综合脂质组学与肠道微生物组分析以解析中国大鲵冬眠期间的代谢适应

《BMC Microbiology》：Integrated lipidomics and gut microbiome analyses to understand metabolic adaptation during hibernation in Pelodiscus sinensis

　　

摘要

背景

冬眠是动物生命周期中最关键且最脆弱的阶段，在此期间，生物体必须在长期低温和禁食条件下维持能量稳态并经历代谢调节。龟类作为古老的变温脊椎动物和最受威胁的动物类群之一，其肠道微生物群在冬眠期间如何通过代谢调控网络参与脂质代谢重塑，至今仍知之甚少。本研究以中华鳖（Pelodiscus sinensis）为研究对象，通过整合脂质组学、肠道微生物组和AMPK–mTOR通路相关基因表达分析，探究其在夏季活动期（SA）、冬眠期（H）和初觉醒期（EA）的代谢适应机制。

结果

结果显示，肝脂质组成在冬眠期间发生了显著重塑，甘油磷脂（GP）和鞘脂（SP）代谢被鉴定为主要改变的通路。肠道微生物组成也发生了显著变化，表现为冬眠期和初觉醒期间变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度增加，而厚壁菌门（Firmicutes）和弯杆菌门（Campylobacterota）的相对丰度降低。在AMPK–mTOR通路相关基因中，AMPKα1和AMPKβ1下调，而mTOR信号组分（MTOR、S6K1、S6K2和4EBP1）上调。相关性分析进一步表明，肠道微生物重塑和AMPK–mTOR介导的能量调节通过影响膜脂质代谢重编程，与冬眠期间能量稳态和细胞稳定性的维持相关。

结论

本研究为龟类冬眠背后的协同代谢适应机制提供了新的见解，丰富了爬行类冬眠的生理理论，并为环境变化条件下濒危龟类的人工越冬管理和保护研究提供了理论基础。

图形摘要

背景

冬眠是动物生命周期中最关键且最脆弱的阶段，在此期间，生物体必须在长期低温和禁食条件下维持能量稳态并经历代谢调节。龟类作为古老的变温脊椎动物和最受威胁的动物类群之一，其肠道微生物群在冬眠期间如何通过代谢调控网络参与脂质代谢重塑，至今仍知之甚少。本研究以中华鳖（Pelodiscus sinensis）为研究对象，通过整合脂质组学、肠道微生物组和AMPK–mTOR通路相关基因表达分析，探究其在夏季活动期（SA）、冬眠期（H）和初觉醒期（EA）的代谢适应机制。

结果

结果显示，肝脂质组成在冬眠期间发生了显著重塑，甘油磷脂（GP）和鞘脂（SP）代谢被鉴定为主要改变的通路。肠道微生物组成也发生了显著变化，表现为冬眠期和初觉醒期间变形菌门（Proteobacteria）的相对丰度增加，而厚壁菌门（Firmicutes）和弯杆菌门（Campylobacterota）的相对丰度降低。在AMPK–mTOR通路相关基因中，AMPKα1和AMPKβ1下调，而mTOR信号组分（MTOR、S6K1、S6K2和4EBP1）上调。相关性分析进一步表明，肠道微生物重塑和AMPK–mTOR介导的能量调节通过影响膜脂质代谢重编程，与冬眠期间能量稳态和细胞稳定性的维持相关。

结论

本研究为龟类冬眠背后的协同代谢适应机制提供了新的见解，丰富了爬行类冬眠的生理理论，并为环境变化条件下濒危龟类的人工越冬管理和保护研究提供了理论基础。

图形摘要