腸内細菌叢は宿主の極端な温度への耐性を促進する

2024年4月24日 18:21

本文へスキップ
BMC

検索
メニュー
BMC微生物学
ホーム
BMCについて
論文紹介
投稿ガイドライン
コレクション
編集委員会に参加する
原稿を投稿する
PDFダウンロード
リサーチ
オープンアクセス
公開日： 2024年4月20日
腸内細菌叢は宿主の極端な温度への耐性を促進する

https://bmcmicrobiol.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12866-024-03277-6

王紫光、呉玉潔、...劉偉著者一覧を見る
BMC微生物学24巻、記事番号：131（2024）この記事を引用する

62 アクセス数

指標詳細

要旨
背景
極端な寒さや暑さにさらされることは、天候に関連した動物の死亡率や罹患率の主な原因の1つである。新たな研究により、腸内に存在する微生物叢が、寒さや暑さへの曝露に対する宿主の耐性を調節するために必要な不可欠な因子として働くことが示されているが、寒さと暑さの間の動物と温度との関連について、共通するパターンと特異的なパターンが同時に検討されたことはない。そこで我々は、マウスの寒冷あるいは暑熱曝露に対する耐性を調節する腸内細菌叢の役割を調べることを試みた。

結果
その結果、マウスの体温は寒冷でも暑熱でも急性的に変化するが、慢性的な極端温度条件下では効率的に体温を維持することが示された。マウスは体重増加、食物摂取量、エネルギー収穫量を調整することで、極端な気温に適応する。興味深いことに、16 S rRNAの塩基配列決定により、極端な温度は腸内細菌叢に差のある変化をもたらすことが示された。さらに、極限温度微生物叢の移植は、宿主の寒さと暑さに対する耐性をそれぞれ強化するのに十分である。メタゲノム配列決定から、微生物叢は宿主のインスリン経路を制御することで、宿主の極端な温度への耐性を補助していることが示された。

結論
今回の研究結果は、微生物叢が極端な温度下での全体的なエネルギー恒常性を調整する重要な因子であることを浮き彫りにし、宿主と腸内細菌叢の相互作用と共進化に関する知見を提供するものである。

査読報告
背景
温度は、動物の生理学の多くの側面に重大な影響を与える最も重要な生物学的因子として作用する[1]。現在、気温の劇的な変動は、多くの地域で夏の極端な暑さと冬の寒さを引き起こしている。さらに、世界の温度レジームは将来も急速に変化し続けると予想されているが [2]、気候変動が熱生理学と熱耐性にどのような影響を与えるかについては、予測可能な理解が不足している [3]。人間は、一般的に-50℃から＋50℃までの極端な温度帯で生活することができるため、この極端な温度に対する限られた耐性が、人生における罹患率や死亡率の原因となることが多い [4]。極端な暑さへの暴露は、通常、低緯度地域の多くの動物種の脆弱な個体群に影響を及ぼすが、低温への暴露は、高高度地帯や深海を含む地球規模の生物圏（約85％）でより一般的である [5]。急激な温度変化は、生態系における生物多様性にも壊滅的な脅威を与える [6]。したがって、バクテリアから哺乳類に至るまで、すべての種にとって極端な温度への適応が必要である [7, 8]。動物は極端な温度ストレスの条件下で、食物摂取量とエネルギー需要を調節する [9]。分子レベルでは、細胞は膜の流動性やコンフォメーションの柔軟性に関連する遺伝子発現を変化させることで、温度の緩やかな変化に適応する [10]。例えば、細胞はコールドショック・タンパク質、不凍タンパク質、凍結防止剤などを発現し、寒冷ストレスにさらされた際に凍結から細胞を守ることができる [11]。広範な研究によって、極端な温度に反応する動物の生理学的側面が明らかにされてきたが、その根底にあるメディエーターやメカニズムに関する知識はまだ乏しい。

哺乳類の消化管には、宿主の代謝、免疫、神経行動に基本的な影響を及ぼす微生物が、日常的に最も密集して生息している [12,13,14]。新たな研究によると、動物の極端な温度に対する耐性は腸内細菌叢と密接な関係がある。多くの動物の腸内細菌叢も温度の影響を受ける [15,16,17]。例えば、ラットの腸内細菌叢では、長期的な暑熱曝露により、ラクトバチルス属とオシロスピラ属の相対量が増加し、ブラウチア属とアロバクラム属の相対量は減少した [15]。さらに、温かく飼育された宿主は、病原性マイコバクテリウムとプロテオバクテリウムを相対的に多く保有する傾向がある [18]。一方、微生物叢が宿主の寒冷ストレス耐性を制御する上で重要な役割を果たすという研究もある [12, 19]。残念ながら、ほとんどの研究では、温熱生理に影響を及ぼす要因として寒冷と温熱を別々に同定しているが、温度関連微生物叢の普遍的なシグネチャーは同定されていない。寒さと暑さの両方が天候に関連した死亡率や罹患率を引き起こす可能性があることから[20]、様々な温度範囲における動物と温度との関連性の共通パターンや独自パターンを早急に解明する必要がある。

多種多様な生物種において、マイクロバイオームが宿主の生理機能の多くの側面を形成していることへの関心が高まる中、我々はマウスを用いた寒冷曝露や高温曝露に対する耐性の調節におけるマイクロバイオームの役割の解明を試みた。極端な寒さや暑さと動物の病態生理との関連を包括的に明らかにした。その結果、極端な温度は体重増加や摂餌量に慢性的に影響を及ぼすことがわかった。興味深いことに、寒さと暑さの両方が微生物叢の組成と機能を変化させ、その結果、周囲温度に応答して宿主の体力に貢献した。したがって、極限環境関連微生物叢の包括的な概観は、気候変動条件下における動物-微生物相互作用の理解を促進し、地球規模の変化が野生生物やヒトに及ぼす影響を予測し、緩和するための戦略への洞察を与えるという我々の知見は、極限環境関連微生物叢の包括的な概観を示すものである。

研究方法
動物実験
動物実験は安徽農業大学（中国、安徽省）のInstitutional Animal Care and Use Committeeの承認を得た。C57Bl/6J野生型雄成体マウスはすべて山西医科大学から入手した。体重（18～24g）に応じて順化した動物を、2匹を含む各ケージに無作為に割り付けた。マウスは、特に断りのない限り、標準的なチャウ食（16.2 MJ/kg 総エネルギー；脂肪9 kJ%, タンパク質33 kJ%, 炭水化物58 kJ%）を昼夜12時間周期で与えて飼育した。各群のマウスは標準飼料と水を自由に摂取できた。室温、寒冷、暑熱環境は25℃、-5℃、35℃に設定され、個別に換気できるケージを備えたクライマチックチャンバーで飼育した。実験は60日間行い、その後糞便を回収して16S rRNAの塩基配列を決定した。実験の概略を図S1に示す。

100 U/mlペニシリン、50 µg/mlバンコマイシン、100 µg/mlメトロニダゾール、1 mg/mlバシトラシン、125 µg/mlシプロフロキサシン、100 µg/mlセフタジジム、170 µg/mlゲンタマイシン（60日以上投与する場合）。すべての抗生物質投与は8週齢の動物から開始した。微生物叢の移植は、20mgの新鮮な糞便を400μlの滅菌嫌気性1×PBSに懸濁したものを経口投与することで行った[22]。投与後、マウスは頚椎脱臼により安楽死させた。

