粪菌移植和结肠菌移植对新生仔猪生长、代谢及肠道健康的差异影响

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为探索两种菌群(粪菌、结肠菌)移植对新生仔猪生长性能、肠道形态、肠道菌群结构、免疫屏障功能及肠道激素分泌的差异影响及作用机制,试验选取相同出生日期的1日龄新生“长×荣”二杂仔猪9窝,分为3组,每组3窝仔猪,并称初生窝重。在出生后的第三天,粪菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)组仔猪每头每天口服灌喂1 m L健康成年“杜×长×大”杂交猪的粪便菌悬液;结肠菌移植(colonic microbiota transplantation,CMT)组仔猪相应地灌喂1 m L同一供体的结肠菌悬液;对照(CON)组仔猪相应地灌喂等量无菌生理盐水,连续灌喂5天,每天灌喂一次,于7日龄结束。断奶前不补饲。所有仔猪在3日龄、28日龄时空腹称重,计算平均日增重,统计腹泻率;28日龄时每组挑选接近平均体重的6头(6个重复)健康仔猪进行静脉血采集,用于测定血液生化指标、血清激素水平及炎性因子水平;同期屠宰并收集相应肠道及内容物样品用于检测肠道内容物消化酶活性、肠道组织形态结构、肠道屏障及免疫相关蛋白表达、免疫相关因子的基因表达和肠道菌群结构、代谢产物及相关受体表达和肠道激素表达。结果如下:1)与对照组相比,FMT组仔猪的平均日增重(average daily gain,ADG)提高了约36.1%(P<0.01),CMT组仔猪的ADG在数值上增加了约15.5%,但未达到统计学显著水平(P>0.05);FMT组仔猪腹泻率降低了约45.0%(P<0.01),CMT组仔猪腹泻率降低了约57.5%(P<0.01)。表明:FMT和CMT不同程度地加速了仔猪生长、减少了仔猪腹泻。2)FMT显著提高了仔猪血液中生长激素(growth hormones,GH)、瘦素(leptin,LEP)、胰岛素(insulin,INS)等相关生长激素的含量(P<0.05);两种菌群移植均能够提高仔猪结肠内容物中总淀粉酶的活性,分别体现在FMT组仔猪β-淀粉酶活性提高(P<0.01)、CMT组仔猪α-淀粉酶活性提高(P<0.05)。另外FMT和CMT均提高了仔猪脂肪酶的活性(P<0.01);两种菌群移植均显著降低了仔猪血液中的总胆固醇含量(P<0.01),提高了血糖含量(P<0.05);与对照组相比,FMT组仔猪白蛋白含量显著升高(P<0.01);三组仔猪的甘油三酯水平无显著差异(P>0.05)。提示:两种菌群移植通过引入外源益生菌进而不同程度地促进仔猪对营养物质的摄入并加速其生长和消化代谢。3)FMT和CMT均显著提高了仔猪回肠绒毛高度(P<0.01);CMT明显增加了仔猪回肠的隐窝深度(P<0.01)以及肠壁肌层厚度(P<0.01);FMT显著降低了仔猪十二指肠杯状细胞数量(P<0.05),而CMT对仔猪十二指肠杯状细胞数量无显著影响(P>0.05);CMT显著提高了仔猪回肠中Occludin和结肠中Claudin-1的蛋白表达(P<0.01),上调了回肠中Occludin的mRNA相对表达量(P<0.05)。而FMT组仔猪黏膜屏障相关蛋白表达未发生显著差异(P>0.05),结肠中ZO-1的mRNA相对表达量显著下调(P<0.05)。提示:CMT在一定程度上改善了仔猪肠道的屏障功能。4)FMT组仔猪血清中促炎因子IL-6和TNF-α水平明显升高(P<0.05),肠道中防御素pBD-2和粘蛋白MUC2的mRNA相对表达量明显降低(P<0.01),回肠中TLR2蛋白表达量明显降低(P<0.05),而CMT组仔猪肠道中防御素p G1-5和粘蛋白MUC2的mRNA相对表达量明显升高(P<0.05),回肠中TLR2的蛋白表达量明显升高(P<0.01)。提示:FMT可能会引起仔猪机体发生炎症反应,并增加肠道潜在的患病风险,而CMT可能对仔猪肠道黏膜免疫功能具有一定的改善作用。5)CMT组仔猪结肠菌群的多样性下降;CON组与FMT组仔猪结肠菌群结构更加相似;两种菌群移植均提高了肠道中有益菌的相对丰度,并降低了致病菌的数量;与CON组仔猪相比,FMT和CMT均降低了厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度,增加了拟杆菌门(Bacteroidetes)的相对丰度。提示:两种菌群移植导致的肠道菌群变化能够增加有益菌或功能性细菌的相对丰度,从而保证仔猪更好的适应早期饲喂的植物性固体饲料。6)FMT组和CMT组仔猪结肠中短链脂肪酸(short chain fatty acid,SCFAs)的含量均有上升趋势,其中FMT组仔猪丙酸、异丁酸、异戊酸的含量显著增加(P<0.05),结肠中受体FFAR1、FFAR2、FFAR3的mRNA相对表达量均显著上调(P<0.01);CMT组结肠中各类SCFAs的含量未发生显著变化(P>0.05)。回肠中SCFAs受体FFAR2以及结肠中SCFAs受体FFAR1、FFAR2、FFAR3的mRNA相对表达量均显著上调(P<0.05)。提示:两种菌群移植引起的肠道菌群变化能够加速营养物质的利用并产生SCFAs,从而激活SCFAs受体的表达。7)FMT组仔猪血清中胆囊收缩素(cholecystokinin,CCK)、胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1,GLP-1)、饥饿素(ghrelin)三种肠道激素的含量均不同程度增加,其中GLP-1和ghrelin达到显著水平(P<0.05),而CMT组仔猪血清中激素水平未发生显著变化(P>0.05);FMT组仔猪的回肠中CCK表达水平明显增加(P<0.05),CCK的受体CCKAR和CCKBR的mRNA相对表达量同样有上调趋势,其中CCKAR达到显著水平(P<0.05),而ghrelin表达量及其受体GHSR的mRNA相对表达量无显著变化(P>0.05)。结肠中GLP-1的表达水平显著升高(P<0.01),其受体GLP-1R的mRNA相对表达量出现上调趋势,但差异不显著(P>0.05)。Ghrelin的表达水平显著下降(P<0.05),其受体GHSR的mRNA相对表达量同样明显下调(P<0.01);CMT组仔猪回肠中ghrelin的表达水平明显增加(P<0.05),其受体GHSR的mRNA相对表达量同样显著上调(P<0.01)。结肠中CCK表达水平明显增加(P<0.05),ghrelin的表达水平显著下降(P<0.05),其受体GHSR的mRNA相对表达量同样显著下调(P<0.05)。提示:两种菌群移植引起的肠道菌群变化能够造成肠道激素的分泌及其相关受体表达发生波动变化。综上所述,FMT和CMT对仔猪生长、肠道健康的影响是不尽相同的。两种菌群移植均能够促进仔猪的生长和代谢,FMT的促进效果更加明显,然而会增加仔猪肠道受损和患病的潜在风险。CMT对仔猪生长发育的促进效果虽然不及FMT明显,但能够改善仔猪肠道免疫屏障功能,降低肠道潜在的患病发生机率,有助于肠道健康。此外,两种菌群移植均引起了仔猪肠道菌群组成发生变化,这种变化同时会引起肠道激素及其受体在肠道中的表达水平发生波动,同时也会增加SCFAs的产生并激活SCFAs受体的表达。
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