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王德华教授团队揭示肠道菌群在高原鼠兔冬季维持蛋白质稳态中的重要作用

发布:山东大学融媒体中心 日期:2025年10月17日

[本站讯]10月16日,生命科学学院王德华教授团队在PLOS Biology发表题为“Increased urea nitrogen salvaging by a remodeled gut microbiota helps non-hibernating pikas maintain protein homeostasis during winter”的研究论文。该研究发现面对冬季食物蛋白含量低的限制时,高原鼠兔的肠道微生物通过增强尿素氮回收利用来维持机体的蛋白质稳态,为深入理解高原非冬眠哺乳动物的生存策略和物种共存机制提供了新的视角。

青藏高原被誉为“世界屋脊”,其高海拔、低氧、寒冷及食物营养季节性匮乏等极端条件,对哺乳动物的生存构成了巨大挑战。高原鼠兔是一种不冬眠、不贮存食物的小型植食性哺乳动物,对青藏高原极端环境具有极强的适应能力,在维持高寒草地生态系统的稳定性中扮演关键角色。尽管冬季食物中的蛋白质含量极低,但高原鼠兔却能维持机体的蛋白质稳态,其背后的机制是什么尚未可知。本研究结合同位素示踪、宏基因组、代谢组及菌群移植等技术,系统探究了肠道微生物在帮助高原鼠兔应对冬季蛋白质匮乏挑战中的关键作用。

图1 冬季低蛋白食物增加了肠道微生物介导的尿素氮循环利用

研究结果表明,在冬季蛋白限制条件下,高原鼠兔肝脏中的肝脏尿素循环代谢被抑制,更多的尿素被转运至肠道而非排出体外。同时,低蛋白食物重塑了高原鼠兔的肠道菌群结构和组成,致使高效分解尿素的关键菌(Alistipes)丰度增加(图1)。这些微生物可将肝脏合成的尿素分解为氨(NH3),并进一步合成为氨基酸,最终被鼠兔吸收利用,从而形成高效的“尿素氮循环利用”。

为进一步探究高原鼠兔取食牦牛粪便是否会通过影响肠道菌群调节宿主随尿素氮的利用,研究通过模拟高原鼠兔取食牦牛粪便的行为,对饲喂低蛋白食物的高原鼠兔补充了牦牛粪菌。结果发现,补充牦牛粪菌显著增加了高原鼠兔肠道内Alistipes等高效尿素分解菌的丰度,继而促进了尿素的分解利用和机体的氮素再吸收,最终帮助其更好地维持了蛋白质稳态。

图2 肠道菌群调节高原鼠兔尿素氮循环利用的机制

该项研究系统地揭示了肠道菌群介导的尿素氮循环利用是高原鼠兔应对冬季蛋白质匮乏挑战的关键适应机制(图2)。研究结果不仅揭示了非冬眠小型哺乳动物在高寒极端环境下的独特氮素利用策略,也为深入理解高原动物与肠道微生物之间的协同进化和物种共存提供了新的视角。

山东大学生命科学学院博士后石福于为论文第一作者。山东大学教授王德华、中国科学院西北高原生物研究所研究员张堰铭为共同通讯作者。以色列本古里安大学教授Allan Degen;山东大学副研究员郭娜,研究生邹德生、茹钰宁、郑帅;中国科学院西北高原生物研究所副研究员张良志等参与此项研究工作。本研究获得了国家自然科学基金(32301301和32330012)和山东大学“双一流”学科建设基金等项目的资助。


【供稿单位:生命学院     作者:石福于    责任编辑:蒋晓涵 迪拉热】