肠道微生物组与脂肪分布之间的性别特异性关联

人体内有大量的微生物群，并在能量代谢发挥重要作用。研究表明肠道微生物组与宿主肥胖有关，但微生物组与脂肪分布之间的性别特异性关联尚不清楚。近期，Nature子刊Nature Communications发表了一篇题名为：肠道微生物组与脂肪分布之间的性别特异性关联的文章。该文章结果支持脂肪分布在与微生物组组成存在性别特异性，对肠道微生物组和腹部肥胖相关疾病结果的研究应考虑到性别差异。

摘要:
在这项研究中，假设肠道微生物组不仅与肥胖有关，而且与脂肪分布有关。由于男性和女性的总体脂肪比例和分布不同，进一步假设存在与男性和女性的脂肪分布相关的性别特异性微生物特征。迄今尚未研究过这种微生物特征。为了测试这些假设，我们采用了双X射线吸收测定法（DXA）测量身体成分，以及16s rRNA测序得到肠道微生物组信息。我们首先想象脂肪比率和微生物组特征之间未经调整的关联，包括其丰度和多样性，雌性脂肪比率和微生物组特征。然后，我们进行了微生物组范围的分类群关联分析，以确定与男性和女性相关的分类群。结果显示，两性的脂肪分布相关的微生物组具有一定特征，包括总体丰度和多样性；然而，男性和女性脂肪分布相关的微生物类群之间没有广泛的物种水平重叠。研究结果表明，可能存在与性别特异性脂肪分布相对应的性别特异性微生物组。
样本人口特征
这项微生物组研究的参与者来自同一分区，不同的家庭，对212例数据进行最终分析。在这212名受试者中，45％是男性，55％是女性。两性的总体平均年龄为51岁。吸烟男性约61％，吸烟女性近0％的; 70％男性饮酒，30％的女性饮酒。代谢综合征患病率男性为17％，女性为16％; 2型糖尿病患病率男性为20％，女性为11％。
整体性别关系
每个受试者的分类群丰度的总和产生微生物组三分位数。将这些三分位数与使用每个分类群的物种总数创建的三分位数进行了比较。两个三分位数非常一致。因此，在这里我们使用丰度三分位数来反映整体微生物组的丰度和多样性。按性别分层，创建了四个热图来总结微生物组三分位数与雄性或雌性肥胖比率之间未经调整的关联。第一栏是颜色编码男性和女性参与者的脂肪比率四分位数。从浅蓝到深蓝，它代表每个性别中最低到最高的四分位数。第二栏是微生物组三分位数，第一个三分位数是多样性和丰度最低的组，第三个是最高的。受试者主要按三分位数排序，然后按其脂肪比例四分位数排序。因此，两个条形图一起显示每个微生物组三分位数中四个脂肪比率四分位数情况。热图是从上到下依次是物种丰度排名前50种的物生物，从白色到红色的颜色梯度表明每个物种丰度变化。
图a显示了女性受试者中微生物组丰度与雄性脂肪比例的关联。在微生物最低丰度三分位数中36％来自体脂肪比率最高四分位数组，而第二和第三三分位数仅分别含有24％和15％。虽然Fisher's Exact检验（p = 0.19）和单变量线性回归（p = 0.06）的结果统计学意义不显著，但图1a确实暗示随着微生物组丰度和多样性的增加，雄性脂肪个体的比例下降，并且雄性脂肪个体比例增加。如图b所示，第二个微生物组三分位数具有最高的雄性脂肪比率四分位数。 Fisher's Exact的结果（p = 0.81）并不显著。在线性回归中，体脂肪的主要影响（p = 0.41），二次效应（p = 0.28）并不显着。图c，d将注意力从雄性脂肪比例转移到雌性脂肪比例。在女性受试者中，第二微生物组三分位数组具有来自最高雄性脂肪比率组的受试者最少。Fisher's Exact检验（p = 0.19）和线性回归（对于脂肪比率p = 0.19，对于雄性脂肪比的二次项p = 0.29）的结果不显著。然而，在男性受试者中，随着微生物组丰度和多样性的增加，雌性脂肪比率有明显增加的趋势。最低微生物组丰度三分位数中25％的受试者来自最高的雌性脂肪比率四分位数组;第三个三分位数的42％。尽管Fisher's Exact检验（p = 0.29）和单变量线性回归（p = 0.09）的结果不显著，但仍然值得观察图d微生物组丰度三分位数的差异。

性别特异性微生物组和脂肪比例
对女性样本中的336个分类单元和男性样本中的324个分类单元进行Wald测试。只有Log2倍数≥1或≤-1的显着结果才被报告表的最终结果。表按性别分类方向总结了结果。第一列是分类单元ID，。第二列提供了家庭信息，第三列显示了种属。在两个表中以相同颜色划线的行表明它们与一个分类单元的序列完全相同。

在女性样本中，该模型没有提供足够的证据证明与脂肪比例正相关的任何分类单位。来自男性受试者的三个科微生物的四个分类群与雄性脂肪比率呈正相关。Bacteroides 和 Holdemanella效应数值大于9。这表明，与雄性脂肪比率的一个标准差增加，这两个分类群的丰度增加至少9倍。比较男性和女性的结果，微生物组和雄性脂肪比率之间的正相关模式显然存在性别差异。
Holdemanella显示出与女性样本中的雌性脂肪比率显着负相关。值得注意的是，holdemanella属与雄性动物脂肪比率呈正相关，与雌性脂肪比率负相关，然而，该属的两个不同物种是观察到的效应的原因。在雄性样本中，来自三个科水平的四个分类群显示出与雌性脂肪比率的显着负相关。有趣的是，一种来自拟杆菌科的分类群，拟杆菌属的最大效应指数为-7.5。在与雌性脂肪比率负相关的雄性和雌性分类群中，未观察到属或家族水平的重叠。
性别特异性微生物组和雌性脂肪比例
还进行了Wald测试以测试雌性脂肪比率及其相关的按性别分层的分类群。在报告结果时应用了相同的标准。男性和女性的女性肥胖率的标准偏差均为3％。在雌性样本中，发现来自两个科的三个分类群与雌性脂肪比率显着正相关。来自Prevotellaceae科的Prevotella属的分类群显示出最高效应指数9.6。来自Lachnospiraceae科，Clostridium_XlVa属的分类群显示与雄性样品中10.2的效应指数呈正相关关系。
雌性样本中三个科的三个分类群与雌性脂肪比率呈负相关，最大效应指数是为-10.9来自Rikenellaceae科，Alistipes属。在雄性样本中，来自三个科的四个分类群与雌性脂肪比率具有显着的负相关。来自Bacteroidaceae科的Bacteroides属的分类群具有最大的效应指数-24.2。比较与脂肪比率相关的男性和女性结果，相同关联没有属水平重叠。然而，来自Ruminococcaceae科的Gemmiger属与雌性样本中的雌性脂肪比率呈正相关，男性样本中呈负相关。由于这两个分类群具有相同的分类单元ID，这两个分类完全相同，但在女性和男性中具有完全相反的影响。

总结了所有与性别中的男性或女性肥胖率显着相关的分类群。颜色编码表示关联的类型和相关类型（正负相关）。条形的高度表示效果大小的绝对值。内圈的每个部分代表一个细菌家族。
结论:
研究证明了肠道微生物组与体脂肪分布之间性别特异性关联的假设，证明需要进一步研究以加深对其机制的理解。这对于未来更准确的基于微生物组的心血管和代谢结果预测和治疗是一个有价值的发现。