粪菌移植调控断奶仔猪空肠宿主-微生物互作界面的多组学机制研究

为解决断奶仔猪腹泻(PWD)这一困扰养猪业的难题，爱荷华州立大学团队通过粪菌移植(FMT)干预，揭示了FMT通过富集Pseudoscardovia等有益菌群、重塑空肠代谢通路(如维生素B6代谢)和免疫基因表达，显著改善肠道健康的机制。该研究为通过微生物干预缓解断奶应激提供了新策略，发表于《Microbiome》。

　　

在养猪生产中，断奶是仔猪生命中最关键的转折点之一，但这个阶段往往伴随着严重的肠道问题。就像人类婴儿断奶时会闹肚子一样，仔猪断奶时也会遭遇"断奶腹泻"的困扰。这种被称为断奶后腹泻(PWD)的疾病，主要由产肠毒素大肠杆菌(ETEC)感染引发，每年给全球养猪业造成数十亿美元的经济损失。问题的根源在于断奶应激导致的肠道菌群失调——这个原本平衡的微生物生态系统被突然打破，给致病菌可乘之机。

面对这一挑战，爱荷华州立大学的研究团队Shankumar Mooyoutu等开展了一项创新性研究。他们借鉴人类医学中治疗肠道菌群失调的成功经验——粪菌移植(FMT)，将其应用于断奶仔猪，并首次系统研究了FMT对仔猪空肠这一关键肠段的影响。这项研究最近发表在微生物组学领域的顶级期刊《Microbiome》上。

研究团队采用了多组学整合的研究策略。在实验设计上，他们将32头3周龄断奶仔猪分为对照组和FMT处理组，后者在断奶第1天和第3天口服健康成年猪的粪菌悬液。10天后，半数动物接种ETEC F18菌株。通过16S rRNA测序分析空肠、回肠和结肠微生物组；采用UHPLC-Q-TOF质谱进行非靶向代谢组学检测；利用BGISEQ500平台开展空肠组织转录组测序。多组学数据通过MicrobiomeAnalyst和MetaboAnalyst等生物信息学工具进行整合分析。

微生物组分析揭示，FMT显著提高了空肠菌群的α多样性，而在回肠和结肠中变化较小。最引人注目的发现是Pseudoscardovia的富集——这个属于双歧杆菌科但鲜有研究的菌属，在FMT组空肠中大量出现，而与仔猪天然携带的Bifidobacterium呈负相关。其他显著增加的菌属包括Solobacterium和Shuttleworthia等。这些变化表明FMT促进了肠道菌群向成熟状态转变。

代谢组学结果展现了FMT对空肠代谢网络的广泛影响。维生素B6代谢通路显著激活，其代谢产物2-氧代-3-羟基-4-磷酸丁酸水平升高。氨基酸代谢增强表现为游离赖氨酸、丝氨酸等水平下降。脂代谢变化包括胆固醇硫酸盐和四氢皮质酮等应激相关类固醇减少。值得注意的是，D-乳酸水平升高提示微生物对固体饲料的适应。

转录组分析发现FMT显著调控了空肠基因表达谱。抗菌相关基因LYZL4和PGLYRP2上调，而应激反应基因CHGA和炎症信号基因C5AR1下调。联合通路分析显示，FMT显著影响了缬氨酸-亮氨酸-异亮氨酸生物合成、嘌呤代谢等关键通路。

在ETEC感染模型中，FMT预处理虽然未减少病原体排出，但降低了腹泻严重程度。微生物组分析显示FMT-EC组保持了Pseudoscardovia的优势，而ETEC单独感染组则呈现Bifidobacterium为主的菌群结构。代谢组变化与未感染组类似，但组胺水平升高提示可能存在局部免疫反应。

这项研究首次系统揭示了FMT通过"微生物-代谢-宿主"三位一体的作用机制改善断奶仔猪肠道健康。Pseudoscardovia的发现为开发新一代益生菌提供了候选菌株。研究不仅为养猪业提供了控制PWD的新思路，其关于小肠微生物组调控的发现也可能启发人类肠道疾病治疗策略的创新。

值得注意的是，该研究也存在一些局限。FMT对生长性能的影响未作评估；Pseudoscardovia的功能特性仍需纯培养验证；组胺水平升高的临床意义值得关注。未来研究可探索基于特定菌群的精准FMT方案，并评估长期应用效果。总的来说，这项工作为理解宿主-微生物互作提供了新见解，展示了微生物组干预在农业和医学中的广阔前景。