［本站讯］9月3日，生命科学学院王德华教授团队与北京林业大学、北京动物园合作的一项关于熊科动物肠道微生物与能量代谢适应机制的研究成果以“Convergent gut microbial functional strategies drive energy metabolism adaptation across Ursidae species and challenge the uniqueness of giant panda”为题在线发表在The ISME journal。该研究通过分析大熊猫、亚洲黑熊、棕熊和北极熊等4种熊科动物的肠道微生物季节动态，并结合粪便微生物移植实验，揭示了熊科动物肠道微生物在能量代谢调节中的关键作用，挑战了传统认为大熊猫肠道微生物功能具有独特性的观点。

研究发现，尽管4种熊的食性差异显著，但其肠道微生物组成具有高度相似性，厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）在不同季节中呈现规律性变化：冬季厚壁菌门丰度升高，夏季变形菌门占优势。这种季节性重构通过短链脂肪酸（SCFAs）代谢途径调节能量代谢，帮助熊类适应不同季节的能量需求。

图1 四种熊肠道微生物组成的季节性变化

特别有趣的是，尽管大熊猫以竹子为食，其肠道微生物在能量代谢通路（如SCFAs合成）方面与其他熊类具有高度保守性，并未表现出独特性。相反，熊科动物共享一个通用的微生物代谢“工具箱”，通过群落结构重组而非特有菌株实现食性适应。这一发现挑战了过去基于食性特化认为大熊猫微生物功能独特的传统范式。

本项研究还通过粪便微生物移植实验进一步验证了熊类动物肠道微生物对宿主能量代谢的调控作用。移植了冬季熊类微生物的小鼠表现出更强的产热能力，而夏季微生物移植的小鼠其能量代谢指标变化则不明显。冬季移植组中，棕熊微生物显著提升了氨基酸代谢和能量代谢水平，这可能与其冬眠适应策略相关；而北极熊微生物则优先强化脂质代谢，以适应其高脂饮食特性；大熊猫微生物则表现出能量代谢抑制，这与其取食低营养竹子的食性相一致。

图2冬季熊粪便肠道微生物移植可改变小鼠的能量代谢表型和神经递质

对小鼠进行转录组学分析发现，冬季移植组上调基因主要参与脂质代谢过程，而夏季移植组上调基因则主要调控碳水化合物代谢的相关基因。这种“冬脂夏糖”的代谢节律在四种熊中普遍存在，表明熊科动物通过微生物－宿主互作，形成了冬季通过强化脂质代谢增强能量储备，夏季则优化糖代谢以满足高能量消耗需求的适应策略。

文章也指出了结果的局限性。本项研究基于圈养个体，其食物的稳定性和环境压力与野生环境存在差异，可能掩盖了部分宿主－微生物的细微适应机制。未来研究需进一步整合野生个体的样本，消除圈养饮食的干扰，以深入分析宿主－微生物互作的遗传基础。

山东大学生命科学学院教授王德华、北京林业大学副教授薄亭贝为该论文共同通讯作者。北京林业大学副教授薄亭贝、海南大学博士后徐小明、北京动物园研究员刘赫为论文共同第一作者，北京动物园和中国科学院动物研究所相关人员参与该工作。该研究受到国家自然科学基金等项目的资助。