肠道菌群在宿主的幼儿期建立，在此期间，菌群的定植对宿主的发育和长期健康至关重要。孕期健康的母体环境是后代肠道菌群发育的重要保障。然而，越来越多的流行病学研究表明，怀孕期间不利的母体环境因素会扰乱后代的肠道菌群，导致他们在成年后易患多种疾病。产前地塞米松暴露（PDE）就会导致成年后代对各种疾病的易感性增加，但其对肠道微生物群组成的影响以及与疾病易感性的关系尚不清楚。

2024年2月，来自武汉大学的汪晖教授团队在Cell Rep Med（IF=14.3）发表了题为“Epigenetic programming mediates abnormal gut microbiota and disease susceptibility in offspring with prenatal dexamethasone exposure”的文章。本研究通过对PDE的大鼠后代进行16S、宏基因组、胆汁酸检测等技术手段，阐明了产前地塞米松暴露对雌性后代大鼠肠道菌群和胆汁淤积性肝损伤易感性的影响机制。从宫内肠道发育不良的角度出发，解读了产前暴露于不良环境因素的后代肠道菌群失调的形成，为胎儿源性疾病的预防和早期干预提供了线索。其中16S、胆汁酸检测由诺禾致源提供。

研究思路

研究结果

1. PDT对婴儿肠道菌群组成的影响

为了探讨产前地塞米松治疗（PDT）在临床上对婴儿肠道菌群的影响，作者收集了76名6个月大婴儿的粪便，进行16S rRNA测序用于肠道菌群分析。作者发现PDT组与未接受PDT的婴儿（CON组）在分娩方式、喂养类型、抗生素暴露和胎龄等相关因素方面没有差异，而肠道菌群的变异与PDT、性别和母体抗生素暴露显著相关（图1A）。与CON组相比，PDT组的Chao1指数和Shannon指数均显著降低（图1B、1C、1E和1F），在PDT组中，女性和男性之间的肠道菌群组成也有显著差异（图1H-I）。实时qPCR进一步证实了女婴中与PDT相关的粘蛋白嗜酸乳杆菌减少（图1J）。这些结果表明，PDT后的6个月大婴儿的肠道菌群在性别差异的情况下发生了显著的群落和分类变化。

图1 PDT对婴儿肠道菌群组成的影响

2. PDE雌性后代大鼠肠道菌群定植和组成的变化

对孕期大鼠进行PDE后，收集其后代大鼠出生后不同时间点的粪便进行16S rRNA测序。在雌性后代大鼠中，与CON组相比，PDE组的肠道菌群Chao1指数在PW2（出生后2周）和PW12处显著降低（图2A和2D），在PW2、PW6和PW12（图2I、K、L）三个时间点，PDE组的肠道菌群的群体分布与CON组显著不同。而PDE雄性后代大鼠的肠道菌群没有发现显著的群落变化。说明PDE可能导致雌性而非雄性后代大鼠在出生后不同时间点肠道菌群的组成变化。通过给CON组和PDE组灌胃丁酸梭菌和鼠柠檬酸杆菌后，发现与CON组相比，PDE组中较少的有益菌（丁酸梭菌）以及较多的病原菌（鼠柠檬酸杆菌）能够成功定植在肠中（图2W、X），说明PDE雌性后代大鼠的肠道微环境出现异常，并偏向于病原菌而非有益菌的定植。

图2 PDE对出生后不同时间点的雌性后代大鼠肠道菌群定植和组成的影响

3. 抑制结肠粘蛋白介导的PDE雌性后代大鼠肠道菌群改变

为了找出PDE雌性后代大鼠肠道微环境异常的原因，作者检测了PW2和PW12结肠组织中多种功能基因的表达。与CON组相比，PDE组（PW2）的结肠组织中粘蛋白合成基因（Muc2）和肠道屏障功能基因（Tjp1）的表达水平显著降低（图3A），表明肠道屏障功能受损。冗余分析（dbRDA）显示结肠Muc2表达在解释肠道菌群变异方面优于其他功能基因（图3B），同时，PDE组的结肠蛋白Muc2水平也显著降低（图3C 和 3D）。PAS染色显示结肠杯状细胞数无变化，但粘蛋白密度降低（图3E-3G）。PW12也能得到类似结果。这表明，Muc2是PDE雌性后代大鼠肠道菌群的主要调节因子，其下调可能解释了肠道菌群定植的异常肠道微环境。

图3 PDE对雌性后代大鼠结肠功能及肠道菌群的影响

4. PDE抑制雌性后代大鼠出生前后结肠Muc2表达

作者首先测试了与胎儿肠道中细胞增殖和分化相关的基因的表达，发现PDE雌性胎鼠的肠道增殖受到抑制，肠道分化失调，Muc2下调（图4A-D），说明Muc2下调始于宫内期。为了研究其宫内编程机制，作者筛选并检测了能够调节胎儿肠道中Muc2表达的多种转录因子，在调节因子中，作者发现CDX2的下调可能介导PDE雌性后代大鼠出生前后结肠Muc2的持续低表达，CDX2的持续低表达可能与PDE激活GR/HDAC11信号下调CDX2启动子区H3K14ac水平有关（图4）。