体重および体温測定
馴化期間中、毎日繰り返し体重を台秤で測定した。直腸温測定は接触式体温計（TES-1310）を用いて測定した。

肝グリコーゲンおよびトリグリセリド含量
氷上で-80℃から採取した各10mgの肝組織を200μlの30%KOHでホモジナイズし、ホモジネートを10分間煮沸して酵素を失活させた。煮沸したサンプルを12,000 rpm、15分間、4℃で遠心分離して不溶物を除去し、上清をグリコーゲンアッセイキット（比色法）（シグマ社製）を用いたアッセイに供し、結果を初期組織の重量に正規化した。末端麻酔をかけたマウスから500μlの血液を採取し、15μlの0.5mM EDTA、4μlのアプロチニン（1.3%）および4μlのDPP-IV（10mM）を加えたチューブに入れ、血漿を-80℃で保存した。トリグリセリドはTriglycerides Assay Kit (Sigma)で測定した。

ヘマトキシリン・エオジン（H&E）染色と脂肪細胞サイズの測定
脂肪組織と十二指腸を生理食塩水で洗浄して血液を除去し、10%中性ホルマリン緩衝液で固定し、パラフィンに包埋し、ミクロトームで4-5μmの厚さで切片化した[23]。サンプルは標準的な方法でヘマトキシリン-エオシン（H&E）染色した[24]。脂肪細胞の大きさは、前述の方法で評価した。簡単に説明すると、デジタルカメラ（Leica）を装備した光学顕微鏡を用いて画像を撮影した。盲検化された評価者1名により、スライド1枚につき3～5枚のスコープが無作為に選択された。細胞の大きさはImageJソフトウェアを用いて解析した。

糞便微生物叢移植
マウスを8週齢まで成長させ、8種類の抗生物質を調製し、飲料水に添加した。マウスの腸内微生物を減少させるため、抗生物質を2ヶ月間マウスに与えた。微生物移植前に細菌の総数を検査した。希釈した糞便を栄養寒天プレートにプレーティングすることで、総菌数は糞便1gあたり0～46CFUまで劇的に減少した。新鮮糞便は、RTマウス、寒冷刺激マウス、熱刺激マウスからそれぞれ最長60日間採取した。電子天秤を用いてマウスの新鮮糞便の重量を測定した。糞便を無菌環境下でPBSで10倍に希釈し、粉砕後に濾過した。懸濁液を900rpm/分の遠心機にかけた。3分間の遠心分離を2回繰り返し、精製画分である沈殿物を捨てる[25, 26]。精製した新鮮な糞便液を用いた毎日のFMT。

16 S rRNA遺伝子およびメタゲノム配列決定
糞便内容物サンプルを清潔なエッペンドルフチューブに採取し、液体窒素で急速凍結後、-80℃で保存した[27]。QIAamp Fast DNA stool Mini Kit（Qiagen）を用いて細菌ゲノムDNAを抽出した。細菌DNAは、16SrRNA遺伝子の可変領域V4をターゲットとするバーコード化ユニバーサル細菌プライマー（515F：5-GTGCCAGCMGCCGCGGTAA-3、806R：5-GGACTACHVGGTWTCTAAT-3）を用いてPCR増幅した。パイロシーケンス（Novogene, Beijing, China）は、Illumina MiSeq 2 × 250プラットフォームを用いて実施した。サンプル配列リードはQIIME 2.0を用いてパラメータを用いて処理した。各データセットについて、DADA2アルゴリズム[28]を使用して、アンプリコン配列変異（ASV）を生成するために多重化解除シーケンスリードをノイズ除去した。DADA2プロトコル[29]に従い、データセットをノイズ除去するために追加パラメータを使用した。種のアノテーションは参照データベース（Silva database, https://www.arb-silva.de/）を用いて行った。アルファ多様性を評価するために、シャノン指数と観察種を計算した。主成分分析（PCA）はASVの重み付けユニフラック分析に基づいてベータ多様性を評価し、ggplot2パッケージでプロットした。ヒートマップは、各サンプルのPhylumとGenusの上位35分類群の存在量情報を用いて、異なる存在量と分類群のクラスタリングを視覚的に表示するものである。パーミュテーショナル多変量分散分析（PERMANOVA）を用いて、異なるグループ間の細菌プロファイルの構成と構造を評価した[30]。

メタゲノム配列決定と一般的なデータ解析は、Shanghai Majorbio Bio-pharm Biotechnology（中国、上海）が行った。関連サンプルについて、400bpのクローンインサートからなるライブラリーを作成した。メタゲノムシーケンスのクリーンリードは、SOAPdenovoアセンブラーを使用して長いコンティグ配列を生成するためにアセンブルされた。異なるアセンブリー結果を生成するためにいくつかのKmer頻度を適用し、最適なアセンブリー結果を生成するためにN50長を利用した[31]。各サンプルのアセンブルされた配列は、次のMG-RAST解析の入力ファイルとして使用された[32]。データセット間の配列処理の違いの潜在的な影響を最小化するために、デフォルトのパラメータを使用して、すべてのメタゲノム配列をMG-RASTパイプラインに通した（例：遺伝子およびタンパク質の特徴予測）。主成分分析（PCA）は、メタゲノミクスの最も代表的な生物を評価するために分析した。Linear discriminant analysis Effect Size (LefSe)を用いて、グループ間の豊富な特徴の有意差を判定した[33]。シーケンスの深さが異なるため、MG-RASTを用いてKEGGとtaxonの代謝遺伝子とパスウェイの正規化アバンダンスをデフォルトパラメータで推定した。また、Carbohydrate-active enzymes (CAZyme) と Clusters of Orthologous Groups (COG) の機能アノテーションをCAZyデータベースとeggNOGデータベースを用いて行った。

リアルタイムqPCR解析
空腸と脂肪パッドを冷PBS緩衝液中で解剖し、Trizol試薬（Invitrogen, USA）を用いて全RNAを抽出した。High Capacity cDNA Reverse Transcription kit (Applied Biosystems)を用いて、任意の6量体プライマーを用いてcDNA配列を決定した。恒常性mRNAの解釈は、386ウェルのLight Cycler 480 II (Roche)とLight Cycler 480 SYBR Green Master I Mix (Roche)を用いた定性的リアルタイムPCRによって定義した。転写レベルは、酸性リボソームリン酸化タンパク質36b4（遺伝子Rplp0）および小型リボソームタンパク質16（Rps16）、または脂肪組織のβ-2-ミクログロブリン（B2m）の両方の相対発現を意味するように標準化された[34]。相対発現値は式で計算した： Ct＝Ct（標的遺伝子）-Ct（参照遺伝子）、相対値＝2-△Ct。リアルタイムPCRに用いたプライマー配列を補足表1に示す。

統計
統計解析はGraphPad Prism 9.0を用いて行い、各図の凡例内に示した。すべての図のレイアウトにはAdobe Illustrator 2022を使用した。2群の比較には両側Studentのt検定を用い、複数群の比較には一元配置分散分析（one-way ANOVA）後にTukeyの多重比較検定を用いた。すべての実験は少なくとも3回行い、代表的な実験を示した。すべてのデータは平均値±SEMで示した。アスタリスクなしはP > 0.05、アスタリスクはP < 0.05、ダブルアスタリスクはP < 0.01、トリプルアスタリスクはP < 0.001を示す。

