分阶段高纤维日粮干预对慢性复发性腹泻圈养单峰驼（Camelus dromedarius）粪便稠度与后肠微生物群的影响：一项纵向初步研究

《Zoo Biology》：Impact of Two High-Fiber Dietary Transitions on Fecal Consistency and Microbiota Composition in Captive Dromedary Camels (Camelus dromedarius) With Chronic Recurrent Diarrhea: A Pilot Study

　　

膳食纤维是骆驼科动物肠道功能的核心驱动因素，但特定纤维来源如何塑造后肠生态仍缺乏实证数据。该纵向初步研究评估了两种连续高纤维日粮转换对5头圈养单峰驼（Camelus dromedarius）粪便稠度和微生物群的影响。在63天内，研究人员在提供干草的同时自由提供秸秆；随后在25天内分阶段以高纤维颗粒料替代低纤维精料。每日记录粪便评分，并采用16S rRNA基因扩增子测序（16S rRNA amplicon sequencing）分析98份样本（74份粪便样本和24份环境拭子样本），同时使用PICRUSt2（Phylogenetic Investigation of Communities by Reconstruction of Unobserved States 2，基于16S rRNA基因预测微生物功能潜力的工具）从粪便微生物群数据预测功能谱。秸秆补充未明显改变组水平粪便稠度，但个体反应明显，部分单峰驼评分增加可达+2.5个评分单位。相比之下，高纤维颗粒料在组水平使粪便软化，评分中位数增加+1.2，最大效应见于两只动物。粪便评分与环境温度呈正相关（Pearson's r最高达0.67）。α多样性（alpha diversity）在秸秆阶段保持稳定或略有上升，但在颗粒料转换期间短暂下降，至第25天恢复至基线。核心后肠菌科（Oscillospiraceae、Rikenellaceae和Christensenellaceae）在整个研究期间持续存在；颗粒料饲喂引起Monoglobaceae和Methanocorpusculaceae的短暂增殖。尽管分类群发生变化，功能谱仍以氨基酸、核苷酸和维生素生物合成为主，仅在颗粒料饲喂期间出现多糖降解通路的小幅、可逆增加。约一年后的随访采样显示，对照期微生物群落相对稳定。总体而言，这些发现提示，增量式纤维富集可能在单峰驼中引起不同的、动物个体特异性的胃肠道和微生物调整，但代谢功能似乎具有韧性。这些发现提示，在圈养骆驼科动物中采用基于纤维的策略以缓解腹泻时，应实施个体化日粮管理。

