日粮添加谷氨酰胺通过调节盲肠微生物群改善肉鸡生长性能、肠道形态和免疫功能的剂量效应研究

《Powder Technology》：Dietary glutamine supplementation improves growth performance, intestinal morphology, and immunity function associated with cecal microbiota alterations in broilers

本研究针对集约化养殖下肉鸡肠道健康与生长性能提升的难题，系统探讨了日粮中添加不同梯度谷氨酰胺（Gln）的作用。研究人员发现，添加4-6 g/kg的Gln能显著提高肉鸡平均日增重（ADG）和终末体重（BW），改善血清免疫球蛋白（IgA、IgG、IgM）水平和法氏囊指数，并增强十二指肠、空肠的绒毛高度（VH）及V/C值。其积极作用与盲肠微生物群α多样性增加、病原菌（如 Escherichia-Shigella）丰度降低及有益菌（如 Ruminococcaceae_UCG-014）富集密切相关。该研究为Gln作为抗生素替代品促进家禽健康养殖提供了重要理论依据。

　　

在当今全球肉鸡产业快速发展的背景下，集约化养殖模式在满足人们对优质动物蛋白需求的同时，也给肉鸡的健康与生产性能带来了严峻挑战。现代肉鸡常常面临免疫韧性差、肠道完整性受损等问题，易受饲养管理、环境应激和病原侵袭等多种因素的影响。胃肠道作为营养物质吸收、免疫调节和微生物平衡的主要场所，其健康状态对维持动物健康和生产性能至关重要。然而，超过一半的治疗性抗生素被用于控制肠道相关疾病，这表明肠道健康问题尤为突出。肠道形态的破坏，如绒毛萎缩、隐窝增生和黏膜屏障功能障碍，与营养物质利用率降低、慢性炎症和肠道疾病易感性密切相关。因此，针对肠道健康和免疫调节的营养干预策略已成为提升肉鸡健康和生产性能的关键途径。

在众多营养候选物中，谷氨酰胺（Gln）作为一种条件性必需氨基酸和功能性氨基酸，因其兼具代谢底物和免疫调节剂的双重角色而日益受到关注。Gln是肠上皮细胞和免疫细胞快速增殖的主要能量来源，尤其在应激条件下，外源性Gln补充可维持细胞正常的生理功能和生长代谢。研究表明，日粮添加Gln可通过提高绒毛高度与隐窝深度比值（V/C）、上调黏蛋白和紧密连接蛋白表达来改善肠道结构和屏障功能。同时，Gln还能通过调节细胞因子产生、增强巨噬细胞吞噬能力和减轻氧化应激来调节免疫系统。此外，新兴证据表明，Gln能够调节肠道微生物生态系统，例如降低厚壁菌门/拟杆菌门比值，抑制病原菌定植和易位。然而，关于Gln引起的盲肠微生物群变化与肉鸡肠道形态、免疫功能改善之间的具体因果联系和关联，目前的研究报道仍较为有限。

为了系统探究日粮Gln补充是否通过特异性改变盲肠微生物群落来发挥其对肉鸡肠道形态和免疫的有益影响，研究人员开展了此项研究。他们假设，日粮Gln补充可能通过选择性调节盲肠微生物群组成来增强肉鸡的肠道形态和免疫功能。

为开展研究，研究人员采用了几个关键的技术方法。实验采用完全随机设计，将300只1日龄健康雄性Arbor Acres肉鸡分为5组，分别饲喂基础日粮（对照组）以及添加4、6、8、10 g/kg Gln的日粮。研究测定了生长性能指标（如平均日增重ADG、料重比F/G）。通过酶联免疫吸附测定法检测血清免疫球蛋白（IgA、IgG、IgM）水平。肠道形态通过制作石蜡切片并使用Image-Pro Plus软件测量绒毛高度（VH）、隐窝深度（CD）并计算V/C值进行评估。采用16S rRNA基因测序（针对V3-V4高变区）对盲肠内容物进行微生物群分析，包括α多样性（如ACE、Chao1指数）和β多样性（主坐标分析PCoA）分析，并利用线性判别分析效应大小（LEfSe）识别差异菌属。数据统计分析采用SAS 8.0软件的GLM过程进行方差分析和Tukey's HSD多重比较检验，并评估线性与二次效应。

