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目的铁是生长,全身代谢和免疫反应的必需微量元素。铁是大多数细菌生长和繁殖的关键元素,膳食低铁和铁过量摄入都会使肠道菌群稳态失调,导致肠道菌群多样性被破坏,扰乱宿主系统代谢,出现如局部病原体积聚、诱导炎症反应等,从而促进多种疾病如炎症性肠病、癌症的发生和发展。目前机体铁稳态对肠道菌群的影响还未被完全了解,肠道菌群对宿主铁稳态和铁相关疾病的调控机制尚未完全阐明。本研究拟探究机体铁水平变化对肠道菌群的影响,并运用肠道菌群测序数据评估肝组织内铁含量,为铁代谢相关疾病的研究提供线索。方法1、给6周龄C57BL/6J雄性小鼠喂食基于Ain93G标准的缺铁、高铁和对照饲料,持续12周,构建系统性缺铁、铁过载和对照小鼠模型。测量小鼠体重变化、血红蛋白和血细胞比容,测定肝脏、小肠上皮和粪便铁含量,荧光定量PCR探究肝脏、小肠上皮铁代谢相关基因表达情况。2、收集小鼠粪便,分离粪便总细菌DNA进行16S rRNA测序,将测序数据聚类成操作分类单元OTU后,进行α多样性、β多样性分析和LEfSe分析以对比各组菌群多样性,寻找差异表达的菌种。应用BugBase算法对比细菌表型差异,PICRUSt算法预测细菌的代谢通路,RDA分析探究环境因子、样品、菌种三者之间的关系,Co-occurrence网络分析探究铁含量变化是否引起肠道物种间相互作用的变化。3、随机森林模型鉴定机体铁水平变化时受影响最显著的关键细菌,LASSO回归构建肝脏铁含量和小肠铁含量预测模型。结果1、分别给予小鼠缺铁、高铁或对照饲料12周,缺铁组小鼠体重增加速度显著慢于对照组,缺铁组血红蛋白含量及红细胞压积均低于对照组及铁过载组,铁过载组与对照组无显著差异。在肝脏、小肠上皮组织和粪便铁含量上,铁过载组均显著高于对照组,缺铁组均显著低于对照组。与对照组相比,缺铁组小鼠小肠上皮和肝组织的铁转运相关基因表达均显著上调,铁过载组部分基因表达下调。2、小鼠肠道菌群的α多样性在缺铁组和铁过载组之间差异显著,各组间肠道菌群的β多样性存在显著差异,LEfSe分析显示存在几十种组间差异显著的肠道细菌。BugBase算法未发现肠道细菌的表型存在组间差异,但PICRUSt算法发现了组间肠道细菌的总体代谢功能上存在明显差异。RDA分析发现环境因子包括血红蛋白、红细胞比容、小肠上皮铁含量和粪便铁含量对样本的分组和菌种的差异变化具有重要影响。Co-occurrence网络分析显示各组的肠道菌群网络存在结构上的差异。3、随机森林算法鉴定出5种受系统铁稳态变化影响显著的关键细菌,分别为 Parabacteroides、Pepostreptococcaceae、Akkermansia Muciniphila、Perfingens和Clostridiales。LASSO回归分别构建了肝脏和小肠上皮铁含量的预测模型。结论铁在调节机体系统铁稳态和肠道菌群的相互作用中起重要作用,铁水平异常可扰乱肠道菌群的稳态。本研究通过生物信息学算法检测出与机体铁水平相关的五个关键菌种,用预测模型建立了肠道菌群和组织铁水平之间的联系,为系统铁稳态与肠道菌群之间的联系提供了证据,以及为铁稳态失衡和铁异常的相关疾病如肝细胞癌的早期诊断提供了线索。