胃肠道疾病是圈养骆驼科动物的常见健康问题，临床表现包括厌食、吞咽困难、呕吐、腹胀、腹泻、便秘、肠梗阻、C1（第一胃室）弛缓和绞痛等，其中腹泻尤其重要，常与慢性、难治性寄生虫感染相关；在旧大陆骆驼科（Camelus spp.）中患病率可超过80%。腹泻还可由细菌或病毒性肠炎、梭菌性肠毒血症、沙门菌病、大肠杆菌病、副结核和牛瘟等引起。非感染性因素尤其是营养失衡亦参与胃肠功能障碍。骆驼科动物适应低湿、干旱环境及天然粗质高纤维植被，具有高效肾脏浓缩能力、大肠广泛水重吸收、红细胞在脱水与复水时显著可逆变形，以及三室胃（尤其C1）前肠发酵等机制，可消化纤维性植物材料并形成干而成形的粪球。水合状态改变、日粮突然转换或摄入过多高度可消化低纤维饲料可破坏这些机制，使圈养骆驼科动物易发生腹泻。肠道微生物群（gut microbiota）指栖息于胃肠道内的细菌、古菌、病毒和真菌等多样微生物群落，参与维持稳态、调节代谢、支持肠上皮完整性、调节免疫和神经发育。反刍动物和伪反刍动物中，微生物群对发酵性消化尤为关键，可将纤维素和半纤维素等复杂植物材料分解为挥发性脂肪酸，作为主要能源。单峰驼天然富含木质纤维素日粮被认为促进瘤胃中Firmicutes和Bacteroidetes等纤维分解菌占优；羊驼中粗饲料日粮与颗粒料日粮可形成不同瘤胃微生物群。尽管骆驼科瘤胃微生物组受到关注，高纤维日粮对粪便微生物群组成的影响仍知之甚少。粪便微生物群是远端胃肠道尤其结肠微生物群的代表性子集，虽不能完全反映反刍动物和伪反刍动物前肠微生物群，但作为非侵入性工具可用于评估肠道健康、微生物多样性、发酵效率和疾病易感性。动物肠道微生物群高度动态，受日粮、年龄、性别、环境与健康状况影响；骆驼科中粪便微生物组与年龄、物种、内寄生虫、产次和日粮等相关。迄今仅一项研究探讨富含纤维日粮对羊驼粪便微生物群的影响，发现饲喂草干草者纤维降解菌增加，而苜蓿干草者蛋白发酵微生物较高；引入谷物对粪便微生物群影响很小但改变其他消化区室微生物群。尽管如此，骆驼科粪便稠度与微生物群组成的关系仍基本未知。该初步研究旨在评估两种高纤维日粮转换——引入秸秆作为补充纤维来源和转换为高纤维颗粒料——对5头患有慢性复发性腹泻、饲养于同一机构的圈养单峰驼粪便稠度和微生物群组成的影响。主要假设包括：适应期后粪便稠度随膳食纤维摄入增加而改善；高纤维日粮使粪便微生物群多样性增加；较高膳食纤维摄入导致粪便微生物群分类组成变化；粪便微生物群功能特征随膳食纤维增加而变化，并预测多糖降解相关代谢通路富集，提示微生物对纤维利用的适应性增强。研究人员开展纵向监测，发现两种转换引起中等但不同的微生物和粪便稠度变化，个体差异突出，核心菌群和预测功能总体稳定，提示单峰驼后肠微生物群具有功能韧性，纤维干预需个体化管理。该研究为圈养骆驼科动物基于纤维的腹泻管理和循证营养策略提供了初步依据。

关键技术方法概括（不超过250字）：研究队列为Zooparc de Beauval单机构饲养的5头圈养单峰驼（1雄4雌，均有慢性复发性腹泻史）。研究人员在两次日粮转换及约一年后对照期进行纵向采样，每日以0–7分记录粪便稠度；共分析98份样本（74份粪便和24份环境拭子）。粪便DNA保存于FTA cards（FTA卡）后行16S rRNA基因V4区扩增子测序，经QIIME2（Quantitative Insights Into Microbial Ecology 2）和DADA2处理，以SILVA 138数据库分类，计算α多样性并以PERMANOVA（Permutational Multivariate Analysis of Variance）分析β多样性；用PICRUSt2预测MetaCyc Level 2功能通路。统计采用Friedman、Kruskal–Wallis、两因素ANOVA、Tukey、Conover和Pearson相关等。