結果
極端な温度は体温とエネルギー収穫に影響する環境温度は動物の生理機能に影響を与える重要な因子として作用する。我々は、C57Bl/6J成体マウスを極端な寒さと暑さにそれぞれさらすことで、この問題に取り組んだ。まず、マウスは1日以内に-10℃と37℃に倒れることがわかったので（図S2a）、-5℃と35℃をそれぞれ治療用の極寒と極暑条件として最適化した。急性寒冷曝露の初期4時間、マウスは室温（RT）と比較して直腸温が有意に低下した（図1a, b）。一方、熱処理マウスでは直腸温が上昇した。しかし、寒冷でも温熱でも8時間暴露後の直腸温は室温のマウスと比較して変化しなかった（Fig. 先行研究[35]と一致して、長期低温暴露は体重増加を初期体重よりわずかに増加させたが、長期高温暴露は体重増加を減少させた（図1c）。おそらく動物は、食事から摂取するカロリーを変える代償代謝を調節することで、体温を維持できるのだろう［36］。実際、最長10日間の長期低温暴露は摂餌量を増加させ、一方、長期高温暴露は摂餌量を減少させた（図1d）。これらの結果は、動物が環境温度に応じて摂食行動と代謝を変化させることを示唆している［37］。脂肪細胞のサイズ分布は、白色脂肪層の褐変と関連している。その結果、低温処理マウスでは、白色脂肪組織の内臓脂肪沈着部（intSATおよびingSAT）において、それぞれ小型の脂肪細胞数が増加し、大型の脂肪細胞数が減少していた（図1e、f）。加えて、寒冷処理した動物の脂肪組織は外観が黒っぽくなった。これらのことは、寒冷が白色脂肪沈着の褐色化を促進することを示唆している。一方、加熱処理したマウスでは、対応する位置にある脂肪細胞の数が減少し、大型脂肪細胞の数が増加した。結論として、環境温度は全身の代謝とエネルギー収穫に影響する重要な因子である。

図1
図1
温度は体温維持とエネルギー収穫にとって重要な因子である。(a)室温(RT)、低温(Cold)および高温(Heat)環境下で4時間および8時間飼育したマウスの直腸温。(c)RT、ColdおよびHeat後の体重の変化（初期体重との比較） n = 8. (d)RT、ColdおよびHeatでマウスの摂餌量を増加させた。(e-f)RT、ColdおよびHeatマウスのintSAT(e)およびingSAT(f)のパラフィン切片のヘマトキシリン-エオシン(H&E)染色。RT、ColdおよびHeatマウス60日後のintSAT（e）およびingSAT（f）の脂肪細胞の細胞サイズプロファイリング。数値は解析した細胞総数からの％を示す。スケールバー： 50 μm。値はすべて平均値±SEM。有意差は、一元配置分散分析（one-way ANOVA）にTukeyの多重比較検定を加えて算出した。p≦0.05、***p≦0.01、***p≦0.001。

フルサイズ画像
微生物叢は体温維持に必要である
極端な気温にさらされた後、食物消費量の変化が観察されたことから、食物の絶食が体温維持に影響を与えるかどうかを研究することになった。興味深いことに、飢餓マウスは、寒冷暴露後8時間経過しても、自由摂食の対照マウスと比較して直腸温の低下を示した（図2a, b）。同様に、飢餓マウスは暑熱曝露後8時間で直腸温の上昇を示した。これらの結果から、エネルギー制限によって体温維持が損なわれることが示唆された。食餌は腸内細菌叢の動態と密接に関連していることから、今回の結果は腸内細菌叢が体温維持に関与している可能性を示唆する手がかりとなった。そこで、抗生物質カクテル（Abx）を飲水に混ぜて腸内細菌叢を減少させた。実際、Abxを投与したマウスは、自由摂取の対照マウスと比較して、寒冷曝露あるいは熱曝露後8時間の体温維持に失敗した（図2c）。さらに、絶食とAbxの併用は、通常飼育の場合と比較して、寒冷曝露および熱曝露の場合の体温維持障害を悪化させた（図2dおよび図S2b）。予想通り、長期熱曝露によりAbx投与マウスの体重増加は減少した（図2e）。興味深いことに、長期低温曝露はAbx投与マウスの体重増加を抑制した。同様に、10日間までの長期の寒冷曝露はAbx投与マウスの摂餌量を増加させたが（図2f）、長期の熱曝露は摂餌量をわずかに減少させた。さらに、長期低温曝露を行ったAbx投与マウスでは、白色脂肪組織の内臓デポ（それぞれintSATとingSAT）において、小型脂肪細胞の数が軽度上昇し、大型脂肪細胞の数が減少したのみであった（図2g, h）。これらの結果から、腸内細菌叢が周囲の極端な温度に対する耐性に重要な役割を果たしていることが示唆された。

図2
図2
腸内細菌叢は体温維持に必要である。(b) (a)の初期と比較した直腸温の変化。(c)抗生物質(Abx)で処置したマウスの4時間および8時間後の直腸温の変化、寒冷群および温熱群、n=6. (d)Abxおよび絶食で処置したマウスの4時間および8時間後の直腸温の変化、寒冷群および温熱群、n=6. (e)Abxで処置したマウスの体重の変化(初期体重と比較)、寒冷群および温熱群、n=5-6. (f）Abxで処置したマウスの摂餌量。(g-h) RT + Abx、Cold + AbxおよびHeat + AbxマウスのintSAT（g）およびingSAT（h）のパラフィン切片のH&E染色。RT＋Abxマウス、Cold＋Abxマウス、Heat＋Abxマウスの60日後に抗生物質を投与したマウスのintSAT（g）およびingSAT（h）の脂肪細胞の細胞サイズプロファイリング。数値は解析した細胞総数からの％を示す。スケールバー： 50 μm。有意性は一元配置分散分析にTukeyの多重比較検定を加えて算出した。p≦0.05、***p≦0.01、***p≦0.001。

