腸道微生物組與脂肪分布之間的性別特異性關(guān)聯(lián)

人體內(nèi)有大量的微生物群，并在能量代謝發(fā)揮重要作用。研究表明腸道微生物組與宿主肥胖有關(guān)，但微生物組與脂肪分布之間的性別特異性關(guān)聯(lián)尚不清楚。近期，Nature子刊Nature Communications發(fā)表了一篇題名為：腸道微生物組與脂肪分布之間的性別特異性關(guān)聯(lián)的文章。該文章結(jié)果支持脂肪分布在與微生物組組成存在性別特異性，對(duì)腸道微生物組和腹部肥胖相關(guān)疾病結(jié)果的研究應(yīng)考慮到性別差異。

摘要:
在這項(xiàng)研究中，假設(shè)腸道微生物組不僅與肥胖有關(guān)，而且與脂肪分布有關(guān)。由于男性和女性的總體脂肪比例和分布不同，進(jìn)一步假設(shè)存在與男性和女性的脂肪分布相關(guān)的性別特異性微生物特征。迄今尚未研究過這種微生物特征。為了測試這些假設(shè)，我們采用了雙X射線吸收測定法（DXA）測量身體成分，以及16s rRNA測序得到腸道微生物組信息。我們首先想象脂肪比率和微生物組特征之間未經(jīng)調(diào)整的關(guān)聯(lián)，包括其豐度和多樣性，雌性脂肪比率和微生物組特征。然后，我們進(jìn)行了微生物組范圍的分類群關(guān)聯(lián)分析，以確定與男性和女性相關(guān)的分類群。結(jié)果顯示，兩性的脂肪分布相關(guān)的微生物組具有一定特征，包括總體豐度和多樣性；然而，男性和女性脂肪分布相關(guān)的微生物類群之間沒有廣泛的物種水平重疊。研究結(jié)果表明，可能存在與性別特異性脂肪分布相對(duì)應(yīng)的性別特異性微生物組。
樣本人口特征
這項(xiàng)微生物組研究的參與者來自同一分區(qū)，不同的家庭，對(duì)212例數(shù)據(jù)進(jìn)行最終分析。在這212名受試者中，45％是男性，55％是女性。兩性的總體平均年齡為51歲。吸煙男性約61％，吸煙女性近0％的; 70％男性飲酒，30％的女性飲酒。代謝綜合征患病率男性為17％，女性為16％; 2型糖尿病患病率男性為20％，女性為11％。
整體性別關(guān)系
每個(gè)受試者的分類群豐度的總和產(chǎn)生微生物組三分位數(shù)。將這些三分位數(shù)與使用每個(gè)分類群的物種總數(shù)創(chuàng)建的三分位數(shù)進(jìn)行了比較。兩個(gè)三分位數(shù)非常一致。因此，在這里我們使用豐度三分位數(shù)來反映整體微生物組的豐度和多樣性。按性別分層，創(chuàng)建了四個(gè)熱圖來總結(jié)微生物組三分位數(shù)與雄性或雌性肥胖比率之間未經(jīng)調(diào)整的關(guān)聯(lián)。第一欄是顏色編碼男性和女性參與者的脂肪比率四分位數(shù)。從淺藍(lán)到深藍(lán)，它代表每個(gè)性別中最低到最高的四分位數(shù)。第二欄是微生物組三分位數(shù)，第一個(gè)三分位數(shù)是多樣性和豐度最低的組，第三個(gè)是最高的。受試者主要按三分位數(shù)排序，然后按其脂肪比例四分位數(shù)排序。因此，兩個(gè)條形圖一起顯示每個(gè)微生物組三分位數(shù)中四個(gè)脂肪比率四分位數(shù)情況。熱圖是從上到下依次是物種豐度排名前50種的物生物，從白色到紅色的顏色梯度表明每個(gè)物種豐度變化。
圖a顯示了女性受試者中微生物組豐度與雄性脂肪比例的關(guān)聯(lián)。在微生物最低豐度三分位數(shù)中36％來自體脂肪比率最高四分位數(shù)組，而第二和第三三分位數(shù)僅分別含有24％和15％。雖然Fisher's Exact檢驗(yàn)（p = 0.19）和單變量線性回歸（p = 0.06）的結(jié)果統(tǒng)計(jì)學(xué)意義不顯著，但圖1a確實(shí)暗示隨著微生物組豐度和多樣性的增加，雄性脂肪個(gè)體的比例下降，并且雄性脂肪個(gè)體比例增加。如圖b所示，第二個(gè)微生物組三分位數(shù)具有最高的雄性脂肪比率四分位數(shù)。 Fisher's Exact的結(jié)果（p = 0.81）并不顯著。在線性回歸中，體脂肪的主要影響（p = 0.41），二次效應(yīng)（p = 0.28）并不顯著。圖c，d將注意力從雄性脂肪比例轉(zhuǎn)移到雌性脂肪比例。在女性受試者中，第二微生物組三分位數(shù)組具有來自最高雄性脂肪比率組的受試者最少。Fisher's Exact檢驗(yàn)（p = 0.19）和線性回歸（對(duì)于脂肪比率p = 0.19，對(duì)于雄性脂肪比的二次項(xiàng)p = 0.29）的結(jié)果不顯著。然而，在男性受試者中，隨著微生物組豐度和多樣性的增加，雌性脂肪比率有明顯增加的趨勢。最低微生物組豐度三分位數(shù)中25％的受試者來自最高的雌性脂肪比率四分位數(shù)組;第三個(gè)三分位數(shù)的42％。盡管Fisher's Exact檢驗(yàn)（p = 0.29）和單變量線性回歸（p = 0.09）的結(jié)果不顯著，但仍然值得觀察圖d微生物組豐度三分位數(shù)的差異。

