专访篇：上海交通大学医学院附属瑞金医院王卫庆教授、王计秋教授和顾卫琼教授团队在Nature Communications（2021）上发表了题为Sexual dimorphism in glucose metabolism is shaped by androgen-driven gut microbiome的研究论文，揭示了“雄激素-肠道菌群”对于不同性别糖代谢、胰岛素敏感性差异的生物学影响及其可能的作用机制。该篇研究论文最近被评为Nature Communications杂志2021年健康科学相关论文下载量前25名，在生物医药研究领域具有极高的影响力。

上海交通大学医学院附属瑞金医院高爱博博士、苏俊蕾博士、刘瑞欣研究员为论文的共同第一作者，王卫庆教授、王计秋教授和顾卫琼教授为论文的共同通讯作者。近日，王计秋教授接受了赛业生物俞晓峰博士特邀专访，就“性别-雄性激素-肠道微生物”与糖尿病之间相互关系的研究等方面进行了面对面交流。

俞晓峰博士：关于糖尿病发生的性别差异是当前代谢性疾病研究热点领域，请王教授分享一下你们选择与开展此研究课题的初时想法，你们是如何将性激素及其肠道微生物的性别差异与糖代谢异常联系起来的？

王计秋教授：在我们以往临床实践与基础研究工作中，我们发现性别差异是一个非常普遍存在的现象。临床上，许多疾病的发病率、临床表现、治疗反应性、预后转归等也都存在很大的性别差异，但对其作用机制的研究却较少，尤其是代谢性疾病。过去四十年，我国糖尿病的患病率呈井喷式急剧增长，患病人数居世界首位。研究团队注意到糖尿病患病率在男性与女性中也存在明显的性别差异，根据前期完成的“中国慢病及其危险因素监测”（2010-2012）(Xu et al., JAMA, 2013)、“中国心血管代谢与恶性肿瘤队列（4C）研究”(Lu et al., Diabetes Care, 2019) 等数据分析发现，成年男性糖尿病患病率明显高于女性，尤其是55岁之前的阶段，这提示糖尿病的发生发展可能存在性别差异的特点，且与激素水平相关。然而，在临床疾病治疗方案的实际操作上，又通常是不区分男女患者的，比如，在启用胰岛素治疗糖尿病时，往往是根据患者体重、血糖水平给药，而很少考虑性别差异的影响。另一个例子，就是在肥胖中的男女性别差异，这种差异体现在：男性肥胖患者往往雄激素水平降低，但女性肥胖患者雄性激素上升，雌雄激素的比例也有类似的改变。

这些案例只是反映了部分情况，实际在临床上，我们见到了许多因性别差异引发的现象。这种现象促使我们思考这样一个问题，那就是性别本身所造成的机体生理病理等差异应该存在生物学基础。

沿着这个思考方向，我们发现免疫领域的性别差异突破较大。举例来说，男性人群对于感染性疾病特别易感，比如结核病、伤寒、感冒甚至是新冠的感染。反过来，女性人群不容易得感染性疾病；但是，女性又特别容易得自身免疫性疾病，比如红斑狼疮、风湿性关节炎、甲状腺疾病等。

常识认为，女性体内的免疫系统具有更强的防御能力，只要有病原体，就会大量地调动自身的免疫能力，将病毒阻挡在体外。相对来说，男性的免疫系统在这方面的能力就比较弱。不仅是从疾病的角度来看，从进化的角度，我个人认为这种免疫系统的差异可能和女性的妊娠过程有关系。在妊娠过程中，胎儿发育表达出父系基因的蛋白，对母体而言可以算是一种异物，如果母体把胎儿当作异物进行免疫排斥反应，可能导致胎儿或母体的死亡。因此，为了更好地隔绝母体和胎儿，需要通过多种方式进行物理和免疫的隔离，使免疫细胞不会接触胎儿体内蛋白，或者调整免疫系统状态。当然，这是一个长期进化选择的过程，其中的具体细节、复杂程度可能远超过我们的想象。

