研究进展：肠道微生物在布氏田鼠胎后体温调节发育中的作用

王德华

我们团队最新一项研究确定了野生动物肠道微生物群的建立与动物恒温能力发育之间的关系，为晚成性哺乳动物幼体的胎后体温调节发育提供了新的见解，扩展了恒温动物胎后体温调节发育的相关理论，证实了肠道微生物和宿主协调发展的观点。该究成果以Role of gut microbiota in the postnatal thermoregulation of Brandt’s voles为题，于2023年8月28日在线发表在Cell Reports上。

哺乳动物的恒温性对其生存至关重要。许多恒温动物的幼体在出生后，体温调节能力尚未发育完善，热量散失是威胁其生存的重要因素。晚成型哺乳动物的幼体从出生到断乳，产热能力逐渐发育，到断乳后才具有较完善的体温调节能力。因此，恒温动物在胎后发育中体温调节能力的建立一直是学者们关注的问题。研究团队前期的研究发现，分布在内蒙古草原的啮齿动物布氏田鼠（Lasiopodomys brandtii）在出生后17日龄前，幼体在冷暴露的环境中不能维持体温的恒定，9-17日龄幼体的恒温能力发育迅速，在17日龄后幼体在冷暴露条件下可以维持恒温，身体的隔热性能也提高（迟庆生，2005布氏田鼠胎后生长和体温调节能力的发育。硕士学位论文；迟庆生等 2006 布氏田鼠胎后发育过程中褐色脂肪组织和肝脏的产热特征.兽类学报）。我们团队近年的研究已经证明，布氏田鼠的肠道微生物对其产热和体温具有较大的影响（Zhang et al. Microbiome；Bo et al. 2019 ISME J, Bo et al. 2020 ISME J）。动物出生后是获得肠道微生物的关键时期，但布氏田鼠幼体肠道微生物群的建立对其产热能力发育的影响尚不清楚。

在本研究中，我们利用抗生素来干扰布氏田鼠幼体肠道微生物群的建立，并确定了它们对产热能力发育的调节途径。抗生素给药组幼体的体温低于对照组，且在较晚时间达到恒定（图1）。

图1. 抗生素给药对布氏田鼠幼体恒温性发育的影响

我们测定了14日龄和21日龄的三组布氏田鼠的肠道微生物，发现微生物的组成和结构差异显著。抗生素处理显著降低了微生物的alpha多样性，同时干扰了幼年动物肠道微生物群的正常建立过程（图2）。

图2. 抗生素给药对布氏田鼠幼体肠道微生物建立的影响

经过非靶向代谢组学和胆汁酸及短链脂肪酸的靶向代谢组学的测定，发现抗生素处理组的布氏田鼠与对照组相比丁酸和脱氧胆酸显著降低（图3）。我们推测丁酸和脱氧胆酸作为肠道微生物群的代谢产物，可能参与了幼体的体温调节。

图3. 抗生素处理对布氏田鼠丁酸和胆汁酸的影响

随后，通过开展代谢物处理实验，该假设得到验证。肠道微生物通过“短链脂肪酸（SCFAs）-脂肪酸受体（FFAR2）-解偶联蛋白-1（UCP1）”或“脱氧胆酸（Deoxycholate）-TGR5-UCP1”途径促进布氏田鼠幼体体温调节的胎后发育（图4）。

图4. 肠道微生物促进布氏田鼠胎后体温调节发育的机制

该研究由中国科学院动物研究所博士后（现为北京林业大学副教授）薄亭贝、中国科学院动物研究所博士生唐丽秋等完成。该研究得到了国家自然科学基金、中国科协青年托举工程、中国科学院战略性先导科技专项、中国博士后基金等项目资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2023.113021

Bo TB, Tang LQ, Xu XM, Liu M, Wen J, Lv JZ and Wang DH 2023. Role of gut microbiota in the postnatal thermoregulation of Brandt’s voles. Cell Reports, 42, 113021.

文献：

迟庆生 2005布氏田鼠胎后生长和体温调节能力的发育。硕士学位论文：中国科学院动物研究所。

迟庆生、李兴升、赵志军、王德华 2006 布氏田鼠胎后发育过程中褐色脂肪组织和肝脏的产热特征。兽类学报，26 (3):274 – 279。

Zhang XY, G. Sukhchuluun, Bo TB, Chi QS, Yang JJ, Chen B, Zhang L and Wang DH 2018. Huddling remodels gut microbiota to reduce energy requirements in a small mammal species during cold exposure. Microbiome 6:126. (doi: 10.1186/s40168-018-0509-1)

Bo TB, Zhang XY, Wen J, Deng K, Qin XW and Wang DH. 2019. The microbiota–gut–brain interaction in regulating host metabolic adaptation to cold in male Brandt’s voles (Lasiopodomys brandtii). The ISME Journal 13:3037-3053 （doi.org/10.1038/s41396-019-0492-y）

Bo TB, Zhang XY, Kevin K, Wen J, Tian SJ and Wang DH. 2020 Coprophagy prevention alters microbiome, metabolism, neurochemistry, and cognitive behavior in a small mammal. The ISME Journal, 14:2625-2645. （doi.org/10.1038/s41396-020-0711-6)