解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）缓解肉鸡脂多糖诱导的氧化应激的机制

《Animal Nutrition》：Mechanisms of Bacillus amyloliquefaciens on alleviating lipopolysaccharide-induced oxidative stress in broilers

氧化应激缓解机制及益生菌应用效果研究：以枯草芽孢杆菌JF菌株为例，通过基因组测序预测其抗氧化潜力，结合21天小鸡实验发现JF显著提升生长性能（P<0.001），降低氧化应激指标MDA（P<0.001），并通过增强肠道菌群Subdoligranulum丰度（P=0.037）协同改善抗氧化能力及肠道屏障功能，证实其通过多途径（如超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等）缓解LPS诱导氧化应激的分子机制。

　　在现代农业与食品科学领域，氧化应激已经成为一个重要的研究议题。这种应激不仅来源于生物体内部的代谢失衡，还可能由外部因素如病原体感染、环境污染和不合理的饲养管理引起。其中，脂多糖（LPS）作为革兰氏阴性细菌细胞壁的主要成分，可以引发动物体内强烈的免疫反应，导致活性氧（ROS）和氮自由基的大量产生，从而诱发氧化应激。氧化应激会破坏细胞结构和功能，可能引发炎症反应，破坏肠道屏障，并对动物的生长性能、健康和食品安全构成严重威胁。因此，寻找有效缓解氧化应激的策略，对于提升动物福利、保障食品安全以及促进可持续农业发展具有重要意义。

近年来，益生菌因其独特的生理功能和健康益处受到广泛关注。作为一种对人类和动物都有益的微生物，益生菌通过多种机制积极影响宿主健康，包括调节肠道菌群平衡、增强免疫功能以及促进营养物质的吸收。其中，芽孢杆菌（*Bacillus amyloliquefaciens*）是一种广泛存在于土壤中的益生菌，因其强大的抗逆性、广泛的代谢能力和丰富的生物活性物质而显示出在农业生产和食品工业中的巨大应用潜力。该菌株能够通过增强蛋鸡的免疫系统和调节生殖激素，有效提升蛋的产蛋性能和蛋的质量。此外，它还能通过调节免疫系统、增加抗氧化能力以及改善消化酶活性来促进肉鸡的生长，同时缓解肠道损伤。然而，目前关于芽孢杆菌如何缓解LPS诱导的氧化应激的具体机制的研究仍较为有限。

本研究聚焦于芽孢杆菌JF菌株，旨在探讨其缓解LPS诱导的氧化应激的特定机制。通过构建JF菌株的完整基因组序列，我们预测了其在抗氧化方面的潜力。为了验证这一预测，我们设计了一个基于Arbor Acres肉鸡模型的氧化应激实验系统，评估了JF对氧化应激的缓解效果。这项研究不仅加深了我们对芽孢杆菌JF菌株抗氧化机制的理解，还为其在畜牧业中的实际应用提供了科学依据和技术支持。

研究首先对JF菌株进行了基因组分析，发现其基因组中包含138种碳水化合物活性酶、8种次级代谢产物以及与多种应激反应相关的基因。这些基因可能在JF菌株的抗氧化能力中发挥重要作用。在肉鸡实验中，JF的添加显著提高了平均日增重（ADG）和平均日粮摄入量（ADFI）（*P* < 0.001）。LPS和JF在血清总抗氧化能力（T-AOC）、过氧化氢酶（CAT）、丙二醛（MDA）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）等方面表现出交互作用（*P* = 0.030, 0.003, < 0.001, 0.007），且在白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-8（IL-8）方面观察到交互趋势（*P* = 0.065, 0.092）。此外，JF对小肠的绒毛高度（VH）和回肠的绒毛高度与隐窝深度比值（VH/CD）也有显著的交互作用，而在回肠的VH/CD比值中观察到交互趋势。

与对照组（CON）相比，JF组显著增加了肠道中*Subdoligranulum*的丰度（*P* = 0.037）。进一步的关联分析表明，*Subdoligranulum*与生长性能、抗氧化指标和肠道形态之间存在显著的正相关关系（*P* < 0.05）。综上所述，JF菌株表现出显著的抗氧化和保护作用，这可能归因于其丰富的氧化应激抵抗基因（如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶等）以及多样化的生物活性化合物（如芽孢菌素、表面活性剂、lichenysin D等）。此外，JF通过增加肠道中*Subdoligranulum*的丰度来增强肉鸡的抗氧化能力。

本研究还通过基因组分析进一步揭示了JF菌株的特性。JF菌株的基因组包含一个单一的环状染色体和一个环状质粒，其染色体大小为3,974,409 bp，GC含量为46.56%，而质粒大小为7276 bp，GC含量为37.55%。基因组分析预测了20种与免疫调节、营养/代谢因素、应激生存、附着和运动相关的基因，但未发现与毒素相关的基因。此外，通过抗生素抗性数据库（CARD）的分析，预测了JF菌株中存在多种抗生素抗性基因，这些基因可以调节对多种抗生素的抗性。通过抗生素敏感性测试，JF菌株对20种常规抗生素表现出不同程度的敏感性，表明其具备相应的抗性基因，但并未表现出主动发展抗性的趋势。

在肉鸡实验中，JF菌株对生长性能和抗氧化指标具有显著的正向影响。与未补充JF的对照组相比，JF的添加显著提高了ADG和ADFI（*P* < 0.001）。此外，LPS与JF之间在T-AOC、CAT、MDA和GSH-Px等抗氧化指标上表现出交互作用（*P* = 0.030, 0.003, < 0.001, 0.007）。在无LPS的情况下，JF增加了T-AOC和GSH-Px的水平，但对CAT水平无显著影响，且降低了MDA水平；而在存在LPS的情况下，JF增加了CAT和GSH-Px的水平，同时降低了MDA水平。此外，LPS的补充显著降低了SOD水平（*P* = 0.020），而JF的补充显著提高了SOD水平（*P* < 0.001）。

JF菌株还显著提高了肠道中*Subdoligranulum*的丰度，这可能与其抗氧化能力有关。进一步的关联分析表明，*Subdoligranulum*与ADG、ADFI、T-AOC、SOD和GSH-Px之间存在显著的正相关关系，同时与MDA和IL-8之间存在显著的负相关关系。这些结果表明，*Subdoligranulum*在调节宿主抗氧化能力、维持肠道屏障功能、调控免疫反应以及增强肠道形态和功能方面具有重要作用。

此外，JF菌株对肠道形态具有显著的改善作用。与对照组相比，JF的添加显著提高了小肠的绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度比值，同时降低了隐窝深度。这些变化可能有助于提高营养物质的吸收效率，从而改善肉鸡的生长性能。LPS的刺激则显著降低了小肠的绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度比值，而JF的添加能够部分缓解这些变化，表明其具有一定的保护作用。

本研究还通过高通量测序技术对肠道微生物群落进行了分析，结果显示JF的添加显著增加了肠道中*Subdoligranulum*的丰度，同时减少了某些有害菌群的丰度。这些结果进一步支持了JF菌株在改善肠道微生物平衡、促进肠道健康方面的潜力。

总的来说，本研究发现芽孢杆菌JF菌株在缓解LPS诱导的氧化应激方面具有显著的效果，这可能与其丰富的氧化应激抵抗基因以及多样化的生物活性化合物有关。此外，JF通过增加肠道中*Subdoligranulum*的丰度，进一步增强了肉鸡的抗氧化能力。这些发现为芽孢杆菌JF菌株在畜牧业中的应用提供了科学依据，同时也为缓解动物体内氧化应激提供了新的思路和方法。