免疫系统是在与外界病原“斗争”中建立起来的，斗争失败的结局是疾病、死亡或者群体淘汰，如果达到共生状态也算是和平解决问题。人体无时无刻不在接触微生物，肠道菌群是最为丰富的共生微生态，动物群体与之达成了妥协。在这样的认识中，我们对不同性别中宿主和体内微生物组之间的差异产生兴趣，基于我们过去在肠道菌群领域的多年工作经验，我们推测，肠道菌群这种微生态组成是否也具有调节宿主免疫系统作用的能力？男女性别之间免疫系统的差异是否与这个过程也有一定的关联？这样，我们就把两个看似“八竿子打不着的事情”联系起来了。

俞晓峰博士：你们的研究通过发现肠道微生物组成的性别差异，并借助抗生素组合无菌化小鼠，结合赛业生物提供的无菌小鼠，对小鼠肠道菌群组成性别差异及存在与否，是否会影响到糖代谢异常的出现，进行了的相关验证工作。请王教授分享一下，在选择及应用抗生素法无菌化小鼠和无菌小鼠两种方法的实际研究中，你认为需要考虑与注意哪些影响因素？

王计秋教授：最早，我们在之前的研究工作中发现，男性和女性的肠道菌群组成的差异显著，尤其是年轻的男性和女性个体。之后，我们通过分析小鼠肠道菌群组成实验发现，小鼠肠道微生物组成也存在性别差异，且这种性别差异与糖代谢异常具有相关性，即雄性小鼠的糖耐量较雌性差，且胰岛素敏感性亦弱于雌性。当然，小鼠饮食组成结构和人饮食组成结构和习惯有很大的不同，不能把小鼠实验结果简单直接推导到人的身上。但小鼠和人类确实存在一些共同或普适性的特征，比如雄性小鼠肠道Akkermansia Muciniphila的丰度均低于相应对照雌性。

当我们使用了抗生素组合清除小鼠肠道菌群后，雄性小鼠血糖和糖耐量明显趋近雌性小鼠水平。因此，我们推测小鼠的肠道微生物可能在其中贡献了一部分作用。之后，我们使用了赛业公司提供的无菌小鼠重新检测了相关指标，结论基本上可以说是一样的。具体来说，抗生素去除大部分肠道菌群的雄性小鼠，糖耐量等指标明显改善，但对于雌性小鼠没有太明显的影响。这说明，一过性压制肠道菌群可以改善雄性糖耐量，但撼动不了雌鼠的糖稳态。不过，我们发现在使用无菌小鼠时，雄性糖代谢改善，但雌性小鼠的相关糖代谢指标恶化的更明显。无菌小鼠结果提示，雄性小鼠肠道菌群恶化了糖耐量，而雌性小鼠肠道菌群可能能够改善糖耐量。

我们推断这背后可能还有一些我们不知道的机制主导着这样的过程。这样的结果也提示我们在使用抗生素法清除小鼠肠道菌群时，需要注意抗生素使用窗口期的问题、肠道菌群对抗生素组合敏感性不同的问题、以及残余耐药菌群存在可能干扰实验结果的问题。无菌小鼠有可能避免这项问题。但是需要指出，无菌小鼠也存在肠道发育、免疫发育、神经发育的一系列问题。因此，在使用不同无菌化方法处理小鼠模型研究的时候，可能会得到相同或不同的实验结果，在对不同研究结果比较或下结论的时候需要谨慎小心，有时候可能需要综合考虑两种实验模型特点，进行合理选择与应用，进行合理的解读，也可能会给研究人员带来一些新的发现。

对于抗生素无菌化和无菌小鼠不同模型的选择，这是一个值得关注与重视的问题，我觉得两种处理方式模型各有利弊，在使用的时候需要从不同的角度辩证的分析和选择。除此之外，在不同基因型或遗传背景的无菌小鼠模型上进行特定菌群的定植，或者通过不同的诱导方式（高脂、高纤、高盐、高糖）造模，再进行菌群的定植或者指标的检测，都可能会得到更加全面的结果。我认为从多个角度（宿主遗传、性别、年龄等），在不同的环境刺激下，去研究与肠道微生态相关的问题，是非常有价值的，虽然可能会产生不同的实验结果，但全面的研究方式可以让我们客观判断相关菌群的作用效应；也可能遇到矛盾的结果，同样值得我们去进一步探讨的。未来不同遗传背景小鼠的无菌化，会加深我们对于“宿主与肠道菌群”互作问题的认识。当然，如果基因敲除小鼠类似，也会遇到一些模型过于简单的问题。

