肠道微生物组有助于维持宿主代谢节律
查字典生物网
2016-12-22
昼夜节律系统在许多生物体中广泛存在。而最近的研究表明肠道微生物组在组成和功能上具有节律性振荡的特点。然而，尚不清楚微生物群和宿主之间昼夜节律是如何关联的。Thaiss等人在小鼠中发现肠道微生物的生物地理学和代谢活动昼夜节律的变化可以影响宿主肠道和肝脏的生理功能。
为阐明肠道微生物昼夜性节律变化，作者对小鼠进行了研究。让小鼠暴露于黑暗中12个小时，然后暴露在光线中12个小时，循环多次。结果发现在结肠细菌生物地理学方面出现实质性变化，特别是在光照期间上皮粘液层中的细菌数量减少，并且在黑暗期间具有最高的数量。一些物种（如典型的粘液性细菌Mucispirillum schaedleri）在上皮粘附方面出现较大的变化。
此外，宏基因组测序显示那些涉及到趋化性、鞭毛运动和粘液降解的代谢途径也具有昼夜振荡的特点。细菌生物地理学中的这些变化受到进食模式和上皮屏障功能的影响，但不受宿主的分子时钟的影响。
为了评估微生物群振荡对宿主的影响，作者研究了宿主转录组和表观基因组的节律性。使用抗生素和无菌处理的小鼠在宿主肠道中的转录组和表观基因组的分布发生显著变化。出乎意料的是，在微生物耗尽之后，参与代谢平衡的基因和通路重新获得节律性，因此作者提出以下假设：宿主重新获得振荡功能以弥补肠道微生物组的缺失。可以通过克隆无菌小鼠进行验证。小鼠含有来自小鼠和大鼠的段丝状细菌体建群来证实。其中，前者表现出鼠肠上皮的粘附性获得强化。只有表现出节律性上皮组织粘附的细菌才能够影响转录宿主振荡的编程。
此外，转录节律不仅在肠内表现局部差异，通过与未经治疗的对照组比较相，肝细胞在抗生素治疗和无菌小鼠中也表现出不同的昼夜转录组的变化。作者提出以下假设：即这可能是由于肠道微生物组的代谢产物节律变化的结果。事实上，很多类型的代谢物，包括氨基酸和多胺，在肠和血清中均出现昼夜节律性振荡，并且这些振荡在使用抗生素治疗之后或是在无菌小鼠中被消除。显著的情况是，在喂食多胺缺乏的食物的小鼠中，聚合物胺和氨基酸不再表现出振荡丰度，同时肝脏昼夜转录组被重新编程以进行补偿。这意味着肠道微生物群有助于维持宿主的代谢组节律。
总之，这项研究可以让我们深入地了解到肠道微生物组在昼夜生理学以及外周器官转录活性调节中的作用，可以为治疗与昼夜节律时钟功能障碍相关的人类疾病提供新的思路。
