显示PDC评分与不同细菌属之间的相关性
c. 显示宏基因组测序和qPCR实验流程。 
d. 显示基于Bray-Curtis距离计算的Shannon多样性指数。 
e. 显示基于Bray-Curtis距离计算的主坐标分析（PCoA）图。
f. 显示两组间细菌Flavonifractor plautii的相对丰度。
g. 显示两组间细菌Flavonifractor plautii的基因拷贝数。
h. 显示细菌Flavonifractor plautii的基因拷贝数与血清植物鞘氨醇丰度之间的Spearman相关性。 
i. 显示细菌Flavonifractor plautii的基因拷贝数与PDC评分之间的Spearman相关性。 
j. 显示使用随机森林模型，基于Flavonifractor plautii来区分PDC个体和BC个体的受试者工作特征（ROC）曲线。
k. 显示细菌Flavonifractor plautii体外培养示意图。
l. 显示细菌Flavonifractor plautii在BHI肉汤中的生长曲线。
m. 显示细菌Flavonifractor plautii在BHI肉汤中不同生长点的植物鞘氨醇水平。 
n. 显示给予细菌Flavonifractor plautii的动物实验示意图。
o. 显示给予细菌Flavonifractor plautii的动物粪便中的植物鞘氨醇水平。
p. 显示给予细菌Flavonifractor plautii的动物血清中的植物鞘氨醇水平。 
q. 显示给予细菌Flavonifractor plautii的动物肝脏中的植物鞘氨醇水平。

 

 

图4. 显示痰湿体质（PDC）个体表现出较低的细菌Flavonifractor plautii和植物鞘氨醇水平，且这些个体的粪便移植加速了小鼠代谢紊乱的发展

 

a. 显示BC组与PDC组根据是否存在代谢紊乱的细分情况。
b. 显示BCN组与PDN组肠道微生物群的主坐标分析（PCoA）。
c. 显示BCN组与PDN组血清代谢物的OPLS-DA图。
d, e. 分别显示BCN组和PDN组中Flavonifractor plautii基因拷贝数和植物鞘氨醇水平。
f, g. 分别显示使用随机森林模型，基于Flavonifractor plautii和植物鞘氨醇来区分PDN与BCN个体的ROC曲线。
h. 显示对动物开展粪便移植实验示意图。 
i, j. 分别显示可见BCN-F组和PDN-F组中动物的倦怠评分和毛发油泽评分。 
k, l. 分别显示粪便移植实验期间BCN-F组和PDN-F组中动物的体重和脂肪重量。
m. 显示BCN-F组和PDN-F组中小鼠脂肪组织的H&E染色图像。
n, o. 分别显示BCN-F组和PDN-F组中动物的空腹血糖和血清尿酸水平。
p. 显示BCN-F组和PDN-F组中动物的血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）和高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）水平。 
q, r. 分别显示BCN-F组和PDN-F组中动物TG和TC水平。 
s. 显示BCN-F组和PDN-F组中动物肝脏的H&E染色图像及肝脂含量百分比。 
t. 显示BCN-F组和PDN-F组中动物中细菌Flavonifractor plautii的基因拷贝数。 
u, v. 分别显示BCN-F组和PDN-F组中动物血清和肝脏植物鞘氨醇水平。

 

图5. 显示给予细菌Flavonifractor plautii和植物鞘氨醇可以改善高脂饮食（HFD）及粪便移植诱导的代谢紊乱

 

a. 显示给予细菌Flavonifractor plautii补充的动物实验示意图。
b. 显示实验组与对照组动物小鼠粪便中Flavonifractor plautii的基因拷贝数。
c, d. 分别显示给予细菌Flavonifractor plautii实验两组动物血清和肝脏中的植物鞘氨醇水平。 
e, f. 分别显示给予细菌Flavonifractor plautii实验两组动物可见倦怠评分和油腻毛发评分。
g. 显示给予细菌Flavonifractor plautii实验两组动物的体重变化。
h. 显示给予细菌Flavonifractor plautii实验动物脂肪组织的H&E染色图像。 
i. 显示给予细菌Flavonifractor plautii实验两组动物的血清葡萄糖水平。 
j. 显示给予细菌Flavonifractor plautii实验两组动物的血清TC、TG、LDL-C和HDL-C浓度。
k. 显示给予细菌Flavonifractor plautii实验两组动物肝脏H&E染色图像及肝脂含量。
l. 显示给予植物鞘氨醇补充实验示意图。
m, n. 别显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物可见倦怠评分和油腻毛发评分。 
o. 显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物体重变化。 
p. 显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物脂肪细胞H&E染色图像对比脂肪细胞大小。 
q. 显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物的血清葡萄糖水平。 
r. 显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物的空腹血清胰岛素水平。 
s. 显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物的血清TC、TG、LDL-C和HDL-C浓度。 
t. 显示给予植物鞘氨醇补充实验实验动物的肝脏H&E染色图像及肝脂含量。