性別特異性微生物組和脂肪比例
對(duì)女性樣本中的336個(gè)分類單元和男性樣本中的324個(gè)分類單元進(jìn)行Wald測試。只有Log2倍數(shù)≥1或≤-1的顯著結(jié)果才被報(bào)告表的最終結(jié)果。表按性別分類方向總結(jié)了結(jié)果。第一列是分類單元ID，。第二列提供了家庭信息，第三列顯示了種屬。在兩個(gè)表中以相同顏色劃線的行表明它們與一個(gè)分類單元的序列完全相同。

在女性樣本中，該模型沒有提供足夠的證據(jù)證明與脂肪比例正相關(guān)的任何分類單位。來自男性受試者的三個(gè)科微生物的四個(gè)分類群與雄性脂肪比率呈正相關(guān)。Bacteroides 和 Holdemanella效應(yīng)數(shù)值大于9。這表明，與雄性脂肪比率的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差增加，這兩個(gè)分類群的豐度增加至少9倍。比較男性和女性的結(jié)果，微生物組和雄性脂肪比率之間的正相關(guān)模式顯然存在性別差異。
Holdemanella顯示出與女性樣本中的雌性脂肪比率顯著負(fù)相關(guān)。值得注意的是，holdemanella屬與雄性動(dòng)物脂肪比率呈正相關(guān)，與雌性脂肪比率負(fù)相關(guān)，然而，該屬的兩個(gè)不同物種是觀察到的效應(yīng)的原因。在雄性樣本中，來自三個(gè)科水平的四個(gè)分類群顯示出與雌性脂肪比率的顯著負(fù)相關(guān)。有趣的是，一種來自擬桿菌科的分類群，擬桿菌屬的最大效應(yīng)指數(shù)為-7.5。在與雌性脂肪比率負(fù)相關(guān)的雄性和雌性分類群中，未觀察到屬或家族水平的重疊。
性別特異性微生物組和雌性脂肪比例
還進(jìn)行了Wald測試以測試雌性脂肪比率及其相關(guān)的按性別分層的分類群。在報(bào)告結(jié)果時(shí)應(yīng)用了相同的標(biāo)準(zhǔn)。男性和女性的女性肥胖率的標(biāo)準(zhǔn)偏差均為3％。在雌性樣本中，發(fā)現(xiàn)來自兩個(gè)科的三個(gè)分類群與雌性脂肪比率顯著正相關(guān)。來自Prevotellaceae科的Prevotella屬的分類群顯示出最高效應(yīng)指數(shù)9.6。來自Lachnospiraceae科，Clostridium_XlVa屬的分類群顯示與雄性樣品中10.2的效應(yīng)指數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。
雌性樣本中三個(gè)科的三個(gè)分類群與雌性脂肪比率呈負(fù)相關(guān)，最大效應(yīng)指數(shù)是為-10.9來自Rikenellaceae科，Alistipes屬。在雄性樣本中，來自三個(gè)科的四個(gè)分類群與雌性脂肪比率具有顯著的負(fù)相關(guān)。來自Bacteroidaceae科的Bacteroides屬的分類群具有最大的效應(yīng)指數(shù)-24.2。比較與脂肪比率相關(guān)的男性和女性結(jié)果，相同關(guān)聯(lián)沒有屬水平重疊。然而，來自Ruminococcaceae科的Gemmiger屬與雌性樣本中的雌性脂肪比率呈正相關(guān)，男性樣本中呈負(fù)相關(guān)。由于這兩個(gè)分類群具有相同的分類單元ID，這兩個(gè)分類完全相同，但在女性和男性中具有完全相反的影響。

總結(jié)了所有與性別中的男性或女性肥胖率顯著相關(guān)的分類群。顏色編碼表示關(guān)聯(lián)的類型和相關(guān)類型（正負(fù)相關(guān)）。條形的高度表示效果大小的絕對(duì)值。內(nèi)圈的每個(gè)部分代表一個(gè)細(xì)菌家族。
結(jié)論:
研究證明了腸道微生物組與體脂肪分布之間性別特異性關(guān)聯(lián)的假設(shè)，證明需要進(jìn)一步研究以加深對(duì)其機(jī)制的理解。這對(duì)于未來更準(zhǔn)確的基于微生物組的心血管和代謝結(jié)果預(yù)測和治療是一個(gè)有價(jià)值的發(fā)現(xiàn)。