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项目文章 | 肠道微生物影响睾丸激素分泌?扩增子绝对定量测序揭秘新机制!
发布时间:2024-04-24

越来越多的证据表明,肠道微生物群参与调节宿主的性激素水平,例如通过干扰肠道中的性激素代谢。然而,肠道微生物群或其代谢物是否直接影响性腺中的性激素生物合成在很大程度上仍然未知。之前的研究表明,粘菌素(colistin)作为一种窄谱抗生素,可以显著下调雄性小鼠血清睾酮水平,从而增强抗PD-L1的抗肿瘤效率,但是调节宿主睾酮水平的潜在机制仍未得到研究。

近期,来自青岛大学基础医学院王洛洋团队科研人员在《mSystems》(IF=6.4,JCR:Q1)上发表研究论文。该研究利用天昊生物Accu16S®细菌绝对定量测序专利技术以及非靶向代谢组等分析方法,发现粘菌素可以对雄性小鼠睾丸的免疫微环境产生影响,能够通过抑制Akkermansia来下调雄性小鼠的血清睾酮水平,导致肌苷代谢被破坏。补充肌苷可以恢复睾酮分泌,可能是通过促进肠道粘液屏障和血清脂多糖水平的恢复。该研究结果揭示了肠道菌群调控宿主性激素水平的新途径


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英文题目:Inhibition of inosine metabolism of the gut microbiota decreases testosterone secretion in the testis

中文题目:抑制肠道菌群的肌苷代谢可以减少睾丸中睾酮的分泌

期刊名: mSystems

发表时间:2024年


近年来,在肿瘤治疗领域,免疫检查点抑制剂(ICIs)被广泛应用。然而,许多患者对这些治疗药物的反应并不理想。以往的研究主要关注肿瘤细胞和免疫细胞之间的相互作用,对于肠道微生物和性激素在肿瘤治疗中的作用机制了解有限。尤其是关于睾丸激素在免疫治疗中的作用以及肠道微生物如何影响睾丸激素水平的机制,迄今为止尚未有明确的认识。

本研究通过对雄性小鼠进行了一系列实验,分析了colistin对睾丸免疫细胞浸润、肠道微生物组成和代谢的影响。研究发现,colistin处理可选择性降低了肠道细菌Akkermansia的丰度,导致肌苷水平下降,同时引起结肠粘液层减少和血清脂多糖(LPS)水平升高。这一系列变化可能导致睾丸内PD-L1的表达下调,并促进CD4+ GZMB+ T细胞的活化。值得注意的是,口服补充肌苷可以部分恢复这些变化,包括结肠粘液层的厚度和血清LPS水平,从而促进PD-L1的表达和睾酮的分泌。

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图1、Colistin对雄性小鼠肠道微生物群组成的影响。(a)物种层面的a多样性指数比较。(b) 总绝对丰度的比较。(c,d)ASV绝对丰度和相对丰度的PCA主成分分析。(e,f)肠道微生物群在门水平上的绝对和相对组成结果。(g)疣微菌门绝对丰度的比较(注:Akkermansia属于该菌门)。


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图2、不同分类水平上肠道菌群的改变和潜在功能特征的变化。(a)通过对属级生物分类和功能概况的统计分析,比较各组之间的肠道微生物群组成。P 值为Wilcoxon 秩和检验。(b) 肠道微生物群组成的LEfSe分析。(c)肠道微生物群的共现网络图。(d) 基于PICRUSt2分析的差异丰度KEGG途径热图。


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图3、Colistin抑制Akkermansia并会减少肠道中肌苷的产生,导致结肠粘液层的破坏。由于肠道通透性增加导致的血清LPS水平异常,可能通过调节睾丸内的免疫微环境来抑制睾酮分泌。


该研究为我们揭示了一种新的机制,即肠道微生物可以改变睾丸激素水平,进而影响肿瘤治疗的疗效。这一发现不仅拓展了我们对肠道微生物在免疫治疗中的作用的认识,还为未来开发新的肿瘤治疗策略提供了新的思路和方向。


属于微生物组“绝对定量”的时代,已经到来!