フルサイズ画像
極端な気温が微生物叢の組成を変化させる
長時間の極端な気温が腸内細菌叢の組成に影響を及ぼすかどうかを調べるため、我々は死後マウスの盲腸内容物を採取し、16 S rRNA遺伝子のV4領域の塩基配列を決定することで細菌叢組成をプロファイリングした。興味深いことに、サンプル間の類似性を可視化するために、微生物群集のUniFrac距離を加重ジャックナイフした主成分分析（PCA）を行ったところ、低温、高温、およびRTマウス内の腸内細菌叢は別々にクラスター化していた（図3a）。さらに重要なことに、寒冷曝露マウスの微生物叢組成は主にPC2レベルでRTマウスと異なっており、一方、暑熱曝露マウスの微生物叢組成はPC1レベルでコントロールマウスと異なっていた。これらの結果は、寒冷曝露および熱曝露の条件下で、微生物叢が明瞭にシフトすることを示唆した。微生物叢組成のシフトを読み解くために、我々は、1サンプルあたりの微生物叢組成の平均99.1％を占める、門レベルで最も豊富な10群のアンプリコンシークエンスバリアント（ASV）の存在量の違いを調べた。その結果、室温で飼育したマウスでは、ファーミキューテス属が圧倒的に多く（51.1％）、バクテロイデス属が二番目に多い（34.3％）ことがわかった。動物門レベルの比重の顕著なシフトは、暑熱暴露と寒冷暴露の両方で観察された。バクテロイデス門の相対存在量は、慢性的な熱処理によりASV全体の68.0%に増加し、一方、ファーミキューテス門の相対存在量はASVの20.6%に減少した。一方、慢性低温処理後は、バクテロイデス門が優勢であったのに対し、ファーミキューテス門が45.7%を占めた（図3b）。これらの結果は、寒冷暴露と熱暴露では、門レベルの比例存在量のシフトが逆方向であることを示している。興味深いことに、熱は腸内細菌叢のアルファ多様性をシャノン指数で低下させたが、寒冷はそうではなかった（図S2d）。次に、上位ASVの相対存在量を詳細に調べた。門レベルの比例存在量の比較から、寒冷曝露と熱曝露で、ファーミキューテス（Firmicutes）とバクテロイデーテス（Bacteroidetes）の割合、特にファーミキューテス／バクテロイデーテスの比率に変化が見られた。寒冷曝露の場合、ファーミキューテス門の存在量（RTの34.3％から45.7％へ）がバクテロイデーテス門（RTの51.1％から41.4％へ）を上回り、最も多い門となった（図S2f, g）。寒冷マウスでの観察とは対照的に、熱ストレスではバクテロイデーテス門（68.0%）が増加し、ファーミキューテス門（20.6%）が減少した（図S2f, g）。したがって、寒冷曝露群と熱曝露群では、RT対照群と比較して、ファーミキューテス/バクテロイデーテス比の逆シフトが観察された（図3d）。しかし、Proteobacteria属とActinobacteria属の比率は、寒冷曝露マウスでも熱処理マウスでも、基本的には寒冷曝露群と熱処理群で同等であった（図S2h, i）。最後に、平均近傍法を用いて、個々の属、あるいは科に基づく階層的クラスタリングをさらに検討した。その結果、寒冷曝露群または熱曝露群と寒冷曝露群の微生物叢組成が大きく変化していることが確認された（図3c）。これらの結果を総合すると、極端な温度変化がマウスの腸内細菌叢の組成を変化させることが明らかになった。

図3
図3
長期の極端な温度ストレスは腸内細菌叢の組成を変化させる。(a) ASVの重み付けUniFrac解析に基づく主成分分析（PCA）。各シンボルは、60日間のRT、ColdおよびHeat後の直腸の単一サンプルを示す。 n = 4. (b) 60日間までのRT、ColdおよびHeatマウスの腸内細菌叢の門レベルの比例存在量の比較。(c)60日RTマウス、Coldマウス、Heatマウスの直腸を比較した平均近傍（HC-AN）法による階層的クラスタリング図。関連するヒートマップは、2群のWelch t検定比較で得られたp < 0.05で選択された代表的なASVの相対的存在量を示し、その後ファミリーにグループ化した。体温と腸内細菌叢の相関のP値は、偽発見率を用いて補正した。ヒートマップ図に含めるために、各ファミリーから2つのグループの平均値の差が最も大きい代表的なASVを1つ選択した。ASVは門と属。(d) 直腸における門レベルの比例存在量。値はすべて平均値±SEM。有意性は非対立両側Studentのt検定を用いて計算した。*p ≤ 0.05, **p ≤ 0.01

フルサイズ画像
微生物叢は極端な温度への耐性を促進する
極端な温度に対する耐性を制御する微生物叢の因果関係を調べるため、寒冷曝露マウス、熱ストレスマウス、コントロールマウスの微生物叢をAbx投与マウスに移植した。まず、微生物叢を移植したマウスを極端な温度に4時間および8時間曝露した後の直腸温を調べた。寒冷曝露に応答して、寒冷微生物群のレシピエントはRT微生物群のレシピエントよりも4時間の寒冷曝露後の直腸温の低下が少なかった（図4a, b）。これらの結果は、腸内細菌叢が急性寒冷ストレスに対する耐性の必須条件であることを示している。寒冷微生物叢は、長期的な寒冷ストレスに対する宿主の耐性を適度に向上させたと考えられる。一方、温熱微生物叢を摂取した個体は、RT微生物叢を摂取した個体と比較して、4時間および8時間の温熱ストレス後に体温が低下した（図4c, d）。これらの結果は、微生物叢が極端な温度ストレスに対する宿主の耐性を促進するのに十分であることを示唆している。一貫して、微生物叢組成の変化は微生物叢の機能不全を引き起こし、その結果、宿主の健康と疾病に影響を及ぼす[38, 39]。予想通り、熱微生物叢を移植した場合、RT条件では最初の3日間で体重が劇的に減少したが、RT微生物叢を移植した場合は依然として体重が安定していた（図4e）。これは、熱微生物叢が熱存在下での体重減少に影響することを示している。興味深いことに、摂餌量には差が見られなかったことから（図S2c）、暑熱微生物叢はエネルギーの収穫効率にのみ影響することが示唆された。対照的に、低温微生物叢を移植すると、明らかに低温条件下での体重が増加した（図4e）。極端な温度の微生物叢が褐変プロセスを変化させうるかどうかをさらに調べるため、ingSATデポの脂肪細胞サイズを調べた。その結果、熱移植マウスでは、大きな単眼脂肪細胞の数が増加した。逆に、低温移植マウスでは小さな脂肪細胞の増加が観察された（図4f）。これらの結果を総合すると、熱または寒冷微生物叢は、ベージュを変化させることによってエネルギー散逸に影響を及ぼすのに十分であることが示された。

図4
図4
極端温度微生物叢は極端温度への耐性を高める。(a)寒冷ストレス4時間後および8時間後のRTおよび寒冷微生物群移植マウスの直腸温変化。n=7. (b)熱ストレス4時間後および8時間後のRTおよび寒冷微生物群移植マウスの体温変化の(a)の初期との比較。(c)暑熱ストレス4時間後および8時間後のRTおよびHeat微生物移植マウスの直腸温変化。 n = 5-7. (d)暑熱ストレス4時間後および8時間後のRTおよびHeat微生物移植マウスの体温変化の(c)の初期との比較。(e)RT-、Cold-およびHeat-微生物叢を移植したマウスの体重の変化。 (f)RT、ColdおよびHeat微生物叢を移植したマウスの60日後のingSATからの脂肪細胞の細胞サイズのプロファイリング。数値は解析した細胞総数からの％を示す。青が寒冷曝露（-5℃）、赤が熱曝露（35℃）。数値はすべて平均値±SEM。有意性は非対立両側スチューデントのt検定を用いて計算した。p≦0.05、***p≦0.01、***p≦0.001。

フルサイズ画像
極限温度微生物群は腸の形態に影響する
食物摂取量と体重増加は、腸における食物の消化・吸収に起因することから、極端な温度が腸の形態学に及ぼす影響を調査することになった。実際、低温曝露マウスでは、小腸の長さと幅が60日間にわたって明らかに増大するのが観察された（図5a-d）。さらに、寒冷曝露後、絨毛の長さが増加した（図5e）。逆に、熱処理マウスでは、小腸の長さと幅の顕著な減少が観察された。同時に、絨毛の長さも熱曝露後に減少した。これらの結果は、温度によるエネルギー需要に対する小腸の可塑性を示唆した。このような小腸の形態変化を利用して、微生物叢の移植を試みた。予想通り、低温微生物群移植マウスは、低温微生物群移植対照マウスに比べて腸の長さと幅が著しく増加した（図5f, g）。さらに、低温微生物移植マウスでは、絨毛の長さが増強された（図5h）。逆に、熱微生物移植は、RT微生物移植対照と比較して、腸の長さと幅の減少に寄与した。実際、熱微生物移植マウスでは絨毛の長さが減少していた。これらの結果を総合すると、寒冷または温熱微生物群は腸の形態を変化させるのに十分であった。

