Sex differences and hormonal effects ongut microbiota composition in mice

肠道菌群男女有别？

研究背景

脊椎动物的肠道内存着在大量、并且种类众多的共生微生物群落，它们对宿主的生长发育、营养吸收以及免疫都有着重要的作用，而当它们的种群数量或生活状态“失调”时，就可能导致宿主某些疾病的产生，如肥胖、糖尿病和炎症。但是我们对肠道微生物群落介导这些关联的机制知之甚少，为此需要更深入地了解影响微生物组成的遗传和环境因素。很明显，现代环境（包括饮食）对塑造我们的微生物群落有巨大的影响，然而，目前还不清楚性别差异对宿主的微生物群落有何影响。一些研究表明性别对肠道微生物群的影响没有或非常有限，而其他研究提供了两性之间微生物群组成差异的暗示性证据，如最近的研究表明，共生微生物群落可能会影响性激素水平。

实验设计及结果

图1

为了检验微生物群落组成中是否存在性别差异，比较了来自89个匹配菌株的341只雌性和348只雄性小鼠。

图2

雄性和雌性小鼠之间未加权UniFrac距离的主坐标分析（PCoA）图。

图3

通过C57BL / 6J，C3H / HeJ和DBA / 2J小鼠去势，探究性激素介导的微生物群落的转变。

该研究证明，在受控环境中，雄性和雌性小鼠在肠道微生物群组成中显示出显著差异，肠道微生物群组成差异至少部分地由性激素介导。激素变化强烈影响胆汁酸谱，胆汁酸谱中显著的性别特异性差异在响应高脂高糖饮食时变得更加突出，雌性小鼠的胆汁酸合成率和胆汁酸池的比例趋于高于雄性。总而言之，这些发现支持性别差异在肠道微生物群落中的影响作用：性激素有部分作用，荷尔蒙组织（发育）效应和非性腺（性染色体）效应也可能发挥作用，该研究为了解性别差异如何影响肠道微生物群提供了一种可能的机制。

据Markle JG 2013年1月17日(Science,2013 Jan 17)报道,当自身免疫性（1型）糖尿病高风险的雌性小鼠接触到来自成体雄性小鼠的正常肠道菌群时，它们能够强有力地抵御这一疾病。在这类小鼠品系中，由于遗传风险因子超过85%雌性小鼠会形成自身免疫性糖尿病。相比之下，生命早期接触正常雄性肠道微生物的雌性小鼠，只有25%会患这一疾病。论文首次鉴别了饲养于相同环境中的雌雄性小鼠正常肠道微生物之间的差别，并证实将雄性肠道菌群转移到高遗传风险的雌性体内可以预防自身免疫性疾病。

次年，美国德克萨斯大学霍华德休斯医学研究所综合生物学系的丹尼尔·波尔尼克（Daniel Bolnick）及其同事们，使用野生棘鱼及实验室条件下培养的棘鱼、实验室条件培养的小鼠和人类的肠道微生物为样本，通过对其16sRNA进行测序分析，鉴定和测定了其中微生物菌群的种类和数量。在得到这些样本的数据后，研究者使用针对性的显著性分析方法分析比对，结果发现，饮食变化对肠道微生物菌群的影响效果因性别不同而具有显著差距。

目前依然不能完全解释为何存在这种性别相关的菌群差异，这个现象具体的机理还需要进一步的实验来阐明，此外，至今为止大多数相关研究的对象是实验鼠，于是产生了关于实验室小鼠中进行的肠道微生物研究如何可以类推到其他物种的问题，尤其是人类。但目前基本可以明确的是：今后性别差异需要被考虑到影响肠道细菌的重要因素之中。

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.

参考文献

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.