基于三个关键发育时间点的纵向代谢组学分析揭示鸽体重、血清免疫球蛋白及生化参数相关的关键代谢物

本研究针对鸽早期发育阶段代谢重编程机制不清的问题，通过纵向分析PND 5、15、25三个时间点的体重、血清免疫球蛋白、生化参数及非靶向代谢组学，发现TCA循环中间体和嘌呤代谢物是调控鸽发育过程中生长与免疫功能的关键双效生物标志物，为制定精准营养策略优化鸽养殖管理提供了重要依据。

　　

鸽子肉以其低脂肪、高蛋白的特点，日益成为欧美及中国消费者青睐的美味佳肴。随着肉鸽养殖业的快速扩张，中国已成为全球最大的鸽子生产国，年生产和销售接近7亿只乳鸽，供应全球80%的鸽子肉。然而，与其他家禽相比，鸽子属于晚成鸟，其出壳后的早期发育需要父母鸽长时间的照料，这延长了每批次的繁殖周期，降低了商业鸽群的年繁殖批次。同时，嗉囊乳的合成需要父母鸽额外的营养投入，增加了饲料成本，降低了投入产出比。这种发育模式延长了商业乳鸽生产的繁殖周期，降低了生产效率。因此，深入了解关键发育阶段鸽子生长、免疫成熟和代谢稳态的生物学机制，对于优化鸽子健康、福利和生产效率至关重要。

尽管生理参数（如体重、血清免疫球蛋白、生化指标）能提供有价值的表型信息，但它们对年龄相关变化的潜在分子驱动因素的分辨率有限。代谢组学作为一种强大的系统生物学工具，能够通过全面分析生物系统内小分子量代谢物（<1500 Da）来捕捉动态的生化表型。这些代谢物是基因组、转录组和蛋白质组活动的终端输出，并直接响应环境和生理影响。因此，代谢组为发育进程、营养状态和病理生理状态提供了灵敏的读数。虽然代谢组学研究已经阐明了鸡的营养和疾病背景下的代谢途径，但关于鸽子关键发育阶段血清代谢组的纵向演变及其与基本生理性状的系统整合，仍存在显著的知识空白。

为了填补这一空白，研究人员在三个关键发育阶段进行了纵向血清代谢组学研究，同时测量了体重、免疫球蛋白谱（IgG、IgM、 IgA）和血清生化指标。本研究假设每个发育阶段都表现出独特的代谢特征，这些特征不仅与关键表型转变相关，甚至可能功能性地贡献于这些转变。

本研究发表于《Poultry Science》。研究人员选取了30只健康的雄性瓦灰鸽，在三个发育阶段（出生后第5天、第15天和第25天）进行采样。测量体重后，采集血液样本分离血清，用于血清生化分析、免疫球蛋白测量以及基于液相色谱-质谱联用技术的非靶向代谢组学分析。统计分析包括对生理参数进行方差分析和事后检验，对代谢组学数据进行多变量分析（主成分分析、正交偏最小二乘判别分析）、差异代谢物筛选、代谢通路富集分析以及代谢物与生理参数的相关性分析。

分析 of Body Weight, Serum Immunoglobulins, and Biochemical Parameters

研究发现，鸽子体重呈现显著的年龄依赖性增长，从PND 5到PND 15增长最为迅速，之后增速减缓。血清生化参数分析显示，葡萄糖、白蛋白、总胆固醇和高密度脂蛋白水平在PND 15和PND 25显著高于PND 5。总蛋白在PND 25显著积累。甘油三酯水平先升高（PND 15）后降低（PND 25）。低密度脂蛋白水平在PND 15显著升高，之后回落。免疫球蛋白分析表明，IgA在PND 15和PND 25相对于PND 5显著下降。IgG在PND 15暂时性显著下降，到PND 25时恢复至PND 5水平。IgM水平在整个发育过程中保持稳定。

Overview of Serum Metabolome at Different Developmental Stages

主成分分析显示，三个时间点的血清代谢物谱存在明显区分，其中PND 5与PND 15的组间距离大于PND 15与PND 25。共鉴定到1547种代谢物，主要属于脂质和类脂分子、有机酸及其衍生物以及有机杂环化合物。正交偏最小二乘判别分析模型证实了所有两两比较组间存在显著的代谢差异，模型具有高解释度和预测能力。差异代谢物分析显示，PND 15 vs PND 5、PND 25 vs PND 15、PND 25 vs PND 5分别有258、235和329个差异代谢物。

代谢通路富集分析表明，PND 15 vs PND 5的差异代谢物显著富集于5条通路，最显著的是丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢以及嘌呤代谢。PND 25 vs PND 15的差异代谢物富集通路以甘油磷脂代谢和三羧酸循环的延续为主。PND 25 vs PND 5分析确定了7条重塑通路，核心重编程涉及丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、精氨酸生物合成以及作为中心代谢枢纽的三羧酸循环。通路相互作用网络分析显示三羧酸循环是连接这些富集通路的核心枢纽。

对25个枢纽代谢物进行K均值聚类分析，揭示了它们与生理参数（体重、生化指标、血清免疫球蛋白）在发育过程中的七种协同调控模式。相关性分析显示，体重、总胆固醇、高密度脂蛋白和白蛋白与三羧酸循环中间体（如柠檬酸、L-苹果酸、α-酮戊二酸）呈显著正相关，而与嘌呤分解代谢物（如鸟嘌呤、黄嘌呤核苷）和胆汁酸呈显著负相关。相反，免疫球蛋白与嘌呤代谢物和胆汁酸呈正相关。

本研究通过整合生理指标和代谢组学数据，系统描绘了鸽子从嗉囊乳依赖到独立采食关键发育阶段的代谢动态重塑图谱。研究结论强调，三羧酸循环中间体和嘌呤代谢物是鸽子发育过程中调节生长和免疫功能的双重生物标志物，其相反的关联模式揭示了生长与免疫之间的资源权衡。这些发现为针对不同年龄阶段调整的关键代谢物补充和磷脂调节等精准营养策略提供了理论基础，有助于优化鸽子养殖管理实践。讨论部分指出，尽管本研究存在时间点有限、样本量相对较小以及相关性而非因果性等局限性，但其发现的代谢物-生理网络为阶段优化饲养计划提供了初步的分子蓝图，对未来验证这些候选生物标志物的预测效用和制定干预策略具有重要意义。