骨质疏松（Osteoporosis）是一种与衰老相关的骨骼疾病，其特征包括骨密度降低、骨骼微结构损坏和骨折风险增加。约1/3的女性会在绝经后会患上骨质疏松，因此这是一个重大的公共健康问题。通过流行病学分析、实验以及先进的宏基因组和代谢组学技术，瑞士日内瓦大学（UNIGE）的研究团队发现，骨骼暴露在更温暖的外界环境时，其强度会增加，骨密度增加，更不容易患骨质疏松。
而这种现象产生的原因，与高温能引发肠道菌群的组分变化有关。如果将生活在温暖环境中的小鼠肠道菌群，移植给患有骨质疏松的小鼠时，它们的骨骼会变得更加强壮且紧密。这一项发表于《细胞·代谢》的结果，或能为预防和治疗骨质疏松，提供了有效的新型干预方法。
很多生物学家都了解“艾伦法则”。19世纪的博物学家Joel Asaph Allen提出：居住在温暖地区的动物与在较冷环境中生存的动物相比，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℃，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，这说明骨骼生长受环境温度的影响，”日内瓦大学医学院糖尿病中心和细胞生理和代谢系的教授Mirko Trajkovski解释道。但是，成年后又是怎样呢？
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、具有骨质疏松的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：“研究结果非常有趣，简单地提高生活环境的温度后，小鼠的骨质疏松就减轻了。”
对人类来说也是如此吗？该团队分析了一组流行病学数据，关于全球的骨质疏松发病率与人们居住环境的平均气温、纬度、钙摄入量以及维生素D水平的联系。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——这是骨质疏松的一个主要后果。
Mirko Trajkovski说：“我们发现地理纬度与髋部骨折明显相关，也就意味着高纬度国家的发病率比温度较高的低纬度国家更高。而考虑到维生素D或钙之类等因素对疾病的影响时，并不影响这种相关性。然而，当我们把温度这一决定性因素排除后，这种相关性就消失了。这并不是说，钙或维生素D的单独或联合使用不会产生影响，只是决定性的因素还是温度。”
作为微生物领域的专家，这些日内瓦大学的研究人员想要了解肠道菌群在代谢调节中的作用。因此，他们把生活在 34°C环境的小鼠的菌群移植给患骨质疏松的小鼠，而后者的骨骼质量也迅速得到了改善。Mirko Trajkovski说：“这些发现或对艾伦法则进行了延伸，发现了温度衍生的一些独立效应，即能通过改变肠道菌群，在成年后能显著改善骨骼的密度和强度。”
他们通过自己研发的宏基因组工具，成功地理解了肠道菌群在这一过程中发挥的作用。一旦细菌适应了较高的温度，它们合成和分解多胺分子的能力会受影响，这类分子会参与机体衰老过程，特别是在骨骼方面。Claire Chevalier说：“在热量的作用下，细菌合成多胺的量增加，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。随着衰老和更年期的到来，成骨细胞与破骨细胞之间的微妙平衡会被打破。而热能通过影响一部分肠道细菌形成多胺，维持这两种细胞之间的平衡。”因此，这些数据显示暴露在温暖环境中，可以作为一种预防骨质疏松的方法。
这一项研究帮助我们更好地了解肠道菌群对代谢的影响。然而，为了将研究转化为治疗策略，科学家必须精确地鉴定某一种细菌对特定疾病的作用。在这项骨质疏松研究的背后，Trajkovski教授等人已经能鉴别出一些重要的细菌。作者总结道：“我们仍需改进我们的研究，在相对短期的目标是确定候选菌种，并研发一些“菌群鸡尾酒”方法，来治疗骨质疏松等代谢和骨骼疾病，或许还能用于提高人体对胰岛素的敏感性等。”
来源：科普中国
吉林日报全媒体 编辑：吕游
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