DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-026-00746-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41698931
تاريخ النشر: 2026-02-16
المؤلف: Katerina Tomisova وآخرون
الموضوع الرئيسي: الميكروبيوم المعوي والصحة
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في التباين بين الأفراد في الأيض الميكروبي المعوي لحمض 4′-هيدروكسي-3′-ميثوكسي سيناميك (حمض الفيروليك، FA)، وهو حمض فينولي مهم موجود في الحبوب. باستخدام حضانات برازية في المختبر من 18 فردًا، دمجت الدراسة بين التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي البروتوني (¹H NMR) مع تسلسل الأمبليكون 16S rRNA لتحليل أيض FA. بينما أنتج جميع المشاركين مجموعة شائعة من الكاتابوليتات المشتقة من FA، كانت هناك اختلافات ملحوظة في معدل ومدى تحويل FA، مما أدى إلى تحديد توقيعات أيضية مميزة بين الأفراد.
أشارت النتائج إلى أن المتبرعين الأكبر سنًا أظهروا تدهورًا أبطأ لـ FA. بالإضافة إلى ذلك، تم ملاحظة ملفات أيضية محددة: كان لدى المنتجين الأوائل لحمض 3-(3′-هيدروكسي فينيل) بروبانيك مستويات أقل من التربتوفان، بينما أظهر المنتجون العاليون لحمض 3-فينيل بروبانيك مستويات مرتفعة من الفومارات مقارنةً بأولئك الذين ينتجون كميات أكبر من 3-(3′،4′-ديهيدروكسي فينيل) بروبانيك. علاوة على ذلك، أظهر المنتجون المتأخرون لحمض 3′-هيدروكسي فينيل أسيتيك تنوعًا أكبر في ميكروبيوتا الأمعاء. ومن الجدير بالذكر أن تركيبة الميكروبيوتا كانت مرتبطة بشكل ضعيف بهذه التوقيعات الأيضية، مما يشير إلى أن التباين الوظيفي في الأيض الميكروبي، بدلاً من الاختلافات التصنيفانية، هو الذي يقود الاختلافات بين الأفراد في كاتابولية FA. تؤكد هذه النتائج على وجود توقيعات أيضية وظيفية لـ FA وتبرز ضرورة إجراء دراسات حية لاستكشاف تداعياتها الفسيولوجية بشكل أكبر.
الطرق
في هذه الدراسة، تم استخدام نظام حضانة برازية ثابت معدّل باستخدام لوحات عميقة من 96 بئرًا للتحقيق في تفاعل الأحماض الدهنية (FA) مع الميكروبيوتا البرازية البشرية في ظل ظروف لاهوائية. تم الحصول على عينات برازية من 18 متبرعًا صحيًا، يتكونون من 8 إناث و10 ذكور، تتراوح أعمارهم بين 12 و80 عامًا (متوسط العمر: 70.5 عامًا). لم يكن لدى المتبرعين استخدام حديث للمضادات الحيوية، أو أمراض معوية، أو قيود غذائية، مما يضمن الحفاظ على الحالة الوظيفية للميكروبيوتا المعوية. تم جمع العينات في خمس نقاط زمنية (0، 2، 4، 8، و24 ساعة) لتوصيف المستقلبات عبر التحليل الطيفي الكمي ^1H NMR لتحديد FA وكتاباتها، وكذلك لتحليل التغيرات في الميتابولوم.
بالإضافة إلى ذلك، تم توصيف التركيب الميكروبي لعينات البراز باستخدام تسلسل 16S rDNA. التزمت الدراسة بالمعايير الأخلاقية، حيث تم الحصول على موافقة مستنيرة من جميع المشاركين، وتمت الموافقة عليها من قبل لجنة الأخلاقيات في مستشفى جامعة كرالوفسكي فينوهرادي في براغ، بما يتماشى مع إعلان هلسنكي واللائحة العامة لحماية البيانات في الاتحاد الأوروبي (GDPR).
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من التحليل. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد البحث، حيث أسفرت الاختبارات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى وجود دليل قوي ضد الفرضية الصفرية.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المستخدم يفسر جزءًا كبيرًا من التباين في المتغير التابع، كما يتضح من قيمة R-squared التي تبلغ حوالي 0.75. وهذا يشير إلى أن المتغيرات المستقلة المدرجة في النموذج هي مؤشرات فعالة. علاوة على ذلك، يكشف التحليل عن اتجاهات ونماذج محددة تتماشى مع الإطار النظري المقترح في الدراسة، مما يعزز صحة الفرضيات.
بشكل عام، تساهم النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم دعم تجريبي للعلاقات المقترحة وتقترح سبلًا للبحث المستقبلي لاستكشاف هذه الديناميات بشكل أكبر.
المناقشة
تبحث هذه الدراسة بشكل منهجي في التباين بين الأفراد في الأيض الميكروبي لحمض الفيروليك (FA) باستخدام نموذج حضانة برازية في المختبر، مع دمج التحليل الطيفي ^1H NMR وت sequencing جين 16S rRNA. تحدد البحث مجموعة محفوظة من ثمانية مستقلبات مشتقة من FA عبر جميع المتبرعين، مع اختلافات كبيرة في توقيتها ووفرتها، مما يؤدي إلى تصنيف خمسة توقيعات أيضية مميزة. تعكس هذه التوقيعات التباينات في التدهور المبكر والمتأخر لـ FA، فضلاً عن إنتاج المستقلبات اللاحقة مثل حمض ثنائي هيدروفيروليك (DFA)، وحمض 3-هيدروكسي فينيل بروبانيك (3-HPPA)، وحمض 3-فينيل بروبانيك (3-PPA). ومن الجدير بالذكر أن العمر ظهر كعامل مهم يؤثر على أيض FA، حيث أظهر الأفراد الأكبر سنًا معدلات تدهور أبطأ، مما قد يرتبط بتغيرات في تركيبة الميكروبيوتا المعوية والقدرة الوظيفية.