图4 PDE对雌性后代大鼠出生前后结肠Muc2和CDX2表达的影响

5. 地塞米松通过表观遗传修饰抑制杯状细胞中 MUC2 的表达

随后作者用人杯状细胞系 LS174T 细胞来确定地塞米松对 MUC2 表达的影响并阐明其分子机制。与 MUC2 的 mRNA 水平降低相似（图5A），CDX2 的 mRNA 水平 （图5B），以及 MUC2 和 CDX2 的蛋白质水平（图5C-5E），在地塞米松处理的细胞中均显著降低。PAS染色显示，地塞米松处理的细胞中的粘蛋白产生减少（图5F 和 5G）。说明地塞米松可以通过下调CDX2来抑制杯状细胞中MUC2的表达和粘蛋白的产生。作者还发现地塞米松可显著促进GR与CDX2启动子区的结合（图5K）。并通过实验验证了地塞米松通过激活 GR 并随后募集 HDAC11 来促进 HDAC11 修饰 CDX2 启动子区域，导致 CDX2 启动子区域的 H3K14ac 水平降低，最终降低 CDX2 和 MUC2 表达这一分子机制。

图5 地塞米松对LS174T细胞MUC2表达的影响及其表观遗传机制

6. PDE雌性后代大鼠的肠道菌群改变介导胆汁淤积性肝损伤的易感性

基于先前的研究以及血清学和肝脏病理指标，作者证实了PDE雌性后代大鼠在成年期存在胆汁淤积性肝损伤（图6A-E）。PDE雌性成年大鼠的血清胆汁酸谱表现为部分初级胆汁酸（CA、CDCA、α-MCA、β-MCA、GCA和GCDCA）和次级胆汁酸（GDCA和GDUCA）水平的升高（图6I）。作者还在PW20进行了肠道菌群分析，PDE组和CON组肠道菌群的种群分布差异很大（图6G），并且一些胆汁酸代谢细菌（罗伊氏乳杆菌和约翰逊乳杆菌）的丰度显着降低（图6H）。这些结果表明，PDE诱导的成年雌性后代大鼠胆汁淤积性肝损伤可能与肠道菌群改变导致的血清一级和次级胆汁酸升高有关。随后，通过FMT验证了肠道微生物群的改变有助于成年PDE雌性后代大鼠的胆汁淤积性肝损伤。

图6 肠道菌群的改变增加了PDE雌性后代大鼠对胆汁淤积性肝损伤的易感性

7. 随访PDT女性后代2岁半时肠道菌群组成和胆汁酸代谢的变化

为了探究PDT女婴中是否也存在PDE雌性大鼠中异常的肠道菌群组成，作者对6个月大的女婴进行了随访至2岁半，并收集了她们的粪便样本进行16S和宏基因组测序。16S测序结果显示，PDT组的Chao1指数和Shannon指数均较CON组显著降低（图7A和7B），两组肠道菌群的群落结构可以分开（图7C）。MaAsLin2分析显示，PDT组中参与胆汁酸代谢的细菌显著减少（图7D）。宏基因组测序的数据则进一步证实了上述结果。最后，作者分析了 2岁半女婴的粪便胆汁酸，在分化细菌的丰度与粪便胆汁酸的水平之间进行了相关性分析（图7J）。发现拟杆菌属的丰度与GDCA和DCA水平呈正相关，但与CA水平呈显著负相关。乳酸菌丰度与LCA水平呈正相关。总的来说，在PDT雌性后代中肠道菌群组成的改变持续存在，并且与胆汁酸代谢异常有关。

图7 PDT对2岁半女婴肠道菌群的影响

小编总结

本研究中，作者使用16S、宏基因组、代谢组等技术手段，研究了产前地塞米松暴露对女性后代肠道菌群组成的改变。在子宫内，地塞米松可以激活大鼠胎儿肠杯状细胞中的GR，并诱导GR易位到细胞核中。一方面，活化的GR直接与CDX2的启动子区结合，抑制其转录表达。另一方面，激活的 GR 将 HDAC11 募集到细胞核并降低 CDX2 启动子区域的 H3K14ac 水平，从而抑制 CDX2 及其下游 MUC2 的转录表达。这种由子宫内CDX2异常表观遗传修饰引起的MUC2表达抑制可以持续到出生后，导致肠杯状细胞粘蛋白合成的持续减少。肠腔粘液缺乏会导致定植不平衡和肠道菌群组成改变，从而影响胆汁酸代谢并最终导致胆汁淤积性肝损伤。

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参考文献

Lu X, Chen B, Xu D, et al. Epigenetic programming mediates abnormal gut microbiota and disease susceptibility in offspring with prenatal dexamethasone exposure [J]. Cell Rep Med, 2024.