俞晓峰博士：你们文章通过分析比较小鼠肠道微生物组成及丰度发现，通常被认为是“代谢益生菌”的Akkermansia Muciniphila 菌丰度，在雄性小鼠肠道微生物中明显较低。请王教授分享一下，你们的研究为什么着重关注雄性激素与糖尿病发生间的相互关系，以及你们是如何验证其作用的？

王计秋教授：前期的研究发现，在青春期启动以前，男孩和女孩的肠道菌群差别不大，但在青春期发育之后，肠道菌群的差异就变大了，到了老年绝经期之后，这个差异又慢慢的变小了。因此，我们推测在宿主对于肠道菌群塑造的过程中，个体的发育状态过程也不断地影响肠道菌群构成。

于是，我们在小鼠模型上做的一个类似试验。很多人可能没有注意到文章中的这个细节，我们搜集了3-8周龄小鼠的肠道菌群并进行检测，结果发现，这段时间雄性与雌性小鼠间的糖代谢几乎是一样的，同时他们肠道菌群组成也是类似的；然而，一旦小鼠进入了性成熟时期，糖耐量和肠道菌群都逐步显示出性别间差异；最有力的证据是，在用抗生素进行肠道菌群的清除后，这种差异又没有了。因此，我们注意到，其实青春期状态对于肠道菌群的构成的影响是很关键的；而肠道菌群一旦被清除，糖耐量异常的差异也就没有了。由此可以猜测，激素对于肠道菌群组成差异影响很大，进而影响了糖代谢。

很多人都会认为雌性激素在女性代谢保护的过程中发挥的作用比较大，但我们早期的实验结果就发现，在清除肠道菌群之后，对雌性小鼠的糖耐量影响不大，然而，同样的肠道菌群清除对于雄性小鼠的糖耐量却有明显的改善作用。也许雌性肠道菌群对雌性其他疾病发生存在影响，对此我们没有继续研究。正因为发现雄性糖代谢改变的现象，所以我们把重点就放在雄性激素上。

除此之外，在雄性个体性成熟的过程中，雄性激素改变最为强烈，所以，我们选择切除睾丸（去势阉割）的雄性小鼠作为了本实验中的一种验证模型。在切除睾丸之后，也就意味着去除了小鼠的绝大部分雄激素，其激素水平也更接近雌性了，糖代谢也趋向雌性。之后，我们再重新补充双氢睾酮之后，雄性小鼠的肠道菌群特征又恢复了，糖代谢的性别差异又出现了。在这个实验中，有一点需要强调，我们不能完全否认雌性激素可能发挥的作用，但其作用效果还需要继续观察探讨。比如，雌激素是否也具有调控肠道菌群的作用呢，是否对肥胖或其他结局有影响呢？这也是我们之后计划努力的方向。

另外一点的就是，我们的研究使用的都是“年轻”小鼠（8-16周龄），对应到人差不多是二三十岁的青壮年，试验中我们没有用老年小鼠。在很多人的印象中，雄激素对于维持胰岛素的敏感性有很重要的作用。按照我们的推论延伸，一旦男性进入老年阶段，雄激素分泌的水平就会下降，糖尿病的发病率就会随之下降。然而，实际情况是，老年男性雄激素下降伴随着糖尿病发病率的升高！为什么呢？这与我们研究结果存在明显不同。当然，很多人也非常关心这个问题，但是我们目前的文章中没有过多的展开讨论。我们的观点是这样的，不过这个观点可能还需要进一步的实验证明，首先，年龄增长本身就是糖尿病的重要风险因素，男性进入老年状态糖尿病发病率升高，可能和年龄增长关系更加密切。再者，那就是雄激素本身在不同的年龄阶段可能有不同的作用效应，对不用组织的效应可能协同、可能拮抗，最终的代谢效应取决于全身的整体效应。这个观点未来还需要进一步的试验证据。

