科研丨曲阜师大: 肠道生态失调有可能降低雌性小鼠的性吸引力(国人佳作)

编译：微科盟北岸，编辑：微科盟居居、江舜尧。

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导读  

越来越多的证据表明，肠道微生物组对昆虫的交配偏好有显著影响；然而，肠道微生物群组成是否会影响哺乳动物的性吸引力和择偶偏好在很大程度上仍然未知。本研究表明，抗生素治疗显著重组了雄性和雌性小鼠的肠道微生物群组成。无论是否接受抗生素处理，雄性都比接受抗生素处理的雌性小鼠表现出更高的与对照雌性小鼠互动的倾向。数据清楚地表明，肠道菌群失调降低了雌性对雄性的性吸引力，这意味着共生肠道菌群会影响雌性对雄性的吸引力。抗生素处理雌性小鼠的性吸引力降低可能有助于区分雄性，避免通过垂直传播获得母体肠道微生物群的后代出现免疫和社交障碍。建议应进一步开展研究，以增加人们对野生动物种群水平上肠道菌群失调、性选择和配偶选择之间相互作用的理解。  

论文ID

原名：Gut Dysbiosis Has the Potential to Reduce the Sexual Attractiveness of Mouse Female

译名：肠道生态失调有可能降低雌性小鼠的性吸引力

期刊：Frontiers in Microbiology

IF：6.064

发表时间：2022.5

通讯作者：易现峰

通讯作者单位：曲阜师范大学生命科学学院

DOI号：10.3389/fmicb.2022.916766

实验设计

前言

众所周知，所有多细胞生物，包括生活在以微生物为主导的世界中的动物和植物，在其体内和身体上都拥有多种微生物群落。有人建议微生物组可以作为宿主表型的组成部分，甚至可能是宿主的基因组。肠道微生物被认为会影响广泛的宿主免疫和神经系统，因此在大多数动物生命中起着关键作用。越来越多的证据表明，胃肠道中包含的这些微生物组可能对生理学的许多方面产生有害或有益的影响，例如免疫和内分泌系统，对宿主生物学产生连续影响。近年来，肠道微生物群及其与宿主生理和免疫功能的相互作用已被确定为在行为的正常发展中起着至关重要的作用。    

在过去的几十年里，分子方法的快速发展大大提高了我们对肠道微生物群重要性的理解。肠道微生物群通过与宿主相互作用，可以产生微生物代谢的中间或最终产物，例如次级胆汁酸和短链脂肪酸。越来越多的证据表明，来自细菌代谢的这些小分子的信号对免疫、代谢、内分泌、神经相关行为的发育和功能具有突出的结构和功能影响。    

成年动物的共生肠道细菌不仅可以保护宿主免受肠道和外围的感染和炎症，还可以调节正常的行为反应。以前对昆虫的研究提供了一些明确的证据，证明肠道微生物群对行为的潜在深远影响。越来越多的证据表明，果蝇的肠道微生物组可以对配偶偏好以及雄性和雌性的交配表现产生显著影响。Leftwich等人表明，肠道微生物组也具有影响果蝇种群之间生殖屏障的强大潜力。因此，可以预期肠道微生物组会影响性选择的强度，因为肠道微生物组会增加或减少交配活动。尽管肠道微生物群在宿主生物学中很重要，但对雄性和雌性择偶中的微生物群落知之甚少。虽然肠道微生物组对昆虫的宿主交配行为有重大影响，但关于肠道菌群失调对哺乳动物性吸引力和择偶影响的实证研究有限。因此，了解肠道微生物组和交配行为相互作用的机制将为肠道微生物群与其哺乳动物宿主之间的共生关系提供新的见解。然而，在实验室小鼠中观察到对广谱抗生素有反应的性别二态性。研究表明，由于肠道微生物群的变化，抗生素可以改变小鼠的体重。为了避免雄性体重对雌配偏好的混淆影响，我们使用广谱抗生素（万古霉素和硫酸新霉素的组合）低剂量口服测试了雌性小鼠对雄性的性吸引力，并表明肠道生态失调可能会降低雌性小鼠的性吸引力。    

结果

研究人员发现，口服抗生素对雌性和雄性小鼠的肠道微生物群都有深远的影响。与对照组相比，接受抗生素治疗的雌性小鼠的肠道微生物群α多样性降低，如Chao 1、物种数量、Shannon和Simpson所示(t = 16.542，df = 18，P < 0.001；t = 18.552，df = 18，P < 0.001；t = 15.026，df = 18，P < 0.001；t = 5.719，df = 18，P < 0.001；图1)。β多样性的主坐标分析(PCoA)(通过Bray-Curtis距离)表明，抗生素处理的雌性小鼠与对照组分别聚集在一起(图2；Adonis：R2 = 0.3973，P < 0.001)。抗生素给药显著改变了雄性小鼠肠道微生物群的α-(补充图2a-d)和β-多样性(补充图2e)。

图1 对照雌性(FC)和抗生素处理雌性(FT)的α多样性指数(Chao 1、物种数量、Shannon和Simpson)比较。统计显著性：*** P < 0.001。    

