2017-09-08
文章背景
最近，派森諾生物與四川農業大學合作，在《Molecular Nutrition & Food Research》（最新影響因子：4.3229）上發表文章，揭示豬腸道菌群對不同的非淀粉多糖組分飲食的適應性。
研究背景
膳食纖維提取自植物，能抗人體小腸消化吸收，在大腸中能部分或全部發酵，包括多糖、寡糖、木質素以及相關的植物物質。富含纖維的飲食，具有預防便秘、憩室癥和心血管疾病等作用；且可以調節腸道蠕動，產生短鏈脂肪酸（SCFAs），刺激腸黏膜生長。纖維化學結構多樣，制約著腸道菌群對它們的利用，不同的細菌因代謝特性的差異，對于纖維組分的消化能力也各有所長。因此，膳食纖維在調節腸道微生物組成方面起著至關重要的作用，深入了解它們的相互作用，對于維持、改善腸道菌群以及宿主健康非常重要。
研究目的
研究報道非淀粉多糖（Nonstarch polysaccharides，NSPs）的膳食纖維會影響腸道微生物的群落多樣性和組成結構。然而，對于單一纖維組分的作用鮮有報道。本文以豬作為動物模型，描述了腸道微生物組對不同纖維組分的應答。
研究方法
測序技術：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序模式：微生物組細菌16S rRNA V4區
實驗對象：豬Ileal（回腸）和Cecal（盲腸）中部消化物
實驗設計：32頭雜食豬（平均體重6.55 ± 0.14 kg）隨機分為4組；其中：
（A）無纖維飲食組（FFD）：8頭；
（B）含NSPs纖維飲食組：5%纖維素（CEL）、木聚糖（XYL）或b-葡聚糖（GLU）飲食組各8頭
實驗處理：按2012年國家研究委員會的營養建議制定膳食，實驗期間可自由覓食和補水。喂養28天后，經靜脈注射戊巴比妥鈉使豬處于深度麻醉，隨后殺豬放血，取出腸道組織，立即記錄各腸段的重量和長度。并取盲腸和回腸中部約4g的消化物于無菌管中，-80°C速凍，留待測定短鏈脂肪酸（SCFA）的濃度和菌群組成。
研究結果
NSPs對斷奶仔豬生長性能和腸道生長的影響研究中，豬飼料添加5%的NSPs對腸道發育有明顯的影響；CEL組小腸和大腸的濕重最高，且大腸長度有所增加。添加5%的XYL會大大減少腸道的總重量和長度，但是會顯著增加十二指腸的絨毛長度。
攝入NSPs后，對消化的代謝產物和pH值進行測定，發現回腸中短鏈脂肪酸，尤其是丙酸鹽和丁酸鹽的含量極低，但乙酸鹽的濃度顯著提高；且回腸的pH值傾向于增加。而盲腸中，XYL組乙酸、丙酸和丁酸濃度低于其他組，GLU組SCFA濃度最高，但pH值最低。
定量PCR分析回腸（A）和盲腸（B）的16S rRNA基因拷貝數，整體上盲腸樣本的平均拷貝數高于回腸樣本。相對于FDD組，攝食NSPs導致豬腸道16S rRNA基因拷貝數顯著增加。其中，CEL組在回腸中增量顯著高于其他組，盲腸中NSPs各組拷貝數的增加幅度相似。
經質量過濾，總共得到1670530條序列，平均每個回腸樣本有54716條序列，每個盲腸樣本有84494條序列。有效序列被歸并為1714個OTU。對不同腸段鑒定的OTU數進行統計，顯示盲腸（B）的OTU數高于回腸（A）；屬水平Venn圖顯示，盲腸樣本（D）各處理（FDD、CEL、XYL和GLU）獨有OTU少于回腸樣本（C），但共有OTU遠超過回腸樣本。
柱狀圖顯示了門水平的細菌組成。攝入NSPs對整體的多樣性沒有顯著影響，但卻劇烈改變了特定細菌的豐度。NSPs降低了回腸樣本的Firmicutes（厚壁菌門）的豐度，但增加了Proteobacteria（變形菌門）的豐度。在盲腸樣本中，NSPs不僅增加了變形菌門的豐度，還提高了厚壁菌門/擬桿菌門的比例。
熱圖分析表明，在回腸樣本中乳酸菌和放線桿菌是優勢屬；但攝食NSP明顯降低了乳酸菌的百分比，卻相應增加了放線桿菌和梭狀芽孢桿菌豐度。葡聚糖處理的樣品（GLU組）含有更多的梭狀芽孢桿菌。在盲腸樣本中，FDD組乳酸菌和普雷沃菌屬是優勢屬。攝食NSP組放線桿菌屬占比較高，而乳酸菌和瘤胃球菌屬豐度顯著降低。GLU組含有高水平的普雷沃菌屬、羅氏菌屬和梭狀芽孢桿菌。
對群落功能進行預測，一共預測到39種生物學功能，與細胞代謝相關的功能（碳水化合物代謝、能量代謝和氨基酸代謝等）是最主要的類別。
總結
本研究從NSPs種類入手，探究了豬攝入NSPs后，腸道16S rRNA基因拷貝數和特定菌群的豐度變化，闡述了腸道菌群是如何適應不同非淀粉多糖纖維組分（纖維素、木聚糖或b-葡聚糖）的影響，其結果也有助于我們理解膳食纖維在調節腸道微生物和健康方面的益生作用。
文章索引
Tian G, Wu X, Chen D, et al. Adaptation of gut microbiome to different dietary non-starch polysaccharide fractions in a porcine model[J]. Molecular Nutrition & Food Research, 2017.DOI：10.1002/mnfr.201700012
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http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mnfr.201700012/full
