乳酸杆菌通过色氨酸代谢调控中国地方猪种肌纤维类型转化的机制研究

本研究针对畜禽肉质提升的关键科学问题，通过多组学联用技术揭示了肠道微生物-色氨酸代谢-肌纤维转化的调控轴。中国科学院团队比较了桃源黑猪、乡村黑猪和杜洛克猪的肌纤维特性与肠道菌群特征，发现乳酸杆菌(Lactobacillus)通过促进犬尿喹啉酸(kynurenic acid)生成，激活AMPK/PGC-1α信号通路驱动慢肌纤维形成。该成果为通过微生物干预改善商品猪肌肉品质提供了新策略，发表于《npj Biofilms and Microbiomes》。

　　

在畜禽养殖领域，肌肉品质的调控始终是产业发展的核心命题。肌纤维类型作为影响肉质的关键因素，其慢肌纤维（I型）比例与肉品的嫩度、多汁性和风味物质沉积呈正相关。中国地方猪种如桃源黑猪(TB)和乡村黑猪(XB)以其优良的肉质闻名，其肌肉组织中慢肌纤维比例显著高于商业化品种杜洛克猪，但这一表型差异背后的分子机制长期未被阐明。近年来，肠道-肌肉轴(gut-muscle axis)概念的兴起为解析这一现象提供了新视角——肠道微生物可能通过代谢产物远程调控骨骼肌的生理状态。

中国科学院团队在《npj Biofilms and Microbiomes》发表的研究，首次系统揭示了乳酸杆菌通过色氨酸(tryptophan)代谢途径调控猪肌纤维类型转化的分子机制。研究采用多组学整合分析策略，结合粪菌移植(FMT)实验，发现中国地方猪种结肠中富集的乳酸杆菌能促进犬尿喹啉酸(kynurenic acid)合成，进而激活AMP活化蛋白激酶(AMPK)/过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α(PGC-1α)信号通路，最终驱动慢肌纤维形成。这一发现不仅阐明了地方猪种优质肉质的微生物学基础，更为通过靶向调控肠道菌群改善商品猪肌肉品质提供了理论依据。

研究主要采用16S rRNA测序分析结肠菌群组成，通过靶向代谢组学检测肌肉和结肠代谢物谱，结合实时定量PCR技术测定相关基因表达。关键实验包括：比较80日龄和125日龄TB、XB与杜洛克猪的肌纤维特性；建立猪-小鼠粪菌移植模型验证微生物功能；采用ELISA法测定犬尿喹啉酸在各组织的浓度分布。

肌肉纤维特性与代谢特征
免疫荧光分析显示，XB猪在80日龄时慢肌纤维比例显著高于TB和杜洛克猪（P<0.05），至125日龄时TB和XB猪仍保持优势（图1B,C）。代谢组学揭示TB和XB猪肌肉中苹果酸-天冬氨酸穿梭(malate-aspartate shuttle)通路显著激活，该通路为三羧酸循环提供底物，与慢肌纤维的氧化代谢特征相符（图1I,J）。

肠道菌群特征
16S测序发现TB和XB猪结肠中乳酸杆菌(Lactobacillus)丰度显著高于杜洛克猪（P<0.05），且与慢肌纤维比例呈正相关（图2C,M）。共现网络分析显示乳酸杆菌是色氨酸代谢网络的核心菌属（图5A,B），其丰度与犬尿喹啉酸浓度显著正相关。

色氨酸代谢调控
代谢组学检测到结肠中232种差异代谢物，其中色氨酸代谢通路显著富集（图3B）。XB猪的犬尿喹啉酸浓度在结肠、血清和肌肉组织中均高于杜洛克猪（图4B-D），同时肌肉组织PGC-1α表达显著上调（P<0.05），AMPK表达呈上升趋势（P=0.052）（图4J,K）。

粪菌移植验证
将XB猪粪菌移植给小鼠后，受体鼠结肠乳酸杆菌丰度增加80%以上（图7C），结肠犬尿喹啉酸水平升高（P<0.05），肌肉中AMPK表达显著上调（P<0.05）（图8J），同时慢肌纤维比例和MyHC I表达呈现升高趋势（图6H,J）。

这项研究开创性地构建了"乳酸杆菌-犬尿喹啉酸-AMPK/PGC-1α-慢肌纤维"的调控轴，从微生物-宿主互作角度阐释了中国地方猪种优质肉质的形成机制。研究不仅为理解肠道菌群调控肌肉生理提供了新范式，更启示通过益生菌干预或微生物代谢产物补充来定向改良商品猪肌肉品质的可行性。特别值得注意的是，犬尿喹啉酸作为连接肠道菌群与肌肉代谢的关键信使分子，其跨组织调控功能的发现为开发新型饲料添加剂提供了分子靶点。该成果对推动畜禽精准营养和绿色养殖技术的发展具有重要实践价值。