肠道菌群通过保护卵巢储备延长小鼠生殖寿命的机制研究

为揭示不孕症机制，研究人员开展肠道菌群调控雌性生殖寿命的主题研究，发现微生物群通过短链脂肪酸（SCFA）介导的代谢信号通路维持原始卵泡库稳态，并通过膳食纤维干预改善高脂饮食条件下的卵母细胞质量。该研究为微生物-宿主互作调控生殖健康提供了全新视角，为生殖障碍治疗提供了微生物靶向干预策略。

　　

在全球范围内，不孕症影响着每六个人中就有一人，且这一比例持续上升，类似的生殖健康危机在整个动物界也有报道。尽管辅助生殖技术取得了长足进步，但生育能力的基本调控机制仍不明确。近年来，微生物群作为调控宿主代谢、免疫和发育的关键因素受到广泛关注，但其在雌性哺乳动物生殖功能中的作用机制尚未得到深入探索。

发表在《Cell Host & Microbe》的最新研究中，Munyoki等研究人员通过系统性的实验证明，肠道微生物群通过保护卵巢储备显著延长雌性小鼠的生殖寿命。该研究不仅揭示了微生物群在生殖生物学中的关键作用，更为理解环境因素（如饮食、抗生素等）对生殖健康的影响提供了机制性解释。

研究人员采用多组学技术手段开展本研究，包括：使用无菌（GF）和鼠病原体免费（MPF）C57BL/6N Tac小鼠模型进行终身繁殖记录分析；通过组织学染色和卵泡计数评估卵巢形态和卵泡动力学；运用整体卵巢RNA测序技术进行转录组分析；采用16S rRNA标记基因测序和鸟枪法宏基因组学分析肠道微生物组成；通过靶向代谢组学定量短链脂肪酸（SCFA）水平；进行超数排卵和体外受精（IVF）实验评估胚胎发育能力。

微生物群延长小鼠生殖寿命

研究人员首先分析了493窝MPF和GF小鼠的终身繁殖记录，发现MPF小鼠平均生产4.7窝，而GF小鼠仅2.5窝，且GF小鼠每窝产仔数更少。MPF小鼠能够持续生产至第9窝，而GF小鼠到第5窝时繁殖能力就开始下降，第6窝后完全丧失生育能力。这种生殖寿命的表型经过1,000次置换的欠采样分析得到证实。

微生物群通过调控卵巢卵泡动力学影响生殖能力

对10周龄成年小鼠（产后第70天，P70）生殖组织的组织学分析显示，GF卵巢出现出血性病变、胶原积累和纤维化。卵泡量化分析揭示GF小鼠原始卵泡库减少50%，而初级、次级和窦卵泡数量无显著差异，黄体数量也相当，表明促性腺激素依赖的卵泡发育阶段在GF小鼠中保持完整。GF卵巢中闭锁卵泡数量增加。

卵巢整体RNA测序发现600多个差异表达基因（DEG），包括维持静止、启动激活和促进原始卵泡存活的关键基因（Nobox、Kit、Amh、Foxl2、Gdf9、Fshr、Figla）。基因本体（GO）分析显示卵巢储备、免疫、代谢和组织重塑通路富集。靶向代谢组学显示GF卵巢中短链脂肪酸（SCFA）丁酸盐水平降低，三羧酸（TCA）循环中间产物增加。

产后微生物群成熟与卵巢卵泡调控的关键时期相吻合

研究人员在不同产后阶段（P7、P12、P21、P28、P70）量化卵巢卵泡，发现GF小鼠在P7时原始卵泡数量是MPF小鼠的两倍，但这种差异到P12时消失。从P28开始，GF小鼠原始卵泡数量开始下降，到P70时出现显著差异。数学模型显示MPF小鼠原始卵泡呈线性减少，而GF小鼠呈现指数衰减。

区室模型分析显示GF小鼠原始卵泡激活率比MPF小鼠高2.4倍，但从初级到次级卵泡的进展减少（GF/MPF比=0.86），从次级到窦卵泡的转换降低（GF/MPF比=0.57），次级卵泡闭锁率增加（GF/MPF比=1.32）。这些发现表明GF小鼠存在激活过度、进展受损和闭锁增加的失衡状态。

微生物群定植防止卵巢储备过早丧失

通过在出生时（P0）或断奶过渡期开始（P12）对GF母鼠进行微生物定植，研究发现P12定植就足以挽救GF卵巢表型，恢复原始卵泡库至MPF小鼠水平，逆转GF小鼠中观察到的形态学表型。定植还恢复了与卵巢储备维持相关的关键基因网络（Amh、Bmp15、Gdf9、Figla、Foxl2、Nobox）。

短链脂肪酸介导卵巢储备维持中的宿主转录

从P12开始给GF小鼠补充SCFA混合物（67.5 mM乙酸盐、40 mM丁酸盐、25.9 mM丙酸盐），发现SCFA supplementation增强了卵巢形态，增加了原始卵泡比例，并提高了Nobox和Amh的表达，证明微生物衍生的SCFAs影响卵巢储备维持相关基因的表达。

膳食纤维通过微生物依赖机制保护卵巢储备

研究人员从P12到P70给MPF雌鼠喂食五种定制饮食，发现高脂低纤维（Hf-Lfi）饮食导致原始卵泡最显著减少（减少39%），而纤维补充在高脂条件下提供部分保护（仅减少27%）。纤维缺乏即使在低脂条件下也减少原始卵泡22%，而纤维补充将这种损失限制在17%。

膳食纤维保护高脂饮食条件下的卵母细胞质量和胚胎能力

通过超数排卵和体外受精实验，研究发现Hf-Lfi胚胎从2细胞期开始就出现发育衰退， cleavage率（2细胞/卵母细胞比率）显著降低（约30%，而其他饮食为70%-80%），这与肥胖女性IVF中观察到的早期胚胎发育失败相似。纤维补充挽救了高脂小鼠的 cleavage效率。

该研究得出结论：微生物群通过调节原始卵泡丢失来延长小鼠的生殖寿命。在缺乏微生物群的情况下，加速的激活、受损的进展和增加的闭锁会过早耗尽卵巢储备，这种表型可通过定植或SCFA补充来挽救。膳食纤维即使在高脂条件下也能保护卵母细胞质量和胚胎能力。这些发现为长期观察到的GF小鼠生殖能力降低提供了机制性解释，并将宿主-微生物通信的范围扩展到卵巢功能。

研究的局限性包括：GF模型提供了机制性见解，但代表了自然界中不存在的 artificial条件，限制了它们的转化相关性；饮食干预实验仅分析了P70的微生物组，而非假设卵巢编程发生的关键P12-P28窗口期；没有使用全局或条件性敲除模型验证SCFA依赖性机制；连续饮食干预设计（P12-P70）无法确定早期治疗是维持卵巢卵泡数量还是后期干预改善卵母细胞质量；连接SCFAs与卵巢基因表达的具体分子机制仍未解决。

这些发现为理解饮食、微生物群和生育结果之间的关系提供了潜在解释，为消费西方饮食和经历人口转型的人群中不孕率增加提供了新视角。在原发性卵巢功能不全和多囊卵巢综合征女性中肠道微生物群的改变进一步支持了这些发现的临床意义。未来研究应该检查生殖障碍个体中饮食、微生物群和卵巢储备之间的关系，并评估微生物定向干预在改善生育结果中的功效。