研究背景随着全民健康理念的深入,人们对运动、饮食等健康管理与疾病预防越来越重视,对生活环境与人类健康的重视程度越来越高。近年来,许多研究揭示了骨骼肌与肠道菌群之间的重要生物学联系,认为骨骼肌功能在很大程度上依赖于肠道菌群的数量及结构。特别是环境通过影响肠道菌群,可能直接或间接影响人类运动、认知等生命基本功能。因此,阐明肠道菌群重构与骨骼肌功能间的关系具有重要的科学价值。线粒体是调控细胞凋亡、氧化还原反应及细胞信号转导的重要细胞器,同时还是糖、氨基酸及脂肪代谢的交汇点,线粒体在骨骼肌功能调控中的作用是目前研究的热点与难点。我们实验室的前期工作发现,与野生型鼠相比,线粒体丝氨酸蛋白酶Omi/HTRA2基因变异鼠的骨骼肌功能显著下降,肌肉萎缩。有研究发现,肠道菌群可以通过多种方式参与肌肉代谢从而影响肌肉萎缩。因此,通过观察Omi/HTRA2基因变异鼠肠道菌群多态性、肌肉脂肪代谢基因表达水平等,将有助于揭示肠道菌群组成与骨骼肌功能之间的关系。本研究进一步通过建立不同密度生存环境,分别从检测肌肉线粒体功能、肠道微生物的组成及脂肪肌肉合成分解相关基因、骨骼肌肌球蛋白重链（My HC）亚型相关基因的表达等方面,揭示生存密度对肠道菌群组成与肌肉功能的影响,为指导人们的运动、饮食等健康管理和疾病预防提供一些实验与理论依据。研究方法1.通过16S r RNA基因组测序、OTU聚类分析、Alpha多样性分析等方法,研究Omi/HTRA2基因变异鼠的肠道菌群多态性。2.利用q PCR技术,分析小鼠的骨骼肌脂肪合成基因以及脂肪分解基因的表达,包括脂蛋白酯酶（LPL）、脂肪酸转运蛋白（CD36）、肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）、固醇调节元件结合蛋白1（SREBF1）、甘油三酯水解酶（PNPLA2）、骨骼肌肌球蛋白重链（My HC）亚型等表达水平。3.通过设置不同饲养密度——低密度饲养组（每笼3只）,正常密度饲养组（每笼5只）,高密度饲养组（每笼10只）,观察饲养密度对小鼠体重、活动状态等相关指标的影响。4.比较不同饲养密度条件下鼠骨骼肌脂肪合成与分解基因的表达水平,通过16S r RNA基因组测序、OTU聚类分析、Alpha多样性分析等方法分析肠道菌群多态性对骨骼肌功能的影响。研究结果1.Omi/HTRA2基因变异鼠肠道菌群与野生型小鼠肠道菌群存在明显的差异,与野生型小鼠肠道菌群相比,Omi/HTRA2基因变异鼠肠道菌群中Actinobacteria门（Adlercrertzia属和Odoribacter属）;Bacteroidetes门（Parabacteriodes属、Alistipes属和Rikenella属）;Firmicutes门（Lactobacillus属、Turicibacter属、Clostridium属、Coporococcus属、Ruminododdus属）菌群含量显著降低。对上述菌属进行深入分析发现,发生改变的菌属与脂肪代谢、肥胖和糖尿病的发生密切相关。2.Omi/HTRA2基因变异鼠腓肠肌MHY1表达没有明显的改变,而MYH4和MYH7的转录水平显著降低,表明Omi/HTRA2基因功能障碍导致肌球蛋白表达异常;Omi/HTRA2基因变异鼠腓肠肌中脂肪酸分解的关键基因肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）的表达显著降低;而脂肪酸合成关键限速酶脂肪酸合成酶（FASN）的表达显著升高。以上结果表明Omi/HTRA2功能的部分缺失导致腓肠肌脂肪酸代谢出现紊乱。3.不同饲养密度显著影响小鼠体重,以正常密度饲养组作为基准,低密度饲养组小鼠体重增高,高密度饲养组动物体重显著降低,小鼠饲养密度与动物体重呈负相关。4.不同饲养密度组的SPF级小鼠饲养不同时间,以正常密度饲养组作为基准观察骨骼肌脂肪合成分解、肌肉功能相关基因的表达。（1）脂蛋白酯酶（LPL）、脂肪酸转运蛋白（CD36）、脂肪酸合成酶（FASN）和乙酰辅酶A羧化酶（ACACA）均为脂肪合成调控的关键分子。随着饲养时间的延长,饲养12周时高密度饲养组上述4种基因表达水平均显著降低。提示饲养密度影响骨骼肌中脂肪合成能力。（2）甘油三酯水解酶（PNPLA2）是脂肪酸分解的关键基因。在饲养12周时,与正常饲养密度比,高密度饲养组PNPLA2表达水平均显著升高。分析饲养密度通过PNPLA2调控骨骼肌的脂肪分解代谢。（3）骨骼肌肌球蛋白重链（My HC）家族影响骨骼肌的收缩-舒张活动,并参与决定肌肉组成。My HC亚型MYH1、MYH2、MYH4编码快肌纤维,MYH7编码慢肌纤维。与正常密度饲养组相比,饲养12周时,高密度饲养组中编码快肌纤维的MYH1、MYH2、MYH4基因表达水平均显著降低,编码慢肌纤维的MYH7基因的表达显著升高。提示小鼠由于饲养密度的改变导致骨骼肌功能发生变化。（4）骨骼肌组织线粒体膜间隙蛋白酶Omi/HTRA2的表达水平,高密度饲养组Omi/HTRA2的表达水平均明显降低,提示不同饲养密度可能通过Omi/HTRA2影响骨骼肌的脂肪代谢。5.不同饲养密度组的SPF级小鼠饲养1周和12周,以正常密度饲养组作为基准,通过16S r RNA测序分析、OTU聚类分析等方法,观察肠道菌群丰度,结果显示不同饲养时间,相同饲养密度组的肠道菌群丰度统计存在差异;相同饲养时间,不同饲养密度组的肠道菌群丰度间也存在差异,均具有统计学意义。将上述结果进行单样品多级物种组成分析,结果显示在12周的肠道菌群中,在属水平上,饲养12周的昆明小鼠的结直肠中,各种密度小鼠丰度最高的菌属均为Lactobacillus,丰度第二均为unclassifiedPorphyromonadaceae,因此这两种菌属为优势菌属。结论1.与野生型小鼠相比,线粒体Omi/HTRA2基因变异鼠肠道菌群重构导致脂肪代谢紊乱,从而引起运动耐力和运动适应能力下降;2.运动范围（程度）下调肌肉细胞线粒体Omi/HTRA2的表达与重构肠道菌群;3.肠道菌群中Lactobacillus、unclassifiedPorphyromonadaceae作为优势菌群可能参与调控肌肉功能;4.线粒体Omi/HTRA2基因可能通过肠道菌群间接调节了骨骼肌脂肪代谢,从而影响肌肉功能。