四万人读过的顶刊新文献！现在看还来得及当五万分之一
大家好，我是雪梨~今天为大家带来本月月初发布的Nature文章拆解！
俗话说，“机制难寻，肠道菌群”，但这篇文献以富有时代意义的选题、大体量的实验与验证，硬实力拿下64.8分，展示了肠道菌群的多种可能性。扩展数据图达到了12张，是正文中Fig的三倍，强推获取文献，慢慢阅读，为完善自己的项目内容做理论储备。
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文献背景
Paternal microbiome perturbations impact offspring fitness
父代微生物群扰动影响后代的健康状况
期刊：Nature
IF：64.8
文献背景
技术背景
肠道微生物群对生殖系统的系统性影响，进而对其产生的后代F1的影响，尚未得到研究。主要来自欧洲分子生物实验室(EMBL)的团队发现了肠道微生物群是小鼠父亲孕前环境与代际健康之间的关键界面。
准父亲的肠道微生物群受到干扰，会增加其后代出现低出生体重、严重生长受限和过早死亡的概率。
团队研究确定了雄性动物的“肠道-生殖系轴”调节机制，它对环境暴露很敏感，并通过影响胎盘功能来调节后代的健康状况。在这之前，尽管有越来越多的证据表明微生物群失衡（菌群失调）会引发躯体组织的生理反应，但人们对微生物扰乱对生殖系的影响却知之甚少。
技术路线
建立模型：研究者建立了诱导小鼠肠道菌群失调的模型，通过给雄性小鼠自由喂食不可吸收抗生素，引起肠道菌群的显著变化。这些不可吸收抗生素无法穿过胃肠上皮，因此任何生殖反应都反映了肠道微生物群落的急性扰乱，而不是系统性全身性的药物暴露。
观察子代表型：研究者将抗生素处理的雄性与正常雌性交配，观察子代F1的表型，发现F1的出生体重降低、生长发育迟缓、死亡率增加。
探究影响机制：通过父本恢复肠道菌群、体外受精等方式，探究F1表型是由父本遗传还是环境因素引起，结果发现F1表型主要由父本遗传。
研究父本生殖系统变化：研究者研究了父本生殖系统的变化，发现父本精子中的小RNA和代谢产物发生了变化。
研究胎盘变化：研究者还研究了胎盘的变化，发现父本菌群失调会影响胎盘发育，从而影响子代健康。
结论：综合以上结果，研究者得出父本肠道菌群失调可以通过生殖系统影响子代健康的结论，并提出了“肠道-生殖细胞轴”的概念。
研究结果
Figure1
Figure1 父代肠道菌群失调可能引发主要的F1表型
a,使用不可吸收抗生素nABX 诱导父代肠道菌群失调和恢复的策略示意图。
b, 通过 16S rRNA 测序，对经过 6 周 nABX 处理后和恢复期（recovery，rec）雄性个体的微生物类群丰富度进行量化。
c, 根据父代 nABX 处理，F1 后代在出生后第 P3 天和 P15 天的体重。
d,父亲菌群失调（nABX 处理）的 F1 后代严重生长受限(severe growth restriction, SGR)表型的代表性图像。
e,显示存活至 P15 的后代体重异常等级风险的对数 OR 的森林图。
f,Kaplan-Meier 图显示 F1 后代的产后存活率取决于父亲的 nABX 治疗方案。
g,来自对照或 nABX 父本的 F1 大脑转录组的 PCA。nABX 后代按正常或 SGR 表型分层。对照组后代未观察到 SGR。
h,热图显示来自经 nABX 处理的父亲所产独立幼仔的 F1 SGR 大脑中最高上调和下调基因的表达。
i,左图，经普通抗生素（avaABX）治疗 6 周后引起菌群失调的雄性所产 F1 的体重异常和死亡率的 OR。
右图，Kaplan-Meier 图显示经 avaABX 处理的雄性 F1 后代的产后存活率。
j，左图，用 PEG 泻药清洗肠道 6 周后诱发菌群失调的雄性所产 F1 后代体重异常风险的 OR 值。胡须表示 95% CI，P 值通过双侧卡方检验（死亡率 P = 0.013；SGR P = 0.014）。右图为 Kaplan-Meier 图，显示经 PEG 处理的雄性 F1 后代的存活率。
Figure2
Figure2 父本肠道菌群的恢复，恢复了对F1表型的易感性
a,b, 雄性F1后代在nABX停药期间仍保持肠道菌群失调(6周+ 4周rec) (a)和相同雄性后代在菌群恢复后(6周+ 8 rec) (b)的生长曲线，以及年龄匹配的对照。
c,d, Kaplan-Meier图显示了由生态失调(c)或恢复的nABX雄性(d)产生的F1后代的产后存活率。P值通过Mantel-Cox (log-rank)检验。
e, 森林图显示，当雄性(6周，6周+ 4周)或恢复后(6周+ 8周)出生时，F1对异常体重和过早死亡的易感性OR。
f, 6周或6周+ 4周的rec nABX或对照雄性F1 SGR脂肪组织转录组的PCA，每只雄性来自几个独立的窝。
g, 后代的肠道菌群丰富度(左)不受父亲肠道微生物状态的影响，也与F1表型无关。父本微生物群丰富度(右)确实与F1后代表型相关。