对于老年来说，整个机体功能作用是在走下坡路。65岁以后，由于骨密度下降，人会变矮；虽然体重可能也下降，但主要归因于肌肉萎缩，相反内脏脂肪堆积反而增加。举例来说，同样体重的老年人和年轻人，他们身体组织的组成比例是不一样的。年轻人的肌肉对脂肪的占比可能是6:4，老年人可能会变成4:6。随着年龄的增长，机体肌肉减少的同时，脂肪堆积就会加强，而肌肉组织对于个体的糖代谢来说是决定性的。需要强调，雄激素对于肌肉含量的维持也是决定性的。

许多研究表明，人在衰老的过程中，肌肉损失逐渐加重，而糖尿病的发生和肌肉含量下降（甚至出现肌少症）明显相关。举例来说，一个人在肌肉衰老的过程中，正常摄取、处理糖的能力就会下降，就有可能导致糖尿病的发生。通过这种机制可以解释人在衰老过程中糖尿病高发的现象。这种现象在临床中看到是一种负相关现象：雄激素越低，糖尿病越高。

我们的研究主要关注年轻状态。小鼠（或人）在年轻的时候，可以通过雄激素把肌肉含量维持在一个很高的水平（峰值），这时肌肉量的改变（继发于雄激素的改变）很可能不是主导性的，这时才体现出肠道菌群对糖代谢的贡献。因此，对于年轻人来说，雄性激素可以通过调节肠道菌群组成进而影响机体糖代谢，这个时期，雄激素不仅直接影响肌肉组织，还通过肠道菌群间接影响肌肉组织和其他代谢习惯，超出了前者的影响。从这个角度讲，这时候雄激素的作用靶点、临床意义可能与老年时期也就不太一样了。因此，我们认为，不同研究得出不同的结论可能限于试验材料、试验条件的差异，是一个分别完成“真实世界”拼图的过程。可见，从全生命周期来看待宿主与菌群的平衡关系（动态变化规律）显得尤为重要。

至于Akkermansia Muciniphila益生菌，我们一系列工作都在关注这株菌，是非常有临床转化价值的候选减重降糖益生菌。我们课题组前期发现这株菌在中国青少年极端肥胖患者中明显下降（Liu et al., Nat Med 2017）；当我们给正常小鼠灌胃这个菌株后，发现这个菌株可以明显提高小鼠的糖代谢和炎症状态，这个工作是JME杂志2018年全年被引排名第2的工作，目前已被引140余次。前面那项工作被引可能就更高了。

在分析男女（和雌雄）性别间肠道菌群差异的时候，我们惊奇发现，这株菌在女性（雌性）个体肠道中丰度明显高于男性（雄性）。但是，很遗憾，我们并没有证明是这株菌介导了雌性糖代谢的差异，也没有证明雄激素可以抑制这株菌的肠道丰度。这些工作尚待后续研究证实。

俞晓峰博士：我们都知道，肠道菌群的组成受许多因素的影响，比如饮食结构及习惯不同等，在探讨雄性激素与肠道菌群作用机制的研究中，你们为什么会考虑体内谷氨酰胺水平与糖尿病发生之间的关系，及其调控细胞对胰岛素敏感性的可能机制？

王计秋教授：高脂饮食确实能大幅改变肠道菌群组成、肠道菌群的多样性，但从我们雌性和雄性小鼠模型的数据来看，高脂饮食并没有进一步放大性别间的差异。我们通过菌群代谢通路分析，在年轻男女性受试者的肠道菌群中，鉴定出某些具有差异的菌群，我们发现了一些具有谷氨酸、谷氨酰胺代谢通路的相关菌株。谷氨酸钠就是味精，已经有报道表明，味精对于糖尿病的发生有促进作用，而谷氨酰胺与心血管代谢风险也有报道，似乎二者的比值更容易在不同人群中得到验证。不过实际上，从谷氨酸到谷氨酰胺的代谢，在肠道菌群中是一个非常普遍的过程，并不特别清晰。我们通过抗生素法清除小鼠及无菌鼠小鼠发现，在正常雌雄小鼠中存在的谷氨酸/谷氨酰胺比值差异，也消失了；并且，用睾丸切除或者是补充雄激素的方式可以改变这种差异。

