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『銳翌成果展』孕期和哺乳期PM2.5暴露對子代小鼠血清脂蛋白和腸道菌群的影響

銳翌基因協助北京大學公共衛生學院在《science of the total environment》發表了《Sex-Specific Effects of PM2.5 Maternal Exposure on Offspring’s Serum Lipoproteins and Gut Microbiota》,其中16S rRNA基因測序由銳翌基因完成

 

導讀

眾所周知,細顆粒物(空氣動力學直徑小于或等于2.5μm的顆粒物,簡稱PM2.5)是大氣環境中危害最大的污染物之一,也危害著人體的健康。PM2.5不僅對呼吸系統、心血管系統等會產生不良影響,對妊娠及后代的影響也受到廣泛關注。目前,孕產婦PM2.5暴露的長期影響仍不清楚。為了闡明母體PM2.5暴露是否會影響子代的血清脂蛋白和腸道菌群,本研究評估了暴露于PM2.5中的妊娠期和哺乳期小鼠,表明母體PM2.5暴露可能以性別特異性的方式影響后代的血清脂蛋白和腸道菌群。

 

文獻ID

英文題目:Sex-Specific Effects of PM2.5 Maternal Exposure on Offspring’s Serum Lipoproteins and Gut Microbiota

中文題目:孕期和哺乳期PM2.5暴露對子代小鼠血清脂蛋白和腸道菌群的影響

期刊名:《science of the total environment》

年份:2020年    IF:6.551

第一作者:劉偉

通訊作者:許雅君

單位:北京大學公共衛生學院

 

材料與方法

 

妊娠ICR小鼠16只(出現陰道栓塞時定義為妊娠日GD),隨機分為兩組(每組8只),PM2.5組(B組)每3天PM2.5(15.0 mg / kg)氣管內滴注;對照組(A組)給予未暴露于PM2.5的干凈濾膜洗脫液。16只小鼠自然地產下幼崽,每窩八只幼崽(雌雄各4只)持續母乳喂養,同一母體的雌雄后代分別在PND 3、10、21、35處安樂死并取腸道內容物樣本進行16S測序;PND 35取眼球血液樣本,分離血清進行血脂測量(CHO、TG、HDL、LDL)

 

高通量測序手段:

16S rDNA測序:Illumina Miseq PE250,V3-V4區

 

 

研究成果

1、子代小鼠性別比例及體重變化

對照組和PM2.5組的子代小鼠數量和性別比例沒有顯著差異(表1),小鼠體重均隨著時間的推移增加(圖2)。

 

表1 子代小鼠存活數量

 

圖2 子代小鼠體重變化

 

2、血清脂蛋白水平分析

對A、B兩組子代小鼠的血清脂蛋白進行測定,發現B組雄性后代的TG水平更高(p<0.05,表2),而兩組雌性后代的血清脂蛋白均沒有顯著差異(p>0.05)。此外對于所有后代而言,A組和B組的血清脂蛋白均無差異(p>0.05)。

 

表2 子代小鼠血清脂蛋白水平(mmol / L)

 

3、OTU分析

對16S測序數據進行OTU分析,發現對于雄性后代,PND 3的A組和B組有281個共有OTU,此外B組還有241個單獨的OTU(圖3a);對于PND 10,兩組有188個共有OTU(圖3b);對于PND 21,兩組有418個共有OTU(圖3c);對于PND 35,兩組有405個共有OTU(圖3d)。而對于雌性后代的A組和B組,PND 3有194個共有OTU(圖3e),PND 10有82個共有OTU(圖3f),PND 21有447個共有OTU(圖3g),PND 35有386個共有OTU(圖3h)。

 

此外,對于PND 10的兩組小鼠,B組的雄性后代有281個單獨的OTU和188個與A組共享的OTU。但是,B組中的雌性后代只有70個單獨的OTU和與A組共享的82個OTU。這一發現表明,與雄性后代相比, PND 10的雌性后代具有更少的單獨和共享的OTU。

 

圖3 子代小鼠的OTU維恩圖

 

