Gut Microbial Community and Host Thermoregulation in Small Mammals
Creators
- 1. Chinese Academy of Sciences
- 2. Institute of Zoology
- 3. University of Chinese Academy of Sciences
- 4. Shandong University
Description
The endotherms, particularly the small mammals living in the polar region and temperate zone, are faced with extreme challenges for maintaining stable core body temperatures in harsh cold winter. The non-hibernating small mammals increase metabolic rate including obligatory thermogenesis (basal/resting metabolic rate, BMR/RMR) and regulatory thermogenesis (mainly nonshivering thermogenesis, NST, in brown adipose tissue and skeletal muscle) to maintain thermal homeostasis in cold conditions. A substantial amount of evidence indicates that the symbiotic gut microbiota are sensitive to air temperature, and play an important function in cold-induced thermoregulation, via bacterial metabolites and byproducts such as short-chain fatty acids and secondary bile acids. Cold signal is sensed by specific thermosensitive transient receptor potential channels (thermo-TRPs), and then norepinephrine (NE) is released from sympathetic nervous system (SNS) and thyroid hormones also increase to induce NST. Meanwhile, these neurotransmitters and hormones can regulate the diversity and compositions of the gut microbiota. Therefore, cold-induced NST is controlled by both Thermo-TRPs—SNS—gut microbiota axis and thyroid—gut microbiota axis. Besides physiological thermoregulation, small mammals also rely on behavioral regulation, such as huddling and coprophagy, to maintain energy and thermal homeostasis, and the gut microbial community is involved in these processes. The present review summarized the recent progress in the gut microbiota and host physiological and behavioral thermoregulation in small mammals for better understanding the evolution and adaption of holobionts (host and symbiotic microorganism). The coevolution of host-microorganism symbionts promotes individual survival, population maintenance, and species coexistence in the ecosystems with complicated, variable environments.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تواجه الثدييات الداخلية، وخاصة الثدييات الصغيرة التي تعيش في المنطقة القطبية والمنطقة المعتدلة، تحديات شديدة للحفاظ على درجات حرارة الجسم الأساسية مستقرة في الشتاء القارس البارد. تزيد الثدييات الصغيرة غير النائمة من معدل الأيض بما في ذلك التوليد الحراري الإلزامي (معدل الأيض القاعدي/الراحة، BMR/RMR) والتوليد الحراري التنظيمي (بشكل أساسي التوليد الحراري غير المرتعش، NST، في الأنسجة الدهنية البنية والعضلات الهيكلية) للحفاظ على التوازن الحراري في الظروف الباردة. تشير كمية كبيرة من الأدلة إلى أن ميكروبات الأمعاء التكافلية حساسة لدرجة حرارة الهواء، وتلعب وظيفة مهمة في التنظيم الحراري الناجم عن البرد، عبر المستقلبات البكتيرية والمنتجات الثانوية مثل الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة والأحماض الصفراوية الثانوية. يتم استشعار الإشارة الباردة من خلال قنوات مستقبلات عابرة محددة حساسة للحرارة (TRPs الحرارية)، ثم يتم إطلاق النورإبينفرين (NE) من الجهاز العصبي الودي (SNS) وتزيد هرمونات الغدة الدرقية أيضًا للحث على NST. وفي الوقت نفسه، يمكن لهذه الناقلات العصبية والهرمونات تنظيم تنوع وتركيبات ميكروبات الأمعاء. لذلك، يتم التحكم في NST الناجم عن البرد بواسطة كل من محور الميكروبات المعوية الحرارية TRPs - SNS ومحور الميكروبات المعوية الدرقية. إلى جانب التنظيم الحراري الفسيولوجي، تعتمد الثدييات الصغيرة أيضًا على التنظيم السلوكي، مثل التجمهر والبلعمة، للحفاظ على الطاقة والتوازن الحراري، ويشارك المجتمع الميكروبي المعوي في هذه العمليات. لخصت المراجعة الحالية التقدم الأخير في ميكروبات الأمعاء والتنظيم الحراري الفسيولوجي والسلوكي المضيف في الثدييات الصغيرة من أجل فهم أفضل لتطور وتكيف الهولوبيونات (الكائنات الحية الدقيقة المضيفة والتكافلية). يعزز التطور المشترك لتكافل الكائنات الحية الدقيقة المضيفة بقاء الفرد والحفاظ على السكان والتعايش بين الأنواع في النظم الإيكولوجية ذات البيئات المعقدة والمتغيرة.Translated Description (French)
