益生菌/合生制剂调理下，肠道菌群和免疫如何影响后代？
期刊：《Frontiers in Nutrition》
影响因子：6.576
近期，派森诺与中国科学院亚热带农业生态研究所合作，在《Frontiers in Nutrition》发表研究，通过动物实验，发现母体补充益生菌或合生制剂后，可能通过影响后代肠道菌群来改善后代的肠上皮形态和肠道免疫。
一、研究背景
肠道菌群在生命早期的肠道功能、宿主代谢、免疫发育以及细胞增殖和分化中发挥重要作用。肠道微生物群的早期定植，可促进肠道免疫系统的发育、成熟，以及宿主的屏障功能。母体孕期和哺乳期的饮食是影响后代生长发育的关键因素之一。一些研究表明母体微生物群可以通过分娩期间的直接接触或哺乳期间的母乳喂养传递给后代。在这种情况下，在妊娠和哺乳期间通过膳食补充剂增加母体有益微生物群被认为是调节后代肠道健康的一种手段。
本研究的前期结果已经表明，妊娠后期和哺乳期为母猪补充益生菌，将有利于改善后代仔猪的体重和平均日增重，并减少致病细菌和增加有益菌。然而，在母猪日粮中补充益生菌或合生制剂对断奶仔猪免疫以及肠道菌群的影响知之甚少。因此，这项研究旨在确定母体益生菌或合生制剂对断奶仔猪肠道菌群和免疫反应的影响。
二、研究方法
64只怀孕母猪随机分4组，在孕期及哺乳期分别予以基础饲粮（对照组）、基础饲粮+维吉霉素（抗生素组）、基础饲粮+益生菌发酵液（益生菌组）、基础饲粮中+益生菌发酵液+低聚木糖（合生制剂组）。
测序平台：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序区域：细菌16S rRNA基因V3-V4区
三、研究结果
1. 母体补充益生菌或合生制剂对后代仔猪血浆、肠道细胞因子和肠道sIgA浓度的影响
实验结果显示，益生菌组的血浆TNF-α和IgM的浓度高于抗生素组（P < 0.05）。抗生素组、益生菌组和合生制剂组的IgA浓度与对照组相比增加（P < 0.05）。在空肠中，益生菌组和合生制剂组IL-10、IFN-α和sIgA的浓度与对照组相比增加（P < 0.05）。合生制剂组的sIgA浓度高于抗生素组（P < 0.05）。然而，四组之间IL-2、IL-6和TNF-α的浓度没有观察到显著差异。在回肠中，益生菌处理增加了sIgA浓度（P < 0.05），但细胞因子无显著变化。
图1 母体益生菌或合生制剂补充剂对后代仔猪血浆细胞因子以及IgM和IgA浓度的影响
图2 母体益生菌或合生制剂补充剂对后代仔猪空肠和回肠中细胞因子和sIgA浓度的影响
2. 后代仔猪肠道形态学和渗透性分析
本研究通过H&E染色对仔猪的空肠和回肠进行形态学观察。空肠和回肠的H&E染色结果显示，抗生素组、益生菌组和合生制剂组的空肠绒毛高度与对照组相比较高（P < 0.05），而益生菌组的绒毛高度与隐窝深度的比率较高（P < 0.05）。抗生素组和合生制剂组回肠中的绒毛高度与对照组相比较高（P < 0.05）。然而，在空肠和回肠的隐窝深度中没有观察到显著差异。此外，研究者通过检测血浆D-乳酸和脂多糖的浓度判断肠道的渗透性。结果显示与对照组相比，益生菌组血浆LPS水平降低（P < 0.05），D-乳酸的水平无显著变化。
图3 母体益生菌或合生制剂补充后仔猪肠道的H&E染色结果
图4 母体益生菌和合生制剂补充剂对后代仔猪血浆 D-乳酸 (D-LA) 和脂多糖 (LPS) 浓度的影响
3. 母体益生菌和合生制剂补充剂对后代仔猪肠道微生物群落的影响
对后代仔猪的32个空肠样本和32个回肠样本进行高通量测序后，通过维恩图进行差异OTU统计，并进行Alpha和Beta多样性分析。通过香农指数和辛普森指数以及回肠Chao1和Observed_species指数分析，发现不同组间的微生物群落发生变化。β多样性的PLS-DA分析显示，在空肠和回肠中，对照组、抗生素组、益生菌组和合生制剂组分别形成不同聚类，表明样本的分组效果良好，组间差异明显。
图5 后代仔猪空肠和回肠菌群多样性分析
4. 仔猪肠道微生物组成
在空肠中，Proteobacteria、Firmicutes、Actinobacteria和Bacteroidetes是优势的细菌门，占细菌总数的99.3%。合生制剂组Actinobacteria相对丰度高于抗生素组（P < 0.01）。与对照组相比，抗生素组中Bacteroidetes（P < 0.05）和[Thermi]（P = 0.080）的相对丰度较低，而益生菌组中[Thermi]的相对丰度较低（P = 0.086）。在属水平，与抗生素组相比，合生制剂组中Bifidobacterium、Rothia和Turicibacter的相对丰度更高（P < 0.05）。
在回肠中，Firmicutes、Proteobacteria、Actinobacteria和Bacteroidetes是优势门，占细菌总数的99.7%。在属水平，与抗生素组和对照组相比，益生菌组增加了Psychrobacter的相对丰度（P < 0.05）。此外，与抗生素组相比，合生制剂组增加了Corynebacterium的相对丰度（P < 0.05）。而与对照组相比，抗生素补充降低了Gemella和SMB53的相对丰度（P < 0.05）。
通过LEfSe分析进一步考查各组肠道微生物群落组成的差异，发现在空肠中，合生制剂组中观察到Turicibacter、SMB53、Clostridium、Paracoccus、Thalassobius、Vibrio、Psychrobacter和Blautia显著富集，而益生菌组中最丰富的属是Mogibacterium。在回肠中，合生制剂组中富含Corynebacterium和Agrobacterium，而益生菌组中富含Dialister、Oleomonas和Facklamia。
图6 仔猪空肠门和属水平微生物群落组成
图7 仔猪回肠门和属水平微生物群落组成
图8 LEfSe分析不同处理组组间差异物种
5. 肠道微生物群落、血浆参数和肠道免疫相关指标的相关性
本研究通过Spearman关联分析，对肠道微生物群、血浆和肠道免疫指标进行了相关性分析。结果表明，空肠和回肠的双歧杆菌、梭菌、Turicibacter和噬冷杆菌菌属相对丰度的改变或与血浆免疫细胞因子和肠道免疫因子关系密切。
图9 血浆、空肠和回肠免疫指标与肠道菌群之间的Spearman关联热图分析
四、研究结论
1. 母体补充益生菌或合生制剂可改善仔猪肠上皮形态和肠道免疫；
2. 空肠和回肠的双歧杆菌、梭菌、Turicibacter和噬冷杆菌菌属相对丰度的改变或与肠道免疫有关；
3. 母体补充益生菌或合生制剂通过改变肠道菌群改善后代仔猪免疫反应。
本研究的测序和部分数据分析工作由上海派森诺生物科技有限公司完成。