2025年3月，北京大学第三医院的段丽萍教授团队在《iMeta》上发表了题为“Preconception maternal gut dysbiosis affects enteric nervous system development and disease susceptibility in offspring via the GPR41-GDNF/RET/SOX10 signaling pathway”的文章。该研究揭示了母体孕前肠道菌群失调通过改变代谢物水平，影响子代肠道神经系统（ENS）发育的分子机制，并进一步导致子代对肠道疾病易感性增加。

【期刊】iMeta

【IF值】23.7

【DOI】10.1002/imt2.70012

APExBIO荣幸地为该项研究提供了#多物质靶向代谢组学检测服务，帮助揭示了母体肠道菌群失调后代谢物的变化及其与子代ENS发育异常的关联。

肠道神经系统（enteric nervous system, ENS）由肠神经元和肠神经胶质细胞组成，是调控胃肠道功能的重要神经结构，影响胃肠道蠕动、免疫调节、上皮屏障维持修复及与中枢神经系统产生相互作用，其发育异常与多种肠道疾病（如肠易激综合征、炎症性肠病等）密切相关。

母体肠道菌群在子代发育中扮演关键角色，但其影响子代的方式与结论尚不清晰。研究团队提出科学假设：孕前母体肠道菌群失调可能通过改变特定代谢物水平，影响胚胎期ENS的发育编程，从而导致子代长期肠道功能障碍。这一假设的验证将填补"发育起源健康与疾病"（DOHaD）理论在神经系统领域的重要空白。

雌性小鼠使用抗生素（ABX）治疗一周后，他们的子代都展现出了肠道神经系统发育不良：

幼鼠阶段：代结肠肌间神经丛神经元（HuC/D+）和胶质细胞（S100β+）数量减少，胆碱能神经元比例降低，结肠巢蛋白+细胞显着增加（图1，C-D）。且ENS损伤反应增强，肠道运动功能受损，还影响了肠壁发育。

图1

成年阶段：子代ENS损伤并未随着小鼠成年而改善，结肠中Tgf-β2的mRNA表达显着增加，对水回避应激（WAS）敏感性增加，表现为结肠运动异常、屏障功能破坏及炎症因子升高（图2）。

图2

在采集胚胎期（E13.5-E18.5）的ABX抗生素组和对照组做比较后，发现ABX组的子代肠道神经纤维迁移距离缩短，Tuj1+神经纤维的迁移距离及SOX 10+细胞都更少，ENS关键基因（如Ret、Gdnf、Sox10）表达下调（图3，A-D）。

通过GO/KEGG等机制分析，发现Wnt信号通路和神经系统发育（Nervous system development）相关通路显著下调（图3，E-G）。结合各通路的核心蛋白表达量与转录因子SOX10的调控研究，发现孕前ABX治疗主要通过涉及RET/GDNF/SOX10信号途径破坏正常的胚胎结肠ENS发育。

图3

为了确认导致ABX组胎鼠ENS发育异常的机制，研究人员对母鼠肠道微生物群及其代谢物进行了全面评估：

宏基因组结果发现，抗生素处理母鼠的肠道菌群多样性降低，罗伊氏乳杆菌（L. reuteri）和Muribaculum gordoncarteri等有益菌减少，而大肠杆菌等潜在致病菌增加。此外，抗生素ABX组中的主要物种相互关系更复杂且多为负相关，体现了微生物内环境的重建所涉及的竞争关系及多维调控机制（图4，A-G）。

多物质靶向代谢组（M650）检测发现，母鼠肠道内容物中丙酸、戊酸、吲哚乙酸和N6 -甲基腺苷水平在抗生素处理后显著降低，氨基酸和核苷酸合成的功能途径下调，磷酸戊糖途径被富集，血清中皮质酮等代谢物也发生改变（图4,H-M）。

图4

通过多组学联合互作网络分析，研究团队最终确定了与子代ENS发育高度相关的核心微生物：M. gordoncarteri, L. reuteri, Neglectibacter sp. X4, Anaerotruncus sp. 1XD42‐93；盲肠内容物中的核心代谢物：猪胆酸，尿苷，N6 -甲基腺苷，1-甲基腺苷, 丙酸，戊酸；及血清中的核心代谢物：肾上腺酮，及脱氧可的松（图5）。

图5

为验证筛选出的ENS发育核心影响因素，研究人员进行了缜密的干预实验：对抗生素组妊娠小鼠的L. reuteri干预可上调Tgr5基因表达，与Gpr 41、Ret、Gdnf、Sox 10基因表达呈正相关；而丙酸（propionate）的干预实验也说明其通过Gpr 41途径调节ENS发育相关基因的表达（图6）。

由此总结出本研究的核心机制：罗伊氏乳杆菌（L. reuteri）及丙酸（propionate）通过激活GPR41受体，上调GDNF/RET/SOX10信号通路，促进ENS发育。

图6

相比更多被关注的妊娠期间母体健康与子代发育的关联，本研究首次揭示孕前母体肠道菌群失调通过改变代谢物（如丙酸）水平，抑制GPR41-GDNF/RET/SOX10信号通路，导致子代ENS发育异常和疾病易感性增加。而补充罗伊氏乳杆菌或丙酸可逆转这一效应，为预防肠道神经发育障碍提供了新策略。