2016年，医学杂志《柳叶刀》发表全球成年人体重调查报告，调查显示中国的肥胖人口位居世界首位，拥有4320万肥胖男性和4640万肥胖女性，分别占全球的16.3%和12.4%；而超过三分之一的女性被归类为超重或肥胖，肥胖与心血管疾病、代谢综合征、糖尿病和癌症等慢性疾病密切相关[1-2]。减肥手术(BS)已被证明是一种成功的持久减肥的治疗方式，主要针对BMI较大的肥胖症患者，常用的外科手术包括袖状胃切除手术、胃旁路手术、胃束带术、胃内水球四种方法[3]。早在2015年，来自瑞士的研究人员发现怀孕前接受过肥胖症治疗手术的孕妇，在妊娠糖尿病、胎儿生长和发育以及胎儿死亡数目等方面与未进行过手术的孕妇存在差异[4]；最近，Elaine Holmes团队基于代谢组学和16S组学平台，研究有过不同类型减肥手术的孕妇不同孕周代谢物和肠道微生物的改变，以及减肥手术对胎儿的影响。
以41个孕前接受减肥手术的孕妇（其中16个限制性手术组restrictive group，RS；25个吸收不良手术组malabsorptive group，MAL）和70个未接受过减肥手术的孕妇（no bariatric surger，NBS）为研究对象，收集不同孕周（T1: 11+0–14+0, T2: 20+0–24+0, T3: 28+0–30+0, T4: 30+0–33+0 and T5: 35+0–37+6 weeks）的血清、尿液和粪便以及产前72h(T6)、新生儿脐带血和尿液样本（样本分布情况如下），进行代谢组学（基于1H NMR）和16S（基于Illumina MiSeq）研究，逐步揭晓减肥手术对孕妇代谢物和肠道菌群的影响：
Fig 1. 样本分布情况
通过对血清和尿液样本不同时期、不同组间（NBS vs RES, NBS vs MAL, RES vs MAL）的多变量OPLS-DA分析（Table1），发现NBS与MAL的血清样本在T4和T5期有明显差异；NBS和RES在不同孕周的血清样本中均无显著变化。NBS vs RES和RES vsMAL的尿液样本在不同孕周均无显著差异，而MAL vs NBS在妊娠期均有显著差异。对血液和尿液所有样本不同孕周、年龄、BMI和手术分组的PCA分析发现，孕周对代谢物的影响最大，因此没有进一步对所有样本按照手术情况进行进一步的研究。
进一步的时间序列分析也发现（Fig 2），血清样本中的亮氨酸、异亮氨酸和异戊酸在MAL组的含量在不同孕周均显著低于对照组，而D-β 羟 基 丁 酸在整个孕周的后期开始显著增高。尿液样本中，MAL和NBS间的差异主要是一些与肠道菌群相关的代谢物（如：苯乙酰谷氨酰胺，phenylacetylglutamine, PAG; 硫酸吲哚酚, indoxyl sulfate, IS; p-硫酸甲酚, PCS, p-cresol sulfate; p-羟基乙酸苯酯, p-hydroxyphenylacetate, PHPA），它们的含量在MAL组中均显著升高；而尿液中肌酐和α-酮异戊酸在MAL组中显著降低。对尿液样本中的RES进一步分组分析发现，PAG和PCS两个代谢物在不同孕周的袖状胃减容术组（sleeve gastrectomy， SLEEVE）的含量均高于胃束带术组（gastric banding， BAND）；此外，相对于NBS和RES组的新生儿，PAG在MAL组的新生儿尿液中显著升高。
代谢组学研究发现了一些与肠道菌群相关的代谢物，为进一步研究菌群的变化，课题组选取MAL组和NBS组在T1、T2和T4时期收集的68个粪便样本进行16S扩增子测序分析，研究发现（Fig 3），MAL组在三个不同时期的α-多样性菌高于NBS组，且T4时期发生显著变化；此外，β-多样性分析结果表明，MAL和NBS组间有显著变化；最后对菌的研究发现，MAL组的Escherichia/Shigella, Streptococcus and Enterococcus含量升高。
4 关联分析
为进一步验证代谢物和菌间的相关性，课题组选取66个菌、60个血清代谢物和66个尿液代谢物进行关联分析，结果表明（Fig4），尿液和粪便数据集能从第一主成分水平将MAL和NBS分开；尿液样本中的PAG、PCS和IS高度相关，且对模型的贡献度显著高于血清中高度相关的的亮氨酸、异亮氨酸和异戊酸；Circus图也进一步表明，PAG、PCS和IS与Streptococcus, Enterococcus, Escherichia/Shigella, Rothia和Holdemanella菌显著关联，而与血液中的三个物质显著负相关；在MAL中降低的菌Anaerostipes与PAG、PCS和IS负相关，但与血液中的亮氨酸、异亮氨酸和异戊酸正相关。
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