01 天昊生物Accu16S®细菌与AccuITSTM真菌绝对定量测序专利技术简介:


天昊生物开发的微生物Accu16S®细菌与AccuITSTM真菌绝对定量测序技术,是一种基于添加内标序列的微生物绝对定量检测方法。本技术通过向样品DNA中添加天昊专利的人工合成已知拷贝数内标序列,然后进行16S扩增子文库构建、测序,再根据内标序列reads数及其绝对拷贝数绘制出标准曲线,后可获得样品中OTU代表序列对应的细菌物种绝对拷贝数。利用该方法,研究者可以同时获得绝对定量分析结果、常规扩增子相对定量结果,以及相对定量与绝对定量的比较分析结果,可谓“一次检测,三套结果”,数据更加全面准确

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02 传统的微生物扩增子相对定量测序的“技术痛点”:


1、只能获得相对定量结果,可能推导出错误结论;

2、传统qPCR等方法定量费时费力,无法避免跨平台系统误差;

3、针对特殊样本,无法排除PCR抑制剂干扰。

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上图为微生物群“相对丰度(Relative abundance)”和“绝对丰度(Absolute abundance)”随时间变化比较示意图。只检测相对定量数据会掩盖了潜在微生物群落的动态变化,使变化过程中的差异更难被发现。(图片来源:Nature,2021)


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上图为菌群组装过程主要由微生物之间不对称的相互作用,而基于相对丰度的数据推断出的相互作用会产生误导性的错误结果。a,相对丰度数据无法正确推断互作网络中的不对称相互作用,例如相对丰度无法检测到Staphylococcus 对Klebsiella生长的促进,还错误地推断Staphylococcus 对Candida的促进,并且无法检测到Candida或Enterococcus对Klebsiella 的生长抑制。而绝对丰度则准确推断出了上述互作关系,并且利用动物实验得以确认。(图片来源:Nature,2021)


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上图为人类肠道菌群变化与微生物定量方法之间存在差异。本研究发现克罗恩氏病患者(CD)和对照人群(Control)粪便微生物的“相对丰度(RMP)”和“绝对丰度(QMP)”结果,在一些菌属中存在显著性差异。只考虑“相对定量”结果,可能会造成结论的错误或者关键菌属信息的丢失。(图片来源:Nature,2017)


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03 天昊扩增子绝对定量测序技术优势:


一次检测,三套数据,结果更丰富;

对样本的需求量要求低,避免因样本无备份等造成的无法检测情况;

检测通量高,检测合格范围内各类菌种均可绝对定量;

相对定量和绝对定量数据相互印证,减少传统相对定量假阳性问题;

避免跨平台qPCR定量的系统误差;

内标法比qPCR在定量上具有更高的特异性、灵敏度和更好的一致性;

避免因样本DNA抽提等原因造成的PCR抑制剂残留对结果准确性的影响;

避免qPCR等定量实验碰到的引物设计和优化难题。

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取得成绩

截至目前,天昊客户利用微生物绝对定量测序共发表SCI文章52篇,其中JCR分区在Q1区的高分文章多达27篇,研究领域涉及医学、环境、食品、农学和生态等各个领域,样本类型包括人类及动物粪便、土壤、体外发酵液、水体生物膜、酒类发酵物及口拭子DNA样本等。

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天昊客户文章中关于“绝对定量”和“相对定量”异同结果的描述:

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关于天昊


上海天昊生物科技有限公司,2008年4月创建于上海浦东张江高科技园区,上海市高新技术企业。天昊生物建立了整套完备的实验室管理体系和标准流程,为国内外基因生物领域科研机构、医学院校以及生物制药企业提供精确、高效的基因检测分析服务。

天昊生物具有极强的技术研发实力,研发了多项具有国际水平的专利技术,包括多种SNP分型和拷贝数检测技术、微生物16S扩增子绝对定量技术。同时利用专利自主研发的AccuCopy®、CNVplex®、SNPscan®、iMLDR®、EasyTarget®、FastTarget®、SNPseq®、CNVseq®、MethylTarget®和SSRseq®等全新技术为客户提供灵活定制科研项目检测服务。在2018年荣获“浦东新区企业研发机构”称号,2023年荣获“上海市专精特新中小企业”称号。

天昊生物遗传分析中心借助多名长期从事基因及遗传分析的领域专家构成的专家咨询团队,专业团队结合准确、高效、经济的科研技术服务体系,致力于长期为分子生物学及医学遗传学领域的研究者提供高质量的科研策略咨询、实验技术服务和遗传数据分析,帮助广大科研人员获得更为优质的科研成果。


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