研究结果如下。3.1 Experimental Progression and Dataset Summary：研究人员对5头单峰驼在两次日粮转换和后续对照期进行纵向监测，每个采样时间点同步进行粪便稠度评分和DNA采样；最终微生物群分析数据集含98份样本，包括74份粪便和24份环境拭子，DNA提取和测序阴性对照未检出微生物信号，提示测序流程完整，数据具有较好的时间覆盖，可进行个体间和个体内比较，为受控饲喂调整下胃肠道耐受性和微生物反应提供探索性框架。3.2 Fecal Consistency Across Dietary Transitions：基础期饲喂标准干草和颗粒料时，全部动物平均粪便稠度评分为1.79±1.98，随时间无显著变化；但个体间差异显著，Dromedary 1评分显著高于Dromedary 2、3和5，Dromedary 2和3显著低于Dromedary 4。秸秆补充阶段组水平四期比较无显著变化，但两因素ANOVA和Tukey事后比较显示明显个体差异：Dromedary 1在P2、P3和P4较P1显著升高，P3峰值达4.3±1.1；Dromedary 2在P3和P4较P1升高；Dromedary 4在P4较此前各期延迟升高；Dromedary 5在P4轻度升高；Dromedary 3持续低而稳定；动物与时期交互作用显著。高纤维颗粒料转换阶段组水平评分随时期显著变化，P2和P3较P1和P4升高；两因素ANOVA显示动物和时期效应强而交互不显著；Dromedary 1在P3和P4较基线显著升高，Dromedary 4在P4高于P1和P2，Dromedary 2仅P3与P4间略有差异，Dromedary 3和5无显著变化。3.3 Effect of Outdoor Temperature on Fecal Consistency：通过Pearson相关分析发现，两次日粮转换期间室外温度与粪便评分呈中至强正相关；秸秆阶段日最高温与评分相关（r=0.48–0.67，p<0.01），最低温相关较弱且不持续显著；颗粒料阶段最高温和最低温均与评分正相关，最低温相关性最强（r=0.63，p<0.01）；基础对照期未见显著相关。3.4 Microbial Diversity Dynamics Across Dietary Transition Phases：以observed ASVs（amplicon sequence variants，扩增子序列变体）衡量α多样性，发现其随动物和阶段变化。秸秆阶段多数单峰驼多样性稳定或略升，Dromedary 2、3和5在第42天出现峰值，Dromedary 1在第10天后下降，第63天各动物丰富度相近。颗粒料阶段多数动物α多样性下降，Dromedary 1和4最低，尤其第10天；第15天部分动物部分恢复，Dromedary 3在第15天峰值后第25天下降。对照期α多样性随时间与个体保持稳定，约800–1100 ASVs，个体内波动较小，提示无日粮干预时微生物生态系统较稳定。环境样本在秸秆阶段保持约700–1000 ASVs的中等丰富度；颗粒料阶段第10天环境多样性短暂下降，与个体粪便丰富度下降同步；对照期环境样本丰富度明显较高，第10天observed ASVs超过1500，提示无日粮应激时环境微生物库更复杂。3.5 Taxonomic Composition of the Fecal Microbiota：全部样本检出35个门、324个独特细菌科。秸秆阶段核心科包括Oscillospiraceae、Lachnospiraceae、Christensenellaceae、Rikenellaceae和UCG-010，合计约占每个动物微生物群的60%–70%；Oscillospiraceae在各单峰驼中从第0天约12%稳步升至第63天约22%，其他核心科相对稳定或仅轻微下降；Dromedary 3曾在第21天出现Prevotellaceae短暂升至约15%，但总体仍符合核心纤维降解菌维持模式。颗粒料阶段微生物群时间和个体波动更明显，Monoglobaceae、Clostridia vadinBB60 group和Methanocorpusculaceae在某些个体中相对丰度增加，Christensenellaceae和Lachnospiraceae短暂下降，变化在第10天和第15天最明显，并与粪便稠度变化同时出现，但因每个时间点缺乏重复未作正式统计比较。对照期各时间点和个体间组成较一致，Oscillospiraceae、Rikenellaceae、Christensenellaceae和UCG-010仍占优势；Methanobacteriaceae和Methanocorpusculaceae等古菌科低至中等丰度持续检出，提示产甲烷群体跨阶段持续存在。3.6 Functional Traits of the Fecal Microbiota：PICRUSt2预测共获得140个MetaCyc Level 2功能类别、代表440条代谢通路，前20类占预测功能谱70%以上；两次日粮转换中主导功能均为蛋白源氨基酸生物合成（15%–18%）、嘌呤和嘧啶核苷酸生物合成（约8%–12%）、维生素生物合成（约6%–8%）、糖代谢（约5%–7%）和细胞壁生物合成（约4%–6%）。秸秆阶段这些核心通路随时间和个体变化很小；颗粒料阶段前20类过程的相对排序和比例大体维持，仅脂肪酸生物合成或多糖降解等次要类别出现细微、非方向性变化，未形成明确功能转变；对照期同样以生物合成通路为主，支持粪便微生物群预测功能谱表观稳定。

