肠道微生物组-生殖系轴：准父亲的肠道微生物群重要吗？

生殖系细胞在表型和生理适应向下一代的传递中起着关键作用。一个多世纪前，奥古斯特·魏斯曼提出体细胞的变化无法传递给生殖细胞或后代，这一理论被称为魏斯曼屏障。尽管如此，最新研究表明魏斯曼屏障是可渗透的，信息可以从体细胞传递到生殖系，并调节后代表型。在过去十年里，人们对微生物组改变（菌群失调）如何影响构成身体组织的不同体细胞（如大脑、肝脏、心脏、心脏和肺）产生了极大的兴趣和进展。然而，肠道微生物群失调是否能影响哺乳动物生殖细胞（即肠道到生殖细胞）及最终未暴露的后代，仍不明确。

为了解决这一研究问题，我和同事们建立了一个诱发性模型，用于使用无法穿越肠道上皮屏障的即兴非吸收性抗生素（nABX）。如预期，6 周低剂量 nABX 治疗导致生理上显著的菌群失调，但该失调可逆，并在 nABX 停药 8 周后逐渐恢复为生理健康的肠道微生物群（6 周+8 恢复期）。服用 nABX6 周后诱发的菌群失调对男性体重、生长或生育能力没有显著影响。在治疗男性的血清或睾丸中未检测到 nABx 残基，证实任何远端组织反应均由肠道菌群失调诱导，而非全身性药物效应。

随后，我们研究了男性生殖系统在 6 周菌群失调后生理变化。不适性雄性睾丸较小，精子数量较低，精子形状更为异常。组织学分析发现，营养不良男性睾丸存在多种解剖异常，包括异常精管数量增加、上皮厚度减少以及无丝分裂区室，而这些在对照睾丸中未见。睾丸代谢组学显示，睾丸根据肠道微生物群状态聚集，且鞘脂、甘油磷脂和内源性大麻素调节异常，这些均在生殖细胞功能中起关键作用。此外，在不健康的男性睾丸中，精子生成调节基因表达错误——最显著的是生殖激素瘦素被严重下调。瘦素在生殖细胞中表达，这些细胞调节能量稳态、精子自我更新和睾酮控制;其偏离正常水平直接影响男性生育能力和生殖健康。相比之下，在 6 周+8 恢复期，睾丸特征与对照组无异，表明睾丸生理结构在 nABX 停药 8 周后与肠道微生物群恢复同步恢复。

为评估菌群失调引起的睾丸异常是否影响生殖细胞和后代，我们对未治疗（未治疗）雌性进行 6 周 nABX 后配种不良雄性，并评分 F1 表型。值得注意的是，反生物父犬在接受 nABX6 周后所生的后代表现出部分渗透但一致的主要出生后表型，包括新生儿出生体重较低、生长迟缓，以及相较对照组后代更高的出生后死亡率。男女均受影响，且严重生长受限的后代出生后死亡率更高。接着，我们考察了父系从肠道菌群失调中恢复是否能挽救 F1 后代的表型效应。在 nABX 戒断 8 周后，当同一 nABX 治疗父亲的肠道微生物群恢复到健康状态时，我们观察到 F1 新生儿体重同时正常化，发育生长，且死亡率无显著增加。该结果表明，F1 表型效应在父方微生物群失调期间会持续存在，但在父亲肠道微生物组恢复后是可逆的。这支持哺乳动物存在肠道-生殖轴。

为了考察遗传方式，我们首先询问了是否存在父系传递不良肠道微生物群。nABX 种公犬和对照的父鼠精精微生物群及亲代共居、母体微生物组及后代的共粪作用，分别在交配前、交配后和产后均无显著差异。因此，我们得出结论，父系转移改变的微生物群和间接母体反应均不构成 F1 表型效应的基础。接着，我们考察了 F1 表型是否通过体外受精（IVF）通过父系配子传递。由不良生物精子捐赠者产生的体外受精后代出现了新生儿出生体重下降和产后生长受损的情况。这一发现证实了精子在传递父系诱导的 F1 表型中起着主要作用。接着我们分析了成熟精子的分子变化。我们检测到精子携带的小 RNA 在肠道菌群失调反应中显著变化，包括 microRNA-141（miR-141）和 miR-200a，它们共同调节上皮-间充质过渡和胎盘发育。我们还观察到 5 个丰度的变化？tRNA 片段（tRFs），特别是在不健康男性中 tRF-Gly-GCC 的上调，这与代际效应有关。

肠道微生物组-生殖系代际遗传机制

我们的研究揭示了此前未知的代际遗传机制，这些机制通过肠道-生殖系-胎盘轴传播，该轴对父系肠道微生物群失调敏感，并不利于后代适应度。

为了理解精子触发后代表型的机制，我们试图识别导致胎儿异常发育的子宫内因素。我们注意到，来自不良父体的胎盘表现出多种胎盘疾病指标，包括血管功能受损、胎盘梗死增加、迷宫区缩小以及胎儿胎盘比例异常。在由不健康父亲所生的胎盘中，各种胎盘功能不全的临床标志物也被下调。例如，胎盘生长因子（PLGF）表达显著下调，而 Flt/Plgf 比率、Clu 和 Afp（作为人类子痫前期（PE）的主要诊断标志物则上调。这些发现支持 F1 效应的类似 PE 病因，这与人类因亲子关系变化而存在的 PE 风险因素一致。

综合来看，累积证据表明存在此前未知的代际遗传机制，这些机制通过男性的肠道-生殖系-胎盘轴传播，潜在父亲的肠道微生物群通过这些机制影响后代健康和疾病易感性。更广泛地说，本研究强调了亲本肠道微生物群作为主要接口的重要作用，在这种界面上，多种环境输入如抗生素和饮食能够汇聚并向生殖细胞发出信号，最终增加未来世代易感性的风险。经过130年的魏斯曼屏障理论，我们揭示了一种新的生物学现象，将体细胞-生殖系相互作用的概念扩展到微生物组-体体-生殖系相互作用。本研究获得的见解将对生殖系遗传相关疾病的诊断和预防策略发展产生深远影响。也许他们还会开辟一条新的研究方向，发现能够减少和/或预防代际健康风险的益生元或益生元。