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：Bacteroidetes，Firmicutes和Proteobacteria，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Roseburia和Alistipes富集，A组中Facklamia，Neisseria和Escherichia 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、 Gemella、Oscillibacter和Roseburia在A组的相对丰度更高（图7c）。对于PND 35，Bacteroides，Desulfovibrio和Anaerotruncus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，Enterobacter，Enterorhabdus和Prevotella的相对丰度更高（图7f）。PND 21的B组中Akkermansia和Anaerostipes的相对丰度更高，A组中Streptophyta和Lactobacillus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
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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Desulfovibrio，Anaerotruncus和Streptococcus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。