膳食Gln补充改善肉鸡的生长性能

研究人员首先评估了梯度水平Gln补充对肉鸡生长性能的影响。结果表明，在0-21日龄，各Gln添加组与对照组在体重（BW）、平均日采食量（ADFI）、ADG和F/G上无显著差异。然而，在22-42日龄和1-42日龄全期，日粮Gln补充对ADG、F/G和最终BW产生显著的二次效应。具体而言，Gln2组（6 g/kg）在22-42日龄和1-42日龄的ADG显著高于对照组，并且在1-42日龄全期具有更高的BW。

膳食Gln补充提高肉鸡的血清免疫指标

对21日龄和42日龄肉鸡血清免疫指标浓度的评估显示，与对照组相比，所有Gln添加组均提高了21日龄和42日龄肉鸡的血清IgA水平。日粮Gln补充对21日龄肉鸡的IgM以及21日龄和42日龄肉鸡的IgG产生显著的二次效应。Gln1、Gln2和Gln3组提高了21日龄肉鸡的血清IgG水平以及42日龄肉鸡的血清IgM水平。Gln1和Gln2组提高了21日龄肉鸡的血清IgM水平以及42日龄肉鸡的血清IgG水平。

膳食Gln补充促进肉鸡免疫器官的发育

对21日龄和42日龄肉鸡的免疫器官指数（胸腺、脾脏和法氏囊）的测量表明，日粮Gln补充对21日龄肉鸡的胸腺指数以及21日龄和42日龄肉鸡的法氏囊指数产生显著的二次效应。Gln1和Gln2组的法氏囊指数在21日龄和42日龄均显著高于对照组。Gln2组在42日龄的胸腺指数较对照组有所改善。

膳食Gln补充增强肉鸡的肠道发育

研究人员接着探讨了Gln补充对肉鸡肠道形态的影响。在21日龄，日粮Gln补充对十二指肠VH产生显著的二次效应，Gln1和Gln2组的十二指肠V/C显著高于对照组。所有Gln添加组均提高了十二指肠V/C。日粮Gln补充对空肠和回肠VH产生显著的二次效应，Gln2组的空肠和回肠VH显著更高。此外，Gln2组也提高了空肠V/C。日粮补充Gln二次改善了回肠V/C。在42日龄，日粮补充Gln对十二指肠VH、空肠和回肠的VH、CD、V/C无显著影响。但Gln对十二指肠CD和V/C产生显著的二次效应，Gln1组降低了十二指肠CD，而Gln1和Gln2组提高了十二指肠V/C。

膳食Gln补充调节肉鸡的盲肠微生物群

通过16S rDNA扩增子测序研究了盲肠微生物群多样性和组成的改变。在21日龄，Gln1和Gln2组与对照组相比，提高了ACE和Chao1指数，而Gln补充对Shannon和Simpson指数无显著影响。PCoA分析显示，对照组与四个Gln添加组之间的微生物组成存在明显分离。在42日龄，日粮Gln补充对ACE、Shannon和Simpson指数无显著影响，但Gln4组的Chao1指数低于对照组。PCoA和PLS-DA表明，各组间肉鸡盲肠微生物组成存在差异聚类。

分类学分析表明，在21日龄，有9个细菌门，厚壁菌门和拟杆菌门在门水平上占主导地位。Gln添加组显著降低了变形菌门的丰度。在属水平上，除Gln1组外，Gln补充组增加了Ruminococcaceae_UCG-014的丰度。Gln2和Gln4组降低了Ruminiclostridium_9的丰度。日粮Gln补充降低了Escherichia-Shigella的丰度。在42日龄，有11个细菌门，厚壁菌门和拟杆菌门占主导地位。检测到疣微菌门、脱铁杆菌门和ε-变形菌门三个差异门。Gln1和Gln2组显著降低了脱铁杆菌门和ε-变形菌门的丰度。Gln1和Gln4组降低了疣微菌门的丰度。在属水平上，Gln2组增加了Barnesiella、Akkermansia和Butyricimonas的丰度。Gln1组增加了Butyricimonas的丰度，Gln3组增加了Akkermansia的丰度。

