草原家畜健康繁殖和种质资源保护的前提是产生高质量的“种子”—精子和卵子。过度的能量摄入是代谢紊乱的高风险因素之一，代谢紊乱可诱发机体多种慢性疾病的发生，也会诱发睾丸内微环境改变，导致精子发生异常。代谢紊乱还会诱发肠道菌群失调，最近有研究证实，肠道菌群失调和精子发生异常存在密切联系，但二者之间的关键的作用途径尚不清楚。
2021年1月27日，我校5357cc拉斯维加斯、省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室张滕研究员和周扬研究员团队以内蒙古大学为论文第一作者和通讯作者单位在国际顶级期刊《Gut》（中科院大类1区Top期刊；影响因子19.819）在线发表题为“Disrupted spermatogenesis in a metabolic syndrome model: the role of vitamin A metabolism in the gut-testis axis”的研究成果，该团队首次报道了在饮食诱导的代谢紊乱绵羊模型中，肠道菌群失调与胆汁酸水平降低影响了脂溶性维生素A在肠-睾轴的运输，睾丸中维生素A缺乏导致精子发生异常。
为了探究代谢紊乱模型中肠道菌群、代谢产物与精子发生的关联，该研究团队利用高能量饮食诱导了代谢紊乱综合征（MetS）绵羊模型，发现睾丸曲细精管内各级生精细胞排列紊乱，生精细胞发生丢失，附睾精子数量显著减少。为进一步阐明原因，该研究团队利用10X Genomics scRNA-seq 解析了睾丸各级生精细胞的发育情况，发现精原细胞（spermatogonia, SPG）分化出现阻滞。
通过筛选SPG 细胞群的差异基因进行功能富集分析，发现差异最显著的通路是生殖调控和代谢调节通路。通过代谢组学的挖掘，发现MetS绵羊肠道的多种胆汁酸（CA、LCA和TUDCA）水平显著降低，影响了维生素A的吸收，同时维生素A的结合蛋白（retinol binding protein 4, RBP4）表达水平显著降低，引起睾丸中维生素A缺乏。已有报道证实，维生素A的衍生物视黄酸（retinoic acid, RA）是生殖细胞进入减数分裂所必不可少的外源性因子。因此维生素A代谢紊乱是造成SPG分化阻滞的关键因素。
最后，该研究团队应用16S rDNA-seq，发现MetS绵羊模型的肠道菌群失调，其中瘤胃球菌科的特定菌属（Ruminococcaceae_NK4A214_group）的相对丰度减少，且与胆汁酸和维生素A的水平显著相关。通过移植MetS绵羊模型的菌群到小鼠肠道的实验，证实小鼠的维生素A代谢紊乱，引起睾丸发育异常，充分说明肠道菌群失调是通过影响维生素A代谢进而导致精子发生异常。
“骏马计划”入选者张滕研究员和周扬研究员为论文的共同通讯作者，2019级博士研究生孙鹏为本研究的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、内蒙古大学省部共建草原家畜生殖调控与繁育国家重点实验室自主课题、内蒙古大学骏马计划人才启动金和自治区本级引进高层次人才科研支持项目等的资助。
原文链接：https://gut.bmj.com/content/early/2021/01/26/gutjnl-2020-323347
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