绝经后骨质疏松症(Postmenopausal osteoporosis ，PMO)是最常见的原发性骨质疏松症，是由于绝经后雌激素缺乏导致的骨强度降低和骨脆性增加。肠道菌群与骨代谢密切相关，肠道细菌过度生长的患者骨密度明显降低。而神经肽Y（Neuropeptide Y，NPY）可以通过Y1受体(Y1R)对肠道直接起到抗菌的作用。那么，NPY能否通过调节大鼠肠道菌群，发挥抗骨质疏松作用呢？肠道菌群与骨代谢之间是如何进行作用的呢？

2019年12月6日，上海交通大学医学院附属仁济医院李展春课题组和肖洁课题组利用去卵巢(OVX)大鼠模型，应用Y1R拮抗剂治疗，观察到Y1R拮抗剂能通过调节肠道菌群，发挥抗骨质疏松作用。烈冰科技在该工作中提供了16S rRNA测序数据分析技术支持。该研究成果以“Neuropeptide Y1 Receptor Antagonist Alters Gut Microbiota and Alleviates the Ovariectomy‑Induced Osteoporosis in Rats”为题发表于Calcified Tissue International杂志。

——研究思路——

实验方法：

测序方案：

实验分组：

分析思路：

——研究结果——

1. Y1R拮抗剂对OVX大鼠的体重和血清生化指标的影响

图1结果显示，相比较SHAM组，OVX组大鼠体重显著增加，血清E2浓度明显降低，并且表现出更低的Ca²⁺浓度和更高的Pi浓度水平。经Y1R拮抗剂治疗后，OVX+BIBO3304组大鼠体重明显减轻，与SHAM组相差无异，而且Ca²⁺和Pi浓度水平均有所改善。

图1 Y1R拮抗剂对OVX大鼠的体重和血清生化指标的影响

2. Y1R拮抗剂改善OVX大鼠骨量和骨显微结构

通过对大鼠右侧胫骨显微CT成像以及HE染色进行组织学分析，发现OVX组大鼠松质骨变薄，失去规则的网状结构，参数BMD、BV/Tv显著降低，SMI升高。而OVX+BIBO3304组大鼠经Y1R拮抗剂治疗后，松质骨结构及各项指标均有所改善。

图2 Y1R拮抗剂改善OVX大鼠的骨量和骨显微结构

3. Y1R拮抗剂调节OVX大鼠体内的微生物多样性

采用Chao1和Shannon曲线分析肠道菌群α多样性（图3a、b），发现三组间微生物物种丰富度(Chao1)和多样性(Shannon)均无显著差异。采用PCoA方析对微生物群落结构(β多样性)进行分析（图3c、d），发现三组肠道细菌结构明显分离，表明卵巢切除和Y1R拮抗剂治疗都是肠道微生物群落结构的关键因素。

图3 Y1R拮抗剂对OVX大鼠微生物多样性的调节作用

4. Y1R拮抗剂改变OVX大鼠肠道微生物群落组成

图4a-c分别介绍了三个群组在门、纲、属分类水平上的微生物组成，发现菌群主要集中于厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）。OVX组大鼠血清中F/B比值（4.05）明显高于SHAM组（2.18），经Y1R拮抗剂治疗后，F/B比值（2.61）得到明显改善，而且乳酸菌的丰度也发生变化（SHAM: 4.4%，OVX: 2.4%，OVX+BIBO3304：3.6%）。

图4 Y1R拮抗剂改变OVX大鼠肠道菌群组成

进一步通过PICRUST分析三组大鼠之间微生物代谢功能的相关性，发现OVX组丁酸代谢功能明显强于OVX+BIBO3304组，离子通道功能低于OVX+BIBO3304组（图5a）。而OVX+BIBO3304组与SHAM组的丁酸代谢和离子通道功能无明显差异（图5b）。结果表明，Y1R拮抗剂参与调节丁酸代谢和离子通道在内的微生物代谢功能。

图5 微生物代谢功能预测和功能差异分析

5. 肠道菌群与骨代谢相关参数的相关性

进一步分析研究微生物群与骨代谢相关参数之间的相关性，图6可以看出，Firmicutes与骨微结构参数（BV/TV、BMD、Tb.N和BS/TV）、血清E2浓度均呈现负相关，而Bacteroidetes与骨微结构参数和血清E2浓度显著正相关。F/B比值也与骨微结构参数呈显著负相关，揭示该值在一定程度上代表各种生物过程失调的程度。

图6 肠道菌群与骨代谢参数的相关性分析

综上所述，Y1R拮抗剂可能通过下调肠道菌群中F/B比值和上调益生菌的含量来改善OVX大鼠的骨质疏松的骨微结构。同时该研究指出Y1R拮抗剂可能是治疗PMO的一种新型潜在策略。