2021-10-18
期刊：《Frontiers in Nutrition》
影響因子：6.576
近期，派森諾與中國科學院亞熱帶農業生態研究所合作，在《Frontiers in Nutrition》發表研究，通過動物實驗，發現母體補充益生菌或合生制劑后，可能通過影響后代腸道菌群來改善后代的腸上皮形態和腸道免疫。
一、研究背景
腸道菌群在生命早期的腸道功能、宿主代謝、免疫發育以及細胞增殖和分化中發揮重要作用。腸道微生物群的早期定植，可促進腸道免疫系統的發育、成熟，以及宿主的屏障功能。母體孕期和哺乳期的飲食是影響后代生長發育的關鍵因素之一。一些研究表明母體微生物群可以通過分娩期間的直接接觸或哺乳期間的母乳喂養傳遞給后代。在這種情況下，在妊娠和哺乳期間通過膳食補充劑增加母體有益微生物群被認為是調節后代腸道健康的一種手段。
本研究的前期結果已經表明，妊娠后期和哺乳期為母豬補充益生菌，將有利于改善后代仔豬的體重和平均日增重，并減少致病細菌和增加有益菌。然而，在母豬日糧中補充益生菌或合生制劑對斷奶仔豬免疫以及腸道菌群的影響知之甚少。因此，這項研究旨在確定母體益生菌或合生制劑對斷奶仔豬腸道菌群和免疫反應的影響。
二、研究方法
64只懷孕母豬隨機分4組，在孕期及哺乳期分別予以基礎飼糧（對照組）、基礎飼糧+維吉霉素（抗生素組）、基礎飼糧+益生菌發酵液（益生菌組）、基礎飼糧中+益生菌發酵液+低聚木糖（合生制劑組）。
測序平臺：Illumina MiSeq高通量測序平臺
測序區域：細菌16S rRNA基因V3-V4區
三、研究結果
1. 母體補充益生菌或合生制劑對后代仔豬血漿、腸道細胞因子和腸道sIgA濃度的影響
實驗結果顯示，益生菌組的血漿TNF-α和IgM的濃度高于抗生素組（P < 0.05）。抗生素組、益生菌組和合生制劑組的IgA濃度與對照組相比增加（P < 0.05）。在空腸中，益生菌組和合生制劑組IL-10、IFN-α和sIgA的濃度與對照組相比增加（P < 0.05）。合生制劑組的sIgA濃度高于抗生素組（P < 0.05）。然而，四組之間IL-2、IL-6和TNF-α的濃度沒有觀察到顯著差異。在回腸中，益生菌處理增加了sIgA濃度（P < 0.05），但細胞因子無顯著變化。
圖1 母體益生菌或合生制劑補充劑對后代仔豬血漿細胞因子以及IgM和IgA濃度的影響
圖2 母體益生菌或合生制劑補充劑對后代仔豬空腸和回腸中細胞因子和sIgA濃度的影響
2. 后代仔豬腸道形態學和滲透性分析
本研究通過H&E染色對仔豬的空腸和回腸進行形態學觀察。空腸和回腸的H&E染色結果顯示，抗生素組、益生菌組和合生制劑組的空腸絨毛高度與對照組相比較高（P < 0.05），而益生菌組的絨毛高度與隱窩深度的比率較高（P < 0.05）。抗生素組和合生制劑組回腸中的絨毛高度與對照組相比較高（P < 0.05）。然而，在空腸和回腸的隱窩深度中沒有觀察到顯著差異。此外，研究者通過檢測血漿D-乳酸和脂多糖的濃度判斷腸道的滲透性。結果顯示與對照組相比，益生菌組血漿LPS水平降低（P < 0.05），D-乳酸的水平無顯著變化。
圖3 母體益生菌或合生制劑補充后仔豬腸道的H&E染色結果
圖4 母體益生菌和合生制劑補充劑對后代仔豬血漿 D-乳酸 (D-LA) 和脂多糖 (LPS) 濃度的影響
3. 母體益生菌和合生制劑補充劑對后代仔豬腸道微生物群落的影響
對后代仔豬的32個空腸樣本和32個回腸樣本進行高通量測序后，通過維恩圖進行差異OTU統計，并進行Alpha和Beta多樣性分析。通過香農指數和辛普森指數以及回腸Chao1和Observed_species指數分析，發現不同組間的微生物群落發生變化。β多樣性的PLS-DA分析顯示，在空腸和回腸中，對照組、抗生素組、益生菌組和合生制劑組分別形成不同聚類，表明樣本的分組效果良好，組間差異明顯。
圖5 后代仔豬空腸和回腸菌群多樣性分析
4. 仔豬腸道微生物組成
在空腸中，Proteobacteria、Firmicutes、Actinobacteria和Bacteroidetes是優勢的細菌門，占細菌總數的99.3%。合生制劑組Actinobacteria相對豐度高于抗生素組（P < 0.01）。與對照組相比，抗生素組中Bacteroidetes（P < 0.05）和[Thermi]（P = 0.080）的相對豐度較低，而益生菌組中[Thermi]的相對豐度較低（P = 0.086）。在屬水平，與抗生素組相比，合生制劑組中Bifidobacterium、Rothia和Turicibacter的相對豐度更高（P < 0.05）。
在回腸中，Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes是優勢門，占細菌總數的99.7%。在屬水平，與抗生素組和對照組相比，益生菌組增加了Psychrobacter的相對豐度（P < 0.05）。此外，與抗生素組相比，合生制劑組增加了Corynebacterium的相對豐度（P < 0.05）。而與對照組相比，抗生素補充降低了Gemella和SMB53的相對豐度（P < 0.05）。
通過LEfSe分析進一步考查各組腸道微生物群落組成的差異，發現在空腸中，合生制劑組中觀察到Turicibacter、SMB53、Clostridium、Paracoccus、Thalassobius、Vibrio、Psychrobacter和Blautia顯著富集，而益生菌組中最豐富的屬是Mogibacterium。在回腸中，合生制劑組中富含Corynebacterium和Agrobacterium，而益生菌組中富含Dialister、Oleomonas和Facklamia。
圖6 仔豬空腸門和屬水平微生物群落組成
圖7 仔豬回腸門和屬水平微生物群落組成
圖8 LEfSe分析不同處理組組間差異物種
5. 腸道微生物群落、血漿參數和腸道免疫相關指標的相關性
本研究通過Spearman關聯分析，對腸道微生物群、血漿和腸道免疫指標進行了相關性分析。結果表明，空腸和回腸的雙歧桿菌、梭菌、Turicibacter和噬冷桿菌菌屬相對豐度的改變或與血漿免疫細胞因子和腸道免疫因子關系密切。
圖9 血漿、空腸和回腸免疫指標與腸道菌群之間的Spearman關聯熱圖分析
四、研究結論
1. 母體補充益生菌或合生制劑可改善仔豬腸上皮形態和腸道免疫；
2. 空腸和回腸的雙歧桿菌、梭菌、Turicibacter和噬冷桿菌菌屬相對豐度的改變或與腸道免疫有關；
3. 母體補充益生菌或合生制劑通過改變腸道菌群改善后代仔豬免疫反應。
本研究的測序和部分數據分析工作由上海派森諾生物科技有限公司完成。
