《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Postbiotics enhance immune competence in black rockfish (Sebastes schlegelii): linking innate immunity, apoptosis, and resistance to bacterial infection
编辑推荐：
背景：本研究探讨了源自弯曲乳杆菌（Latilactobacillus curvatus）NBL2305的后生元（postbiotics）作为许氏平鲉（Sebastes schlegelii）幼鱼膳食饲料添加剂的 functional potential（功能潜
背景：本研究探讨了源自弯曲乳杆菌（Latilactobacillus curvatus）NBL2305的后生元（postbiotics）作为许氏平鲉（Sebastes schlegelii）幼鱼膳食饲料添加剂的 functional potential（功能潜力）与安全性。研究人员投喂添加NBL2305来源后生元的饲料，评估其对生长性能、免疫应答、抗氧化能力、凋亡相关基因表达、肠道菌群及抗病力的影响。
结果：后生元补充显著改善了生长性能与饲料利用率，表现为增重率（weight gain）与特定生长率（specific growth rate）升高，饲料转化率（feed conversion ratio）降低。先天免疫应答增强，表现为髓过氧化物酶（myeloperoxidase, MPO）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和溶菌酶（lysozyme）活性升高，同时免疫相关基因（il8、il1b、tnfa、tnfsf13b、nfkb1）表达上调。此外，后生元处理调节了肝脏凋亡相关基因表达，表现为促凋亡基因（bax、tp53、casp3）下调与抗凋亡基因（bcl2、xiap）上调，呈现抗凋亡基因表达谱。后生元还对主要鱼类病原菌表现出强抗菌活性，并具有显著抗氧化能力。体内攻毒试验进一步支持上述功能效应，后生元饲喂组在迟缓爱德华菌（Edwardsiella tarda）感染后存活率显著更高。血清生化参数、躯体指数及组织病理学分析未观察到不良影响，支持在实验条件下补充该后生元的短期安全性。此外，肠道菌群组成保持稳定，并选择性富集有益菌群。
结论：综合而言，这些发现表明NBL2305来源的后生元是安全有效的功能性饲料添加剂，能够促进水产养殖物种的生长、调节先天免疫应答并增强抗病力。
一、研究背景与目的
细菌性疾病一直是水产养殖面临的重大挑战，常导致鱼类大规模死亡，严重威胁产业可持续性。抗生素的广泛和不加选择地使用已导致耐药病原菌的出现，降低治疗效果，同时引发环境污染和食品安全担忧。尽管针对多种细菌性疾病已开发疫苗，但其保护效力因病原多样性、鱼类发育阶段和养殖条件而异，且并非所有细菌病原均有可用疫苗。因此，迫切需要寻找安全、可持续的抗生素替代方案用于水产养殖疾病防控。
微生物饲料添加剂，特别是益生菌，作为改善鱼类健康、控制细菌疾病和支持可持续水产养殖的环境友好策略受到广泛关注。然而，益生菌并非完全没有风险，潜在问题包括不良代谢活动、抗生素耐药性或毒力基因的水平转移，以及特定宿主或环境条件下的机会性感染。在此背景下，后生元引起越来越多的关注。国际益生菌和益生元科学协会将后生元定义为“对宿主产生健康益处的非活性微生物和/或其组分的制剂”。与活益生菌相比，后生元具有安全性更高、储存和饲料加工过程中稳定性更强、消除微生物易位或感染风险等优势。后生元由灭活微生物细胞及其生物活性代谢物组成，对鱼类病原菌具有抗菌活性，可抑制肠道病原定植，有助于预防弧菌病和光杆菌病等主要细菌性疾病。此外，后生元还被报道可改善水产养殖物种的生长性能、增强饲料效率并调节肠道菌群组成。
许氏平鲉是东亚地区（包括韩国、日本和中国）广泛养殖的重要商业海洋物种。迟缓爱德华菌是影响包括许氏平鲉在内的海洋水产养殖物种的主要细菌病原之一，引起以败血症、高死亡率和重大经济损失为特征的爱德华菌病。因此，开发针对该物种的有效且安全的微生物饲料添加剂具有重要价值。然而，现有研究大多仅关注后生元对生长性能或基础先天免疫应答的影响，对先天免疫、凋亡调控和肠道菌群之间的潜在相互作用仍缺乏了解。基于此，本研究旨在评估亲本菌株的安全性和益生菌相关功能特性，并系统研究弯曲乳杆菌NBL2305来源后生元对许氏平鲉幼鱼生长性能、免疫应答、抗氧化能力、凋亡相关基因表达和肠道菌群的影响。
二、主要技术方法
研究人员从野生和养殖许氏平鲉肠道中分离细菌，通过16S rRNA基因测序和API 50 CHL试剂盒进行菌株鉴定。对亲本菌株进行了模拟胃肠道存活、耐盐性、溶血性、抗生素敏感性（最小抑菌浓度测定）、HT-29细胞毒性及黏附能力等安全性评估。后生元制备采用60°C热处理30分钟灭活培养物并冻干。通过琼脂孔扩散法评估后生元对六种鱼类病原菌的抗菌活性，采用DPPH、ABTS、SOD、总抗氧化能力（TAC）和FRAP五种方法评估抗氧化活性。体内试验以初始体重约8克的许氏平鲉幼鱼为对象，随机分为对照组（CON）和后生元补充组（POST），每组3个重复缸，每缸20尾，进行为期8周的饲养试验。试验结束后测定生长性能、饲料利用、血清生化及非特异性免疫参数、消化酶活性、凋亡与免疫相关基因表达（RT-qPCR）、组织病理学（H&E染色）及肠道菌群（16S rRNA基因V3-V4区测序），并进行迟缓爱德华菌攻毒试验。
