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16S+ 代谢组学技术喜登 Gut 项目文章

最近在《Gut》和其它杂志上发表的 12 篇文章表明,肠道微生物群影响生育能力。应用粪便微生物群移植(FMT)手段改善生育能力是一个新兴的研究领域。本篇由中国农业科学院联合鹿明生物合作客户青岛农业大学等实验团队在 Gut 发表 「Improvement in sperm quality and spermatogenesis following faecal microbiota transplantation from alginate oligosaccharide dosed mice」的文章,文章运用 LC-MS 非靶向代谢组、16s 微生物多样性、转录组等多种检测手段发现了肠道微生物群与挽救精子形成和精子质量联系起来的机制。首次说明,肠道微生物群可以通过改善精子形成来治疗男性不育。
 

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标题:移植喂食了褐藻寡糖的小鼠的粪菌便可改善精子质量和精子形成

期刊:Gut

影响因子:17.943

发表时间:2020 年 4 月

合作单位:青岛农业大学

运用生物技术:LC-MS 非靶向代谢组(由鹿明生物提供技术支持)、16s 微生物多样性、转录组


研究背景

应用粪便微生物群移植(FMT)来改善生育能力是一个新兴的研究领域。在高脂肪饮食下形成的肠道微生物的 FMT 进入正常饮食的小鼠体内,导致精子无法产生且活力降低,这表明恢复肠道微生物群可能是改善由环境因素引起的男性不育障碍的一种手段。然而,到目前为止,还没有用 FMT 来改善生育率的研究报道。

在最近的一项研究中,我们发现,白消安(Busulfan)会抑制精子形成和降低精子质量,扰乱肠道微生物群,这在许多其他研究中都有发现。褐藻寡糖(AOS)是一种具有多种益处的天然产物,可通过增加「有益」细菌(如拟杆菌目和乳杆菌科)和减少「有害」细菌(如脱硫弧菌科)来挽救白消安对精子的损害。

 

研究思路
 

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研究看点

 

▶1. 白消安可降低小鼠精子活力及浓度,破坏精子形成和精子质量,扰乱肠道菌群;

▶2. 移植喂食了 10 mg/kg 褐藻寡糖的小鼠的粪菌给白消安处理后的小鼠(A10-FMT),可显著改善后者的精子质量;

▶3. A10-FMT 小鼠睾丸中的抗氧化酶 GPX1 水平增加,精子形成相关基因和关键蛋白表达升高;

▶4. A10-FMT 小鼠粪便中有益菌(如拟杆菌目和双歧杆菌目)丰度升高,血液和睾丸代谢组显著改善以恢复精子形成;

▶5. 肠道菌群、血液代谢产物和睾丸代谢产物之间存在相关性。

 

为了验证这个假设,研究者用不同浓度的褐藻寡糖(AOS)喂养小鼠,取小鼠小肠官腔内容物 FMT,FMT 喂养白消安喂养的小鼠。探讨 FMT 对精子质量和精子形成的作用。A10-FMT(白消安加 AOS 10 mg/kg BW 小鼠肠道微生物群)显著提高精子浓度(2 倍)和精子活力(2 倍)(图 1A,B)。小鼠睾丸样本中的生殖细胞特异性标记物 VASA(图 1C)显示,A10-FMT 显著改善了精子形成。

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图 1 | 小鼠精子活力、浓度、VASA 染色及细胞凋亡状态

 

(A)小鼠精子浓度。y 轴代表精子浓度,x 轴代表各组别(n=30 只/组)。标有不同的 a、b、c 表示有显著差异(p<0.05)。

(B)小鼠精子活力。Y 轴代表精子活力百分比,x 轴代表各组别(n=30 只/组)。标有不同的 a、b、c 表示有显著差异(p<0.05)。

(C)小鼠睾丸样本中生殖细胞特异标记物 VASA 染色。A10-FMT 改善了睾丸中生精相关基因的表达(图 2A-D),并提高了生精最重要基因的蛋白表达(图 2E)。


 

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图 2 | 小鼠睾丸样本的 RNA-seq 数据


(A)三个比较组中差异表达基因的聚类热图;对照组与 Sa;Sa 与 Con-FMT;Sa 与 A10-FMT。

(B)对照组与 Sa 组中下调基因的 GO 富集分析;

(C)Sa 与 A10-FMT 中上调基因的 GO 富集分析;

(D)SA 与 Con-FMT 中上调基因的富集;

(E)小鼠睾丸生精相关标记基因的免疫荧光染色;

 

研究结果

这项研究利用多层组学手段发现了一个肠道微生物群与挽救精子形成和精子质量的机制。发现白消安处理可降低小鼠的精子质量及精子形成,并破坏肠道菌群。小鼠喂食褐藻寡糖后,将其粪菌移植给白消安处理后的小鼠,可通过调节肠道菌群组成、改善血液及睾丸代谢组,以提升后者的精子质量并恢复精子形成。由于肠道微生物群和宿主之间的相互作用非常复杂,需要更多的工作来阐明 FMT 促进精子形成的深层机制。目前的数据首次说明,肠道微生物群可以通过改善精子形成来治疗男性不育。

文末看点:

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部分文献参考

 

Improvement in sperm quality and spermatogenesis following faecal microbiota transplantation from alginate oligosaccharide dosed mice[J].Gut, 2020, pii: gutjnl-2020-320992.

 

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