2020-07-15浏览量:145

『锐翌成果展』孕期和哺乳期PM2.5暴露对子代小鼠血清脂蛋白和肠道菌群的影响

锐翌基因协助北京大学公共卫生学院在《science of the total environment》发表了《Sex-Specific Effects of PM2.5 Maternal Exposure on Offspring’s Serum Lipoproteins and Gut Microbiota》,其中16S rRNA基因测序由锐翌基因完成

 

导读

众所周知,细颗粒物(空气动力学直径小于或等于2.5μm的颗粒物,简称PM2.5)是大气环境中危害最大的污染物之一,也危害着人体的健康。PM2.5不仅对呼吸系统、心血管系统等会产生不良影响,对妊娠及后代的影响也受到广泛关注。目前,孕产妇PM2.5暴露的长期影响仍不清楚。为了阐明母体PM2.5暴露是否会影响子代的血清脂蛋白和肠道菌群,本研究评估了暴露于PM2.5中的妊娠期和哺乳期小鼠,表明母体PM2.5暴露可能以性别特异性的方式影响后代的血清脂蛋白和肠道菌群。

 

文献ID

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

中文题目:孕期和哺乳期PM2.5暴露对子代小鼠血清脂蛋白和肠道菌群的影响

期刊名:《science of the total environment》

年份:2020年    IF:6.551

第一作者:刘伟

通讯作者:许雅君

单位:北京大学公共卫生学院

 

材料与方法

 

妊娠ICR小鼠16只(出现阴道栓塞时定义为妊娠日GD),随机分为两组(每组8只),PM2.5组(B组)每3天PM2.5(15.0 mg / kg)气管内滴注;对照组(A组)给予未暴露于PM2.5的干净滤膜洗脱液。16只小鼠自然地产下幼崽,每窝八只幼崽(雌雄各4只)持续母乳喂养,同一母体的雌雄后代分别在PND 3、10、21、35处安乐死并取肠道内容物样本进行16S测序;PND 35取眼球血液样本,分离血清进行血脂测量(CHO、TG、HDL、LDL)

 

高通量测序手段:

16S rDNA测序:Illumina Miseq PE250,V3-V4区

 

 

研究成果

1、子代小鼠性别比例及体重变化

对照组和PM2.5组的子代小鼠数量和性别比例没有显著差异(表1),小鼠体重均随着时间的推移增加(图2)。

 

表1 子代小鼠存活数量

 

图2 子代小鼠体重变化

 

2、血清脂蛋白水平分析

对A、B两组子代小鼠的血清脂蛋白进行测定,发现B组雄性后代的TG水平更高(p<0.05,表2),而两组雌性后代的血清脂蛋白均没有显著差异(p>0.05)。此外对于所有后代而言,A组和B组的血清脂蛋白均无差异(p>0.05)。

 

表2 子代小鼠血清脂蛋白水平(mmol / L)

 

3、OTU分析

对16S测序数据进行OTU分析,发现对于雄性后代,PND 3的A组和B组有281个共有OTU,此外B组还有241个单独的OTU(图3a);对于PND 10,两组有188个共有OTU(图3b);对于PND 21,两组有418个共有OTU(图3c);对于PND 35,两组有405个共有OTU(图3d)。而对于雌性后代的A组和B组,PND 3有194个共有OTU(图3e),PND 10有82个共有OTU(图3f),PND 21有447个共有OTU(图3g),PND 35有386个共有OTU(图3h)。

 

此外,对于PND 10的两组小鼠,B组的雄性后代有281个单独的OTU和188个与A组共享的OTU。但是,B组中的雌性后代只有70个单独的OTU和与A组共享的82个OTU。这一发现表明,与雄性后代相比, PND 10的雌性后代具有更少的单独和共享的OTU。

 

图3 子代小鼠的OTU维恩图

 

