# Developmental PBDE exposure, gut microbiome, and diabetes

> **NIH NIH R01** · UNIVERSITY OF WASHINGTON · 2020 · $626,238

## Abstract

PROJECT SUMMARY  
 
Diabetes  is  a  pandemic,  causing  grave  social  and  economic  burdens.  This  complex  disease  is  caused  by  an 
interaction among genetic, metabolic, behavioral, and environmental factors.  Epidemiology studies and animal 
experiments  demonstrate  that  developmental  exposure  to  the  persistent  environmental  toxicants 
polybrominated  diphenyl  ethers  (PBDEs)  is  associated  with  increased  diabetes  prevalence  and  persistent 
diabetic  phenotype  in  adulthood.  However,  mechanisms  governing  early  life  PDBE  exposure  and  the 
diabetogenic  phenotype  remain  unknown.  Current  literature  supports  the  mechanistic  link  between  gut 
microbiome  and  metabolic  syndrome  in humans  and  animal  models.  We  showed that  oral  exposure  to PBDEs 
in  adult  mice  results  in  dysbiosis  with  profound  changes  in bacteria  known  to be  associated  with  inflammation 
and  obesity, as  well  as  reduced  tryptophan  microbial  metabolites  including  indoles,  which  are novel  activators 
of  the  host  pregane  X  receptor  (PXR)  which  is  known  to  contribute  to  obesity  and  diabetes.    Building  on  our 
findings  that  there  is  a  gene-­environment  interaction  between  PXR  and  PBDEs  through  gut  microbiome  and 
indole  metabolites,  we  seek  to  establish  a  causal  relationship  between  developmental  PBDE  exposure,  a 
change  in the  gut  microbiome, and  diabetes  later  in  life using humanized PXR  transgenic  (hPXR-­TG)  mice  in 
conventional  (CV)  and  germ-­free  (GF)  background.  We  hypothesize  that  developmental  PBDE  exposure 
causes  acute  and  persistent  dysbiosis,  which  contributes  to  diabetes  through  suppression  of  microbial 
tryptophan  metabolism  and  selective  PXR  modulation  (sPXRm)  in  early  life  and  beyond.  To  test  our 
hypothesis,  in  Aim  1  we  will  determine  if  developmental  PBDE  exposure  perturbs  the  gut  microbiome  and 
microbial  metabolism  of  tryptophan,  leading  to  sPXRm  in  early  life  and  beyond.  In  Aim  2  we  will  determine 
whether  microbial  metabolites,  mainly  including  indoles  and  indole-­derivatives,  can  reduce  inflammation and 
rescue  the  diabetic  phenotype  following  developmental  PBDE  exposure.  In  Aim  3  we  will  determine  that 
reprogramming  the gut  microbiome  using  fecal transplant  mechanistically  contributes  to developmental PBDE 
exposure  mediated  disruption  of  PXR  signaling  and  delayed  onset  of  diabetes.  The  expected  outcome  of  the 
proposed  research  is  a  new  research  paradigm  demonstrating  that  dysbiosis  of  the  gut  microbiome 
mechanistically  contributes to  early  life PBDE exposure-­induced diabetes  and  metabolic  syndrome  later  in  life, 
and  more  importantly,  enables  a  toxico-­metagenomics  approach  targeting  metabolic  disorders  resulted  from 
exposure to PBDEs and potentially other persistent organic poll...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9843131
- **Project number:** 5R01ES030197-02
- **Recipient organization:** UNIVERSITY OF WASHINGTON
- **Principal Investigator:** Julia Yue Cui
- **Activity code:** R01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $626,238
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2019-01-01 → 2023-12-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9843131

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9843131, Developmental PBDE exposure, gut microbiome, and diabetes (5R01ES030197-02). Retrieved via AI Analytics 2026-05-22 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9843131. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*