肠道菌群通过脑肠轴诱导恒温动物进入类蛰眠状态：鞘脂代谢的关键作用

《npj Biofilms and Microbiomes》：Intestinal bacteria trigger a hibernation-like state in homotherms via the gut-brain axis

本研究针对恒温动物难以适应持续低温的难题，通过将冬眠喜马拉雅旱獭的肠道菌群移植至小鼠体内，首次发现Bacteroides菌属通过鞘脂代谢通路激活下丘脑MPA与VMH区GM2A神经元，诱导恒温动物产生直肠温度降低3.72-4.58°C的类蛰眠状态。该成果为航天医学、疾病治疗领域的低温适应机制提供了新靶点。

　　

在探索宇宙奥秘的征程中，科学家一直试图破解动物冬眠的生理机制。恒温动物（包括人类）面临持续低温环境时，会出现体温过低甚至死亡的风险，而异温动物却能通过冬眠策略轻松应对极端环境。这种差异激发了科研人员对诱导人工冬眠技术的探索，其在航天医学（缓解宇航员代谢消耗）、临床治疗（心脏骤停、脑损伤的低温疗法）和器官移植等领域的应用前景令人瞩目。

以往研究多聚焦于通过超声波刺激或药物注射直接干预下丘脑神经元来诱导类冬眠状态。然而，这些方法存在侵入性较强、靶向性不足等局限。近年来，脑肠轴（gut-brain axis）作为连接肠道微生物与中枢神经系统的重要通道，为低温适应机制研究提供了新视角。已有研究表明，肠道菌群可通过调节甲状腺激素促进棕色脂肪组织（BAT）产热，但能否直接触发恒温动物的蛰眠状态仍属未知。

在此背景下，中南林业科技大学进化生态与保护生物学研究所项佐夫团队开展了一项创新性研究，成果发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。该研究以冬眠期喜马拉雅旱獭（Marmota himalayana）为模型，将其肠道菌群移植至抗生素处理小鼠（ABX mice）体内，首次证实肠道菌群可通过鞘脂代谢（sphingolipid metabolism）通路激活下丘脑特定神经元，诱导恒温动物进入类蛰眠状态（torpor-like state）。

研究团队采用多组学整合分析技术，包括宏基因组测序（metagenomic sequencing）、RT-qPCR基因表达检测、免疫荧光染色（immunofluorescence staining）以及能量代谢参数监测（呼吸商、氧耗量等）。实验样本涵盖野生喜马拉雅旱獭活动期与冬眠期的肠道菌群、肝脏及白色脂肪组织（WAT），并通过粪菌移植（fecal transplantation）构建小鼠模型验证机制。

Marmota himalayana experienced hypothermia and hypometabolism during hibernation

通过对比活动期与冬眠期旱獭的生理参数，发现冬眠个体直肠温度降低70%，呼吸频率下降95%，体表热量集中于棕色脂肪组织分布区（背部）。

Bacteroides were the dominant bacteria participating in the hibernation process through sphingolipid metabolism

宏基因组分析显示，冬眠期旱獭肠道中Bacteroides菌属丰度显著上升3.85倍，鞘脂代谢通路（ko00600）和脂肪酸合成通路（ko00601）被激活。

Regulation of sphingolipid metabolism through ganglioside synthesis in the liver and white adipose tissue of Marmota himalayana

RT-qPCR检测发现，冬眠期旱獭肝脏与白色脂肪组织中神经节苷脂GM2激活因子（GM2A）表达显著上调，表明鞘脂代谢通过神经节苷脂合成途径参与低温适应。

Torpor-like state was triggered by gut bacteria and hypothalamus neurons

粪菌移植实验表明，仅在低温环境下移植冬眠旱獭菌群的小鼠出现类蛰眠状态：直肠温度下降3.72-4.58°C，呼吸商与活动量显著降低，且下丘脑MPA与VMH区c-Fos蛋白表达升高。

Ganglioside facilitated torpor-like of MPA^GM2Aand VMH^GM2Aneurons

免疫荧光染色显示，类蛰眠小鼠下丘脑MPA与VMH区GM2A蛋白密度显著增加，而使用多粘菌素β（Polymyxin beta）抑制菌群后，GM2A表达下降60.61%-87.11%，小鼠产热与运动能力恢复。

本研究首次揭示了一条由肠道菌群启动的低温适应新通路：Bacteroides菌通过鞘脂代谢促进神经节苷脂合成，激活下丘脑MPA^GM2A与VMH^GM2A神经元，从而诱导恒温动物进入类蛰眠状态。该机制不仅阐释了喜马拉雅旱獭冬眠的分子基础，更为非侵入性低温适应技术开发提供了理论依据。未来通过靶向调控特定菌株或代谢产物，有望在航天医学、危急重症治疗等领域实现人工蛰眠技术的突破。