基于宏基因组测序技术揭示奶牛产后子宫微生物组与临床/亚临床子宫内膜炎的病原互作及功能特征

本研究通过宏基因组测序技术深入解析了奶牛产后子宫微生物组的组成特征，针对临床子宫内膜炎(CE)与亚临床子宫内膜炎(SCE)的病原体差异这一关键科学问题，研究人员系统比较了23头荷斯坦奶牛子宫样本的微生物群落结构、互作网络及功能通路。研究发现CE组中Fusobacterium、Trueperella等典型病原菌显著富集并呈现协同互作模式，而SCE组未显示细菌定植特征；功能分析揭示Wnt/β-catenin通路在CE组显著下调。该研究为阐明子宫内膜炎发病机制提供了新的微生物组学证据，对改善奶牛生殖健康管理具有重要指导价值。

　　

奶牛产后子宫健康直接关系到畜牧业的经济效益，但约半数奶牛在产后会发生子宫内膜炎，其中临床子宫内膜炎(CE)表现为脓性分泌物和子宫内膜炎症，而亚临床子宫内膜炎(SCE)仅有炎症指标异常。传统观点认为CE与细菌感染明确相关，但SCE的微生物学基础始终存在争议。更棘手的是，现有16S rRNA测序技术可能遗漏非细菌微生物（如病毒、真菌）及低丰度病原体。这些认知空白严重制约了子宫内膜炎精准防控策略的制定。

比利时根特大学等机构的研究团队在《Scientific Reports》发表了一项突破性研究。该团队创新性地采用鸟枪法宏基因组测序(shotgun metagenomic sequencing)技术，对产后21天的奶牛子宫样本进行深度测序，并在36天时根据阴道分泌物评分(VDS)和子宫内膜中性粒细胞比例(PMN%)将23头经产荷斯坦奶牛分为CE组(7头)、SCE组(7头)和健康组(9头)。研究首次系统揭示了SCE的微生物组特征，发现CE组存在独特的病原菌协同网络和功能通路紊乱，而SCE则未显示典型的细菌感染模式。

研究主要采用四种关键技术：1) 子宫内膜细胞刷采样结合Illumina NovaSeq 6000平台进行双端150bp测序；2) KrakenUniq和MetaPhlAn双层次分类注释流程解析微生物组成；3) SPIEC-EASI算法构建微生物互作网络；4) KEGG和GO功能注释系统分析代谢通路差异。样本来自比利时两个奶牛场的平衡队列，通过严格的生物信息学去污染处理确保数据可靠性。

微生物多样性分析显示，α多样性（Chao1和Shannon指数）和β多样性（RDA分析）在三组间无统计学差异，但CE组表现出病原菌优势生长的趋势。在门水平上，CE组的Fusobacteria相对丰度显著高于健康组（P=0.0346）；属水平分析则发现Trueperella、Fusobacterium、Peptoniphilus和Peptostreptococcus在CE组显著富集（FDR<0.05），其中Fusobacterium和Peptostreptococcus的丰度还显著高于SCE组。值得注意的是，健康组中Ochrobactrum和Neglecta等环境菌丰度更高。

网络分析揭示了病原菌的协同互作模式：Trueperella、Helcococcus和Peptoniphilus形成紧密的正相关集群，Bacteroides、Prevotella和Porphyromonas也呈现协同关系。这种互作模式在CE组尤为突出，而SCE组未观察到显著互作。核心微生物组分析发现，Fusobacterium和Peptostreptococcus为CE组特有，而Peptoniphilus、Bacteroides等在三组中普遍存在但丰度差异显著。

功能分析取得重要发现：KEGG注释显示遗传信息处理、碳水化合物代谢为主要通路，但组间无差异；GO分析则发现CE组的Wnt信号通路、雌激素响应和catenin复合体等与组织修复相关的功能显著低于SCE组（FDR<0.25）。这些结果提示CE的发病不仅涉及病原菌定植，还可能通过抑制宿主修复通路加重病情。

讨论部分强调了三项关键发现：首先确认了SCE缺乏特征性细菌标志物，支持其发病可能主要与免疫代谢紊乱相关；其次首次报道了子宫病原菌的协同互作网络，为理解CE的微生物生态学机制提供新视角；最重要的是发现Wnt/β-catenin通路的下调可能与CE的子宫内膜修复障碍相关。这些发现深化了对子宫内膜炎发病机制的理解，为开发针对CE的微生态调节剂和SCE的代谢干预策略提供了理论依据。

该研究的创新性体现在：首次应用宏基因组测序全面解析SCE的微生物特征；突破性地检测到真核生物和病毒的组成模式（虽未发现致病关联）；通过功能注释将微生物组与宿主分子通路相联系。局限在于样本量较小可能影响统计效能，且真核生物信号可能部分来自血液污染。未来研究可结合代谢组学和单细胞测序进一步揭示微生物-宿主互作机制。这项由Muhammad Hussnain Rashid等学者完成的工作，为改善奶牛生殖健康管理提供了重要的微生物组学证据。