Linking microbial genes to plasma and stool metabolites uncovers host-microbial interactions underlying ulcerative colitis disease course

代谢组学 生物 代谢物 微生物群 炎症性肠病 溃疡性结肠炎 代谢组 疾病 微生物学 生物化学 内科学 生物信息学 医学
作者
Melanie Schirmer,Martin Stražar,Julián Ávila-Pacheco,Daniel F. Rojas‐Tapias,Eric Brown,Emily R. Temple,Amy Deik,Kevin Bullock,Sarah Jeanfavre,Kerry A. Pierce,Shen Jin,Rachele Invernizzi,Marie‐Madlen Pust,Zach Costliow,David R. Mack,Anne M. Griffiths,Thomas D. Walters,Brendan M. Boyle,Subra Kugathasan,Hera Vlamakis,Jeffrey S. Hyams,Lee A. Denson,Clary B. Clish,Ramnik J. Xavier
出处
期刊:Cell Host & Microbe [Cell Press]
卷期号:32 (2): 209-226.e7 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.chom.2023.12.013
摘要

Summary

Understanding the role of the microbiome in inflammatory diseases requires the identification of microbial effector molecules. We established an approach to link disease-associated microbes to microbial metabolites by integrating paired metagenomics, stool and plasma metabolomics, and culturomics. We identified host-microbial interactions correlated with disease activity, inflammation, and the clinical course of ulcerative colitis (UC) in the Predicting Response to Standardized Colitis Therapy (PROTECT) pediatric inception cohort. In severe disease, metabolite changes included increased dipeptides and tauro-conjugated bile acids (BAs) and decreased amino-acid-conjugated BAs in stool, whereas in plasma polyamines (N-acetylputrescine and N1-acetylspermidine) increased. Using patient samples and Veillonella parvula as a model, we uncovered nitrate- and lactate-dependent metabolic pathways, experimentally linking V. parvula expansion to immunomodulatory tryptophan metabolite production. Additionally, V. parvula metabolizes immunosuppressive thiopurine drugs through xdhA xanthine dehydrogenase, potentially impairing the therapeutic response. Our findings demonstrate that the microbiome contributes to disease-associated metabolite changes, underscoring the importance of these interactions in disease pathology and treatment.
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