図5
図5
寒冷および熱微生物移植マウスは腸の形態を変化させた。(a）RTマウス、寒冷マウス、熱マウスの盲腸、小腸、結腸の代表的な画像。(b)RTマウス、寒冷マウス、熱マウスの十二指腸のH&E染色。スケールバー： 500 μm。(c)60日後RTマウス、低温マウスおよび高温マウスの小腸の長さ n = 6. (d)60日後RTマウス、低温マウスおよび高温マウスの小腸の幅 n = 6. (f)60日RT、低温および高温微生物群移植マウスの小腸長 n = 6. (g)60日RT、低温および高温微生物群移植マウスの小腸幅 n = 6. (h)RT、低温および高温微生物群移植マウスの平均微絨毛長 n = 6. 青が寒冷曝露（-5℃）時、赤が熱曝露（35℃）時。数値はすべて平均値±SEM。有意差は、非対立両側Student's t testおよび一元配置分散分析（one-way ANOVA）後にTukeyの多重比較検定を用いて算出した。p≦0.05、***p≦0.01、***p≦0.001。

フルサイズ画像
微生物叢はインスリン経路を介して宿主の耐性を促進する
慢性的な極端な温度条件下における腸内細菌叢の機能変化を解読するために、マウスを最長8週間処理した後の糞便内容物サンプルのメタゲノムシークエンシングを行った。PCAの結果、3つの条件は大きく異なり、各条件の複製は非常に類似していた（図6a）。すなわち、熱は分散の第1主成分において対照との分離を誘導し、寒冷は分散の第2主成分において対照との分離を誘導した。これらの結果は、極端な温度が腸内細菌叢の組成を調節する上で重要な役割を果たしていることを示唆している。LDA Effect Size解析でも、3つの条件で同様の変化が観察された（図S2e）。次に、メタゲノムリードを腸内微生物遺伝子カタログにマッピングし、複数の遺伝子にマッピングされたリードを均等に分割し、遺伝子をKEGGパスウェイにグループ化した。上位に予測された機能は、主に代謝、遺伝的・環境的情報処理、細胞プロセスの第1レベルに関与していた。しかし、3つのグループ間で同定された第1レベルのパスウェイに明らかな違いは見られなかった（図S3a）。メタゲノム機能の変化をさらに絞り込むために、3884リードを用いて、宿主のインスリンシグナルに関連する微生物予測機能に焦点を当てた。なぜなら、酢酸や酪酸などの微生物代謝産物はインスリン分泌を刺激するからである[25, 40]。続いて、PERMANOVAを用いて3群間のインスリンシグナルの活性差を解析したところ、糞便内容物サンプルにおいてマウスが検出された。実際、インスリン分泌に関連する上位10個の変化をPCAスコアプロットしたところ、RT、寒冷、熱の各グループ間で明確な境界が示された（図6b）。宿主の「インスリン分泌」に関連する経路は、寒冷マウスの糞便内容物サンプルではRTマウスのそれに比べて発現が上昇し、一方、暑熱マウスでは低下していた。例えば、CDP-グルコース4,6-デヒドラターゼ（インスリンシグナル陽性）は熱曝露で低下し、グルコース-6-リン酸イソメラーゼ（インスリンシグナル陰性）は上昇した。このことから、宿主のインスリンシグナルは、極端な温度にさらされると影響を受ける可能性があることが推測された。この点に関して、インスリンシグナル関連遺伝子の発現を宿主の盲腸で定量PCR法により調べた。その結果、ほとんどの遺伝子の発現レベルは熱曝露後に低下し（図6c）、一方、低温曝露後には上昇した。さらに重要なことは、グリコーゲンとトリグリセリドのレベルが、熱曝露後に低下し（図6d, e）、低温曝露後に上昇したことである。さらに、CAZyデータベースを用いて、糞便内容物サンプルの炭水化物代謝を解析した。PCAの結果、RT、寒冷、熱の3群は互いに離れており（図6f）、極端な温度が腸内細菌叢の炭水化物代謝を制御する役割を果たしていることが示唆された。グルコースの消化・吸収、多糖類の加水分解・合成に機能する53の標的遺伝子が同定された。実際、炭水化物活性酵素のプロフィールに基づくと、3つのサンプルグループ間で有意差が観察され（図6g）、極端な温度は炭水化物代謝に関与する微生物酵素に影響を与えることが示された。興味深いことに、COG機能分類は、3つのサンプル間でエネルギー生産と変換において緩やかな分離を示したが（図S3b）、低温微生物叢は依然としてエネルギー生産と変換が高かった。これらの結果から、微生物叢は宿主のインスリンシグナル経路を制御することで、宿主の極端な温度に対する耐性に必要であることが示唆された。

図6
図6
極限温度微生物叢はインスリン感受性と糖質活性酵素に影響を与えた。(a) RTマウス、低温マウス、高温マウスの糞便内容物サンプルのメタゲノムシークエンシングに基づく腸内細菌叢組成の主成分分析。(c)糖代謝（Slc2a2、Slc5a1、Sgk1）および脂質代謝（Ppara、Cidea、Ucp1）において、リアルタイムqPCRで定量したRTマウス、低温マウスおよび高温マウスの盲腸近位部における宿主インスリン経路の相対的mRNA発現。(d-e)RTマウス、寒冷マウス、温熱マウスの肝グリコーゲン濃度(d)と血漿トリグリセリド濃度(e) n = 6. (f)糞便内容物サンプルのメタゲノムシークエンスに基づく糖質活性酵素の主座標分析 n = 3-4. (g)RTマウス、寒冷マウス、温熱マウスにおける糖質活性酵素分類の統計図。すべての値は平均値±SEMを示す。有意性は一元配置分散分析（one-way ANOVA）にTukeyの多重比較検定を加えて算出した。p≦0.05、***p≦0.01、***p≦0.001。

フルサイズ画像
考察
気温変動の頻度と大きさは、今後100年の間に世界中で激しさを増すと予想されている[3]。変化する温度レジームに対する微生物の多様性応答を予測するには、まず温度が生物の生理学と体力に影響を与えるメカニズムを理解する必要がある。本研究では、寒さと暑さの両方がマウスの体温を急性的に変化させることを報告する。急性寒冷曝露または急性暑熱曝露の初期4時間、マウスは直腸温の有意な低下または上昇を示した。先行研究[35]と一致して、環境温度はマウスの体温を急性的に変化させ、ヒトの体温生物学と臨床症状を反映している。環境温度の変化はどこにでもあり、生物は生存と繁殖を確保するために極端な温度にも耐えることができる[41, 42]。我々は、マウスが-5℃から35℃までの慢性的な気温の条件下で、体重増加、摂餌量、エネルギー同化を調節することによって体温を維持していることを発見した。例えば、体温が高いほど末梢血流量が増加し、熱放散が促進されるため、熱ストレスに対する耐性が高まる［43］。このように、温度は熱生理学に大きな影響を及ぼし、動物は代謝や行動を調節することで温度の変化に適応している。

