溶菌酶改变母猪肠道菌群、血清免疫和乳汁代谢图谱

Dietary Lysozyme Alters Sow’s Gut Microbiota, Serum Immunity and Milk Metabolite Profile

期刊：Frontiers in Microbiology 

影响因子：4.235

由病原体引起的肠道感染，对猪仔的存活和健康具有重要影响，可引起腹泻和严重炎症。在饲料中添加抗生素可提高猪仔的生长速度，但是滥用抗生素可导致微生物菌群耐药性增加，从而影响人类健康。抗生素的替代品是溶菌酶，广泛存在于眼泪、乳、唾液中，是一种天然广谱杀菌剂。有报道称断奶的猪仔接受来自鸡卵的溶菌酶治疗处理，呈现更好的生长和发育。然而，溶菌酶对母猪肠道菌群，免疫系统和乳汁成分的潜在作用尚未有提及。

本研究的目的是确定母猪肠道微生物群、血清免疫和乳汁代谢物的变化。24头怀孕母猪被分配到一个不添加任何添加剂的对照组，两个处理组在配方饲料中添加0.5kg/t和1.0kg/t溶菌酶喂养21天（8例每组）。然后基于16s RNA高通量测序进行微生物群落分析和宏基因组预测；采用非靶向液相色谱-串联质谱法测定牛奶代谢组分；测定血清生化指标和免疫球蛋白。

肠道微生物多样性显示，与对照组相比，1.0 kg/t组显著降低。基于Bray–Curtis差异性的主坐标分析（PCoA）表明，微生物群显示出从对照组到溶菌酶处理组的明显分离。此外，NMDS图也证实了对照组和溶菌酶治疗组之间的差异。此外，采用LEfSe细菌群落分析法筛选各组间差异显著的OTU，结果表明，1.0kg/t组和对照组的微生物组成存在显著差异。与对照组相比，1.0kg/t处理组的螺旋体和放线菌显著增加，但硬壁菌数量显著减少。热图（根据前35个最不同的属）显示了每个类群之间的菌群分布。具体而言，大肠杆菌在0.5kg/t和1.0kg/t溶菌酶处理组中均表现出显著的剂量反应性降低。此外，嗜淀粉乳杆菌在0.5kg/t组显示显著增加。为了进一步确定对照组和1.0kg/t组中不同微生物之间的关系，通过计算各属之间的Spearman相关系数来确定肠道微生物组的网络分析。结果表明，添加1.0kg/t的溶菌酶可以重建不同属之间的相互作用。

图1. 不同溶菌酶水平对母猪肠道菌群的影响

为了进一步研究溶菌酶处理引起的肠道微生物群代谢功能的变化，基于16srna测序结果，使用Picrust生成了宏基因组。基于KEGG注释结果的主成分分析（PCA）显示，母猪肠道微生物群的代谢功能在对照组和溶菌酶处理组表现出明显的分离。此外，在KEGG水平，发现80条通路在3组存在显著差异。KEGG注释结果的LEfSe分析用于筛选组间显著差异的路径，根据最不同的代谢相关途径的热图分析显示了各组之间特有的功能途径。此外，1.0kg/t溶菌酶治疗组的嘧啶代谢、嘌呤代谢和氨基酸相关酶显著上调。

图2. 添加溶菌酶改变了母猪肠道微生物群的代谢功能

为了确定溶菌酶对革兰氏阳性菌的影响，通过BugBase预测功能途径和生物可解释表型在生物体水平的覆盖率，结果表明，0.5kg/t组厌氧菌丰富度显著高于1.0kg/t组。溶菌酶处理显著降低了革兰氏阳性菌的丰富度，而革兰氏阴性菌的丰富度显著增加。此外，溶菌酶水平的增加降低了肠道微生物群的可移动遗传元素和氧化应激耐受性，且增加生物膜形成。

图3. 由溶菌酶处理引起的母猪微生物群代谢表型的变化

为探讨溶菌酶对母猪免疫功能的影响，研究人员测定了血清生化指标和免疫球蛋白。结果表明，溶菌酶处理显著降低了血清丙氨酸转氨酶（ALT）水平，而血清天冬氨酸转氨酶组间无差异。对于免疫球蛋白，1.0kg/t组的血清IgM水平显著高于对照组，而IgA水平显著低于对照组。为进一步探讨溶菌酶诱导的肠道微生物群改变与免疫功能的关系，采用Spearman法对血清生化标志物与免疫球蛋白及主要属之间的相关系数进行了分析。12个属，包括普雷沃菌属、瘤胃球菌科UGG属和拟杆菌属与IgA呈显著相关。瘤胃梭状芽孢杆菌与IgM呈显著正相关。甲烷杆菌与AST呈显著负相关，而乳酸杆菌呈显著正相关。

图4. 溶菌酶介导的血清指标变化及其与肠道菌群的关系

为了评估溶菌酶处理对母猪乳汁的影响，采用非靶向LC-MS/MS来进行代谢物变化图谱分析。代谢物的PCA不能有效区分三组，而使用偏最小二乘-判别分析（PLS-DA）和稀疏偏最小二乘-判别分析（sPLS-DA）可以对三组进行显著区分。热图显示了各组内特定代谢物的分布。通过PLS-DA和sPLS-DA对各组间差异显著的代谢物进行筛选和组合。牛奶代谢物如L-谷氨酰胺、肌酸和L-精氨酸在治疗后表现出明显的剂量依赖性变化。为了探索这些代谢标志物的生物学功能，通过代谢分析v4.0进行了代谢物富集分析。利用相对集中度进行的路径拓扑分析显示了9条明显不同（P<0.05）的富集途径，包括丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、嘧啶代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、半乳糖代谢、抗坏血酸和醛酸盐代谢、氨基糖和核苷酸糖代谢，淀粉和蔗糖代谢、嘌呤代谢和柠檬酸循环。

图5. 不同溶菌酶水平对母猪乳汁代谢产物的影响

本文检测母猪肠道微生物、血清免疫和由溶菌酶补充介导的牛奶代谢物谱的变化， 显示接受溶菌酶处理的母猪肠道微生物多样性显著降低，有益的成分如大肠杆菌和淀粉乳杆菌丰度增加。溶菌酶显著改变了母猪血清免疫力。牛奶代谢产物如L-谷氨酰胺、肌酸和L-精氨酸在治疗后表现出明显的剂量依赖性变化。说明补充溶菌酶可以有效地改善母猪肠道微生物群的功能、代谢功能和表型，为今后的研究提供理论支持，小编认为文章中乳汁成分分析部分可以进一步引用蛋白组学来检测组别间蛋白水平的变化，看是否有诸如促进氨基酸的消化吸收通路等来分析蛋白质的变化，进一步说明食用溶菌酶影响母猪奶的营养价值。

原文链接：

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.00177/full

拜谱生物团队解读

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