 

图6. 显示植物鞘氨醇通过激活PPARα改善体内代谢紊乱

 

a. 显示开展肝脏转录组分析的流程图。
b. 显示差异表达基因的KEGG通路富集分析。
c. 显示GO功能分析的生物学过程。 
d. 显示不同组别动物肝脏PPARα及其下游基因相对mRNA表达的热图。
e. 显示不同组别动物肝脏PPARα及其下游蛋白的WB分析。
f. 显示不同组别中动物肝脏细胞核PPARα和细胞浆PPARα的WB分析。 
g. 显示不同组别动物DAPI和PPARα的免疫荧光分析。 
h. 显示植物鞘氨醇与PPARα的表面等离子共振（SPR）结合分析。

 

图7. 显示植物鞘氨醇在体外通过激活PPARα改善代谢紊乱

 

a. 显示胰岛素诱导的HepG2细胞在不同浓度植物鞘氨醇处理下的葡萄糖消耗情况。
b, c. 分别显示油酸诱导HepG2细胞经植物鞘氨醇处理后的细胞总胆固醇（TC）和甘油三酯（TG）含量
d. 显示油酸（OA）和棕榈酸（PA）诱导HepG2细胞经植物鞘氨醇处理后中的染色图像。 
e, f. 分别显示胰岛素诱导HepG2细胞经植物鞘氨醇处理后的PPARα免疫印迹及定量分析。
g, h. 分别显示胰岛素诱导HepG2细胞经植物鞘氨醇处理后的ACADL、ACADM和CYP4A14的免疫印迹及密度分析。
i, l. 显示不同组别中动物肝脏细胞核PPARα和细胞浆PPARα的WB分析。 
m. 显示PPARα敲低后，胰岛素诱导HepG2细胞经植物鞘氨醇处理后的PPARα、ACADL、ACADM和CYP4A14的免疫印迹分析。 
n. 显示植物鞘氨醇可能通过结合并激活PPARα来调节下游基因表达的机制。

 

图8. 概括细菌Flavonifractor plautii及其产物植物鞘氨醇的减少使痰湿体质（PDC）个体易患代谢紊乱

 

a. 显示与BC（平衡体质）相比，PDC（痰湿体质）表现出显著不同的肠道微生物群和血清代谢物特征，这些差异可能反映了痰湿体质的病理生理基础。
b. 显示细菌F. plautii和植物鞘氨醇的减少与较高的PDC评分显著相关，表明两者可能是痰湿体质标志物。
c. 显示细菌F. plautii能够合成植物鞘氨醇这种重要代谢产物，在调节宿主代谢中发挥关键作用。 
d. 显示PDC个体中F. plautii和植物鞘氨醇水平显著降低，提示两者减少可能是痰湿体质的基础特征。
e. 显示将代谢指标正常的PDC个体粪便移植到无菌小鼠后，小鼠的代谢紊乱发展加速，表明PDC个体的肠道微生物群可能直接参与了代谢紊乱的发生。
f. 显示F.plautii或植物鞘氨醇的给予补充改善了代谢紊乱以及痰湿体质相关的表型，表明两者可作为潜在靶点。 
g. 显示不同组别动物DAPI和PPARα的免疫荧光分析。 
h. 显示F.plautii产生的植物鞘氨醇能够结合PPARα，并激活其核转录活性，这一机制可能是植物鞘氨醇改善代谢紊乱的关键途径。

 

参考文献：

Li L, Li T, Liang X, Zhu L, Fang Y, Dong L, Zheng Y, Xu X, Li M, Cai T, Zhao F, Xin M, Shao M, Guan Y, Liu M, Li F, Zhang C, Wang Q, Sun W, Zheng Y. A decrease in Flavonifractor plautii and its product, phytosphingosine, predisposes individuals with phlegm-dampness constitution to metabolic disorders. Cell Discov. 2025 Mar 17;11(1):25