项目文章 | 中国农科院张宏福、赵勇团队探究肠道-睾丸轴：肠道菌群可改善精子质量

2022-12-22 14:34:26, 多层组学定制服务上海欧易生物医学科技有限公司

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2022年9月，中国农业科学院北京畜牧兽医研究所赵勇、张宏福及其团队在Microbiology Spectrum期刊(IF:9.043)上发表了题为“Gut-Testis Axis: Microbiota Prime Metabolome To Increase Sperm Quality in Young Type 2 Diabetes”的研究成果。本研究作者运用LC-MS非靶向代谢组学、转录组测序、16s rRNA微生物测序等多组学技术，发现海藻酸寡糖（AOS）+肠道微生物菌群治疗的方式可以改善年轻糖尿病患者的精子活力。

中文标题：肠-睾丸轴:微生物群主要代谢组提高年轻Ⅱ型糖尿病人的精子质量

研究对象：小鼠粪便、小鼠血浆、小鼠睾丸组织

发表期刊：Microbiology Spectrum

影响因子：9.043

发表时间：2022年9月20日

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）、转录组测序、16s rRNA测序

背景介绍

统计数据表明越来越多的年轻人患上Ⅱ型糖尿病（T2D），且平均年龄在13.5岁，这是男性生殖系统开始快速发育的时期。这可能是T2D育龄后期男性不育（精液质量下降）的主要原因，因为T2D的高血糖症会导致生殖系统功能障碍。

本研究中，作者通过模仿青年T2D患者，给3周龄的雄性小鼠喂食HFD并注射链脲佐菌素（STZ）以诱导T2D。发现在青春期（5周龄），小鼠出现T2D，成年（10周龄）后，T2D小鼠的精子密度和活动力降低，而血糖升高。随后，作者探究海藻酸寡糖（AOS）是否能改善肠道微生物群（A10-FMT）的粪便移植（FMT）从而降低血糖，增加精子浓度和活力？探究AOS通过改善肠道微生物群的有益微生物，来改善全身环境和睾丸微环境，从而改善精子发生。

技术流程

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主要内容

1.A10-FMT降低了血糖，增加了精子浓度和精子活力，并改善了T2D的肠道微生物群

本研究首先在小鼠中建立年轻的Ⅱ型糖尿病（T2D）模型，然后分别在模型组和模型+AOS组中口服补充微生物群，结果发现模型组、A10-FMT组和Con-FMT组的体重和血胰岛素水平低于对照组。模型组的血糖明显高于Con组，但是A10-FMT和Con-FMT均降低了血糖值，且A10-FMT组显著降低，而Con-FMT对血糖的调节并不显著，这表明A10-FMT治疗改善了T2D的病症。同时，T2D模型组的精子浓度和活力显著降低，而A10-FMT的精子活力和浓度显著增加。

图1 | A10-FMT降低了血糖，增加了精子浓度和精子活力

随后作者通过对小肠、盲肠和结肠内容物微生物16s RNA测序，发现A10-FMT和Con-FMT可能会差异调节肠道微生物群和微生物功能，以调节血液代谢物和其他功能，从而A10-FMT可以改善Ⅱ型糖尿病患者的小肠微生物群，增强患者的精子活力。

图2 | A10-FMT改善了小鼠模型的小肠菌群

2.A10-FMT改善了T2D的血液代谢组和肝功能

研究人员运用LC-MS非靶向代谢组学技术检测小鼠模型组的血浆代谢组学成分。分析数据发现，与对照组相比，糖尿病模型组的血甘油三酯（TG）、胆固醇、血脂分子升高，但在A10-FMT和Con-FMT组中降低。血浆代谢组数据显示，多不饱和脂肪酸（PUFA）和二十碳五烯酸（EPA）在模型组中较低，而在A10-FMT组中则较高。

图3 | A10-FMT改善了小鼠模型的血液代谢

血液代谢物与精子浓度/活力的相关性分析表明，血糖和胆固醇与精子浓度和精子活力呈负相关，而EPA和丁酸与精子浓度和活力呈正相关（图 3m），这表明血液代谢组和精液质量参数是相关的。肝脏样本的转录组测序（RNA-seq）分析显示，模型组中肝脏基因表达被破坏，而它可以被A10-FMT和Con-FMT恢复，这些结果与血液代谢数据相匹配。

图4 | A10-FMT 改善肝脏脂质代谢和抗氧化能力

3.A10-FMT改善了睾丸代谢组和睾丸微环境

查阅相关资料，研究人员发现n-3多不饱和脂肪酸如二十二碳六烯酸（DHA）和EPA、类视黄醇、男性类固醇激素，尤其是睾酮，在精子发生中起着重要作用。结果显示，这些代谢物的表达水平在模型处理组中显著降低，而在A10-FMT处理组中显著升高，但Con-FMT的表达水平与模型处理组之间没有显著差异。睾丸代谢物与精子浓度和活力的相关性分析发现，DHA、EPA和睾酮与精子浓度和/或精子活力正相关。同时，血液代谢物和睾丸代谢物之间存在良好的关系，这些数据说明A10-FMT处理确实改善了睾丸代谢微环境。

图5 | A10-FMT 改善睾丸代谢

图6 | A10-FMT 有利于睾丸睾酮水平和合成，从而改善睾丸微环境

4、A10-FMT改善精子合成，增加了精子浓度和活力

血液和睾丸样本中的代谢组数据表明，疾病模型会扰乱血液和睾丸微环境，破坏精子生成，进而降低精子浓度和活力。然而A10-FMT改善了血液和睾丸环境，使精子的有丝分裂、精子浓度和运动能力得到恢复。研究人员为了确定A10-FMT改善精子活力的机制，作者运用WB蛋白免疫印迹、免疫荧光染色等技术，确认了不同处理组中与精子活力相关蛋白含量的变化。研究结果发现，A10-FMT通过增加重要的精子发生蛋白如VASA（生殖细胞标记）、SYCP3（减数分裂标记）、PGK2（精子活力和生育力蛋白）、ODF1（丝状结构成分）、PIWIL1（生殖系完整性）和睾丸样本中的TP1（精子细胞特异性蛋白）改善精子生成环境，从而增加精子浓度和活力。