4、子代小鼠的腸道菌群多樣性分析

使用Chao1多樣性指數評估物種的豐富度,并同時使用Simpson指數評估物種豐富度和群落均勻度,兩組的α多樣性均沒有觀察到顯著的差異(圖4a-d)。根據PCoA的結果,可以發現對于PND 21的雄性后代小鼠,B組均聚集在上部區域,而A組則聚集在下部區域(圖4i),表明PM2.5導致了后代菌群組成的變化。

 

圖4 PM2.5對子代小鼠腸道菌群多樣性的影響

 

5、子代小鼠的腸道菌群PCA分析

基于OTU的差異的PCA分析,顯示B組后代與A組后代的明顯分離,表明母體PM2.5暴露顯著改變了后代的腸道菌群。PCA1和PCA2比例在雌雄之間也有差異。例如,對于雄性后代, PCA1和PCA2僅占45.50%(圖5d),而雌性后代PCA1和PCA2占57.88%(圖5h)。

 

圖5 A、B兩組的PCA分析

 

6、兩組之間的優勢物種變化

A、B兩組有三個優勢菌門:BacteroidetesFirmicutesProteobacteria,雖然兩組的優勢物種間沒有顯著差異,但隨著時間的變化,Bacteroidetes的豐度有上升趨勢,而Proteobacteria的豐度有下降趨勢(圖6)。

 

LEfSe分析結果發現了與PM2.5暴露有關的特定細菌類群。對于雄性后代,PND 3兩組間發現了五個明顯不同的屬:B組中RoseburiaAlistipes富集,A組中FacklamiaNeisseriaEscherichia Shigella富集(圖7a)。PND 10兩組間的Proteus和Clostridium sensu stricto這兩個屬也有著顯著差異(圖7b)。對于PND 21,Clostridium XIVa、 GemellaOscillibacterRoseburia在A組的相對豐度更高(圖7c)。對于PND 35,BacteroidesDesulfovibrioAnaerotruncus在B組中的相對豐度較高,而Streptococcus在A組中相對豐度較高(圖7d)。

 

另外,對于雌性后代,PND 10的B組,EnterobacterEnterorhabdusPrevotella的相對豐度更高(圖7f)。PND 21的B組中AkkermansiaAnaerostipes的相對豐度更高,A組中StreptophytaLactobacillus的相對豐度更高(圖7g)。PND 35的A組中Clostridium XI相對豐度則更高(圖7h)。

 

圖6 優勢門的相對豐度

 

圖7 A、B組優勢物種分析

 

7、菌群豐度與血清TG濃度的關聯

通過Spearman相關性分析(表3),Bacteroides與血清TG濃度呈正相關(r=0.47,p=0.02),Clostridium XI與血清TG呈負相關(r=-0.41,p=0.04)。TG濃度和DesulfovibrioAnaerotruncusStreptococcus的相對豐度之間沒有相關性。

 

表3菌群與血清TG濃度的相關性

 

研究結論

1、孕期母鼠PM2.5暴露會影響后代的腸道菌群,影響會一直持續至PND35;

2、對于子代小鼠,在PND 3和PND 10時,菌群組成仍不穩定,從PND 21到PND 35,腸道菌群組成趨于穩定,Bacteroidetes的豐度升高,Proteobacteria豐度降低;

3、孕期母鼠PM2.5暴露會影響后代某些腸道菌群的相對豐度,有益生菌性質的細菌減少,致病菌增多;

4、優勢物種與血清TG濃度有顯著相關性,表明PM2.5可能通過影響腸道菌群的代謝產物來影響脂質代謝過程;

5、本研究中,在雄性后代中觀察到較高的TG濃度,并且雌雄后代的腸道微生物群受影響程度不同,表明腸道菌群對TG的影響可能與不同性別的激素水平有關。

 

亮點

本研究評估了母體PM2.5暴露對后代腸道菌群和血清脂蛋白的影響,表明母體PM2.5暴露以性別特異性的方式影響著后代的腸道菌群,脂質代謝異常也可能與腸道菌群組成變化有關,為以后研究母體PM2.5暴露對后代的影響提供了新的方向。

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