4、子代小鼠的肠道菌群多样性分析

使用Chao1多样性指数评估物种的丰富度,并同时使用Simpson指数评估物种丰富度和群落均匀度,两组的α多样性均没有观察到显著的差异(图4a-d)。根据PCoA的结果,可以发现对于PND 21的雄性后代小鼠,B组均聚集在上部区域,而A组则聚集在下部区域(图4i),表明PM2.5导致了后代菌群组成的变化。

 

图4 PM2.5对子代小鼠肠道菌群多样性的影响

 

5、子代小鼠的肠道菌群PCA分析

基于OTU的差异的PCA分析,显示B组后代与A组后代的明显分离,表明母体PM2.5暴露显著改变了后代的肠道菌群。PCA1和PCA2比例在雌雄之间也有差异。例如,对于雄性后代, PCA1和PCA2仅占45.50%(图5d),而雌性后代PCA1和PCA2占57.88%(图5h)。

 

图5 A、B两组的PCA分析

 

6、两组之间的优势物种变化

A、B两组有三个优势菌门:BacteroidetesFirmicutesProteobacteria,虽然两组的优势物种间没有显著差异,但随着时间的变化,Bacteroidetes的丰度有上升趋势,而Proteobacteria的丰度有下降趋势(图6)。

 

LEfSe分析结果发现了与PM2.5暴露有关的特定细菌类群。对于雄性后代,PND 3两组间发现了五个明显不同的属:B组中RoseburiaAlistipes富集,A组中FacklamiaNeisseriaEscherichia Shigella富集(图7a)。PND 10两组间的Proteus和Clostridium sensu stricto这两个属也有着显著差异(图7b)。对于PND 21,Clostridium XIVa、 GemellaOscillibacterRoseburia在A组的相对丰度更高(图7c)。对于PND 35,BacteroidesDesulfovibrioAnaerotruncus在B组中的相对丰度较高,而Streptococcus在A组中相对丰度较高(图7d)。

 

另外,对于雌性后代,PND 10的B组,EnterobacterEnterorhabdusPrevotella的相对丰度更高(图7f)。PND 21的B组中AkkermansiaAnaerostipes的相对丰度更高,A组中StreptophytaLactobacillus的相对丰度更高(图7g)。PND 35的A组中Clostridium XI相对丰度则更高(图7h)。

 

图6 优势门的相对丰度

 

图7 A、B组优势物种分析

 

7、菌群丰度与血清TG浓度的关联

通过Spearman相关性分析(表3),Bacteroides与血清TG浓度呈正相关(r=0.47,p=0.02),Clostridium XI与血清TG呈负相关(r=-0.41,p=0.04)。TG浓度和DesulfovibrioAnaerotruncusStreptococcus的相对丰度之间没有相关性。

 

表3菌群与血清TG浓度的相关性

 

研究结论

1、孕期母鼠PM2.5暴露会影响后代的肠道菌群,影响会一直持续至PND35;

2、对于子代小鼠,在PND 3和PND 10时,菌群组成仍不稳定,从PND 21到PND 35,肠道菌群组成趋于稳定,Bacteroidetes的丰度升高,Proteobacteria丰度降低;

3、孕期母鼠PM2.5暴露会影响后代某些肠道菌群的相对丰度,有益生菌性质的细菌减少,致病菌增多;

4、优势物种与血清TG浓度有显著相关性,表明PM2.5可能通过影响肠道菌群的代谢产物来影响脂质代谢过程;

5、本研究中,在雄性后代中观察到较高的TG浓度,并且雌雄后代的肠道微生物群受影响程度不同,表明肠道菌群对TG的影响可能与不同性别的激素水平有关。

 

亮点

本研究评估了母体PM2.5暴露对后代肠道菌群和血清脂蛋白的影响,表明母体PM2.5暴露以性别特异性的方式影响着后代的肠道菌群,脂质代谢异常也可能与肠道菌群组成变化有关,为以后研究母体PM2.5暴露对后代的影响提供了新的方向。

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