儿童肠道菌群通过单次粪菌移植对性匹配小鼠脂肪和肠道发育的长期影响及其成年期代谢调控机制

为探究儿童肥胖与代谢疾病的长期影响，研究人员通过单次粪菌移植(FMT)将儿童微生物群植入性匹配幼鼠，发现其可程序化调控成年期脂肪组织(BAT/WAT)功能、葡萄糖代谢及肠道屏障，并揭示性别特异性微生物-代谢轴（如Collinsella和BCAA）。该研究为早期微生物干预预防代谢综合征提供关键证据。

　　

随着全球儿童肥胖和2型糖尿病(T2D)发病率持续攀升，科学家们逐渐意识到生命早期可能是干预代谢疾病的关键窗口期。然而，早期肠道菌群如何通过"微生物记忆"长期影响宿主代谢仍知之甚少。传统研究多聚焦成人菌群移植的短期效应，而意大利研究团队独辟蹊径，选择5岁儿童作为供体，通过创新性的纵向研究设计，首次揭示单次粪菌移植(FMT)在性匹配小鼠中产生的持续代谢编程效应。

研究团队采用无菌C57BL/6小鼠模型，将20名5岁儿童（10名肥胖/10名瘦）的粪便微生物群通过单次灌胃移植至4周龄幼鼠。通过长达23周的追踪，结合μPET-CT动态成像、多组学整合分析等技术，系统评估了从幼年到成年过程中脂肪组织形态功能、肠道屏障完整性及系统代谢的变化规律。

3.1 儿童FMT在受体小鼠中持续印记肠道-脂肪-代谢表型
研究发现供体儿童的BMI与受体小鼠的体重、脂肪细胞大小等参数显著相关。这种关联从移植后2周持续至成年期，证实早期菌群移植具有持久编程效应。

3.2 单次FMT诱导成年期肥胖/糖尿病特异性表型
雄性受体呈现典型肥胖特征：BAT白色化、全身脂肪体积增加；雌性则表现为高血糖、WAT炎症等糖尿病特征。PET-CT显示雌性小鼠内脏脂肪葡萄糖摄取增加，而雄性出现BAT脂质沉积。

3.3 粪便微生物影响脂肪组织BCAA水平
质谱分析揭示OM组（肥胖供体雄性小鼠）BAT中支链氨基酸(BCAA)水平激增，而OF组（肥胖供体雌性小鼠）普遍缺乏牛磺酸。这种氨基酸代谢紊乱与脂肪组织功能障碍密切相关。

3.4 肠道菌群动态演变
α多样性分析显示受体菌群丰度较供体降低25%。β多样性分析发现性别是菌群分群主要因素，肥胖表型次之。关键菌属如Collinsella（产TMA）、Paraprevotella（参与BCAA代谢）呈现性别特异性分布。

3.5 肠道组织病理与功能改变
OF组出现肠隐窝结构紊乱、杯状细胞减少30%，伴随紧密连接蛋白(ZO1)表达下调。线粒体生物合成基因(PGC-1α)表达受损，提示能量代谢障碍。

3.6 代谢组学揭示早期功能编程
NMR检测到19种粪便代谢物差异，如OM组苯丙氨酸、乳酸升高，OF组TMAO缺乏。这些差异在移植后1周即出现，并与供体儿童饮食模式（如动物蛋白摄入）显著相关。

3.7 多组学整合分析
DIABLO模型显示Eggertella菌与脂肪体积正相关，Collinsella与粪便赖氨酸负相关。这种微生物-代谢物-表型的多维关联揭示了潜在的调控网络。

该研究开创性地证实：单次早期FMT可通过微生物-代谢轴产生持续编程效应，且具有显著性别二态性——雄性倾向肥胖表型（BAT白色化、BCAA累积），雌性易发糖尿病特征（高血糖、肠道渗漏）。特别值得注意的是，供体儿童的饮食习惯（如男童高动物蛋白摄入对应受体苯丙氨酸升高）与受体代谢表型存在跨物种关联，暗示早期饮食-菌群互作可能通过"代谢记忆"影响终身健康。

研究突破在于：首次建立儿童-小鼠跨生命周期FMT模型，证实微生物编程的持久性；创新应用μPET-CT实现脂肪组织动态监测；发现Collinsella等关键菌属的性别特异性作用。这些发现为针对儿童特定发育窗口期的微生物干预策略提供了理论依据，提示早期饮食调整可能通过重塑菌群功能预防代谢疾病。论文发表于《Molecular Metabolism》，为代谢编程研究树立了新范式。