从成年猪引入结肠和粪便微生物对新生仔猪生长、肠道健康、肠道微生物群和血液代谢组的不同影响

Introduction of Colonic and Fecal Microbiota From an Adult Pig Differently Affects the Growth, Gut Health, Intestinal Microbiota and Blood Metabolome of Newborn Piglets.

作者信息Renli Qi, Zhuo Zhang, Jing Wang, Xiaoyu Qiu, Qi Wang, Feiyun Yang, Jinxiu Huang, Zuohua Liu
PMID33613491
发布时间2021-02-04
DOI10.3389/fmicb.2021.623673

实验完整度

高

包含动物实验、肠道形态学、Western blot、RT-qPCR、16S rDNA测序和血液代谢组学等多层次验证,具有功能与机制验证。

主要模型

新生仔猪(LR猪,Landrace × RongChang) 成年供体猪(结肠内容物和粪便移植)

重点核对

移植剂量:FMT和CMT组每天口服1.0 mL细菌悬液,浓度分别为5×10^8 CFU/mL和8×10^8 CFU/mL,从出生后第3天至第7天 对照组:口服等量无菌生理盐水 样本量:对照组25头,CMT组21头,FMT组23头;最终分析样本为每组6头(每个猪圈2头) 日粮:所有仔猪由母猪哺乳,从第7天起自由采食教槽料(粗蛋白≥20.0%),第28天断奶 统计分析:组间差异采用单因素方差分析和Tukey-Kramer检验,非正态数据用Kruskal-Wallis H检验

摘要

微生物群移植是一种快速有效的方法,可改变和重塑人类和动物的肠道微生物群和代谢谱。本研究比较了将来自肥胖成年猪的粪便微生物和结肠微生物引入新生猪的不同影响。结肠微生物群移植(CMT)和粪便微生物群移植(FMT)均能促进哺乳仔猪的生长和改善肠道功能,直至断奶。FMT更有利于仔猪的体重增加和体脂沉积,而CMT更有利于肠道健康和黏膜免疫。16S rDNA序列分析表明,CMT和FMT均显著增加了仔猪中有益或功能性细菌的丰度,如乳杆菌属和普雷沃氏菌属_2,并减少了有害细菌的丰度,如埃希氏菌-志贺氏菌属。血液代谢组分析显示,移植,尤其是FMT,增强了仔猪的脂质代谢。此外,虽然CMT也改变了氨基酸代谢并增加了仔猪的抗炎代谢物,如3-吲哚乙酸和3-吲哚丙酸,但FMT没有。值得注意的是,FMT在一定程度上损害了仔猪的肠道屏障,并增加了血液中可能对猪健康有害的炎症因子水平。总之,这些结果表明,肠道和粪便微生物群移植对幼龄动物产生了相似但不同的生理效应,因此,微生物群移植在动物生产中的应用需要仔细选择和评估来源细菌。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肠道微生物移植(FMT)和结肠微生物移植(CMT)对新生仔猪的生理效应是否不同?
核心机制
CMT和FMT通过改变肠道菌群组成,增加有益菌(如乳杆菌、普雷沃氏菌)并减少有害菌(如埃希氏菌-志贺氏菌),从而促进生长和肠道健康;FMT增强脂质代谢,而CMT还能改变氨基酸代谢,增加抗炎代谢物如3-吲哚乙酸和3-吲哚丙酸。
主要证据
动物实验显示FMT显著提高平均日增重(增加36.1%)和背部脂肪厚度,CMT改善肠道形态、紧密连接蛋白表达和MUC2水平;16S rDNA测序和代谢组学分析揭示了菌群和代谢物的变化。
研究意义
该研究表明微生物移植在动物生产中具有潜力,但需要仔细选择和评估供体菌源,以规避FMT可能带来的肠道屏障损伤和炎症风险。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