关于谷氨酰胺是如何改变细胞对胰岛素敏感性作用机制的探索，我们这个项目的主要成员，也是文章的一作者，高爱博助理研究员做了比较细致的体外细胞实验，初步证明代谢物谷氨酰胺能直接调节肌肉细胞、肝脏细胞和脂肪细胞对于胰岛素刺激的反应性。这就较好的解释了，为什么肠道菌群改变能够影响胰岛素的敏感性。但在这里面没有解决的一个问题是，哪些菌株可以改变血液谷氨酸/谷氨酰胺比值、谷氨酰胺到底是怎么影响胰岛素敏感性的？虽然目前已经有些文章报道了一些作用机制，但我们认为其背后还有很多值得深入探讨的机制。

我们设想，在理想中的未来，不仅仅是糖尿病，在治疗阿尔兹海默症，或者一些自身免疫病的时候，我们可以根据性别，个体化的调控患者体内的肠道微生态，或者补充中间代谢产物，从而实现缓解或治疗疾病的目的。虽然，目前已经有一些类似的研究思路，但在代谢性疾病中的研究还是比较少的，希望未来会有更多人沿着这个方向探索，去进一步认识男女之间性别差异的根源和结局。

俞晓峰博士：你们通过性别差异与糖尿病发生影响作用的研究，深入探索与揭示了雄性激素与肠道菌群组成的性别差异的可能作用机制，该研究对未来或者领域内有哪些启示呢？另外，你们是否认为基因相关的遗传因素也有可能发挥了一定作用？

王计秋教授：是的，不同性别之间的差异是一个自然界普遍存在的现象，不同领域的研究人员从不同的角度都探讨了这个问题。除了我们文章中提到的一些观点，我们还想从肠道微生态和共生菌的角度来看进化上人和自然的关系。我们在文章中特别指出需要强调这几点，就是关于性别和性激素对肠道菌群、血糖稳态调控在进化上的意义。具体来说，如今我们把持续高血糖状态称之为糖尿病，是一种病理状态。但是在我们能量比较匮乏，食物比较短缺的时期，比如在石器时代或者远古时代，维持一个比较高（或正常偏高）的血糖是一件好事情，还是不好的事情？我们认为，糖尿病是到近代才被普遍认识的疾病，远古时期可能极少出现这种疾病。推测来说，远古人类可能因为各种原因食肉较多，相对来说，缺乏稳定食物供给，摄取碳水和蔬菜的量较少，热量摄入并不充分；就像方圆几百公里地区，只能有一只老虎一样，如果存在两只老虎，就会有一只被饿死。同样的道理，在没有农业种植业的时代，土地能供养的人数是一定的，而通过这种方式筛选出来的人，可能具有能维持较高血糖的能力，具有进化或演化优势。比如说，在狩猎的过程中，或者在被野兽追赶的过程中，一个能维持较高血糖的人类的生存概率，一定更高一些，这种较高的血糖能使人持续高强度运动，而那些血糖水平低的人，在战斗中坚持的时间较短。同时，因为人类一直和微生物都是共生的关系，肠道微生物组成也在不断的筛选进化过程中，让那些携带能维持血糖浓度更高的肠道菌群组成的人类，慢慢进化而保留下来了。当然，我们也可以在实验室去尝试重现这样的进化筛选过程，比如，通过大规模筛选，鉴定肠道菌群接近的雌性、雄性小鼠，在最初几代自然繁育的过程中，菌群可能比较趋同。之后，再通过挑选雄性激素水平较高的雄性小鼠进行作为实验组，低水平作为对照组，再观察能不能富集到相关的肠道菌群，以证明假设。当然，这个验证过程会比较漫长，也可能失败。自然界其他雄性主导的生物是否也存在类似的现象？那么使用同样的猜想理论能否解释？是宿主在选择微生物，还是微生物在选择宿主？现在，我们往往只能看到历史的横断面和结局，却很少能够窥探到问题的起点。人和自然如何适应，这是一个很大的话题。