近年、微生物叢が動物の生存、恒常性維持、発育に重要であることが明らかになってきた［45, 46］。極端な温度は、多くの動物種において微生物叢の組成を形成する可能性がある [47,48,49]。哺乳類では、寒冷にさらされると腸内細菌叢の群集組成が変化し、全体的なエネルギー恒常性に著しい影響を及ぼす [50]。外温動物では、トカゲやサンショウウオの場合、温度が少し上がるだけで、微生物叢の多様性が損なわれ、組成が変化し、宿主の生存率の低下と相関した [16, 17]。したがって、温度は事実上微生物の多様性の主要な決定要因である。我々は、高温は腸内細菌叢のα多様性を減少させるが、低温は影響しないことを発見した。このような腸内細菌叢の変化は、エネルギー抽出を促進し、宿主の極端な温度に対する耐性を向上させた。また、微生物叢の移植は宿主の極端な温度に対する耐性を向上させた。微生物の多様性は、微生物群集と宿主との共進化の結果である[51]。この共進化により、エネルギー需要が高まった場合に、摂取した食事からカロリーを最大限に取り込むことが可能になると推測される。一方、エネルギー需要が低下した場合には、食物摂取を制限することができる [52] 。

現在では、メタゲノミクス、トランスクリプトミクス、メタボロミクスなどのハイスループットなヒトマルチオミクスデータを、宿主の生理学的指標とともに共同解析することで、表現型の潜在的な分子メカニズムに関する知見が得られる。メタゲノミクスデータを用いて、微生物叢が宿主のインスリン経路を制御することで、宿主の極端な温度への適応を助けることを発見した。初期の研究では、腸内細菌によって生成される酢酸と酪酸が、グルカゴン様ペプチド-1とペプチドYYの生成を誘導することでグルコースホメオスタシスを改善し、それがインスリン分泌を刺激することがわかった[25]。興味深いことに、炭水化物代謝および酪酸産生に関与するLachnospiraceaeは、寒冷ストレスにより増加した（図S2e）[53]。さらに、極端な温度に曝露された宿主では、インスリンシグナル経路の変化が確認され（図6c-e）、腸内細菌叢がインスリン経路の変化を通じて宿主の耐性を促進したことが示唆された。腸内細菌叢の炭水化物代謝の変化は、極端な気温にさらされたときの宿主のインスリンシグナルの変化の根底にある（図6f、g）。一貫して、最新の研究は、腸内微生物の炭水化物代謝がインスリン抵抗性に寄与することを示している [40]。炭水化物代謝の制御に加え、インスリンは肝臓や脂肪細胞における脂質合成を刺激し、脂肪酸への脂肪分解を抑制することによって、脂質代謝を制御することができる。とはいえ、微生物叢が極端な温度下で宿主の脂質代謝を制御するこの分子メカニズムについては、さらなる研究が必要である。

地球規模の気候変動がさらに深刻化する中、我々は、極端な温度に対する宿主の耐性を高める微生物叢の強力な役割について調べようと試みた。微生物叢への関心が高まる中、我々は微生物叢移植後の極端な温度に対する耐性の改善を強調した。この分子メカニズムを探求する今後の研究は、宿主と微生物叢の相互作用に関する知識を向上させ、極端な気温にさらされる患者への微生物叢移植の応用の可能性について洞察を与えるだろう。

結論
本研究では、温度は体温に急性的に影響を与える重要な因子として働くが、マウスは慢性的な極端な温度に対して効率的に体温を維持するという自然現象についての知見を提供した。我々は、極端な温度は腸内細菌叢のシフトをもたらし、細菌叢の移植は暑さや寒さに対する耐性を可能にするのに十分であることを見出した。メタゲノム配列解析から、微生物叢は宿主のインスリン経路を制御することで、宿主の極端な温度への適応を助けていることがわかった。結論として、我々の発見は、微生物叢が極端な温度下での全体的なエネルギー恒常性を調整する重要な因子であることを明らかにし、微生物と宿主の間の生態学的関係のより良い理解への扉を開いた。

データの利用可能性
生の配列データはNCBI Sequence Read Archive (SRA)で入手可能： SRR24755639-24755644 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/sra/?term=SRR24755639. リソースや試薬に関するさらなる情報およびリクエストは、主席研究員のWei Liu博士（liuwei5@ahau.edu.cn）までお願いします。

略語
Abx：
抗生物質カクテル

H&E：
ヘマトキシリン・エオシン

RT：
室温

低温
低温

熱
熱の温度

intSAT：
肩甲骨間皮下白色脂肪組織

inGSAT：
鼠径皮下白色脂肪組織

LEfSe：
LDA効果量

PERMANOVA：
パーミュテーショナル多変量分散分析

参考文献
Adak A, Khan MR. An insight into gut microbiota and its functionalities. Cell Mol Life Sci. 2019;76(3):473-93. https://doi.org/10.1007/s00018-018-2943-4.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

シャーウッドSC. 温暖化の課題に適応するために、地域的な熱現象の影響を定量化することが重要になってきている。Science. 2020;370(6518):782–3. https://doi.org/10.1126/science.abe4479.

論文

CAS

パブコメ

Google Scholar

ヘクターTE、スグロCM、ホールMD。緯度に沿った熱耐性における免疫活性化の影響。J Evol Biol. 2020;33(9):1224-34. https://doi.org/10.1111/jeb.13663.

論文

PubMed

Google Scholar

シェリダンSC、リーCC、アレンMJ。絶対気温と相対気温の極端な変化に対する死亡率反応。Int J Environ Res Public Health. 2019;16(9). https://doi.org/10.3390/ijerph16091493.

Margesin R, Miteva V. Diversity and ecology of psychrophilic microorganisms. Res Microbiol. 2011;162(3):346–61. https://doi.org/10.1016/j.resmic.2010.12.004.

記事

PubMed

グーグル奨学生

気温の変化は生物多様性と生態系機能の関係を変化させる。Proc Natl Acad Sci USA. 2018;115(43):10989–99. https://doi.org/10.1073/pnas.1805518115.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Weitensfelder L、Moshammer H.気温上昇への適応の証拠。Int J環境研究公衆衛生。2020;17(1). https://doi.org/10.3390/ijerph17010097.

チベット高原の塩性農地土壌における細菌群集：極限環境に抵抗しながら塩類化に対応する。BMC Microbiol. 2021;21(1):119. https://doi.org/10.1186/s12866-021-02190-6.

論文

PubMed

パブメドセントラル

グーグル奨学生

Salinas S, Irvine SE, Schertzing CL, Golden SQ, Munch SB. 一定温度および変動温度下の極端な温度環境における形質変異。Philosophical Trans Royal Soc B-Biological Sci. 2019;374(1768). https://doi.org/10.1098/rstb.2018.0177.

Domnauer M, Zheng F, Li LY, Zhang YX, Chang CE, Unruh JR, et al. 持続的な環境変化に応答するプロテオームの可塑性。Mol Cell. 2021;81(16):3294–309. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2021.06.028.

論文

PubMed

パブメドセントラル

グーグル奨学生

線虫における氷結合タンパク質の発現は、コールドショック時および凍結時の生存率を向上させる。Sci Rep. 2019;9. https://doi.org/10.1038/s41598-019-42650-8.

Sherwin E, Bordenstein SR, Quinn JL, Dinan TG, Cryan JF. 微生物叢と社会脳。Science. 2019;366(6465). https://doi.org/10.1126/science.aar2016.

