概述

多组学（Multi-omics）研究分析是指整合两种及以上组学技术（如基因组、转录组、蛋白组、代谢组、表观组、微生物组等）的数据，在整体层面系统解析生物系统的分子机制，并挖掘跨组学间的调控关系与关键生物标志物。其核心在于“以生物学问题为中心”，通过数据整合实现从“数据”到“生物学洞察”的转化

核心分析逻辑和框架

1、数据QC与预处理：对各组学原始数据进行独立质控（如测序质量、缺失值处理、批次效应校正），确保单组学数据可靠，避免整合时放大噪声。

2、单组学层（独立分析）：分别进行差异分析（如差异表达基因、差异蛋白、差异代谢物）和降维聚类（PCA/UMAP），明确各单组学对表型的贡献。

3、交叉验证层（一致性验证）：对比不同组学对同一生物学结论的支持度（如转录组显示某通路上调，蛋白组显示同通路蛋白丰度升高，代谢组显示通路产物积累），验证核心机制的可靠性。

4、机制链条层（关联分析）：建立从上游到下游的分子联系（如SNP → 表达变化 → 蛋白变化 → 代谢变化 → 表型），解析跨组学间的调控网络。

5、模块与网络层（系统解析）：将单分子扩展至功能模块，构建共表达网络、蛋白互作网络、代谢通路网络，寻找关键调控模块（Hub genes）和核心通路。

6、生物学解释层（结果提炼）：结合生物学背景，提炼核心调控因子、关键通路，形成可解释、可验证的“机制故事线”。

常见分析思路

1、基于差异结果的整合：取不同组学差异结果的交集（Venn/Upset图）或同通路富集，筛选跨组学共同变化的分子。

2、基于相关性的整合：计算不同组学数据间的相关性（如皮尔森/斯皮尔曼相关系数），绘制关联热图、散点图，挖掘跨组学间的协同或拮抗关系。

3、基于通路的整合：将不同组学数据映射到同一通路框架（如KEGG）中，观察基因、蛋白、代谢物在通路中的协同变化。

4、基于网络的整合：构建多组学关联网络（如WGCNA共表达网络、相似性网络融合SNN、多组学因子分析MOFA），挖掘跨组学间的复杂互作关系。

5、基于机器学习的整合：利用随机森林、XGBoost、DIABLO等算法进行特征选择、分类预测和关键分子筛选。

常见技术组合与关联逻辑

1、转录组+蛋白组：解析基因表达与蛋白丰度的上下游关联，验证翻译调控机制。

2、转录组/表观组+代谢组：解析基因/甲基化调控对代谢物的影响，揭示代谢-表观调控偶联。

3、代谢组+微生物组：解析肠道菌群代谢物与宿主代谢物的互作，揭示“肠-脑轴”或“肠-肝轴”机制。

4、转录组+代谢组+微生物组：解析菌群介导代谢重塑并调控宿主转录的级联关系，揭示菌群 - 代谢 - 宿主多轴互作机制。

5、多组学+表型组：将多组学特征与临床表型关联，筛选与表型最相关的分子标志物。

“多组学”经典案例解析

题目：Obacunone ameliorates high-fat diet-induced MAFLD by regulating the PPARγ-FABP1/CD36 axis and the gut-liver crosstalk

单位：深圳科技大学

期刊：Phytomedicine

影响影子：8.3

分区：JCR Q1，中科院1区

发表时间：2025年11月

转录组分析主要锁定了PPARγ-FABP1/CD36轴，微生物组拓展肠-肝轴维度，补充环境-炎症调控网络，粪便代谢组筛选菌群衍生的关键代谢物，建立肠道菌群变化→代谢物改变→肝脏功能改善的因果关联，让转录组的“内调控”与微生物组的外调控形成闭环，最终构建起PPARγ-FABP1/CD36轴（肝内）+肠-肝轴菌群-代谢物（肠外）的双重作用机制。研究首次揭示黄柏桐（Obacunone, Oba）通过促进PPARγ泛素化降解、抑制其转录活性，下调FABP1/CD36表达，减少脂肪酸摄取，从而改善高脂饮食诱导的MAFLD。此外，Oba还能调节肠道菌群和代谢物组成，修复肠屏障功能，通过“肠-肝”轴多途径发挥保护作用。

方法与逻辑

1、模型构建：动物分正常饮食（ND）、HFD、HFD+低/高剂量黄柏酮、HFD+二甲双胍（阳性对照）组，干预12周；细胞用FFA造脂肪变性、TNF-α造炎症模型。

