2022年9月，中國農業科學院北京畜牧獸醫研究所

趙勇、張宏福

及其團隊在

Microbiology Spectrum

期刊（IF：9。043）上發表了題為

“Gut-Testis Axis: Microbiota Prime Metabolome To Increase Sperm Quality in Young Type 2 Diabetes”

的研究成果。本研究作者運用

LC-MS非靶向代謝組學、轉錄組測序、16s rRNA微生物測序

等多組學技術，發現海藻酸寡糖（AOS）+腸道微生物菌群治療的方式可以改善年輕糖尿病患者的精子活力。

中文標題：

腸-睪丸軸：微生物群主要代謝組提高年輕Ⅱ型糖尿病人的精子質量

研究物件：

小鼠糞便、小鼠血漿、小鼠睪丸組織

發表期刊：

Microbiology Spectrum

影響因子：

9。043

發表時間：

2022年9月20日

運用生物技術：

LC-MS非靶向代謝組

、轉錄組測序、16s rRNA測序

背景介紹

統計資料表明越來越多的年輕人患上

Ⅱ型糖尿病（T2D）

，且平均年齡在13。5歲，這是男性生殖系統開始快速發育的時期。這可能是T2D育齡後期男性不育（精液質量下降）的主要原因，因為T2D的高血糖症會導致生殖系統功能障礙。

本研究中，作者透過模仿青年T2D患者，給3周齡的雄性小鼠餵食HFD並注射鏈脲佐菌素（STZ）以誘導T2D。發現在青春期（5周齡），小鼠出現T2D，成年（10周齡）後，T2D小鼠的精子密度和活動力降低，而血糖升高。隨後，作者探究海藻酸寡糖（AOS）是否能改善腸道微生物群（A10-FMT）的糞便移植（FMT）從而降低血糖，增加精子濃度和活力？探究AOS透過改善腸道微生物群的有益微生物，來改善全身環境和睪丸微環境，從而改善精子發生。

技術流程

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主要內容

1.A10-FMT降低了血糖，增加了精子濃度和精子活力，並改善了T2D的腸道微生物群

本研究首先在小鼠中建立年輕的Ⅱ型糖尿病（T2D）模型，然後分別在模型組和模型+AOS組中口服補充微生物群，結果發現模型組、A10-FMT組和Con-FMT組的體重和血胰島素水平低於對照組。模型組的血糖明顯高於Con組，但是A10-FMT和Con-FMT均降低了血糖值，且A10-FMT組顯著降低，而Con-FMT對血糖的調節並不顯著，這表明A10-FMT治療改善了T2D的病症。同時，

T2D模型組的精子濃度和活力顯著降低，而A10-FMT的精子活力和濃度顯著增加。

圖1 | A10-FMT降低了血糖，增加了精子濃度和精子活力

隨後作者透過對小腸、盲腸和結腸內容物

微生物16s RNA測序

，發現A10-FMT和Con-FMT可能會差異調節腸道微生物群和微生物功能，以調節血液代謝物和其他功能，從而A10-FMT可以改善Ⅱ型糖尿病患者的小腸微生物群，增強患者的精子活力。

圖2 | A10-FMT改善了小鼠模型的小腸菌群

2.A10-FMT改善了T2D的血液代謝組和肝功能

研究人員運用

LC-MS非靶向代謝組學

技術檢測小鼠模型組的血漿代謝組學成分。分析資料發現，與對照組相比，糖尿病模型組的血甘油三酯（TG）、膽固醇、血脂分子升高，但在A10-FMT和Con-FMT組中降低。血漿代謝組資料顯示，多不飽和脂肪酸（PUFA）和二十碳五烯酸（EPA）在模型組中較低，而在A10-FMT組中則較高。

圖3 | A10-FMT改善了小鼠模型的血液代謝

血液代謝物與精子濃度/活力的相關性分析表明，血糖和膽固醇與精子濃度和精子活力呈負相關，而EPA和丁酸與精子濃度和活力呈正相關（圖 3m），這表明血液代謝組和精液質量引數是相關的。肝臟樣本的

轉錄組測序

（RNA-seq）分析顯示，模型組中肝臟基因表達被破壞，而它可以被A10-FMT和Con-FMT恢復，這些結果與血液代謝資料相匹配。

圖4 | A10-FMT 改善肝臟脂質代謝和抗氧化能力

3.A10-FMT改善了睪丸代謝組和睪丸微環境

查閱相關資料，研究人員發現n-3多不飽和脂肪酸如二十二碳六烯酸（DHA）和EPA、類視黃醇、男性類固醇激素，尤其是睪酮，在精子發生中起著重要作用。結果顯示，這些代謝物的表達水平在模型處理組中顯著降低，而在A10-FMT處理組中顯著升高，但Con-FMT的表達水平與模型處理組之間沒有顯著差異。睪丸代謝物與精子濃度和活力的相關性分析發現，DHA、EPA和睪酮與精子濃度和/或精子活力正相關。同時，血液代謝物和睪丸代謝物之間存在良好的關係，

這些資料說明A10-FMT處理確實改善了睪丸代謝微環境。

圖5 | A10-FMT 改善睪丸代謝

圖6 | A10-FMT 有利於睪丸睪酮水平和合成，從而改善睪丸微環境

4、A10-FMT改善精子合成，增加了精子濃度和活力

血液和睪丸樣本中的代謝組資料表明

，疾病模型會擾亂血液和睪丸微環境，破壞精子生成，進而降低精子濃度和活力。然而A10-FMT改善了血液和睪丸環境，使精子的有絲分裂、精子濃度和運動能力得到恢復。研究人員為了確定A10-FMT改善精子活力的機制，作者運用WB蛋白免疫印跡、免疫熒光染色等技術，確認了不同處理組中與精子活力相關蛋白含量的變化。研究結果發現，A10-FMT透過增加重要的精子發生蛋白如VASA（生殖細胞標記）、SYCP3（減數分裂標記）、PGK2（精子活力和生育力蛋白）、ODF1（絲狀結構成分）、PIWIL1（生殖系完整性）和睪丸樣本中的TP1（精子細胞特異性蛋白）改善精子生成環境，從而增加精子濃度和活力。

圖7 | A10-FMT 有利於睪丸睪酮水平和合成，從而改善睪丸微環境

綜上所述，針對患有T2D的年輕小鼠的新研究表明，A10-FMT可以改善腸道微生物乳酸桿菌和異種桿菌，從而提高血液中的丁酸和EPA，以及睪丸DHA、EPA和類固醇激素（例如睪酮），以促進精子發生，從而增加精子濃度和精子活力。

小鹿推薦

本文運用

LC-MS非靶向代謝組學+轉錄組測序+16s rRNA微生物測序

等多組學技術，研究了海藻酸寡糖（AOS）+腸道微生物菌群治療對年輕的男性二型糖尿病生育能力的影響，研究的結果為具有潛在男性不育高風險的T2D青少年的有益腸道微生物群的作用機制提供了新的線索。

研究結果強烈表明有必要探索微生物群糞便移植療法，以降低在T2D病程早期的青年男性不育症的升高率。此外，有必要對患有T2D的青年進行臨床研究，以闡明有益微生物群在改善精液質量和男性生育能力中的作用。

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