Liu T, Du D, Zhao R, Xie Q, Dong Z. Gut microbes influence the development of central nervous system disorders through epigenetic inheritance. Microbiol Res. 2023;274:127440. https://doi.org/10.1016/j.micres.2023.127440.

記事

PubMed

グーグル奨学金

劉Y、郭Y、劉Z、馮X、周R、何Y、ら。亢進した温度変動は腸内細菌叢を介して筋萎縮を悪化させる。Nat Commun. 2023;14(1):3494. https://doi.org/10.1038/s41467-023-39171-4.

論文

PubMed

パブメドセントラル

グーグル奨学生

Cao Y, Liu Y, Dong Q, Wang T, Niu C. 高環境温度に順化したラットにおける腸内細菌叢と代謝プロファイルの変化。Microb Biotechnol. 2022;15(1):276–88. https://doi.org/10.1111/1751-7915.13772.

論文

パブコメ

Google Scholar

トカゲの腸内細菌叢は温度によって変化し、耐熱性と関連する。Appl Environ Microbiol. 2020;86(17). https://doi.org/10.1128/AEM.01181-20.

Fontaine SS, Novarro AJ, Kohl KD. 環境温度は陸生両生類の消化性能と腸内細菌叢を変化させる。J Exp Biol. 2018;221(20). https://doi.org/10.1242/jeb.187559.

Hector TE, Hoang KL, Li JD, King KC. Symbiosis and host responses to heating. Trends Ecol Evol. 2022;37(7):611-24. https://doi.org/10.1016/j.tree.2022.03.011.

論文

PubMed

グーグル奨学生

哺乳類小型動物において、寒冷暴露時にハドリングが腸内細菌叢をリモデリングし、エネルギー必要量を減少させる。Microbiome. 2018;6. https://doi.org/10.1186/s40168-018-0473-9.

Rosinger AY. Extreme climatic events and human biology and health: a primer and opportunities for future research. Am J Hum Biol. 2023;35(1):e23843. https://doi.org/10.1002/ajhb.23843.

記事

PubMed

グーグル奨学生

GrivennikovSI、Wang KP、Mucida D、Stewart CA、Schnabl B、Jauch D、et al. アデノーマに関連したバリア欠損と微生物産物がIL-23/IL-17を介した腫瘍増殖を促進する。Nature. 2012;491(7423):254–8. https://doi.org/10.1038/nature11465.

論文

PubMed

パブメッドセントラル

Google Scholar

Udayappan SD, Kovatcheva-Datchary P, Bakker GJ, Havik SR, Herrema H, Cani PD, et al. 腸内Ralstonia pickettiiは肥満における耐糖能を増強する。PLoS ONE. 2017;12(11). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0181693.

食品安全性および動物モデルにおける抗肝腫活性に関するヒルステラ・シネンシス菌糸体の評価。Vivo. 2014;28(5):811-7.

Google Scholar

Hristu R, Stanciu SG, Dumitru A, Paun B, Floroiu I, Costache M, et al. Influence of hematoxylin and eosin staining on the quantitative analysis of second harmonic generation imaging of fixed tissue sections. Biomed Opt Express. 2021;12(9):5829–43. https://doi.org/10.1364/BOE.428701.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

食物繊維によって選択的に促進される腸内細菌が2型糖尿病を緩和する。Science. 2018;359(6380):1151–6. https://doi.org/10.1126/science.aao5774.

論文

CAS

PubMed

グーグルスカラー

乳酸利用菌はDSS誘発マウス大腸炎を改善する。Life Sci. 2022;288. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2021.120179.

Lundberg DS, Yourstone S, Mieczkowski P, Jones CD, Dangl JL. 高スループットアンプリコンシーケンスのための実践的イノベーション。Nat Methods. 2013;10(10):999–1002. https://doi.org/10.1038/nmeth.2634.

論文

パブコメ

Google Scholar

Callahan BJ, McMurdie PJ, Rosen MJ, Han AW, Johnson AJ, Holmes SP. DADA2：イルミナアンプリコンデータからの高分解能サンプル推定。Nat Methods. 2016;13(7):581–3. https://doi.org/10.1038/nmeth.3869.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

グリーンバーグJM、ロメロR、ウィンターズAD、ガラズJ、ガルシア-フローレスV、アレナス-ヘルナンデスM、他。妊娠マウスの微生物叢：培養とDNA配列決定による口腔、肺、腸、膣の細菌群集の特徴づけ。Microbiol Spectr. 2022;10(4):e0128622. https://doi.org/10.1128/spectrum.01286-22.

論文

パブコメ

Google Scholar

MiSeq Illuminaプラットフォームにおける微生物群集解析のための拡張シングルインデックス多重16S rRNAシーケンス。J Basic Microbiol. 2016;56(3):321–6. https://doi.org/10.1002/jobm.201500420.

論文

PubMed

Google Scholar

Qin JJ, Li RQ, Raes J, Arumugam M, Burgdorf KS, Manichanh C, et al. メタゲノム配列決定によって確立されたヒト腸内微生物遺伝子カタログ。Nature. 2010;464(7285):59–U70. https://doi.org/10.1038/nature08821.

論文

パブコメ

パブメッドセントラル

Google Scholar

唾液マイクロバイオームの中核：MG-RASTデータの解析。BMC Oral Health. 2021;21(1):351. https://doi.org/10.1186/s12903-021-01719-5.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

哺乳類の腸内細菌叢の機能的収束は、食餌の柔軟性が腸内細菌叢に及ぼす影響を明らかにした。Comput Struct Biotechnol J. 2022;20:685-99. https://doi.org/10.1016/j.csbj.2022.01.011.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

MiR-27は褐色脂肪形成の転写制御を制御している。Metabolism-Clinical Experimental. 2014;63(2):272–82. https://doi.org/10.1016/j.metabol.2013.10.004.

論文

CAS

PubMed

グーグル奨学生

マウスにおける特定の妊娠期間中の不適切な周囲温度への曝露と有害な転帰。Environ Sci Pollut Res. 2020;27(36):45487-98. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10416-9.

論文

CAS

Google Scholar

環境適応から宿主の生存へ：カンジダ・オーリスの病原性を媒介する属性。Virulence. 2022;13(1):191–214. https://doi.org/10.1080/21505594.2022.2026037.

論文

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Wang B, Liu JT, Lei RY, Xue BD, Li YL, Tian XY, et al. 寒冷曝露、腸内細菌叢、高血圧：メカニズム研究。Sci Total Environ. 2022;833. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.155199.

Kang DW, Adams JB, Coleman DM, Pollard EL, Maldonado J, McDonough-Means S, et al. 自閉症症状と腸内細菌叢に対する微生物叢移行療法の長期的利益。Sci Rep. 2019;9. https://doi.org/10.1038/s41598-019-42183-0.

Sergeev IN, Aljutaily T, Walton G, Huarte E. Effects of Synbiotic supplement on human gut microbiota, body composition and weight loss in obesity. 栄養素。2020;12(1). https://doi.org/10.3390/nu12010222.

腸内細菌の糖代謝はインスリン抵抗性に関与する。Nature. 2023;621(7978):389–95. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06466-x.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

Abram PK, Boivin G, Moiroux J, Brodeur J. Behavioural effects of temperature on ectothermic animals: unifying thermal physiology and behavioural plasticity. Biol Rev. 2017;92(4):1859-76. https://doi.org/10.1111/brv.12312.

