探讨不同环境微生物暴露对生命早期小鼠肠道菌群定植的影响。
方法选取无特殊病原体6~8周BALB/c小鼠24只(雌16只,雄8只),雌雄2︰1合笼,受孕后按子代不同时期(胎儿期、哺乳期、儿童期)的饲养环境分为4组。A组:胎儿期、哺乳期、儿童期均于清洁环境中饲养;B组:胎儿期、哺乳期于清洁环境中饲养,儿童期于普通环境中饲养;C组:胎儿期于清洁环境中饲养,哺乳期、儿童期于普通环境中饲养;D组:胎儿期、哺乳期、儿童期均于普通环境中饲养。采集小鼠生后3周末和5周末粪便样本,提取样本细菌总DNA,采用Illumina MiSeq高通量测序仪对细菌的16S rDNA V4区进行测序及生物信息学分析。采用Kruskal-Wallis及Dunn-Bonferroni检验进行统计学分析。
结果1、生后3周末:(1)物种组成分析:①门水平:4组间厚壁菌门、疣微菌门、变形菌门和放线菌门相对丰度比较,差异均有统计学意义(P值均<0.05);A和B组厚壁菌门相对丰度分别低于C和D组[30.876(23.448~41.218)×10-2、3.317(1.116~4.641)×10-2与71.936(53.587~86.713)×10-2、79.105(56.305~82.736)×10-2],而疣微菌门、变形菌门相对丰度高于C和D组[疣微菌门:17.249(9.748~35.106)×10-2、58.883(0.017~6.047)×10-2与0.152(0.066~1.890)×10-2、0.003(0.000~0.016)×10-2;变形菌门:12.640(0.336~15.070)×10-2、3.653(3.362~4.596)×10-2与0.219(0.134~0.325)×10-2、0.124(0.116~0.165)×10-2],差异均有统计学意义(P值均<0.05或0.01);②属水平:4组间乳酸杆菌属、阿克曼菌属、拟杆菌属等相对丰度比较差异均有统计学意义(P值均<0.01);A和B组乳酸杆菌属相对丰度低于C和D组[19.283(8.618~31.541)×10-2、0.339(0.264~22.278)×10-2与58.414(34.874~71.942)×10-2、66.007(55.141~76.940)×10-2],而阿克曼菌属、拟杆菌属、克雷伯杆菌属相对丰度高于C和D组[阿克曼菌属:17.247(9.748~35.106)×10-2、58.883(0.017~60.475)×10-2与0.152(0.066~1.890)×10-2、0.003(0.000~0.017)×10-2;拟杆菌属:3.978(0.683~25.171)×10-2、8.216(6.023~9.946)×10-2与0.141(0.061~0.281)×10-2、0.568(0.149~1.455)×10-2;克雷伯杆菌属:0.209(0.050~8.888)×10-2、1.402(0.865~1.692)×10-2与0.003(0.000~0.039)×10-2、0.000(0.000~0.001)×10-2],差异均有统计学意义(P值均<0.05或<0.01)。(2)α多样性分析:4组间操作分类单位(operational taxonomic unit,OTU)数量、Chao1指数比较差异有统计学意义(P值均<0.05),Shannon指数差异无统计学意义(P值>0.05);A和B组OTU数量低于D组[246(221~348)和257(209~280)与387(324~478),P值分别为0.045和0.0082]。2、生后5周末:(1)物种组成分析:①门水平:4组间厚壁菌门、疣微菌门、变形菌门相对丰度比较差异有统计学意义(P值均<0.05或0.01);A组厚壁菌门相对丰度低于B、C和D组[13.765(64.181~24.238)×10-2与48.912(37.280~59.466)×10-2、86.065(50.149~89.856)×10-2、53.847(31.946~72.936)×10-2],而疣微菌门相对丰度高于B、C和D组[58.089(22.459~61.285)×10-2与0.001(0.000~0.005)×10-2、0.000(0.000~0.001)×10-2、0.003(0.000~0.006)×10-2],差异均有统计学意义(P值均<0.05或0.01);②属水平:4组间乳酸杆菌属、阿克曼菌属相对丰度比较差异均有统计学意义(P值均<0.01)。A组乳酸杆菌属相对丰度低于B、C和D组[1.755(0.805~8.833)×10-2与26.391(17.550~37.265)×10-2、70.688(45.713~77.953)×10-2、28.675(15.660~57.224)×10-2],而阿克曼菌属相对丰度高于B、C和D组[58.089(22.460~61.285)×10-2与0.000(0.000~0.006)×10-2、0.000(0.000~0.001)×10-2、0.003(0.000~0.006)×10-2],差异均有统计学意义(P值均<0.05或0.01)。(2)α多样性分析:4组间OTU数量、Chao1指数、Shannon指数比较差异均有统计学意义(P值均<0.05或0.01);A组OTU数量低于B、C、D组[268(241~410)与438(380~516)、562(533~588)、546(473~599)],B组OTU数量、Chao1指数、Shannon指数均低于C和D组[OTU数量:438(380~516)与562(533~588)、546(473~599);Chao1指数:1 033(883~1 181)与1 285(1 220~1 338)、1 328(1 155~1 516);Shannon指数:3.85(3.25~4.50)与4.28(3.30~5.11)、4.17(3.62~4.38)],差异有统计学意义(P值均<0.05或0.01)。
结论不同环境微生物暴露会影响生命早期小鼠肠道菌群的多样性与结构;环境清洁度越高,肠道菌群多样性越低,菌群结构组成也有一定差异;哺乳期可能是肠道菌群定植的重要"时间窗"。