三、研究结果
菌株鉴定与功能表征。 菌株NBL2305与弯曲乳杆菌（NR_113334.1）具有最高序列相似性（99.86%），鉴定为弯曲乳杆菌。该菌株在0-4% NaCl条件下保持高活力，在模拟胃液pH 2条件下2小时后存活率有所下降，但在pH 4-6条件下保持较高活力；在0.1%胆汁盐条件下部分存活，但在0.2%和0.3%胆汁盐浓度下1小时后未检测到活菌。安全性评估显示，NBL2305呈γ-溶血（无溶血活性），所有抗生素MIC值均低于或等于欧洲食品安全局（EFSA）设定的临界值，益生菌和后生元形式均未对HT-29细胞产生细胞毒性。该菌株对HT-29细胞的黏附率（17.71%±4.50%）显著高于阳性对照鼠李糖乳杆菌GG（9.07%±0.85%）。后生元对六种鱼类病原菌均表现出明显抑制活性，抑制圈直径范围为13.00至18.80毫米。抗氧化活性方面，DPPH自由基清除率为61.04%，ABTS清除率达90.58%，SOD活性为90.14%，TAC和FRAP值分别为14.39 μmol/L和1.92 mmol/L。
生长性能、饲料利用与躯体指数。 POST组增重率和特定生长率显著高于CON组（P=0.002），饲料转化率显著降低（P<0.001），蛋白质效率比显著升高（P<0.001），但躯体指数（肝体指数、脏体指数、肥满度）两组间无显著差异。
血清生化与非特异性免疫参数。 六项血清生化参数（总蛋白、甘油三酯、葡萄糖、总胆固醇、ALT、AST）在两组间无显著差异。POST组血清中髓过氧化物酶、超氧化物歧化酶和溶菌酶活性均显著高于CON组。
消化酶活性。 肠道组织中，POST组淀粉酶活性显著高于CON组（P=0.044），而脂肪酶和胰蛋白酶活性无显著差异。
迟缓爱德华菌攻毒试验。 POST组首例死亡出现在攻毒后第5天，CON组第4天开始出现死亡。CON组存活率急剧下降，至第12天降至0%；POST组第14天最终存活率为86.67%。Kaplan-Meier生存分析显示POST组累积存活率显著高于CON组（log-rank检验，χ2=20.35，P<0.001）。
免疫、生长及凋亡相关基因表达。 肠道中，POST组促炎基因il8、il1β、tnfα表达均显著上调（P<0.001），免疫相关基因tnfsf13b（B细胞激活因子，BAFF）和nfkb1（核因子κB，NF-κB）也显著上调（P<0.001），生长相关基因gh显著上调（P<0.001），hsp70无显著差异。肝脏中，POST组促凋亡基因bax（P=0.021）、tp53（P=0.032）和casp3（P=0.002）表达显著下调，抗凋亡基因bcl2和xiap显著上调（P<0.001），bax/bcl2比值显著降低（P=0.016），casp10无显著差异。
组织病理学分析。 两组肠道和肝脏组织均未见明显病理改变，组织结构正常。POST组肠绒毛高度（668.35±35.44 μm）显著高于CON组（595.27±12.73 μm）（P=0.029），杯状细胞密度无显著差异。
肠道菌群分析。 Alpha多样性指数（Chao1丰富度、观察特征数、Shannon多样性和Simpson多样性）在两组间无显著差异。基于Bray-Curtis相异度的Beta多样性分析（PERMANOVA，F=0.252，R2=0.040，P=0.779）显示两组菌群结构无显著差异。门水平上两组均以变形菌门（Proteobacteria）为主，其次为放线菌门（Actinobacteriota）、拟杆菌门（Bacteroidota）和厚壁菌门（Firmicutes）。LEfSe分析鉴定出乳杆菌科（Lactobacillaceae）为POST组富集分类群。PICRUSt2功能预测显示两组间存在碳水化合物代谢、氨基酸代谢、核苷酸/辅因子代谢、中心碳代谢和氮代谢等相关通路的差异，但经错误发现率校正后均不显著。
四、讨论与结论
讨论部分指出，亲本菌株NBL2305表现出良好的模拟胃液耐受性、耐盐性和较高的黏附能力，且无溶血活性、抗生素耐药性和细胞毒性，支持其作为后生元生产菌株的适用性。后生元表现出广谱抗菌活性，这在水产养殖减少抗生素使用的背景下具有重要价值。体内攻毒试验中POST组存活率显著提高，证实了后生元对细菌感染的实际保护作用。后生元还表现出显著抗氧化能力，可能有助于维持生理稳态和支持宿主防御机制。生长性能的改善可能与淀粉酶活性升高和生长激素基因表达上调有关，但更可能是多种生理反应共同作用的结果。免疫相关基因表达上调和血清非特异性免疫酶活性升高表明后生元具有显著的免疫刺激效应。凋亡相关基因表达谱呈现抗凋亡特征，有助于维持肝脏组织完整性。肠道菌群组成保持稳定并选择性富集乳杆菌科，表明后生元补充未破坏菌群稳态。综合血清生化参数、躯体指数和组织病理学结果，支持该后生元在实验条件下的短期安全性。
研究结论：弯曲乳杆菌NBL2305来源的后生元是安全有效的功能性饲料添加剂，能够促进水产养殖物种的生长、调节先天免疫应答并增强抗病力。该研究将先天免疫、凋亡调控和肠道菌群纳入综合评价框架，为后生元在水产养殖中的功能机制提供了更全面的理解，为开发安全可持续的抗生素替代方案提供了科学依据。
