早期肠道菌群核心物种调节小鼠代谢健康

在这里，作者使用非生物小鼠来证明人类婴儿肠道菌群的三个核心物种（粘液红曲菌，限制马拉色菌和白色念珠菌）对白色脂肪组织中的肠道微生物群和免疫环境具有明显的调节作用，其中粘液红曲菌和限制马拉色菌增加肥胖并加剧代谢疾病，而白色念珠菌导致消瘦和对饮食性肥胖的抵抗。

　　

早期肠道真菌定植对小鼠代谢健康影响的研究解读

加拿大卡尔加里大学（University of Calgary）的 Mackenzie W. Gutierrez、Erik van Tilburg Bernardes 等研究人员在《Nature Communications》期刊上发表了题为 “Early-life gut mycobiome core species modulate metabolic health in mice” 的论文。该研究揭示了早期生命中肠道真菌群落核心物种对小鼠代谢健康的影响，为深入理解肠道微生物组与宿主代谢之间的复杂关系提供了关键证据，有助于推动针对代谢性疾病的新疗法和预防策略的开发，在微生物学和代谢健康研究领域具有重要意义。

一、研究背景

肠道微生物组与代谢疾病的发展密切相关，但其中真菌的作用却未得到充分研究。早期生命阶段是肠道微生物组与宿主系统共同发育的关键时期，这一时期微生物组的扰动与多种疾病相关，如肥胖。诸多影响肥胖发展的早期因素，如抗生素使用、分娩方式和饮食等，同样会影响肠道真菌群落，暗示真菌可能参与肥胖的发生，但相关证据有限。动物模型研究虽已开始揭示肠道真菌在能量获取和宿主代谢中的作用，但不同真菌物种的具体影响差异很大。例如，白色念珠菌（Candida albicans）在长期饮食暴露下可调节代谢激素并减轻饮食诱导的肥胖，而近平滑念珠菌（Candida parapsilosis）则会加剧肥胖。此外，人类研究发现肠道真菌群落与肥胖相关疾病（如 2 型糖尿病和非酒精性脂肪肝病）存在关联，婴儿肠道真菌群落的成熟模式和核心真菌物种的丰度与儿童体重指数（BMI）相关。然而，这些真菌分类群对肥胖发展的因果贡献仍不明确。鉴于肠道细菌微生物组影响宿主代谢健康的机制涉及免疫细胞群体和白色脂肪组织（WAT）炎症状态的改变，研究人员推测肠道真菌的免疫调节特性可能也会通过调节 WAT 免疫景观来影响宿主能量平衡。

二、研究材料与方法

（一）实验动物与菌群构建

选用 7 - 13 周龄的无菌 C57Bl/6J 小鼠，来自卡尔加里大学国际微生物组中心（IMC）的无菌小鼠设施。雌性小鼠口服灌胃含有不同菌群的悬液，包括单独的 Oligo - MM12 细菌群落（“B”），以及分别与白色念珠菌（“B + C”）、粘红酵母（Rhodotorula mucilaginosa，“B + R”）或限制马拉色菌（Malassezia restricta，“B + M”）组合的菌群。实验分组分别进行，每组置于单独的无菌隔离器中。

（二）饮食诱导肥胖（DIO）模型

小鼠 21 日龄时断奶，分别喂食标准饮食（SD）或高脂肪高蔗糖饮食（HFHS）直至 12 周龄实验结束。实验过程中监测食物摄入量、每周测量体重，12 周龄时使用时域核磁共振（TD - NMR）测量全身脂肪和瘦肉质量，实验终点测定性腺周围脂肪组织、肝脏、肾脏和心脏的湿重。

（三）检测指标与方法

1. 真菌定量：6 - 7 周龄时通过培养法评估粪便真菌载量，12 周龄时提取粪便 DNA 进行真菌 qPCR 检测。

2. 细菌群落分析：提取粪便 DNA 进行 16S rRNA 扩增子测序，分析细菌群落结构。

3. 代谢组学分析：12 周龄时收集粪便样本进行非靶向代谢组学分析，同时测定粪便脂质浓度。

4. 代谢功能评估：进行口服葡萄糖耐量试验（OGTT）评估葡萄糖代谢；测定血浆脂质、代谢激素和细胞因子水平；通过组织学分析评估脂肪组织和肝脏的形态。

5. 免疫细胞分析：分离性腺周围脂肪组织和脾脏中的免疫细胞，进行免疫标记和流式细胞术分析。

6. 机制研究：制备粪便滤液处理小鼠空肠肠样体衍生的单层细胞，检测营养转运蛋白表达；构建群落代谢模型分析真菌对细菌代谢的影响。

三、研究技术路线

首先构建无菌小鼠的饮食诱导肥胖模型，让雌性小鼠携带不同的真菌与细菌组合菌群进行繁殖，子代小鼠在特定时间点暴露于相应真菌，断奶后给予不同饮食。然后，从多个层面进行检测分析。通过真菌培养和 rDNA 检测确定真菌定植情况；利用 16S rRNA 扩增子测序和代谢组学分析微生物群落结构和功能变化；通过一系列代谢健康指标检测评估真菌对宿主代谢的影响；借助肠样体实验和免疫细胞分析探究相关机制；最后通过构建群落代谢模型和相关性分析整合多组学数据，全面解析早期肠道真菌定植对小鼠代谢健康的影响。