2、检测与组学：测肝脂质、功能及抗氧化指标；利用转录组分析肝和细胞基因；16SrDNA微生物组测粪便菌群；UHPLC-Q-TOF/MS代谢组分析粪便代谢物。

3、机制验证：通过WB、测序、双荧光素酶报告等实验，确认黄柏酮调控PPARγ-FABP1/CD36轴及肠-肝对话的双机制。

关键结果描述

1、黄柏酮改善高脂饮食喂养小鼠的肝脂肪变性和氧化应激

通过构建HFD诱导MAFLD小鼠模型，检测体重、肝HE/ORO染色及TG、ALT、SOD等指标，发现黄柏酮Oba高剂量（10mg/kg/day）和低剂量（5mg/kg/day）干预组体重均显著降低、Oba和二甲双胍干预组则有所改善减少肝脂质沉积、小鼠肝脏AST水平和ALT水平以及NEFA水平显著降低，而肝脏SOD水平升高。这些结果证实Oba对于HFD诱导的MAFLD具有改善作用。

2、黄柏酮调控高脂饮食喂养小鼠的PPAR通路及脂肪酸代谢过程

对小鼠肝脏进行RNA-seq，分析发现PPAR途径和脂肪酸代谢过程显著富集。PPI网络分析表明PPARγ是一个hub基因，通过动物实验，以及游离脂肪酸（PO）建立HepG2细胞脂肪变性模型，结合RT-qPCR、WB实验，发现黄柏酮调控的差异基因富集于PPAR通路，显著下调PPARγ、FABP1等脂肪酸代谢相关基因及蛋白表达。

3、黄柏酮减少PO诱导的HepG2细胞脂质积累和脂肪酸摄取

用PO诱导HepG2细胞脂肪变性，经CCK-8、TG检测、Bodipy染色等，发现黄柏酮在安全浓度内减少细胞脂质、下调FABP1/CD36表达，且抑制脂肪酸摄取。

4、黄柏酮以PPARγ依赖方式下调脂肪酸转运体

免疫荧光和WB等证实PO处理显著升高核内PPARγ蛋白水平，而Oba处理显著降低PPARγ蛋白核内表达水平，双荧光素酶报告基因实验结果表明，Oba能显著抑制PPARγ的转录活性，PPARγ过表达促进了FABP1转录，在DR1 motif突变后该作用消失，Oba显著降低FABP1启动子活性，DR1 motif突变后该作用消失。以上结果表明Oba通过PPARγ依赖性机制下调脂肪酸转运蛋白FABP1等，实现脂肪酸转运体下调。

5、黄柏酮通过泛素-蛋白酶体途径促进PPARγ降解

Oba蛋白靶点高通量反向虚拟筛选得出PPARγ的辅助因子RXRα是其潜在靶标，经WB、Co-IP及蛋白半衰期实验，用MG132（蛋白酶体抑制剂）和CHX（蛋白合成抑制剂）处理，发现黄柏酮不影响PPARγ-RXRα结合，Oba降低了内源性PPARγ蛋白质的稳定性，并促进其在蛋白质合成抑制剂存在下的降解，Oba在转染外源性泛素化分子HA-Ub的细胞中促进PPARγ的泛素化修饰。

6、黄柏酮在体内外减轻结肠炎症并修复肠道屏障完整性

对小鼠结肠做HE/IHC染色、测血清指标，TNF-α诱导SW620细胞炎症，发现黄柏酮修复肠屏障、降低血清LPS及炎症因子，同时抑制SW620细胞NF-κB激活，Oba可有效降低HFD诱导的MAFLD小鼠血清内毒素和促炎细胞因子的水平、修复肠道屏障。

7、黄柏酮调控高脂饮食喂养小鼠的肠道菌群结构和组成

对小鼠粪便进行16SrDNA测序，分析α/β多样性及菌群丰度，发现黄柏酮恢复菌群多样性，调节厚壁菌门/拟杆菌门比例，且改善有害菌与有益菌丰度。

8、黄柏酮对高脂饮食诱导小鼠的粪便代谢物有调控作用

采用UHPLC-Q-TOF-MS做粪便代谢组分析，结合相关性分析，发现黄柏酮逆转HFD导致的代谢物紊乱，关键代谢物（如麦角硫因）与肝脏指标相关，Oba通过“肠道微生物-代谢物-肝脏”轴发挥抗MAFLD作用。