图2 对照雌性小鼠(FC)和抗生素处理雌性小鼠(FT)肠道菌群的主坐标分析(PCoA)(Bray-Curtis距离)。    

在门分类水平上，与对照组相比，接受抗生素处理的雌性小鼠的厚壁菌门和Epsilonbacteraeota的相对丰度显著降低(独立样本t检验：t = 9.958，df = 18，P < 0.001；t = 3.601，df = 18，P = 0.002；图3A和补充图3A)。接受抗生素处理的雌性小鼠的变形菌门数量高于对照组(独立样本t检验：t = −5.668，df = 18，P < 0.001)。同时，服用抗生素对雌性小鼠拟杆菌门的相对丰度没有显著影响(独立样本t检验：t = −1.407，df = 18，P = 0.176；图3A)。在属分类水平上，经抗生素处理的雌性小鼠的Lachnospiraceae_NK4A136_group、Lachnospiraceae_AC2044_group和Ruminiclostridium 9的相对丰度较低(独立样本t检验：t = 8.875，df = 18，P < 0.001；t = 4.111，df = 18，P = 0.001；t = 8.314，df = 18，P < 0.001；图3B)，但Enterobacter、拟杆菌属和Klebsiella的相对丰度较高(独立样本t检验：t = −5.260，df = 18，P < 0.001；t = −3.063，df = 18，P = 0.007；t = −3.284，df = 18，P =0.004；图3B和补充图3B)。这些模式在雄性小鼠中得到了很好的反映(补充图4)。LEfSe分析表明，对照雌性小鼠的Lachnospiraceae、Ruminococcaceae和Clostridiales的相对丰度显著增加。同时，在接受抗生素处理的雌性小鼠中，肠杆菌科和γ–变形菌的相对丰度增加(图4A，B)。

图3 对照雌性(FC)和抗生素处理雌性(FT)小鼠肠道微生物群中主要菌门(A)和菌属(B)的相对丰度存在显著差异。统计显著性：** P ＜ 0.01；*** P＜ 0.001；ns，不显著。    

图4 通过对对照雌性(FC)和抗生素处理雌性(FT)的肠道微生物群进行线性判别分析效应大小(LEfSe)分析得到LDA得分(A)和分类cladogram图(B)。分支图显示LEfSe揭示的细菌分类群的系统发育关系。从内到外，辐射圈代表了从门到属的分类水平。系统发育树中的红色和绿色节点分别代表在FC和FT组中发挥重要作用的肠道微生物群。黄色节点代表物种，无显著差异。    

研究人员进行了KEGG和COG分析，以进一步了解抗生素诱导雌性和对照组小鼠之间肠道微生物功能和代谢活性的变化。与对照组相比，接受抗生素处理的雌性小鼠感染性疾病(t检验：P = 0.001)、癌症(t检验：P = 0.001)、免疫系统疾病(t检验：P = 0.001)、心血管疾病(t检验：P = 0.002)和代谢疾病(t检验：P = 0.001)显著上调(图5)。然而，在接受抗生素处理的雌性小鼠中，明显观察到循环系统受到抑制(t检验：P = 0.01)(图5)。  

在性吸引力测试中，对照雄性进入含有对照雌性的腔室的次数明显多于进入含有抗生素处理雌性小鼠的腔室的次数(配对t检验：P = 0.048；图6A)。含有对照雌性小鼠的腔室中的移动距离明显大于含有抗生素处理雌性小鼠的腔室中的移动距离(配对t检验：P = 0.003；图6C)。此外，对照雄性嗅探含有对照雌性的金属笼所花费的时间明显多于抗生素处理雌性的时间(配对t检验：P = 0.004；图6E)。接受抗生素处理的雄性小鼠的表现与对照组相同，即进入含有对照组雌性小鼠的腔室的次数明显多于进入含有抗生素处理雌性小鼠的腔室的次数(配对t检验：P = 0.019；图6B)。在含有对照雌性小鼠的腔室中行走的距离明显大于在含有抗生素处理雌性小鼠的腔室中行走的距离(配对t检验：P = 0 .021；图6D)。嗅探含有对照雌性的铁丝笼所花费的时间明显多于嗅探含有抗生素处理雌性的铁丝笼所花费的时间(配对t检验：P = 0.013；图6F)。

图5 热图显示通过PICRUSt从16S rRNA基因序列推断出的对照雌性小鼠(FC)和抗生素处理雌性小鼠(FT)肠道微生物群中预测的KEGG和COG功能通路的差异。红色图例表示所有小鼠肠道样本中显著富集途通路的平均值，蓝色图例表示低丰度通路的平均值(P < 0.05)。    

图6 在三室社交测试中，接受抗生素处理的雌性小鼠失去了对对照组(n=10)和接受抗生素处理的雄性(n=10)的吸引力，从与雌性的接触时间(A，B)、每个腔室中的行走距离(C，D)以及在每个腔室中花费的时间(E，F)可以得出结论。    