四、研究结果

（一）早期真菌定植对微生物组生态的影响

1. 真菌定植情况：通过真菌培养和 rDNA 检测发现，白色念珠菌和粘红酵母可在无菌小鼠肠道中长期定植，而限制马拉色菌仅短暂定植。HFHS 饮食显著抑制白色念珠菌和粘红酵母的生长。

2. 细菌群落变化：在断奶时和 12 周龄饮食挑战结束后分别检测细菌群落。结果显示，早期暴露于单个真菌物种会改变细菌群落组成，不同真菌对细菌群落的影响各异。例如，白色念珠菌和粘红酵母显著改变细菌群落的 β 多样性，影响多种细菌的相对丰度，且饮食也对细菌群落结构有强烈影响。

（二）早期真菌定植对肠道微生物组代谢输出的影响

1. 代谢组变化：非靶向代谢组学分析表明，饮食显著影响粪便代谢组，早期真菌暴露在 “B + C” 和 “B + R” 小鼠中也导致代谢组发生显著变化，白色念珠菌定植引起的代谢物变化最多。

2. 代谢功能改变：构建群落代谢模型发现，每种真菌都诱导了细菌调控的代谢物变化，表明真菌可通过改变细菌群落间接影响微生物组的代谢输出。

（三）早期真菌定植对饮食诱导肥胖和代谢疾病发展的影响

1. 体重和脂肪变化：对代谢健康的广泛评估显示，不同真菌对宿主能量代谢和对 HFHS 饮食的代谢反应影响不同。在 SD 饮食下，白色念珠菌使小鼠脂肪量降低，而粘红酵母和限制马拉色菌增加肥胖程度；在 HFHS 饮食下，白色念珠菌使小鼠抵抗肥胖，体重和脂肪量不增加。

2. 代谢指标改变：OGTT 实验表明，不同真菌定植对血糖水平影响不同。此外，真菌定植还影响代谢激素和细胞因子水平，以及系统脂质谱和肝脏脂质积累，反映出不同的代谢状态。

（四）真菌定植对营养转运蛋白表达的影响

利用小鼠空肠肠样体衍生的单层细胞实验发现，真菌定植引起的代谢组改变并未显著影响小肠营养吸收相关的营养转运蛋白（Cd36 和 Slc5a1）的表达。

（五）真菌定植对内脏脂肪组织免疫景观的影响

对性腺周围脂肪组织和脾脏中免疫细胞群体的综合评估显示，早期真菌定植可特异性地调节内脏 WAT 的免疫景观，不同真菌在不同饮食和性别条件下对免疫细胞群体的影响各异。例如，白色念珠菌定植导致 WAT 中多种免疫细胞数量显著变化，且这些变化在脾脏中并不完全相同。

（六）系统水平整合显示真菌与微生物组、代谢和免疫变化的关联

基于 Spearman 相关性的综合分析表明，白色念珠菌定植与脂肪量和瘦素呈显著负相关，与免疫细胞相关，影响代谢编程和 WAT 炎症；粘红酵母定植与细菌群落生态相关，可能通过此途径影响宿主代谢。

五、研究结论

研究人员利用无菌饮食诱导肥胖模型，明确了三种与儿童 BMI 相关的真菌物种对宿主能量平衡和肥胖饮食反应具有因果影响。白色念珠菌定植导致小鼠瘦且抵抗肥胖，同时引发广泛的 WAT 炎症；粘红酵母和限制马拉色菌则增加肥胖程度，且粘红酵母还会导致代谢紊乱。所有真菌定植均引起微生物组组成和功能的广泛且持久的变化，揭示了跨界生态相互作用可能是宿主能量代谢的潜在调节因素。

六、研究讨论

（一）真菌代谢特性与肥胖表型的关联

不同真菌的代谢特性可能解释其对肥胖的不同影响。粘红酵母作为产油酵母，可能通过合成脂肪酸增加宿主能量摄入和脂肪积累；限制马拉色菌虽不能稳定定植，但可能通过影响细菌微生物组影响早期免疫和代谢编程。白色念珠菌定植小鼠的瘦和抗肥胖表型机制可能涉及 WAT 免疫反应，其引起的粪便代谢物变化也可能在代谢调节中发挥作用。

（二）研究局限性与展望

本研究虽有重要发现，但存在一定局限性。实验时间相对较短，未完全模拟代谢综合征的发展；使用的 Oligo - MM12 菌群简化了微生物代谢和跨界动态；小鼠模型不能完全复制人类微生物组的生态关系；肠样体模型缺乏肠道微环境的复杂性；实验未充分考虑母体微生物组的影响。未来研究应在更复杂的微生物群落和其他动物模型中进一步探索真菌调节宿主代谢的机制，完善对肠道微生物组与宿主代谢关系的理解，为开发治疗代谢性疾病的新策略提供更坚实的理论基础。

这项研究首次全面地揭示了早期生命中肠道真菌群落核心物种对宿主代谢健康的因果影响，强调了真菌在肠道微生物组与宿主代谢相互作用中的重要性，为微生物组研究开辟了新方向，有望推动针对代谢性疾病的预防和治疗的创新策略的发展。