《Frontiers in Immunology》：Multiorgan and gut microbial alterations in ovariectomized mice: a multiomics analysis
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## 中文摘要
**摘要**
**引言**：绝经后代谢功能障碍日益被认识到是一种与雌激素缺乏相关的多系统疾病，然而肠道微生物、代谢及组织水平的改变如何跨器官共同发生仍未被充分表征。
**方法**：在本研究中，研究人员采用去卵巢（OVX）小鼠模型和整合多组学
## 中文摘要
**摘要**
**引言**：绝经后代谢功能障碍日益被认识到是一种与雌激素缺乏相关的多系统疾病，然而肠道微生物、代谢及组织水平的改变如何跨器官共同发生仍未被充分表征。
**方法**：在本研究中，研究人员采用去卵巢（OVX）小鼠模型和整合多组学策略，表征了肠道微生物群、结肠内容物及循环中的代谢物，以及结肠、肝脏、骨骼肌和骨骼的组织水平分子谱的系统性改变。
**结果**：OVX小鼠在多个术后时间点表现出更高体重、更低血清雌二醇浓度、选定炎症和骨转换标志物的差异、多组织代表性组织学差异，以及OVX与Sham组间股骨微结构的差异。鸟枪法宏基因组分析显示肠道微生物组成存在显著差异，表现为对均匀度敏感的多样性降低和优势分类群的差异。结肠内容物代谢组学分析显示管腔代谢谱存在整体差异，包括主要短链脂肪酸相对丰度降低、胆汁酸组成差异以及显著的色氨酸相关特征。在宿主界面，结肠转录组学分析确定了与上皮膜极性、囊泡运输、内质网蛋白质加工以及胆汁酸和能量感应通路相关的注释。在19种差异循环胆汁酸和短链脂肪酸中，大多数在OVX小鼠中较低。特征水平分析确定了多种肝脏代谢物和胆汁酸差异，而肝脏转录组未显示显著的全局分离；尽管如此，差异表达和基因集富集分析仍确定了与脂质代谢、能量代谢和分子转运相关的选定差异。远端组织也显示出分子差异，包括骨骼肌中显著的全局转录组差异和骨骼中显著的全局代谢组差异；差异骨代谢物被注释到能量、氨基酸、脂质和环磷酸鸟苷-蛋白激酶G（cGMP-PKG）相关通路。
**讨论**：总的来说，这些发现定义了与肠道相关的OVX相关重塑的多器官模式，其特征是微生物、代谢物和组织水平差异同时发生。这一描述性、关联性和假设生成的数据集为未来检验这些OVX相关模式与绝经相关代谢功能障碍相关性的研究提供了参考。
## 论文解读
### 去卵巢小鼠多器官与肠道微生物改变的多组学研究解读
**一、研究背景与研究意义**
绝经后代谢功能障碍是卵巢功能衰退、雌激素水平降低后出现或加重的一组代谢异常，以中心性肥胖、胰岛素抵抗、血脂异常和血压升高等为主要特征，不仅扰乱糖脂稳态，还与心血管风险增加及肝脏、骨骼肌等多组织功能改变密切相关。尽管雌激素缺乏被认为是核心驱动因素，但肠道通透性改变以及涉及雌激素再循环的宿主-微生物互作也可能参与其中。既往研究虽已分别报道了去卵巢（OVX）小鼠模型中肠道菌群失调、肌肉萎缩、肝脏脂肪变、骨量丢失等现象，但多数研究仅聚焦单一器官或单一通路，缺乏在同一实验框架内对肠道微生物组成、结肠内容物与循环代谢物以及多器官分子改变的协同表征。为此，研究人员利用OVX小鼠模型，通过整合多组学策略系统描绘雌激素缺乏状态下肠道微生物、代谢物及多组织分子谱的共变模式。该研究发表在《Frontiers in Immunology》。
**二、主要技术方法**
研究人员将7周龄雌性C57BL/6J小鼠随机分为OVX组和Sham组（每组12只），术后继续饲养9周。采用鸟枪法宏基因组测序（MetaPhlAn 4.0和HUMAnN 4.0）分析结肠内容物微生物组；对结肠、肝脏和骨骼肌进行转录组测序（DESeq2差异表达分析、clusterProfiler GO/KEGG富集分析、GSEA）；对结肠内容物、肝脏和骨骼进行非靶向代谢组学（UPLC-MS/MS）检测；对血清和肝脏进行靶向胆汁酸（BA）和短链脂肪酸（SCFA）定量；ELISA检测血清激素与炎症/骨转换标志物；micro-CT分析股骨微结构；H&E染色进行多组织形态学检查。