h,i，左，使用对照或nABX处理的精子供者进行等基因卵母细胞体外受精后的新生儿F1体重。右图为IVF后P15时F1体重分布。
Figure3
Figure3 睾丸对肠道微生物群失调的反应表明肠道-生殖轴具有调节作用
a, 方框图显示男性在接受 6 周 nABX 治疗后睾丸质量与体重之比。条形图代表中位数，胡须表示第 5-95 百分位数。P 值采用非配对双尾 t 检验（CON n = 31；nABX n = 32）。
b, 对照组和 nABX 组男性睾丸的代表性血色素和伊红染色组织切片。生化失调雄性动物的曲细精管显示上皮细胞脱落形成的空泡和有丝分裂（精原细胞）区的缺失。星号表示异常小管。
c, 对照组和菌群失调雄性动物睾丸异常小管的定量。通过嵌套曼-惠特尼检验得出 P 值（CON n = 54 个切片，嵌套为 N = 4 个雄性；nABX n = 72 个，N = 5 个；P = 0.032）。条形图表示中位数，胡须表示第 5-95 百分位数。
d, 曲细精管上皮厚度定量。通过嵌套 t 检验得出 P 值（CON n = 854 个小管，N = 4 名男性；nABX n = 1,061 个小管，N = 4 名男性；P = 0.016）。条形图代表中位数，胡须表示第 5-95 百分位数。
e, 来自对照组或菌群失调雄性（6 周、6 周 + 4 周）和肠道微生物组恢复后（6 周 + 8 周）独立睾丸的非靶向代谢组学图谱的 PCA。
f, 火山图，突出显示睾丸在接受 nABX 治疗 6 周后和肠道微生物群恢复期间的不同丰富代谢物。g、MA（（M（log2 比率）和 A（平均值））图显示独立（n = 5）nABX 雄性睾丸的基因表达变化。
h, 酶联免疫吸附法定量检测接受 nABX 6 周后菌群失调雄性睾丸（左）和循环血浆（右）中瘦素激素的水平。条形图表示平均值和 95% CI 晶须。通过非配对双尾 t 检验得出 P 值（CON n = 9；nABX n = 9）。
i, 瘦素缺乏（ob/ob）6周的男性和野生型对照组（WT n = 3; ob/ob n = 3）的睾丸特征。左图为血红素和伊红染色的小管切片；星号表示组织结构异常。右图为睾丸重量，P 值采用非配对双尾 t 检验，条形图表示平均值和 95% CI。
j, 瘦素缺陷或对照父亲的囊胚转录组 PCA。数据点代表来自一式两份独立试管婴儿实验的单个胚胎，每份实验有三份独立的父亲和同卵父亲作为对照。
Figure4
Figure4 特征基因选择
a, 左图，热图显示通过全基因组亚硫酸氢盐-序列分析对照组或经 nABX 处理的雄性精子（n = 每个条件 5 个甲基组）基因组特征的 DNA 甲基化水平。右图是全基因组 DNA 甲基化的散点图。
b, 热图显示了来自独立（n = 9）对照组或 nABX 雄性的精子池中精选 miRNA（左）和 tRNA 片段（右）的不同丰度。
c, 胚胎（E13.5）大脑和胎盘转录组的 PCA（根据父源暴露）。
d, 独立胎仔 E18.5 胎盘转录组的 PCA。
e, 火山图，显示经 6 周 nABX 处理的雄性小鼠 E18.5 胎盘中的 DEGs。经多重检验调整后的 P 值。
f、E18.5 胎盘中胎盘发育关键基因的表达。每个数据点为一个独立胎盘。
g,E18.5时胎儿质量与胎盘质量之比，取决于孕前父亲的状况。
h，子痫前期（PE）生物标志物在 nABX 父亲的 E18.5 胎盘中的表达。
i，由对照组或菌群失调雄性（nABX）所生的代表性胎盘，用 DAPI（蓝色）和 VE-cadherin（红色）染色以划分迷宫区（LZ）。
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总结
累积的证据表明，环境诱导的肠道微生物群紊乱会引起未来父亲的显著生殖反应。这支持了肠道-生殖系统轴的调节作用，当受到干扰时，至少部分是通过影响即将到来的胎盘功能，从而影响后代的疾病风险。因此，肠道微生物群可能是一个主要界面，不同的环境输入（如抗生素制度或饮食）可在此汇聚，并直接或间接地向雄性生殖细胞发出信号，最终对后代产生影响。然而，这种父系 F1 效应的表现是概率性的，在精子中/精子上发挥作用的多因素分子机制很可能相互作用，从而支撑了这种传递。尽管我们在这里发现了改变的脂质代谢物、瘦素等激素和小 RNA 有效载荷，但未来的工作仍有必要解构与表型相关的遗传模式及其在小鼠模型之外的适用性。
不过，我们观察到父代的调节作用会影响胎盘的本体发育，这为哺乳动物的代际效应提供了机制基础。此外，由于在受孕前恢复父代肠道微生物群可挽救出现的 F1 表型，因此这种效应是可逆的，因而在补救上是可行的。鉴于生活方式和抗生素的使用会重新塑造人类微生物群落，这可能会成为减轻不良妊娠结局的一个关注领域。更广泛地说，我们的数据凸显了了解环境因素如何跨尺度改变复杂生物系统（从直接分子反应到代际疾病易感性）的重要性。
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