除了我们文章中的肠道菌群和激素性别差异，是不是也能从“两条X”染色体（雌性）和“一条X+一条Y”（雄性）背景下，探讨性别遗传特征的影响因素。当然可以，但这不是我们文章中关注的问题。性别是发育早期的一个现象，第6周开始内外生殖器官开始形成。随着青春期启动，内外生殖器官的发育成熟，尤其是内生殖器，在发育成熟具备相应功能之后，产生的影响可能就会非常大了。一旦性成熟之后，雄激素还有雌孕激素，以及很多激素就会引发一系列性别上的差异，比如前面说到的雄激素对肌肉含量维持。这些激素分泌的量不一样，分泌的周期结构不一样，受到环境影响的因素也不一样，决定他们的作用的效应基因也可能不一样，后续级联效应才成就了男女巨大的表型特征差异，我们可以理解为有太多太多的基因都会发挥其独特的影响作用，最根溯源的话，性染色体是决定性的，但不一定是直接的影响。

俞晓峰博士：我完全能够理解与同意你这方面解读，性别的影响因素还会有很多，不仅包括性激素、肠道微生物，也有遗传基因等其他方面。那我们再原回到你们的这篇文章，王教授认为这篇文章对未来临床应用有什么指导意义与价值？

王计秋教授：关于临床应用意义与价值，我们在文章中已经提到了一些，我们已经知道了男女在胰岛素敏感性及糖尿病发生易感性方面的差异，我们会进一步思考，目前在临床用药治疗的时候，我们应不应该考虑到性别差异的因素？不同性别中特有的肠道菌群组成不同，对胰岛素敏感性贡献也会不一样，简单比方，某些降糖药在男性患者中需用1个单位才能达标，而在女性患者中，使用0.5个单位即可达标；那么，在用药干预的时候，是不是需要对不同的性别使用不同的剂量？同样的道理，比如某种肠道菌株会降解这个药物，这种菌株在男性中丰度较高，在男性中使用这种药物治疗疾病的时候，我们是不是应该考虑普遍加大用药物剂量？或者根据男性肠道菌株丰度的高低调整剂量？

现在的药物学往往是通过人体体内相关药物代谢的基因组代谢组和蛋白组等特征来判断药物代谢速率的，很少从肠道微生物的角度考虑。未来的临床试验，我们希望看到同一种药物在治疗同样体重的男性和女性的时候，考虑到肠道菌群组成的性别差异，可能会影响到临床治疗效果。我们在文章中提到的肠道菌群性别差异，能解释在糖代谢中男女之间（两大群体间）的差异，但是，我们发现，这种肠道菌群组成不仅还存在着群体上的不同，也有个体上的差异，比如有些男性患者可能携带的某种菌株很多，但有些男性患者携带的此类菌株缺很少，即对于一个性别患者人群，其特定肠道菌群也存在一定的差异。这种组成剂量上的个体差异，也是我们未来个体化药物或者精准营养干预的一个重要方向。除此之外，未来是不是能筛选到一些通用型有益菌作为治疗方案，或者将相关有益菌和药物联用进行治疗？目前这类的相关研究文章已经有一些，我们学科其他团队也发表过类似的研究论文，并具有比较高的引用率。当然，对我个人来说，特别感兴趣的一点是，未来能否从进化的角度对不同性别之间肠道菌群的差异再进行更加深入的探索。

参考文献：Aibo Gao,Junlei Su , Ruixin Liu,Shaoqian Zhao,Wen,Xiaoqiang Xu,Danjie Li,Juan Shi, Bin Gu,Juan Zhang,Qi Li,Xiaolin Wang ,Yifei Zhang,Yu Xu,Jieli Lu,Guang Ning,Jie Hong ,Yufang Bi,Weiqiong Gu,Jiqiu Wang & Weiqing Wang.Sexual dimorphism in glucose metabolism is shaped by androgen-driven gut microbiome,Nature Communications,2021

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27187-7.pdf