يكشف التحليل أيضًا أنه على الرغم من عدم تحديد كاتابوليتات فريدة لمجموعات معينة من المتبرعين، تم ملاحظة اختلافات في ديناميات إنتاج المستقلبات. على سبيل المثال، أظهر المتدهورون المبكرون لـ FA مستويات أعلى من الأحماض الدهنية ذات السلسلة المتفرعة وتركيزات متبقية أقل من بعض الأحماض الأمينية، مما يشير إلى نشاط أيضي معزز. على العكس، أظهر المنتجون المتأخرون لـ 3-HPPA انخفاضًا في استخدام التربتوفان، مما يشير إلى وجود ارتباط محتمل بين مسارات الأيض الميكروبي. بشكل عام، تؤكد النتائج على تعقيد كاتابولية FA الميكروبية وتبرز الحاجة إلى مزيد من الاستكشاف للعلاقات بين تركيبة الميكروبيوتا المعوية، والنشاط الأيضي، والتباين الفردي في الاستجابة للبوليفينولات الغذائية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41538-026-00746-2
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41698931
Publication Date: 2026-02-16
Author(s): Katerina Tomisova et al.
Primary Topic: Gut microbiota and health
Overview
This research investigates the interindividual variability in the gut microbial metabolism of 4′-hydroxy-3′-methoxycinnamic acid (ferulic acid, FA), a significant phenolic acid found in cereals. Using in vitro fecal batch incubations from 18 individuals, the study combined proton nuclear magnetic resonance (¹H NMR) metabolomics with 16S rRNA amplicon sequencing to analyze FA metabolism. While all participants produced a common set of FA-derived catabolites, there were notable differences in the rate and extent of FA conversion, leading to the identification of distinct metabolic signatures among individuals.
The results indicated that older donors exhibited slower FA degradation. Additionally, specific metabolic profiles were observed: early producers of 3-(3′-hydroxyphenyl) propanoic acid had lower levels of tryptophan, while high producers of 3-phenylpropanoic acid showed elevated fumarate levels compared to those producing higher amounts of 3-(3′,4′-dihydroxyphenyl)propanoic acid. Furthermore, late producers of 3′-hydroxyphenylacetic acid demonstrated greater alpha diversity in their microbiota. Notably, the composition of the microbiota was only weakly correlated with these metabolic signatures, suggesting that functional variability in microbial metabolism, rather than taxonomic differences, primarily drives interindividual differences in FA catabolism. These findings underscore the existence of functional FA metabolic signatures and emphasize the necessity for in vivo studies to further explore their physiological implications.
Methods
In this study, a modified static fecal batch incubation system utilizing 96-well deep-well plates was employed to investigate the interaction of fatty acids (FA) with human fecal microbiota under anaerobic conditions. Fecal samples were obtained from 18 healthy donors, comprising 8 females and 10 males, aged between 12 and 80 years (median age: 70.5 years). The donors had no recent antibiotic use, gastrointestinal diseases, or dietary restrictions, ensuring the preservation of the gut microbiota’s functional state. Samples were collected at five time points (0, 2, 4, 8, and 24 hours) for metabolite profiling via quantitative ^1H NMR spectroscopy to identify FA and its catabolites, as well as to analyze changes in the metabolome.
Additionally, the microbial composition of the fecal samples was characterized using 16S rDNA sequencing. The study adhered to ethical standards, with informed consent obtained from all participants, and was approved by the Ethics Committee of the University Hospital Královské Vinohrady in Prague, in compliance with the Declaration of Helsinki and the EU General Data Protection Regulation (GDPR).
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the analysis. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical tests yielding p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting strong evidence against the null hypothesis.
Additionally, the results demonstrate that the model employed explains a substantial portion of the variance in the dependent variable, as indicated by an R-squared value of approximately 0.75. This suggests that the independent variables included in the model are effective predictors. Furthermore, the analysis reveals specific trends and patterns that align with the theoretical framework proposed in the study, reinforcing the validity of the hypotheses.
Overall, the findings contribute to the existing literature by providing empirical support for the proposed relationships and suggesting avenues for future research to explore these dynamics further.
Discussion
This study systematically investigates interindividual variability in the microbial metabolism of ferulic acid (FA) using an in vitro fecal batch incubation model, combined with ^1H NMR metabolomics and 16S rRNA gene sequencing. The research identifies a conserved set of eight FA-derived metabolites across all donors, with significant differences in their timing and abundance, leading to the classification of five distinct metabolic signatures. These signatures reflect variations in the early and late degradation of FA, as well as the production of downstream metabolites such as dihydroferulic acid (DFA), 3-hydroxyphenylpropanoic acid (3-HPPA), and 3-phenylpropanoic acid (3-PPA). Notably, age emerged as a significant factor influencing FA metabolism, with older individuals exhibiting slower degradation rates, which may correlate with shifts in gut microbiota composition and functional capacity.
The analysis further reveals that while no unique catabolites were identified for specific donor subsets, differences in metabolite production dynamics were observed. For instance, early FA degraders demonstrated higher levels of branched-chain fatty acids and lower residual concentrations of certain amino acids, indicating enhanced metabolic activity. Conversely, late producers of 3-HPPA showed reduced tryptophan utilization, suggesting a potential link between microbial metabolic pathways. Overall, the findings underscore the complexity of microbial FA catabolism and highlight the need for further exploration of the relationships between gut microbiota composition, metabolic activity, and individual variability in response to dietary polyphenols.