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高温与菌群让骨骼更强壮

来源:环球科学

图片来源:CC0 Public Domain

骨质疏松是一种与衰老相关的骨骼病,其特征包括骨密度降低、骨骼微结构恶化和骨折风险增加。约三分之一的女性会在绝经后患上骨质疏松,这使它成为一个重大的公共健康问题。借助流行病学分析、实验室实验以及最先进的宏基因组和代谢组学工具,瑞士日内瓦大学(UNIGE)的一组研究团队发现,暴露在更热的外界环境能通过增加骨骼强度,避免骨密度降低来预防骨质疏松。除此以外,这种现象还与由高温引发的肠道菌群组分变化有关。如果用生活在温暖环境中的小鼠肠道菌群给患有骨质疏松的小鼠移植,它们的骨骼就会变得更加强壮且紧密。这些发表在《细胞代谢》(Cell Metabolism)上的结果,为骨质疏松的预防和治疗提供了可能有效的新型干预手段。

很多生物学家都对“艾伦法则”比较熟悉。19世纪的博物学家Joel Asaph Allen提出,居住在温暖地区的动物与住在较冷环境中的动物相比,在相等体积下有着更大的表面积。实际上,更大的皮肤表面有助于更好地散热。“在一次实验中,我们把刚出生的小鼠置于34℃来将热休克对其出生造成的影响降到最小。我们发现这些新生小鼠长出了更长、更强壮的骨骼,这说明骨骼的生长受环境温度影响。”日内瓦大学医学院糖尿病中心和细胞生理代谢系教授Mirko Trajkovski解释道。可是成年后又是怎样的呢?

一致的流行病学数据

通过将一些成年小鼠置于温暖的环境中,科学家发现它们的骨骼大小并没有变化,但骨骼强度和密度得到了显著的改善。然后他们用切除卵巢的绝经后骨质疏松模型小鼠重复了实验。论文的第一作者、Trajkovski实验室的研究员Claire Chevalier说:“结果非常有趣,简单地提高生活环境的温度就能预防骨质疏松。”


图片来源:Pixabay

对人类来说是否如此呢?该团队分析了全球骨质疏松发病率与平均气温、纬度、钙摄入量以及维生素D水平相关的流行病学数据。有趣的是,他们发现不管有没有其他因素,气温越高,髋部骨折的发生率越低——这是骨质疏松的主要后果之一。Mirko Trajkovski说:“我们发现地理纬度与髋部骨折明显相关,也就意味着北方国家的发病率比较热的南方国家高。用已知的维生素D或钙之类的致病因素对分析进行校准并不影响这种相关性。然而,当我们把温度这一决定因素排除后,这种相关性就消失了。这并不是说钙或维生素D没有单独或联合的作用,但决定性的因素还是冷热。”

肠道菌群如何调节

日内瓦大学的专家们想要了解肠道菌群在代谢调节中的作用。为此他们把生活在34℃环境的小鼠的菌群移植给患骨质疏松的小鼠,后者的骨骼质量迅速得到了改善。Mirko Trajkovski说:“这些发现或许意味着艾伦法则的延伸,说明在由热衍生的独立因素的作用下,成年骨骼的密度和强度可以借由肠道菌群替换得到显著改善。”


图片来源:Pixabay

借助实验室中先进的宏基因组工具,科学家们对肠道菌群作用的理解取得了进展。一旦适应了热,多胺分子的合成和分解就会受影响,这类分子会参与衰老过程,特别是在骨骼健康方面。Claire Chevalier解释说:“在热的作用下,多胺的合成增加,分解减少。从而影响成骨细胞(制造骨骼的细胞)的活性,减少破骨细胞(降解骨骼的细胞)的数量。随着更年期的到来,这种微妙的成骨细胞与破骨细胞间的平衡被打破。然而,热可以通过作用于多胺来维持两种细胞群的平衡,我们发现其中一部分是由肠道微生物调控的。”因此,这些数据指出,暴露在温暖中可以作为一种预防骨质疏松的措施。

开发新疗法

肠道菌群对代谢的影响正在被更好地了解。然而,为了让这些知识能被用于开发治疗策略,科学家必须精确地鉴定某一菌种对特定疾病的作用。在这项骨质疏松研究的背后,Trajkovski教授的团队已经能区分某些重要的菌种。作者总结道:“我们仍需改进我们的分析,但我们相对短期的目标是确定候选菌种,并研发一些‘菌群鸡尾酒’来治疗骨质疏松等代谢和骨骼疾病,或是达到提高胰岛素敏感性等目的。”

翻译:卢大山

审校:巢栩嘉

引进来源:日内瓦大学

引进链接:https://medicalxpress.com/news/2020-09-stronger-bones-microbiota.html

本文来自:环球科学
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