小鼠微生物组影响其基因表达和代谢的性别特异性昼夜节律

来源：中国生物技术网

| 编译：蔡雅明 梁耀升 魏韬 郑倩望 王涓（华南农业大学食品学院）

生物钟和相关进食节律对新陈代谢和肠道微生物产生深远的影响，但现在还难以确定微生物和宿主的日常生理节律的相互影响程度。在2019《Cell Metabolism》的第29期，来自瑞士的研究人员通过分析雄性和雌性无菌小鼠的转录组和代谢组特征，证明小鼠微生物组与其基因表达和代谢、特定性别的昼夜节律有关。

介绍

微生物组失调和生物钟与肥胖相关的代谢疾病的进展有关。共生的成分和代谢活动细菌表现出依赖于生物钟的昼夜变化、进食节律。反之亦然，微生物群可以反馈宿主中的时钟基因表达。为了进一步研究宿主-微生物群关系和生物钟之间的关系，研究人员使用了四种LC-MS/MS方法，对使用常规培养的ConvR（Conventionally raised常规培养，以下简称ConvR）小鼠和GF（Germ-free无菌，以下简称GF）小鼠的RNA测序（RNA-seq）的肝脏，十二指肠、回肠和周围白色脂肪组织中的时间基因表达组织（WAT）进行比较。通过两者的转录组和代谢组关联分析揭示微生物对小鼠性别特异性的影响。

GF小鼠节律基因表达与性别特异性基因的全局变化

研究人员发现在GF小鼠的十二指肠和回肠中大多数免疫应答和免疫细胞移动性相关的基因表现出显著的表达降低。通过量化ConvR和GF小鼠中的节律基因表达，发现大多数节律基因不受影响，GF小鼠十二指肠和回肠中节律基因比例高，但在肝脏和WAT脂肪组织中相反。生物钟和敲除基因发生微小变化，在GF小鼠肝脏转录因子获得节律性表达，与脂质和胆固醇代谢的基因在GF小鼠中失去节律性，表明细菌定植参与维持肝脏的性别二态性。在实验过程中，研究人员发现性别特异性基因表达在GF小鼠中受阻，因此开始鉴定GF小鼠肝脏性别差异阻断信号通路。

肠道微生物群改变外周器官中的节律基因表达但轻度影响时钟基因表达

微生物群对性二态代谢组的影响

通过分析后，研究人员确定了三条相互关联的代谢途径。第一条途径设计谷胱甘肽、嘌呤和嘧啶的代谢，第二条涉及糖酵解和FA（Fatty acid脂肪酸）氧化，最后一条通路涉及谷胱甘肽、氨基酸和磷脂代谢。三条通路都影响微生物组对性别二态性肝脏代谢调节作用以及性激素信号传导。此外，通过分析在ConvR和GF条件下对肝脏的性别二态性基因，结果表明GF小鼠在节律基因表达和代谢组中表现出减毒的性别二态性。

结论

虽然生物钟基因的mRNA表达显示肝、肠和白色脂肪组织只发生细微变化，但却显示出无菌小鼠与节律生理学相关的基因的表达有显着改变。特别的，微生物组的缺失减弱了肝脏的两性异形和性别特异性节律性。由此产生的无菌动物的雄性雌性化和雌性雄性化可能是由性发育和生长激素分泌改变引起的，与异生素受体的差异激活有关。这定义了微生物组通过其调节宿主代谢的新机制。