由肥胖、胰島素抵抗和血脂異常構成的代謝綜合征(MetS)已成為全球高發(fā)慢性疾病。近年來，越來越多研究表明，腸道菌群來源的小分子代謝物在維持腸道屏障和調(diào)控宿主代謝中發(fā)揮重要作用，但其中許多關鍵分子仍有待發(fā)現(xiàn)。
近日南京中醫(yī)藥大學單進軍、程海波、上海交通大學徐斌、上海中醫(yī)藥大學李后開團隊在《Cell Host & Microbe》(IF=23.3)重磅發(fā)文，依托賽默飛GC-MS和GC-MS/MS代謝組學平臺，發(fā)現(xiàn)腸道共生菌脆弱擬桿菌能夠通過panC基因合成泛酸（維生素B5，PA），維持腸道屏障功能并緩解代謝綜合征，為靶向菌群維生素代謝干預代謝性疾病提供了新的研究思路。
跨物種代謝組學鎖定關鍵菌源代謝物
為了尋找與代謝綜合征密切相關的菌群代謝產(chǎn)物，研究團隊同時建立了高脂飲食誘導的小鼠模型，并收集了代謝綜合征患者及健康人群的糞便樣本，開展跨物種代謝組學分析。
研究利用GC-MS對人和小鼠糞便進行了非靶向代謝組學篩查，在大量差異代謝物中，泛酸成為最引人關注的候選分子。隨后，研究進一步采用GC-MS/MS建立靶向定量方法，對泛酸進行了精準定量，并結合穩(wěn)定同位素示蹤驗證其來源，最終證實代謝綜合征患者及高脂飲食小鼠糞便中的泛酸水平均顯著下降，而血液中的泛酸含量并未發(fā)生明顯變化，提示這種變化主要發(fā)生在腸道局部微環(huán)境。
進一步分析發(fā)現(xiàn)，糞便中泛酸含量越低，受試者的BMI、空腹血糖、甘油三酯以及HOMA-IR等代謝指標越差，同時與反映腸道屏障損傷的LBP水平呈顯著負相關。這些結果提示，菌群來源的泛酸可能是連接腸道屏障功能與代謝紊亂的重要紐帶。
圖1 GC-MS跨物種代謝組學篩查鎖定泛酸(PA)為代謝綜合征相關菌群代謝物(點擊查看大圖)
鎖定關鍵菌群：擬桿菌成為泛酸的重要來源
多組學關聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)：脆弱擬桿菌、普通擬桿菌、腸道擬桿菌豐度與糞便泛酸高度正相關，擬桿菌基因組攜帶完整panA-D泛酸合成基因簇，panC(泛酸合成酶)是限速關鍵基因。
為了證明泛酸本身而非菌株其他代謝物發(fā)揮作用，研究團隊進一步敲除了脆弱擬桿菌中負責泛酸合成的關鍵基因panC。通過穩(wěn)定同位素標記結合GC-MS/MS分析證實，只有攜帶完整panC基因的野生型菌株能夠持續(xù)合成泛酸，并將其提供給宿主，而panC缺失菌株則完全喪失了這一能力，panC缺失菌株幾乎不能恢復腸道泛酸水平，也無法有效改善腸屏障功能、降低炎癥水平或緩解代謝綜合征相關表型。這一結果首次從遺傳學層面證明，擬桿菌通過panC介導的泛酸生物合成，是改善宿主代謝的重要機制。
圖2 GC-MS/MS穩(wěn)定同位素示蹤證實panC介導擬桿菌泛酸合成(點擊查看大圖)
從代謝物到機制：GC-MS解析泛酸作用通路
研究并未止步于發(fā)現(xiàn)泛酸水平下降，而是進一步探索了它如何影響宿主健康。研究發(fā)現(xiàn)菌群產(chǎn)生的泛酸進入結腸上皮細胞后，會在宿主酶PANK2/3的作用下轉化為輔酶A(CoA)。輔酶A是細胞能量代謝的重要分子，同時還能參與調(diào)控基因表達。當研究人員抑制PANK2/3后，細胞內(nèi)CoA及乙酰輔酶A水平明顯下降，促進腸道上皮分化的關鍵因子KLF4表達受到抑制，導致杯狀細胞減少、黏液分泌下降以及緊密連接蛋白表達降低，最終造成腸道屏障功能受損。
在這一機制研究過程中，GC-MS用于定量分析細胞內(nèi)CoA及乙酰輔酶A等關鍵代謝物，為闡明泛酸調(diào)控宿主代謝提供了重要證據(jù)。
圖3 PANK2/3-CoA通路介導菌群來源泛酸調(diào)控腸道屏障功能(點擊查看大圖)
益生元桔梗多糖，靶向富集產(chǎn)泛酸擬桿菌
研究還給出了天然可食用干預方案——桔梗多糖，可直接促進擬桿菌增殖，GC-MS檢測培養(yǎng)上清泛酸濃度顯著提升，抗生素處理會完全抵消多糖升泛酸效果。高脂小鼠體內(nèi)干預，多糖上調(diào)腸道擬桿菌豐度、提升糞便泛酸，改善肥胖、糖耐、血脂，降低全身炎癥、修復結腸緊密連接，為代謝綜合征提供益生菌、直接補泛酸、益生元多糖三條分層干預策略。
GC-MS技術助力菌群代謝機制解析
本研究首次系統(tǒng)揭示了腸道菌群來源泛酸(PA)改善代謝綜合征的作用機制，為腸道菌群代謝物干預代謝性疾病提供了新的理論依據(jù)。在整個研究過程中，賽默飛ISQ 7610 GC-MS完成非靶向代謝組學篩查，快速鎖定關鍵代謝物，TSQ 8000 GC-MS/MS進一步實現(xiàn)泛酸的高靈敏靶向定量及穩(wěn)定同位素示蹤，為關鍵代謝物發(fā)現(xiàn)、精準定量和機制解析提供了可靠的數(shù)據(jù)支撐，為基于腸道菌群及其代謝物的精準干預策略提供了新的思路。
賽默飛氣質(zhì)聯(lián)用儀平臺
參考文獻：
Luo Z, Xiao Z, Yuan T, et al. Gut commensal Bacteroides-derived pantothenic acid alleviates metabolic syndrome[J]. Cell Host & Microbe, 2026, 34: 1–15.
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