**三、研究结果**
**3.1 OVX相关的全身表型和生化差异**：OVX小鼠在多个术后时间点体重高于Sham组，血清雌二醇（E2）、I型前胶原氨基端前肽（PINP）和骨钙素（OCN）浓度显著降低，单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、I型胶原C端交联肽（CTX-1）和抗酒石酸酸性磷酸酶5b（TRAP-5b）浓度显著升高。多组织H&E染色显示形态学差异；micro-CT定量分析显示骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁数量（Tb.N）和皮质厚度（Cs.Th）降低，骨小梁分离度（Tb.Sp）增大。
**3.2 OVX相关的肠道微生物群落改变**：种水平和属水平的Bray-Curtis主坐标分析（PCoA）显示OVX与Sham组显著分离；OVX小鼠Shannon、Simpson和逆Simpson指数降低，而丰富度无显著差异。门水平放线菌门相对丰度降低；属水平Turicibacter、Faecalibaculum、Limosilactobacillus和未分类Muribaculaceae降低；种水平约氏乳杆菌（Lactobacillus johnsonii）、肠道乳杆菌（Lactobacillus intestinalis）、罗伊氏柠檬酸乳杆菌（Limosilactobacillus reuteri）和Duncaniella freteri降低，而Helicobacter ganmani和Duncaniella dubosii升高。LEfSe分析确定了各组代表性差异菌群。
**3.3 OVX相关的结肠内容物代谢组改变**：PCoA显示两组代谢谱显著分离，共鉴定258个OVX升高和335个OVX降低的代谢特征。组胺和5-羟基吲哚乙酸（5-HIAA）在OVX中降低。丙酸、乙酸、丁酸和2-甲基丁酸降低，2-甲基戊酸升高；胆汁酸谱亦发生改变。KEGG注释涉及色氨酸代谢、氨酰-tRNA生物合成等通路。
**3.4 OVX相关的结肠转录组改变**：结肠转录组整体分离显著，464个基因表达升高，531个基因表达降低。GO和KEGG富集分析与上皮极性、囊泡运输、内质网蛋白加工及胆汁酸、AMP活化蛋白激酶（AMPK）、cGMP-PKG和雌激素信号通路相关。Pck1、Acsl1和Hsd3b3表达降低，Dbp表达升高。
**3.5 OVX相关的血清胆汁酸和短链脂肪酸改变**：19种差异分析物中18种在OVX中降低，包括15种胆汁酸和4种SCFA（戊酸、丙酸、乙酸、丁酸），仅THDCA升高。
**3.6 OVX相关的肝脏代谢组改变**：肝脏代谢组PCoA1显著分离。OVX升高代谢物注释到碳代谢、烟酸和烟酰胺代谢等通路；Sham升高代谢物注释到脂肪酸代谢。17种差异肝脏胆汁酸中14种在OVX中降低。
**3.7 OVX相关的肝脏转录组改变**：肝脏转录组整体无显著全局分离，但差异表达基因富集到昼夜节律、视黄醇代谢等通路。GSEA显示OVX组富集高密度脂蛋白颗粒、乳糜微粒、ATP酶依赖性转运、ABC转运蛋白、脂肪酸代谢和糖酵解/糖异生等脂质转运与能量代谢基因集，Sham组富集蛋白去泛素化、棕榈酰化及核糖体、溶酶体等蛋白加工相关基因集。
**3.8 OVX相关的骨骼肌转录组改变**：骨骼肌转录组整体分离显著，1245个基因表达升高，840个基因表达降低。GSEA显示OVX组富集细胞外基质（ECM）-受体互作、炎症介质调控瞬时受体电位（TRP）通道、雌激素信号、NOD样受体信号等基因集，涉及基质-受体组织、炎症与激素反应信号及肌肉代谢稳态。
**3.9 OVX相关的骨代谢组改变**：骨代谢谱整体分离显著，63个代谢物升高，107个降低。升高代谢物注释到柠檬酸循环（TCA循环）、丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢、cGMP-PKG信号通路等。鸟苷单磷酸（GMP）、谷胱甘肽、精氨基琥珀酸、L-苹果酸等升高。
**四、讨论与结论**
讨论部分指出，OVX小鼠较低的血清E2伴随炎症改变和骨转换向吸收方向转变，与micro-CT检测的骨结构恶化一致。肠道菌群多样性和组成改变与既往雌激素-肠道菌群研究一致；属种水平的菌群变化与代谢、炎症和骨骼表型相关。跨层Spearman相关分析显示体重与Turicibacter相对丰度、血清丁酸浓度等呈负相关，菌群与代谢物和基因表达之间存在多重关联。研究局限包括单时间点设计、样本量相对数据维度有限、未测量身体组成、宏基因组反映功能潜力而非实际转录活性、批量RNA-seq无法解析细胞类型特异性反应，以及手术OVX模拟的是急性卵巢激素丢失而非自然绝经的渐进过程；未来需纵向和干预研究验证因果性。
研究结论：对OVX模型的整合多组学分析表征了内分泌、炎症和骨骼表型以及肠道微生物组成和多组织分子谱的差异。多种SCFA差异在结肠内容物和血清中方向一致，BA差异跨越结肠内容物、血清和肝脏。分子模式因组织和数据层而异，包括结肠和骨骼肌的转录差异以及肝脏和骨骼的代谢组变异。在肝脏中，排序列表GSEA进一步强调了与脂质转运、营养代谢和蛋白质加工相关的基因集模式。对Sham和OVX小鼠合并进行的Spearman相关分析确定了肠道菌群与代谢物或组织基因表达之间以及体重与微生物或分子特征之间的关联。这些发现描绘了OVX相关的跨肠道、循环、肝脏、骨骼肌和骨骼的并发差异，并为检验时间顺序、细胞背景和功能相关性提供了跨层假设。