LEfSe分析用于识别Gln添加组和对照组中富集的特定细菌。在21日龄，发现Gln2组与对照组相比有最多的差异菌属，其中Ruminococcaceae_UCG-005、Tyzzerella和Parasutterella也在Gln1组中富集。Gln补充显著降低了Escherichia-Shigella的丰度。在42日龄，特征细菌在Gln添加组中差异富集。Butyricimonas和GCA_900066575在Gln1组中富集；uncultured_bacterium_f_Mycoplasmataceae、Barnesiella、Aeromonas和uncultured_bacterium_f_Microbacteriaceae在Gln2组中富集；CHKCI001在Gln3组中富集；Phascolarctobacterium、Negativibacillus和Paraprevotella在Gln4组中富集。Gln补充持续降低了uncultured_bacterium_f_Muribaculaceae和Mucispirillum的丰度。

生长性能、免疫指标和肠道形态与盲肠微生物群相关

进行了相关性分析以探讨生长性能、免疫指标、肠道形态和盲肠微生物之间的关系。在21日龄，发现Gln富集的菌属，如Ruminococcaceae_UCG-002、uncultured_bacterium_f_Peptostreptococcaceae与0-42日龄的ADFI和ADG、IgG以及免疫器官指数呈正相关；Pseudomonas与IgM、空肠VH和V/C呈正相关；Rhodanobacter与IgA呈正相关。而对照组富集的Escherichia-Shigella与BW、ADG、十二指肠VH和V/C呈负相关。在42日龄，Gln富集的菌属，如uncultured_bacterium_f_Microbacteriaceae、Barnesiella和Aeromonas与21-42日龄和0-42日龄的ADFI、ADG以及IgG水平呈正相关；其中，Barnesiella还与回肠VH和胸腺指数呈正相关；uncultured_bacterium_f_Microbacteriaceae还与BW、胸腺指数、空肠VH和十二指肠V/C呈正相关。对照组富集的Mucispirillum与BW、ADG、免疫球蛋白IgA和IgG、器官指数以及空肠和回肠V/C呈负相关；Desulfovibrio与ADG、ADFI、空肠VH呈负相关；Helicobacter与空肠和回肠V/C呈负相关。

本研究得出结论，日粮中添加4-6 g/kg的谷氨酰胺（Gln）能最佳地增强肉鸡的生长性能、系统免疫力和肠道健康。其有益效果尤其与早期微生物多样性增加以及微生物组成的调节相关，表现为富集有益菌属（如Ruminococcaceae_UCG-014、Barnesiella、Butyricimonas）和抑制病原菌（Escherichia-Shigella、Mucispirillum）。这些发现支持Gln作为一种有效的抗生素替代品，具有促进可持续家禽生产的潜力。然而，连接Gln诱导的微生物变化与宿主免疫和代谢功能的确切分子机制仍有待完全阐明，需要进一步研究。

讨论部分强调，Gln对肉鸡生长性能的改善表现出剂量依赖性效应，4-6 g/kg为最佳补充范围，过高剂量可能因代谢限制或与其他氨基酸（如精氨酸和脯氨酸）的拮抗作用而抑制生长。在应激条件下，动物对Gln的有效需求量会增加。Gln通过作为肠上皮细胞和免疫细胞的能量源，直接促进了肠道形态的改善（如增加绒毛高度和V/C值）和免疫功能的增强（如提高免疫球蛋白水平和免疫器官指数）。更重要的是，本研究揭示了Gln对盲肠微生物群的有益调节是其发挥积极作用的关键机制之一。在生长早期（21日龄），Gln（尤其是4-6 g/kg）增加了微生物α多样性，并改变了微生物组成，减少了潜在致病菌（如Proteobacteria、Escherichia-Shigella），增加了与肠道健康相关的有益菌（如Ruminococcaceae相关菌属）。这种调节作用在生长后期（42日龄）依然存在，表现为促炎相关菌门（如Deferribacteres、Epsilonbacteraeota）的减少和具有抗炎、促进屏障完整性功能的有益菌属（如Barnesiella、Akkermansia、Butyricimonas）的富集，同时持续抑制机会病原菌（如Mucispirillum）。相关性分析进一步证实了特定有益菌与生长性能、免疫指标和肠道形态改善呈正相关，而某些病原菌则与这些指标呈负相关。这表明Gln可能通过塑造一个更健康的盲肠微生物生态系统，间接促进了宿主的生长和健康。综上所述，本研究系统阐明了日粮Gln补充通过调节盲肠微生物群来改善肉鸡生长性能、肠道形态和免疫功能的剂量效应及其潜在关联，为Gln在无抗养殖中的应用提供了重要的理论和实践依据。未来的研究可进一步深入探索Gln-微生物群-宿主互作的具体分子通路。