Les endothermes, en particulier les petits mammifères vivant dans la région polaire et la zone tempérée, sont confrontés à des défis extrêmes pour maintenir des températures corporelles stables dans un hiver rude et froid. Les petits mammifères non hibernants augmentent le taux métabolique, y compris la thermogenèse obligatoire (taux métabolique basal/au repos, BMR/RMR) et la thermogenèse régulatrice (principalement la thermogenèse non frissonnante, NST, dans le tissu adipeux brun et le muscle squelettique) pour maintenir l'homéostasie thermique dans des conditions froides. De nombreuses preuves indiquent que le microbiote intestinal symbiotique est sensible à la température de l'air et joue un rôle important dans la thermorégulation induite par le froid, via des métabolites bactériens et des sous-produits tels que les acides gras à chaîne courte et les acides biliaires secondaires. Le signal froid est détecté par des canaux potentiels de récepteurs transitoires thermosensibles spécifiques (thermo-TRPs), puis la noradrénaline (NE) est libérée du système nerveux sympathique (SNS) et les hormones thyroïdiennes augmentent également pour induire la NST. Pendant ce temps, ces neurotransmetteurs et hormones peuvent réguler la diversité et la composition du microbiote intestinal. Par conséquent, la NST induite par le froid est contrôlée à la fois par l'axe du microbiote intestinal Thermo-TRPs-SNS et l'axe du microbiote intestinal thyroïdien. Outre la thermorégulation physiologique, les petits mammifères dépendent également de la régulation comportementale, telle que le regroupement et la coprophagie, pour maintenir l'homéostasie énergétique et thermique, et la communauté microbienne intestinale est impliquée dans ces processus. La présente revue a résumé les progrès récents dans le microbiote intestinal et la thermorégulation physiologique et comportementale de l'hôte chez les petits mammifères pour mieux comprendre l'évolution et l'adaptation des holobiontes (micro-organismes hôtes et symbiotiques). La coévolution des symbiotes hôte-microorganisme favorise la survie individuelle, le maintien des populations et la coexistence des espèces dans les écosystèmes aux environnements complexes et variables.Translated Description (Spanish)
Las endotermas, en particular los pequeños mamíferos que viven en la región polar y la zona templada, se enfrentan a desafíos extremos para mantener estables las temperaturas corporales centrales en un invierno frío y duro. Los pequeños mamíferos no hibernantes aumentan la tasa metabólica, incluida la termogénesis obligatoria (tasa metabólica basal/en reposo, BMR/RMR) y la termogénesis reguladora (principalmente la termogénesis no temblorosa, NST, en el tejido adiposo marrón y el músculo esquelético) para mantener la homeostasis térmica en condiciones frías. Una cantidad sustancial de evidencia indica que la microbiota intestinal simbiótica es sensible a la temperatura del aire y desempeña una función importante en la termorregulación inducida por el frío, a través de metabolitos bacterianos y subproductos como los ácidos grasos de cadena corta y los ácidos biliares secundarios. La señal fría es detectada por canales potenciales de receptores transitorios termosensibles específicos (termo-TRP), y luego la norepinefrina (NE) se libera del sistema nervioso simpático (SNS) y las hormonas tiroideas también aumentan para inducir NST. Mientras tanto, estos neurotransmisores y hormonas pueden regular la diversidad y las composiciones de la microbiota intestinal. Por lo tanto, la NST inducida por el frío está controlada tanto por el eje de la microbiota intestinal Thermo-TRPs-SNS como por el eje de la microbiota intestinal tiroidea. Además de la termorregulación fisiológica, los pequeños mamíferos también dependen de la regulación del comportamiento, como el apiñamiento y la coprofagia, para mantener la homeostasis energética y térmica, y la comunidad microbiana intestinal está involucrada en estos procesos. La presente revisión resumió el progreso reciente en la microbiota intestinal y la termorregulación fisiológica y conductual del huésped en pequeños mamíferos para comprender mejor la evolución y adaptación de los holobiontes (huésped y microorganismo simbiótico). La coevolución de simbiontes huésped-microorganismo promueve la supervivencia individual, el mantenimiento de la población y la coexistencia de especies en los ecosistemas con entornos complicados y variables.Files
pdf.pdf
Files
(1.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ea676588da29f990bbeca7542d99bf07
|
1.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- المجتمع الميكروبي للأمعاء والتنظيم الحراري للمضيف في الثدييات الصغيرة
- Translated title (French)