讨论

为了进行行为测试，抗生素已被广泛用于改变肠道微生物群的组成。与之前的研究一致，此结果表明，抗生素治疗显著重组了雄性和雌性小鼠的肠道微生物群组成。总体而言，本研究表明，与对照组相比，抗生素处理组小鼠的有益细菌门相对丰度较低，例如，一些属于厚壁菌门和Epsilonbacteraeota的微生物群。然而，与对照组相比，抗生素处理组小鼠的变形菌门相对丰度增加，这是肠道微生物群失调的潜在诊断标准。对成年小鼠进行短期抗生素治疗可导致免疫抑制，而在生命早期，产前抗生素治疗可导致后期接触性超敏反应或免疫发育。因此，变形菌门丰度增加以及肠道生态失调引起的免疫反应的改变可能会降低抗生素处理雌性小鼠的性吸引力。    

宿主微生物群在决定性吸引力和交配偏好方面起着至关重要的作用。然而，大多数研究强调了肠道微生物群在许多果蝇物种交配偏好中的重要作用。解决肠道微生物群对脊椎动物的社会气味和性吸引力的重要性仍然很少见。控制体重对交配偏好的潜在影响后(独立t检验：t = −2.398，df = 18，P = 0.046；补充图5)，研究中的性吸引力测试表明，对照组雄性和接受抗生素处理的雄性都比接受抗生素处理的雌性表现出更高的与对照组雌性互动的倾向，这反映在以下事实上：(1)雄性更喜欢进入含有对照组雌性的腔室，而不是那些含有抗生素处理雌性小鼠的腔室；(2)与接受抗生素处理的雌性相比，雄性花在嗅探对照雌性的时间更多；(3)雄性在含有对照雌性的房间里行走的次数比含有抗生素处理雌性的腔室多(图6)。因此，这里提供的数据清楚地表明，与对照组相比，抗生素处理的雌性小鼠对雄性的性吸引力降低，这表明肠道微生物群的影响可能扩展到小鼠社交能力的调节。    

尽管肠道微生物群失调，但接受抗生素处理的雄性与对照雄性一样，始终倾向于对照雌性而非接受抗生素处理的雌性。有证据表明，抗生素可以导致体重减轻；然而，研究人员可以排除体重对雌性对雄性的性吸引力的潜在影响，因为在此研究中，抗生素治疗没有显著改变雌性小鼠的体重(独立t检验：t = 0.357，df = 18，P = 0.718；补充图5)。这些观察结果表明，抗生素诱导的肠道微生物群失调显著改变了肠道细菌组成，然后降低了雌性对雄性的性吸引力。此研究还提供了一些关于肠道微生物群失调与雌性性吸引力之间关系的证据。例如，通常与短链脂肪酸的产生有关并在维持肠道环境稳定性方面发挥重要作用的Lachnospiraceae、Ruminococcaceae和Clostridiales的相对丰度在抗生素处理的雌性动物中显著降低，表现出较低的性吸引力。然而，在对雄性更具吸引力的对照组雌性中，炎症相关微生物群肠杆菌科和γ变形菌的相对丰度降低。此外，对照组雌性小鼠体内产生丙酸盐的细菌科的相对丰度要高得多，这被认为在延长寿命方面起着关键的代谢作用。因此，有益细菌的减少但致病性细菌的增加可能与抗生素处理雌性小鼠的免疫力中断和健康水平降低有关。因此，可以预期，肠道微生物群失调可能通过改变男性可能已经注意到的神经系统、免疫系统和内分泌系统来降低接受抗生素处理的女性的性吸引力。正如KEGG和COG预测的那样，抗生素处理的雌性小鼠的循环系统受到显著抑制，疾病相关代谢途径上调，也支持了这一推测(图5)。对照组雄性和接受抗生素治疗的对应组都可能检测到对照组雌性和接受抗生素处理的雌性之间健康状况和免疫反应的差异。虽然研究人员无法揭示抗生素治疗消除交配偏好的具体机制，但决定个体气味的性信息素预计因肠道微生物群的影响会导致雌性对雄性的吸引力下降。    

先前的证据表明，后代肠道微生物群的建立主要基于微生物的垂直传播，因此，母体肠道微生物群的破坏预计会对后代的免疫和社交能力产生负面影响。此外，对怀孕母鼠进行抗生素治疗将导致接受抗生素治疗的雌性母鼠后代的免疫反应加剧，并可能使它们面临更高的免疫介导疾病风险。因此，对健康雌性的偏好可能会使其后代受益，因为母体肠道微生物群的破坏将通过母体微生物的垂直传播改变后代的免疫力和社交能力。鉴于肠道微生物群可能在交配偏好和配偶选择中发挥作用，肠道微生物群的平衡对于哺乳动物物种在种群水平上的性选择和繁殖至关重要。    

结论

据研究人员所知，本研究可能首次证明肠道微生物群失调不仅改变了与疾病相关的代谢途径，还降低了小鼠的性吸引力。肠道微生物群组成的改变以及健康状况的下降可能是雌性性吸引力下降的原因。研究人员认为，肠道微生物群的知识对于理解哺乳动物的性吸引力和生殖策略至关重要。进一步了解肠道微生物群、性选择和配偶选择之间关系的机制，将为我们提供一个新的视角，了解肠道微生物群在哺乳动物交配偏好和繁殖策略形成中的作用。        

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