父亲的肠道微生物影响下一代

肠道菌群是占据胃肠道的微生物群落。它负责产生对宿主代谢和对环境作出反应至关重要的酶、代谢物和其他分子。

因此，平衡的肠道微生物群对哺乳动物的健康具有多方面的重要性，例如有助于调节免疫系统和内分泌系统。这反过来又会影响全身组织的生理机能。然而，人们对肠道微生物群对宿主生殖的影响知之甚少，也不清楚父亲体内微生物群的改变是否会影响其后代的健康。

欧洲分子生物学实验室罗马分部的 Hackett 团队与欧洲分子生物学实验室海德堡分部的 Bork 和 Zimmermann 团队合作，着手解答这个问题，他们的研究成果现已发表在《自然》杂志上。科学家们发现，破坏雄性小鼠的肠道菌群会增加其后代出生时体重过轻的概率，并且更有可能过早死亡。这些发现在动画中得到说明。

什么会传给下一代

为了研究肠道菌群对雄性小鼠及其后代的生殖影响，研究人员通过给雄性小鼠使用不会进入血液的常见抗生素来改变其肠道菌群的组成。这会导致一种称为菌群失调的疾病，即肠道中的微生物生态系统变得不平衡。

随后，科学家分析了重要睾丸代谢物组成的变化。他们发现，在雄性小鼠中，肠道菌群失调会影响睾丸的生理机能，以及代谢物组成和激素信号。这种影响至少有一部分是由诱发肠道菌群失调的雄性小鼠血液和睾丸中关键激素瘦素水平的变化所介导的。这些观察结果表明，在哺乳动物中，存在“肠道-生殖细胞轴”，这是肠道、其微生物群和生殖细胞之间的重要联系。

为了了解这种“肠道-生殖系”轴与后代遗传特征的相关性，科学家们将未经治疗或菌群失调的雄性与未经治疗的雌性交配。菌群失调的父亲所生的幼鼠出生体重明显较低，出生后死亡率较高。不同组合的抗生素以及菌群失调诱导泻药(也会破坏微生物群)的治疗对后代也有类似的影响。

重要的是，这种影响是可逆的。一旦停用抗生素，父系微生物群就会恢复。当微生物群恢复的小鼠与未接受治疗的雌性小鼠交配时，它们的后代出生时体重正常，发育也正常。

“我们观察到，一旦恢复正常微生物群，代际影响就会消失。这意味着，任何可能导致代际影响的肠道微生物群改变都可以预防未来父亲的发生”，参与这项研究的欧洲分子生物学实验室海德堡主任 Peer Bork 说道。“下一步将是详细了解不同的环境因素(如抗生素等药物)如何影响父系生殖系，进而影响胚胎发育。”该论文的第一作者、Hackett 小组前博士后、现德国弗莱堡马克斯普朗克免疫学和表观遗传学研究所组长 Ayele Denboba 补充道：“这项研究的初衷是通过将肠道微生物群视为宿主与环境相互作用的纽带来了解环境对父亲的影响，从而创建一个充分原因模型来评估复杂生态系统中的代际健康风险。”

父亲对妊娠期疾病风险的影响

在他们的研究中，哈克特和他的同事还发现，胎盘缺陷，包括血管化不良和生长缓慢，在涉及生态失调男性的怀孕中更常见。有缺陷的胎盘表现出人类常见的妊娠并发症先兆子痫的特征，这会导致后代生长受损，并成为成年后患上多种常见疾病的风险因素。

“我们的研究表明，哺乳动物的肠道微生物群和生殖系统之间存在沟通渠道。更重要的是，破坏未来父亲这些信号的环境因素会通过改变胎盘发育，增加后代出现不良健康的风险。”研究项目协调员、欧洲分子生物学实验室罗马小组组长 Jamie Hackett 说道。“这意味着，在小鼠中，父亲在受孕前所处的环境可以独立于遗传因素影响后代的特征。”

“同时，我们发现这种影响只对一代人有影响，我应该明确指出，需要进一步研究这些影响有多普遍，以及它们是否与人类有关。将小鼠模型的结果转化为人类时，需要考虑内在差异。”哈克特继续说：“但鉴于西方文化中普遍存在的饮食和抗生素习惯会破坏肠道菌群，因此更仔细地考虑父系代际影响很重要——以及它们如何影响妊娠结果和人口疾病风险。”