- Thermorégulation de la communauté microbienne intestinale et de l'hôte chez les petits mammifères
- Translated title (Spanish)
- Comunidad microbiana intestinal y termorregulación del huésped en pequeños mamíferos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4223477315
- DOI
- 10.3389/fphys.2022.888324
References
- https://openalex.org/W113967155
- https://openalex.org/W1567439183
- https://openalex.org/W1961961309
- https://openalex.org/W1965614297
- https://openalex.org/W1966824338
- https://openalex.org/W1969569744
- https://openalex.org/W1974370090
- https://openalex.org/W1976147579
- https://openalex.org/W1980552031
- https://openalex.org/W1981948323
- https://openalex.org/W1985365607
- https://openalex.org/W1995111397
- https://openalex.org/W2001434886
- https://openalex.org/W2001699369
- https://openalex.org/W2002536749
- https://openalex.org/W2008354121
- https://openalex.org/W2011458496
- https://openalex.org/W2014381168
- https://openalex.org/W2018344760
- https://openalex.org/W2018911570
- https://openalex.org/W2022349101
- https://openalex.org/W2035639238
- https://openalex.org/W2050289931
- https://openalex.org/W2051794578
- https://openalex.org/W2058510126
- https://openalex.org/W2059061961
- https://openalex.org/W2060508200
- https://openalex.org/W2065634669
- https://openalex.org/W2065656177
- https://openalex.org/W2068436344
- https://openalex.org/W2069341999
- https://openalex.org/W2071273298
- https://openalex.org/W2080930253
- https://openalex.org/W2081028309
- https://openalex.org/W2085724507
- https://openalex.org/W2088286756
- https://openalex.org/W2105491011
- https://openalex.org/W2106664880
- https://openalex.org/W2107057154
- https://openalex.org/W2132358997
- https://openalex.org/W2143227010
- https://openalex.org/W2144568881
- https://openalex.org/W2148720130
- https://openalex.org/W2156821158
- https://openalex.org/W2160105048
- https://openalex.org/W2165510292
- https://openalex.org/W2171237175
- https://openalex.org/W2189317041
- https://openalex.org/W2252899440
- https://openalex.org/W2265353283
- https://openalex.org/W2277514046
- https://openalex.org/W2284255301
- https://openalex.org/W2383894930
- https://openalex.org/W2398579136
- https://openalex.org/W2411273451
- https://openalex.org/W2438121633
- https://openalex.org/W2465919060
- https://openalex.org/W2519262962
- https://openalex.org/W2581956605
- https://openalex.org/W2583376499
- https://openalex.org/W2589580339
- https://openalex.org/W2625485505
- https://openalex.org/W2762948888
- https://openalex.org/W2765195199
- https://openalex.org/W2767572094
- https://openalex.org/W276994075
- https://openalex.org/W2792236328
- https://openalex.org/W2793645166
- https://openalex.org/W2794744122
- https://openalex.org/W2802825301
- https://openalex.org/W2806477286
- https://openalex.org/W2821853716
- https://openalex.org/W2886345990
- https://openalex.org/W2889919383
- https://openalex.org/W2893551963
- https://openalex.org/W2893632184
- https://openalex.org/W2897821418
- https://openalex.org/W2898755786
- https://openalex.org/W2900996634
- https://openalex.org/W2901637798
- https://openalex.org/W2902868023
- https://openalex.org/W2945512770
- https://openalex.org/W2946728233
- https://openalex.org/W2949799333
- https://openalex.org/W2953156475
- https://openalex.org/W2954727369
- https://openalex.org/W2967268747
- https://openalex.org/W2970140283
- https://openalex.org/W2971851692
- https://openalex.org/W2981552290
- https://openalex.org/W2992359108
- https://openalex.org/W2998856499
- https://openalex.org/W3005585888
- https://openalex.org/W3015656117
- https://openalex.org/W3016946498
- https://openalex.org/W3020298971
- https://openalex.org/W3022865430
- https://openalex.org/W3023268610
- https://openalex.org/W3039960006
- https://openalex.org/W3094401085
- https://openalex.org/W3104432136
- https://openalex.org/W3136037483
- https://openalex.org/W3136677535
- https://openalex.org/W3155280698
- https://openalex.org/W3176205589
- https://openalex.org/W3184603641
- https://openalex.org/W3197269436
- https://openalex.org/W3197493611
- https://openalex.org/W3206126604
- https://openalex.org/W4200490813
- https://openalex.org/W4205383133
- https://openalex.org/W4224244854
- https://openalex.org/W4234334798
- https://openalex.org/W4246007828
- https://openalex.org/W4246164907