小鼠微生物組影響其基因表達和代謝的性別特異性晝夜節律

| 編譯：蔡雅明 梁耀升 魏韜 鄭倩望 王涓（華南農業大學食品學院）

生物鐘和相關進食節律對新陳代謝和腸道微生物產生深遠的影響，但現在還難以確定微生物和宿主的日常生理節律的相互影響程度。在2019《Cell Metabolism》的第29期，來自瑞士的研究人員通過分析雄性和雌性無菌小鼠的轉錄組和代謝組特徵，證明小鼠微生物組與其基因表達和代謝、特定性別的晝夜節律有關。

介紹

微生物組失調和生物鐘與肥胖相關的代謝疾病的進展有關。共生的成分和代謝活動細菌表現出依賴於生物鐘的晝夜變化、進食節律。反之亦然，微生物群可以反饋宿主中的時鐘基因表達。為了進一步研究宿主-微生物群關係和生物鐘之間的關係，研究人員使用了四種LC-MS/MS方法，對使用常規培養的ConvR（Conventionally raised常規培養，以下簡稱ConvR）小鼠和GF（Germ-free無菌，以下簡稱GF）小鼠的RNA測序（RNA-seq）的肝臟，十二指腸、迴腸和周圍白色脂肪組織中的時間基因表達組織（WAT）進行比較。通過兩者的轉錄組和代謝組關聯分析揭示微生物對小鼠性別特異性的影響。

GF小鼠節律基因表達與性別特異性基因的全局變化

研究人員發現在GF小鼠的十二指腸和迴腸中大多數免疫應答和免疫細胞移動性相關的基因表現出顯著的表達降低。通過量化ConvR和GF小鼠中的節律基因表達，發現大多數節律基因不受影響，GF小鼠十二指腸和迴腸中節律基因比例高，但在肝臟和WAT脂肪組織中相反。生物鐘和敲除基因發生微小變化，在GF小鼠肝臟轉錄因子獲得節律性表達，與脂質和膽固醇代謝的基因在GF小鼠中失去節律性，表明細菌定植參與維持肝臟的性別二態性。在實驗過程中，研究人員發現性別特異性基因表達在GF小鼠中受阻，因此開始鑒定GF小鼠肝臟性別差異阻斷信號通路。

腸道微生物群改變外周器官中的節律基因表達但輕度影響時鐘基因表達

微生物群對性二態代謝組的影響

通過分析後，研究人員確定了三條相互關聯的代謝途徑。第一條途徑設計谷胱甘肽、嘌呤和嘧啶的代謝，第二條涉及糖酵解和FA（Fatty acid脂肪酸）氧化，最後一條通路涉及谷胱甘肽、氨基酸和磷脂代謝。三條通路都影響微生物組對性別二態性肝臟代謝調節作用以及性激素信號傳導。此外，通過分析在ConvR和GF條件下對肝臟的性別二態性基因，結果表明GF小鼠在節律基因表達和代謝組中表現出減毒的性別二態性。

結論

雖然生物鐘基因的mRNA表達顯示肝、腸和白色脂肪組織只發生細微變化，但卻顯示出無菌小鼠與節律生理學相關的基因的表達有顯著改變。特別的，微生物組的缺失減弱了肝臟的兩性異形和性別特異性節律性。由此產生的無菌動物的雄性雌性化和雌性雄性化可能是由性發育和生長激素分泌改變引起的，與異生素受體的差異激活有關。這定義了微生物組通過其調節宿主代謝的新機制。

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