性別差異和激素對小鼠腸道微生物群組成的影響

Sex differences and hormonal effects ongut microbiota composition in mice

腸道菌群男女有別？

圖片來源：網路

研究背景

脊椎動物的腸道內存著在大量、並且種類眾多的共生微生物群落，它們對宿主的生長發育、營養吸收以及免疫都有著重要的作用，而當它們的種群數量或生活狀態「失調」時，就可能導致宿主某些疾病的產生，如肥胖、糖尿病和炎症。但是我們對腸道微生物群落介導這些關聯的機制知之甚少，為此需要更深入地了解影響微生物組成的遺傳和環境因素。很明顯，現代環境（包括飲食）對塑造我們的微生物群落有巨大的影響，然而，目前還不清楚性別差異對宿主的微生物群落有何影響。一些研究表明性別對腸道微生物群的影響沒有或非常有限，而其他研究提供了兩性之間微生物群組成差異的暗示性證據，如最近的研究表明，共生微生物群落可能會影響性激素水平。

實驗設計及結果

圖1

為了檢驗微生物群落組成中是否存在性別差異，比較了來自89個匹配菌株的341隻雌性和348隻雄性小鼠。

圖2

雄性和雌性小鼠之間未加權UniFrac距離的主坐標分析（PCoA）圖。

圖3

通過C57BL / 6J，C3H / HeJ和DBA / 2J小鼠去勢，探究性激素介導的微生物群落的轉變。

該研究證明，在受控環境中，雄性和雌性小鼠在腸道微生物群組成中顯示出顯著差異，腸道微生物群組成差異至少部分地由性激素介導。激素變化強烈影響膽汁酸譜，膽汁酸譜中顯著的性別特異性差異在響應高脂高糖飲食時變得更加突出，雌性小鼠的膽汁酸合成率和膽汁酸池的比例趨於高於雄性。總而言之，這些發現支持性別差異在腸道微生物群落中的影響作用：性激素有部分作用，荷爾蒙組織（發育）效應和非性腺（性染色體）效應也可能發揮作用，該研究為了解性別差異如何影響腸道微生物群提供了一種可能的機制。

據Markle JG 2013年1月17日(Science,2013 Jan 17)報道,當自身免疫性（1型）糖尿病高風險的雌性小鼠接觸到來自成體雄性小鼠的正常腸道菌群時，它們能夠強有力地抵禦這一疾病。在這類小鼠品系中，由於遺傳風險因子超過85%雌性小鼠會形成自身免疫性糖尿病。相比之下，生命早期接觸正常雄性腸道微生物的雌性小鼠，只有25%會患這一疾病。論文首次鑒別了飼養於相同環境中的雌雄性小鼠正常腸道微生物之間的差別，並證實將雄性腸道菌群轉移到高遺傳風險的雌性體內可以預防自身免疫性疾病。

次年，美國德克薩斯大學霍華德休斯醫學研究所綜合生物學系的丹尼爾·波爾尼克（Daniel Bolnick）及其同事們，使用野生棘魚及實驗室條件下培養的棘魚、實驗室條件培養的小鼠和人類的腸道微生物為樣本，通過對其16sRNA進行測序分析，鑒定和測定了其中微生物菌群的種類和數量。在得到這些樣本的數據後，研究者使用針對性的顯著性分析方法分析比對，結果發現，飲食變化對腸道微生物菌群的影響效果因性別不同而具有顯著差距。

目前依然不能完全解釋為何存在這種性別相關的菌群差異，這個現象具體的機理還需要進一步的實驗來闡明，此外，至今為止大多數相關研究的對象是實驗鼠，於是產生了關於實驗室小鼠中進行的腸道微生物研究如何可以類推到其他物種的問題，尤其是人類。但目前基本可以明確的是：今後性別差異需要被考慮到影響腸道細菌的重要因素之中。

原文摘要:

Sexdifferences and hormonal effects on gut microbiota composition in mice

Abstract:Wepreviously reported quantitation of gut microbiota in a panel of 89 differentinbred strains of mice, and we now examine the question of sex differences inmicrobiota composition. When the total population of 689 mice was examinedtogether, several taxa exhibited significant differences in abundance betweensexes but a larger number of differences were observed at the single strainlevel, suggesting that sex differences can be obscured by host genetics andenvironmental factors. We also examined a subset of mice on chow and high fatdiets and observed sex-by-diet interactions. We further investigated the sexdifferences using gonadectomized and hormone treated mice from 3 differentinbred strains. Principal coordinate analysis with unweighted UniFrac distancesrevealed very clear effects of gonadectomy and hormone replacement onmicrobiota composition in all 3 strains. Moreover, bile acid analyses showedgender-specific differences as well as effects of gonodectomy, providing onepossible mechanism mediating sex differences in microbiota composition.

參考文獻

1 Elin O, Margarete M, Parks B W, et al.Sex differences and hormonal effects on gut microbiota composition in mice:[J].Gut Microbes, 2016, 7(4):313.

2 Markle J G M, Danska J S. Sex differencesin the gut microbiome drive hormone-dependent regulation of autoimmunity.[J].Science, 2013, 339(6123):1084.

3 Bolnick D I, Snowberg L K, Hirsch P E, etal. Individual diet has sex-dependent effects on vertebrate gut microbiota.[J].Nature Communications, 2014, 5:4500.

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