研究揭示肠道微生物影响猪脂肪沉积的作用机制
研究揭示肠道微生物影响猪脂肪沉积的作用机制
近日，美国阿肯色大学赵江潮、浙江省农业科学院杨华、肖英平团队在iMeta期刊发表重要研究成果，揭示了肠道微生物在猪脂肪沉积中的作用机制。研究发现，丁酸梭菌和碳水化合物活性酶（CAZymes）与猪的脂肪沉积密切相关，为深入理解肠道微生物与宿主代谢的关系提供了新的视角。
研究背景
猪与人类在解剖学和生理学上具有高度相似性，因此猪肠道微生物组的研究对于理解人类疾病具有重要参考价值。过多的脂质积累对人类和动物都构成重大的健康风险。在动物生产中，过度脂肪沉积被认为是影响育肥效率、肉质、繁殖性能和免疫力的重要因素。研究表明，肠道微生物在脂肪沉积中发挥着作用。
金华猪是中国著名的本土黑白猪品种，具有生长缓慢和体脂肪含量高等特点。作为一种典型的高体脂沉积类猪品种，金华猪已成为研究脂肪沉积机制的典型模型。本研究旨在探讨具有不同体脂表型金华猪的微生物结构及功能差异，以更好地理解不同代谢类型猪之间脂肪沉积差异的机制。
研究设计
本研究设计了三个动物试验（图1）。在第一个动物试验中，以78头雄性金华猪为研究对象，并进一步选择14头具有极端表型值的金华猪肠道内容物进行16S rRNA和宏基因组测序，以揭示不同脂肪沉积表型金华猪的微生物结构及功能差异。验证试验包括小鼠和猪的丁酸梭菌干预试验。对于小鼠试验，以雄性C57BL/6J小鼠为研究对象，通过高脂饮食诱导小鼠肥胖模型，验证丁酸梭菌分离株对高脂饮食诱导的肥胖小鼠脂肪沉积和肠道微生物的作用。同时，进一步以金华猪为研究对象，通过丁酸梭菌饲喂试验，验证丁酸梭菌对猪体脂沉积的调控作用（图1）。
图 1. 实验动物和研究设计的流程图
主要发现
肠道微生物组成差异
主成分分析（PCA）结果显示，两组猪胃肠道（GI）不同肠段的细菌群落存在显著差异（图2A）。在十二指肠、空肠和回肠中，厚壁菌门（Firmicutes）、变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）占主导地位，分别占总微生物的70%、10%和约10%以上（图2B）。另一方面，厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）在盲肠和结肠中的平均丰度合计超过90%（图2B）。此外，在H组空肠中厚壁菌门（Firmicutes）的相对丰度显著增加（图2B）；且十二指肠中变形菌门（Proteobacteria）和肠杆菌（Enterobacteriaceae）的含量较高，而L组盲肠中蓝藻菌（Cyanobacteria）的水平明显减少（图2B）。在属水平上，乳杆菌（Lactobacilli）、韦荣球菌（Veillonella）和特里斯孢菌（Terrisporobacter）在小肠区域（如十二指肠和空肠）更为丰富，而拟杆菌目S24-7组（BacteroidalesS24-7 group）和普雷沃氏菌9（Prevotella9）在结肠和盲肠中更为丰富（图2C）。更重要是，狭义梭菌属（Clostridium sensu stricto1）在L组的小肠和大肠段都中显著富集（图2D）。
图2. 基于16S rRNA基因测序的肠道微生物分析
丁酸梭菌的作用
研究发现，丁酸梭菌是低脂肪沉积金华猪的代表性菌种，其基因组中碳水化合物活性酶GH13的比例较高。通过小鼠C. butyricum干预试验证实了从实验猪中分离出的C. butyricum能够增强肠道微生物编码GH13的能力，促进碳水化合物发酵，从而减缓宿主脂肪沉积的作用。同时通过饲料中添加C. butyricum的金华猪饲养实验，发现猪肠道微生物组和脂肪沉积发生类似的变化，进一步支持了C. butyricum在调节脂肪沉积方面的潜在作用。
结论与展望
这项研究揭示了丁酸梭菌和碳水化合物活性酶在猪脂肪沉积中的重要作用，为深入理解肠道微生物与宿主代谢的关系提供了新的视角。研究结果表明，通过调节肠道微生物组，特别是增加丁酸梭菌的含量，可能为控制动物脂肪沉积提供新的途径。未来的研究可以进一步探索这些发现的应用潜力，特别是在动物生产中的实际应用。