肠道微生物稳态对机体有着重要意义，参与多种代谢调控网络，比如肠-皮肤轴，肠道微生物影响皮肤健康；肠-肝轴，即肠道微生物参与调控肝脏健康，肠道菌群失衡引起肠道屏障功能受损，造成一系列肝脏疾病（如肝硬化）；肠-肺轴，参与调控呼吸系统健康；肠-免疫轴，肠道稳态关联免疫系统稳态；肠-代谢轴，与肥胖等代谢性疾病密切相关。

以上调控网络基于个体与肠道微生物（环境）的交互，是我们比较熟悉的研究方向。

今天，我们来看看最近发表在Nature上的这篇文章是如何脑洞大开，以一种全新的视角来研究肠道微生物——父代微生物和子代健康之间的关系，可以被称为父系肠道-种系轴。

具体怎么做的呢？

第一步，造模：

作者使用肠道无法吸收的抗生素处理雄性鼠，建立肠道微生物失调模型。肠道无法吸收即不造成全身药物暴露（通过质谱无法在血清和睾丸中检测到抗生素证实），仅实现肠道微生物的急剧改变（16S核糖体RNA测序）。

第二步，繁育后代

作者将抗生素处理过的雄鼠与未经药物处理的雌鼠交配，与对照雄鼠（未经药物处理）后代相比。抗生素处理过的雄鼠后代无论雌雄体重均显著降低，此外，生长状况不佳且死亡率提升。

第三步，替代策略

作者验证了扰动肠道微生物稳态的其他同源策略，包括使用替代抗生素和渗透性泻药（聚乙二醇），观察到类似结果

第四步，可逆性评估

作者将肠道菌群失衡的雄鼠恢复到正常菌群稳态，发现新诞生子代恢复正常

第五步，可逆性评估-遗传物质变化

作者对两种情况诞生的子代进行转录组分析，发现表型不是由遗传差异造成，也进一步证明表型变化是可逆的。

第六步：传递方式探究

首先，作者检查了受孕雌鼠及子代的微生物群，发现并未出现显著改变，说明父代肠道微生物群改变并不会传播给母本及子代。

既然不是通过肠道微生物传播，那么传播方式很可能通过生殖配子。所以作者便通过体外受精（等基因的卵母细胞与经抗生素处理过的雄鼠精子或对照雄鼠精子受精），植入代孕鼠。观察到肠道微生物失调的雄鼠精子产生的后代体重显著降低，生长受限。表明表型差异的确是通过生殖配子传递。

第七步：机制探究

既然生殖细胞是父代肠道菌群失衡影响子代表型的主要媒介，那么对生殖细胞及生殖系统的研究对于揭示内在调控机制的作用便不言而喻了。我们看看作者是怎么展开研究：

1.生理变化分析：睾丸质量比较，组织学染色评估生精小管结构数目

2. 非靶向代谢组学分析

3.转录组学分析

发现父代睾丸的确受到肠道微生物变化的影响，且瘦素是响应该变化的最敏感分子。

第八步：机制进一步确认

作者选择6周龄的瘦素缺失模型鼠评估睾丸表型及对子代胚胎基因表达的影响，结果符合预期，瘦素确实对父代睾丸及对子代胚胎均有影响。值得注意的是，瘦素在胚胎早期不表达，这就暗示了来自瘦素缺乏父本的精子可能存在缺陷。

作者进一步评估精子中的分子变化，首先检测了DNA的甲基化水平，但发现与对照组相比，甲基化特征无显著变化。

那该怎么办呢？

作者选择检测精子中的小RNA（换种策略），不无意外，作者发现miR-141,miR-200a等出现显著变化，且这些小RNA调节上皮-间质转化和胎盘发育。

进一步，作者评估父代抗生素暴露对即将到来的胎盘发育影响，通过转录组分析，寻找到与胎盘功能不全的标志物，通过组织学检查发现来自抗生素暴露父亲的胎盘（胎盘肯定来自雌鼠，精子源自抗生素处理的雄鼠）血管化受损，胎盘梗死增加等，均表明父亲肠道微生物扰动与胎盘缺陷相关。

总结一下，全文介绍了父代肠道微生物失衡会影响生殖健康，即肠-种系轴，拓宽了肠道微生物的研究领域，研究思路清晰，值得我们学习！

参考文献：

[1] A. Argaw-Denboba, T.S.B. Schmidt, M. Di Giacomo, B. Ranjan, S. Devendran, E. Mastrorilli, C.T. Lloyd, D. Pugliese, V. Paribeni, J. Dabin, A. Pisaniello, S. Espinola, A. Crevenna, S. Ghosh, N. Humphreys, O. Boruc, P. Sarkies, M. Zimmermann, P. Bork, J.A. Hackett, Paternal microbiome perturbations impact offspring fitness, Nature 629(8012) (2024) 652-659.