論文

PubMed

グーグル奨学生

Moffett ER, Fryxell DC, Palkovacs EP, Kinnison MT, Simon KS. 局所適応は環境温暖化の代謝コストを削減する。Ecology. 2018;99(10):2318–26. https://doi.org/10.1002/ecy.2463.

論文

PubMed

グーグル奨学生

Kamm GB, Boffi JC, Zuza K, Nencini S, Campos J, Schrenk-Siemens K, et al. A synaptic temperature sensor for body cooling. Neuron. 2021;109(20):3283–97. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.10.001.

論文

CAS

PubMed

パブメドセントラル

Google Scholar

褐色脂肪組織に特異的な熱応答があることが、トランスクリプトームとリピドームの比較解析から示唆された。褐色脂肪組織の熱曝露に対する脂質滴特異的応答を示唆するトランスクリプトームとリピドームの比較解析。Life Sci. 2022;299:120540. https://doi.org/10.1016/j.lfs.2022.120540.

論文

パブコメ

Google Scholar

Le Roy T, Lecuyer E, Chassaing B, Rhimi M, Lhomme M, Boudebbouze S, et al. 腸内細菌叢は宿主のコレステロール恒常性を制御する。BMC Biol. 2019;17(1). https://doi.org/10.1186/s12915-019-0715-8.

Sankowski R, Ahmari J, Mezo C, de Angelis ALH, Fuchs V, Utermohlen O, et al. 常在細菌叢は、哺乳類の中枢神経系において、恒常性と疾患時の骨髄サブセットに多様な影響を及ぼす。https://doi.org/10.15252/embj.2021108605.

Huus KE, Ley RE. Huus KE, Ley RE. Blowing Hot and Cold: Body temperature and the Microbiome. Msystems. 2021;6(5). https://doi.org/10.1128/mSystems.00707-21.

Lin CY, Cross TWL, Doukhanine E, Swanson KS. イヌの微生物叢研究のための常温収集と安定化戦略。Sci Rep. 2020;10(1). https://doi.org/10.1038/s41598-020-70232-6.

熱ストレスはウサギの膣マイクロバイオームとメタボロームを変化させた。Front Microbiol. 2022;13. https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.813622.

シュヴァリエC、ストヤノヴィッチO、コリンDJ、スアレス-ザモラノN、タラロV、Veyrat-Durebex C、ら。腸内細菌叢は、寒冷時のエネルギー恒常性を調整する。Cell. 2015;163(6):1360–74. https://doi.org/10.1016/j.cell.2015.11.004.

論文

CAS

PubMed

Google Scholar

(1)腸内細菌システムの共進化と共種分化。宿主-腸内細菌系の共進化と共種分化。Cell Host Microbe. 2020;28(1):12–22. https://doi.org/10.1016/j.chom.2020.06.013.

論文

CAS

パブコメ

Google Scholar

健康および疾患マーカーは、数千人の腸内細菌叢組成と相関する。Nat Commun. 2020;11(1). https://doi.org/10.1038/s41467-020-18871-1.

ヒト糞便から分離されたLachnospiraceae科の酪酸産生菌であるButyribacter Intestini gen. Nov. Syst. 2021;44(3):126201. https://doi.org/10.1016/j.syapm.2021.126201.

論文

パブコメ

Google Scholar

参考文献のダウンロード

謝辞
Liu博士の研究室のすべてのメンバーに感謝する。Y. PanとH. Caoの原稿に対する批判的コメントに感謝する。

資金提供
このプロジェクトは、中国国家自然科学基金会（31501175）、安徽省自然科学基金会（20230302123239）および安徽農業大学人材（RC342201）の助成を受けた。

著者情報
著者および所属
安徽農業大学植物保護学院、安徽省作物総合病害虫管理重点実験室、安徽省グリーン農薬開発応用工程実験室、合肥、中国

王紫光、呉玉潔、姜暁文、劉偉

中国・牡丹江市牡丹江医学院第一臨床医学院

王子光

中国・長春市吉林大学中日連合病院

李信欣

貢献
W.L.が実験を考案し、デザインした。Z.W.、Y.W.、X.L.は実験を行い、データを解析した。Z.W.とW.L.は論文を執筆した。X.J.は有益な示唆を与え、原稿の編集に協力した。

連絡先
Xiaowen JiまたはWei Liuまで。

倫理申告
倫理承認と参加同意
動物の飼育と使用は、中国安徽農業大学の動物飼育使用委員会のガイドラインに従い、承認された。本論文には、著者らによるヒトを対象とした研究は含まれていない。

出版に関する同意
該当なし。

競合利益
著者らは、競合する利害関係がないことを宣言する。

追加情報
出版社ノート
シュプリンガー・ネイチャーは、出版された地図の管轄権の主張および所属機関に関して中立を保っています。

電子補足資料
下記は電子補足資料へのリンクです。

補足資料1
権利と許可
オープンアクセスこの記事は、クリエイティブ・コモンズ表示4.0国際ライセンスの下でライセンスされています。このライセンスは、原著者および出典に適切なクレジットを与え、クリエイティブ・コモンズ・ライセンスへのリンクを提供し、変更が加えられた場合にその旨を示す限り、いかなる媒体または形式においても、使用、共有、翻案、配布、複製を許可するものです。この記事に掲載されている画像やその他の第三者の素材は、その素材へのクレジット表記に別段の記載がない限り、記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれています。この記事のクリエイティブ・コモンズ・ライセンスに含まれていない素材で、あなたの意図する利用が法的規制によって許可されていない場合、あるいは許可された利用を超える場合は、著作権者から直接許可を得る必要があります。このライセンスのコピーを閲覧するには、http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。クリエイティブ・コモンズ・パブリック・ドメインの権利放棄（http://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/）は、データへのクレジット表記に別段の記載がない限り、この記事で利用可能となったデータに適用される。

転載と許可

この記事について
更新を確認する。CrossMarkで最新性と真正性を確認する
この記事の引用
腸内細菌叢は宿主の極端な温度への耐性を促進する。BMC Microbiol 24, 131 (2024). https://doi.org/10.1186/s12866-024-03277-6

引用のダウンロード

受領
2023年12月11日

受理
2024年3月25日

掲載
2024年4月20日

DOI
https://doi.org/10.1186/s12866-024-03277-6

この記事を共有する
以下のリンクを共有すると、誰でもこのコンテンツを読むことができます：

共有可能なリンクを取得
コンテンツ共有イニシアティブSpringer Nature SharedItにより提供されています。

キーワード
腸内細菌叢
極端な温度
耐性
インスリン経路
炭水化物代謝
BMC微生物学
ISBN: 1471-2180

お問い合わせ
一般的なお問い合わせ: journalsubmissions@springernature.com
ブログでもっと読む
BMCニュースレターを受け取る
記事アラートの管理
言語校正
著者のための科学的校正
ポリシー
アクセシビリティ
プレスセンター
サポートとお問い合わせ
フィードバックを残す
採用情報
BMCをフォローする
BMCツイッターページ
BMC Facebookページ
BMC微博ページ
このウェブサイトを使用することで、当社の利用規約、お客様の米国州プライバシー権、プライバシーステートメント、およびクッキーポリシーに同意したものとみなされます。プライバシーに関する選択/プリファレンスセンターで弊社が使用するCookieを管理する。

この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？