微生物移植处理

评估FMT和CMT对新生仔猪生长、肠道健康和代谢的影响。

新生仔猪从出生后第3天至第7天,每天口服FMT或CMT细菌悬液,对照组给予无菌生理盐水。

2

生长性能和腹泻率监测

比较不同处理对仔猪生长和腹泻的影响。

在第3天和第28天称重,计算平均日增重;记录腹泻发生率和持续时间。

3

肠道形态和屏障功能分析

评估CMT和FMT对肠道形态和屏障功能的影响。

采集回肠和结肠样本,进行HE染色、扫描电镜、Western blot检测紧密连接蛋白和TLRs,免疫组化检测MUC2。

4

消化酶活性检测

评估移植对肠道消化功能的影响。

检测结肠内容物中α-淀粉酶、β-淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶等活性。

5

肠道微生物群落分析

分析移植对仔猪肠道微生物组成和多样性的影响。

收集第7、14、21、28天的粪便样本,提取DNA,进行16S rDNA V3+V4区扩增子测序,分析α多样性、β多样性和差异菌属。

6

血液代谢组学分析

比较不同处理对仔猪血液代谢谱的影响。

采集血液样本,进行UPLC-TOF/MS非靶向代谢组学分析,鉴定差异代谢物,进行KEGG通路富集。

7

微生物与脂质代谢的相关性分析

探究肠道微生物与脂质代谢物之间的关联。

使用Procrustes分析和Spearman相关分析评估微生物群落与脂质代谢物的关系。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
粪便细菌悬液----
临界点干燥仪(日立HCP-2型)HitachiHCP-2
扫描电子显微镜(飞利浦TM-1000型)PhilipsTM-1000
日立7060全自动生化分析仪HITACHI7060
猪ELISA试剂盒(mlbio有限公司,上海,中国)mlbio Co. Ltd.--
RIPA裂解液(碧云天,南通,中国)Beyotime--
抗Claudin抗体(#13050-1-AP)Proteintech13050-1-AP
抗Occludin抗体(#13409-1-AP)Proteintech13409-1-AP
抗ZO-1抗体(#21773-1-AP)Proteintech21773-1-AP
抗TLR4抗体(#19811-1-AP)Proteintech19811-1-AP
抗GAPDH抗体(10494-1-AP)Proteintech10494-1-AP
抗TLR2抗体(#bs-1919R)Biossbs-1919R
RNAplus试剂盒(TaKaRa,大连,中国)TaKaRa--
PrimeScript RT试剂盒(含gDNA Eraser)TaKaRa--
SYBR Premix Ex Taq IITaKaRa--
Q6实时荧光定量PCR仪----
抗MUC2抗体(#27675-1-AP)Proteintech27675-1-AP
DAO ELISA试剂盒(#ml002413)mlbio Co. Ltd.ml002413
α-淀粉酶ELISA试剂盒(ml076677)mlbio Co. Ltd.ml076677
β-淀粉酶ELISA试剂盒(ml076675)mlbio Co. Ltd.ml076675
脂肪酶ELISA试剂盒(ml064260)mlbio Co. Ltd.ml064260
纤维素酶ELISA试剂盒(ml062909)mlbio Co. Ltd.ml062909
α-葡萄糖苷酶ELISA试剂盒(ml027530)mlbio Co. Ltd.ml027530
胰蛋白酶ELISA试剂盒(ml076609)mlbio Co. Ltd.ml076609
Illumina测序Illumina--
超高效液相色谱系统(ExionLC AD,AB Sciex)AB SciexExionLC
ACQUITY UPLC BEH C18色谱柱Waters--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
微生物移植
移植剂量、浓度、时间、对照组处理、菌液制备方法
阅读提示:Materials and Methods: Piglets and Microbiota Transplantation
动物饲养
仔猪品种、分组、样本量、饲养条件、日粮组成
阅读提示:Materials and Methods: Piglets and Microbiota Transplantation
肠道形态与屏障
组织固定、切片、染色方法、抗体浓度、蛋白定量方法
阅读提示:Materials and Methods: Examination of Intestinal Morphology, Western Blotting, Immunohistochemistry
肠道微生物分析
DNA提取、引物、测序平台、生物信息学参数
阅读提示:Materials and Methods: 16S rDNA Amplicon Sequencing and Data Analysis
代谢组学分析
色谱条件、质谱条件、数据处理与统计参数
阅读提示:Materials and Methods: Blood Metabolome and Data Analysis
统计分析
统计方法、显著性阈值
阅读提示:Materials and Methods: Statistical Analysis