基因可能决定生命早期的暴露如何塑造肠道微生物组

基因可能决定生命早期的暴露如何塑造肠道微生物组

一项小鼠研究表明，早期营养和抗生素暴露对健康的长期影响不仅取决于生命早期发生的事情，还取决于您从谁继承了基因。

学习：早期暴露对成人肠道微生物组的生长和组成的影响取决于遗传菌株和起源亲本。照片来源：Nejron Photo/Shutterstock.com

生命早期的环境因素可能会对后代产生长期影响，影响会持续到成年，部分原因是生态失调。最近发表的一项研究微生物组研究表明，个体之间的遗传差异可能会改变宿主对此类环境因素的易感性，从而使他们更容易受到肠道菌群失调的影响。

介绍

微生物定植在出生前就开始了，并深受母体基因、微生物群和环境因素（如母体饮食或抗生素暴露）的影响。 蛋白质和维生素 D 缺乏在妊娠期和哺乳期相对常见，并与菌群失调有关，而菌群失调也可能在接触抗生素后发生。

基因组成也会影响环境因素对后代的影响。例如，宿主基因和生理学可以影响胆汁酸代谢物、抗菌化合物水平和肠粘膜结构，所有这些都会影响肠道中的健康和微生物群落。

此外，特定基因的起源，无论是来自母亲还是父亲，称为亲本（PO）效应，可以显着影响最终的肠道微生物群组成和发育结果。

关于这些因素如何影响肠道微生物群和后代的长期健康，人们知之甚少。目前的研究旨在确定在生命早期接触抗生素、蛋白质摄入不足和维生素 D 缺乏的成年后代中的这些发现。人们还尝试寻找遗传背景和 PO 效应对与这些因素相关的生态失调的作用。

关于该研究

使用三组雌性协作杂交小鼠（CC）及其后代以及对照组。 CC 一词指的是近交小鼠，其基因源自三个主要物种的八个创始品系小鼠的重组。这些可能反映了复杂表型中基因-环境相互作用的影响。

在本研究中，互交是指将雌性母亲（例如 CC001）与来自不同品系的雄性父亲（例如 CC011）进行交配，反之亦然。这创造了除了性染色体和线粒体 DNA 之外基因完全相同的第一代后代，使研究人员能够隔离 PO 效应，同时保持几乎所有其他遗传因素不变。

母鼠从受孕前五周开始就开始食用含抗生素、低蛋白或低维生素 D 的食物，一直持续到泌乳停止（第 21 天）。断奶后，所有后代都改用标准化的啮齿动物饲料，直到八周龄。

研究结果

抗生素暴露

不同遗传背景（包括 CC011xcc001、CC004xcc017、CC017xcc004 等）的微生物多样性有所降低，具体取决于所使用的指标。

互交显示出相似的 α 多样性结果，但对照组除外，其中 CC011xcc001 后代比其互交后代具有更高的多样性。然而，β-多样性取决于遗传背景，PO 触发因素占测试组肠道微生物群变异的 20% 至 50%，而对照组为 20% 至 40%。

观察到丰度差异拟杆菌属展示木柄科展示阿克曼氏菌和双歧杆菌。不同物种的效果有所不同；有些数量增加了两倍，而另一些则增加了三倍。

这些后代的体重比对照组低 15%，并且在相互交叉的后代对中也存在差异。

蛋白质缺乏

蛋白质缺乏不会改变测试组和对照组之间的多样性指数。然而，就像物种一样阿克曼氏菌和双歧杆菌低蛋白后代中的频率明显低于对照组。

相互交叉评分显示 α 减少，交叉评分减少β-CC001xcc011 后代的多样性，显示遗传差异的影响。相互交叉后代对的物种水平多样性有所不同，占微生物群变异的 14% 至 20%。

在所有测试组中，低蛋白饮食使成年后代体重减少了 15%，与微生物多样性的变化无关。这与之前的研究一致，表明蛋白质缺乏与营养吸收减少有关。

三个杂交的后代比对照轻，但相互杂交的后代则不然。此外，CC011xcc001 的后代比其共同的 CC001xCC011 的后代更重，表明 PO 效应。

值得注意的是，一些杂交，例如 CC041xcc051 和 CC051XCC041，尽管微生物群多样性没有显着变化，但体重却下降了，这表明生长效应也可能通过非微生物群相关机制发生。

维生素D缺乏症

与对照组相比，维生素 D 缺乏并没有降低体重或微生物多样性，这证实了之前的研究。然而，PO 效应导致了相互交叉后代之间多样性的差异，这表明维生素 D 的发育缺乏可能会改变几种重要的肠道细菌。

例如，CC011xcc001 的后代比同一组的后代具有显着更高的微生物多样性和体重，尽管整体维生素 D 缺乏本身并不会影响这些结果。

虽然维生素 D 缺乏不会导致成年小鼠体重减轻，但杂交产生的后代比其杂交产生的后代更重。

臀部、体重和肠道微生物群

PO 占测试组内相互交叉后代对之间微生物群变异的 20% 至 58%。微生物组影响体重，体重在四个群体之间存在差异，甚至在相互交叉的后代对中也是如此。阿克曼氏菌和布劳蒂亚分别在较轻和较重小鼠的 CC051XCC041 后代中更为常见。

PO 效应在低蛋白和低维生素 D 饮食中均得到证实，因为 CC011xcc001 小鼠的后代体重较重粪状菌与其共同的 CC001XCC011 相比。这种细菌可以预防炎症性肠病、结肠癌和糖尿病，凸显了其在预防肠道菌群失调方面的重要性。

这项研究发现，PO 驱动的体重和微生物群差异在 CC001xCC011 杂交对中最为一致，强调了母体遗传贡献以及可能的表观遗传或线粒体机制的影响。

PO 效应可能是由于线粒体 DNA 或性染色体的差异、表观遗传调控或母体基因引起的胎盘或子宫效应所致。

结论

生命早期接触抗生素或缺乏蛋白质或维生素 D 可能会对被宿主 PO 效应基因修饰的成年小鼠的生长和肠道微生物群产生长期影响。这是这些结果首次显示成人发育蛋白缺乏症。

体重和脂肪含量随组间微生物组的不同而变化。在对照组、低蛋白组和低维生素 D 组的相互配对中也观察到了体重差异。因此，这项研究还首次显示了PO对成年后代体重和肠道微生物群的影响。

结果表明，早期环境暴露与遗传性母体因素相互作用，塑造终生健康轨迹，并强调需要在怀孕期间更加关注母体营养和药物。

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