讨论部分总结：该纵向初步评估提示日粮可能是骆驼肠道微生物组成和功能的重要调节因素。秸秆补充和高纤维颗粒料转换均引起中等但不同的粪便微生物群变化，其性质和幅度随具体日粮干预及宿主个体反应而异，与其他前肠发酵草食动物报道一致。高纤维颗粒料转换导致微生物多样性明显下降、Monoglobaceae和Clostridia vadinBB60 group增加、Lachnospiraceae和Christensenellaceae短暂下降，类似牛高谷物日粮引起的微生物重组；这些变化可能与颗粒料转换过程而非颗粒料组成本身有关，并伴随粪便评分显著变化，提示可测量的生理影响。秸秆补充仅引起轻微组成变化，粪便微生物群相对稳定且由Oscillospiraceae、Lachnospiraceae、Christensenellaceae和Rikenellaceae主导，类似家养反刍动物粗饲料日粮相关微生物谱，也与对照期组成大体一致。尽管两次转换均引起组成、多样性和功能变化，个体间差异突出，Dromedary 1和4反应较强而其他个体更耐受；Dromedary 1最年轻且受影响最大，年龄可能贡献个体差异，但样本量小和年龄分布不均限制正式评价，性别因仅1头雄性无法评价。尽管日粮转换期间微生物群变化，粪便微生物群在组成和功能指标上表现长期韧性，对照期多样性、分类谱和预测代谢通路稳定至基线，核苷酸、糖和维生素生物合成恢复稳定，提示无持续日粮或环境应激时单峰驼肠道微生物群趋于回到基线配置。颗粒料阶段预测通路出现短暂发酵、脂肪酸代谢和碳水化合物降解增加，随后恢复生物合成主导，提示动态但稳态的微生物适应。环境微生物对宿主日粮变化呈动态反应，两次转换期间环境多样性下降与粪便多样性下降平行，对照期环境样本丰富度明显更高，提示无日粮扰动时圈舍微生物库更复杂。研究还支持FTA卡用于大型草食动物粪便DNA保存的可行性和可靠性，阴性对照无微生物信号支持采样流程完整性。局限包括样本量小、无健康对照组、每个时间点缺乏真正生物学重复、年龄范围宽、寄生虫负荷和水合状态等健康协变量未系统量化、环境采样未充分表征传播、FTA卡未与?80°C金标准直接验证；未来需更大队列、重复实验设计和多组学整合验证。

研究结论部分翻译：该纵向病例系列提供初步证据，即提高圈养Camelus dromedarius日粮的总纤维负荷可影响后肠生态，但反应幅度和方向高度个体化。在常规干草日粮中引入秸秆仅产生轻微的、单峰驼特异性的粪便稠度和微生物丰富度变化，而以富含木质纤维素的颗粒料替代低纤维精料则引起更明显但短暂的粪便软化和α多样性收缩。尽管存在这些可见变化和微生物变化，由Oscillospiraceae、Rikenellaceae和Christensenellaceae主导的保守核心群落仍在每一阶段持续存在，预测功能仍以生物合成通路为主，表明单峰驼后肠微生物组具有功能冗余和韧性。环境温度与较软粪便呈持续正相关，提示在温带动物园条件下解释骆驼科动物日粮转换期间的消化结局时需考虑气候变量。即使分类群明显更替，也未出现明显菌群失调或关键代谢能力丧失，提示逐步纤维富集可能被骆驼肠道生态系统耐受，前提是分阶段实施并在个体动物水平监测。尽管为探索性研究，这些发现提示三项潜在饲养管理意义：纤维日粮干预可策略性用于管理复发性腹泻，但最佳配方可能因动物而异；常规粪便评分和定期微生物群监测可非侵入性早期发现适应不良；环境热负荷应纳入管理计划，尤其在调整日粮时。该初步研究受小队列、每个时间点无真正生物学重复以及依赖预测性而非宏基因组功能谱的限制，因此结果应视为探索性和假设生成性而非验证性。未来应采用重复、交叉设计并整合代谢组学读数，以更直接连接微生物变化与宿主生理。尽管如此，当前数据提供了离散高纤维饲喂策略如何调节单峰驼肠道的基线数据集，并为骆驼科动物保护和生产环境中的循证营养指南奠定基础。