包被甘露醇对苏尼特羊瘤胃和粪便微生物组及免疫-抗氧化功能的调控：与未包被甘露醇的比较

《Food Science & Nutrition》：Effects of Mannitol on Rumen and Fecal Microbiome, Immune Function, and Antioxidant Capacity of Sunit Sheep

　　

该研究评价了日粮添加未包被甘露醇（uncoated mannitol, UM）或包被甘露醇（coated mannitol, CM）对苏尼特羊生长性能、瘤胃发酵、瘤胃/粪便微生物群落以及血清免疫和抗氧化指标的影响。研究人员将24只健康7–8月龄雄性苏尼特羊（28.84 ± 7.08 kg）随机分为三组（每组n=8）：对照组（CON；不含甘露醇的玉米粉）、未包被甘露醇组（UM；玉米粉+2 g/kg未包被甘露醇）和包被甘露醇组（CM；玉米粉+2.6 g/kg包被甘露醇）。经过7 d日粮适应期后，所有羊只饲喂统一的全混合日粮（total mixed ration, TMR），正式试验期14 d。结果表明，未包被或包被甘露醇添加均未显著影响平均日增重（average daily gain, ADG）（p>0.05）。然而，两种处理均改善了胃肠道微生物结构并改变了瘤胃发酵，表现为瘤胃pH升高和短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）浓度降低（p<0.05）。在血清生化方面，UM组总蛋白（total protein, TP）、白蛋白（albumin, ALB）和肌酐（creatinine, CREA）水平较高，尿素（urea, UREA）水平较低（p<0.05）；CM组TP和ALB较高，UREA较低（p<0.05）。此外，CM组白细胞介素-4（interleukin-4, IL-4）、免疫球蛋白A（immunoglobulin A, IgA）、补体C3（complement C3, C3）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase, SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase, GSH-Px）水平升高，肿瘤坏死因子-β（tumor necrosis factor-β, TNF-β）、干扰素-γ（interferon-γ, IFN-γ）和丙二醛（malondialdehyde, MDA）水平降低（p<0.05）。相关性分析显示，血清TP与粪便norank_o__Gastranaerophilales丰度呈强负相关（p<0.01），IL-4与瘤胃Christensenellaceae_R-7_group丰度呈负相关（p<0.05）。总之，两种甘露醇形式均重塑了瘤胃和肠道微生物结构并改善了血清指标，其中包被甘露醇与免疫和抗氧化指标改善的一致性更高。

研究背景与目的：益生元可调节胃肠道微生物群结构、增强免疫功能并改善脂质代谢，在反刍动物研究和生产中具有应用价值。常规养殖中抗生素虽可防病和促生长，但长期不合理应用会破坏瘤胃和肠道微生物平衡、诱导耐药、降低营养吸收并造成畜产品残留。甘露醇是天然六元醇，被认为具有减抗潜力；其作为吸收不良的碳水化合物衍生物，大部分进入大肠并被肠道微生物发酵为短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA），在单胃动物中已显示益生元功能。然而，未包被甘露醇易被瘤胃微生物降解，限制其向后肠递送，且不同羊品种的胃肠道微生物组成和营养代谢存在差异。基于此，研究人员比较未包被与包被甘露醇对苏尼特羊瘤胃/粪便微生物群、血清生化、免疫和抗氧化指标的影响，假设包被甘露醇可通过抵抗瘤胃降解而表现更强的后肠益生元潜力，为反刍动物健康饲养提供初步参考。

研究设计与主要结论及意义：研究人员选用24只健康7–8月龄雄性苏尼特羊，随机分为CON、UM和CM三组，经7 d适应后正式试验14 d，统一饲喂全混合日粮（total mixed ration, TMR）。结果显示，两种甘露醇均未显著影响平均日增重（average daily gain, ADG）；但二者改善了胃肠道微生物结构并改变瘤胃发酵，表现为瘤胃pH升高及SCFA浓度降低；血清TP、ALB升高和UREA降低，CM还提高IL-4、IgA、C3、SOD和GSH-Px并降低TNF-β、IFN-γ和MDA。研究表明，两种甘露醇形式均可重塑瘤胃和肠道微生物结构并改善血清指标，包被甘露醇在免疫和抗氧化指标改善上更一致，提示包被处理可能提高甘露醇作为羊饲料添加剂的生物学性能。

关键技术方法（不超过250字）：研究在内蒙古锡林郭勒盟苏尼特右旗赛汉塔拉镇郑北牧场开展，选用24只健康7–8月龄雄性苏尼特羊（28.84 ± 7.08 kg），随机分为CON、UM（2 g/kg未包被甘露醇）和CM（2.6 g/kg包被甘露醇产品，含2 g/kg有效甘露醇和0.6 g/kg包被材料）三组（n=8/组），经7 d适应后正式试验14 d，统一饲喂TMR。测定体重和ADG；采集瘤胃液测pH、NH₃–N和SCFA，采集瘤胃液和粪便进行16S rRNA基因V3–V4区扩增子测序及生物信息学分析；采集血清用生化分析仪、酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA）和比色法测定生化、免疫和抗氧化指标；采用Spearman秩相关分析微生物与指标关系，并进行方差分析及多重比较。

研究结果：3.1 对苏尼特羊生长性能的影响：通过试验期体重和ADG测定，UM和CM对ADG、初始和终末体重均无显著影响（p>0.05）。3.2 对瘤胃发酵参数的影响：通过瘤胃液pH、NH₃–N和SCFA测定，UM和CM较CON显著提高pH，显著降低NH₃–N、乙酸、丙酸、丁酸和总SCFA（p<0.05），UM与CM间无显著差异。3.3 对瘤胃和粪便微生物多样性的影响：通过α多样性和基于Unweighted UniFrac的主坐标分析（principal coordinate analysis, PCoA），UM在瘤胃和粪便微生物丰富度及多样性上与CON无显著差异；CM仅瘤胃Sobs指数与CON显著不同；瘤胃处理组群落与CON明显分离，UM和CM均显著改变粪便群落结构。3.4 对瘤胃微生物群落的影响：通过16S rRNA组成、Kruskal–Wallis检验和线性判别分析效应量（linear discriminant analysis effect size, LEfSe），共鉴定28个门和362个属；Bacteroidota最丰富，Firmicutes次之，Prevotella最多；UM和CM较CON显著提高Bacteroidota、降低Firmicutes；CM显著降低NK4A214_group、norank_f__Eubacterium_coprostanoligenes_group、Christensenellaceae_R-7_group、Papillibacter、Saccharofermentans和unclassified_f__Lachnospiraceae；LEfSe显示CON富集Quinella等，UM富集norank_f__Muribaculaceae等，CM富集Succinivibrio、Succinimonas和CAG-352。3.5 对粪便微生物群落的影响：通过粪便16S rRNA组成、Kruskal–Wallis检验和LEfSe，共鉴定18个门和312个属；Firmicutes最多，Bacteroidota次之，unclassified_f__Lachnospiraceae最丰富；UM和CM较CON显著降低Cyanobacteria；UM显著降低norank_o__Gastranaerophilales和norank_f__p-251-o5、提高unclassified_f__Lachnospiraceae；CM显著降低norank_f__Marinifilaceae、unclassified_f__Oscillospiraceae和unclassified_f__Hungateiclostridiaceae、提高unclassified_f__Lachnospiraceae；LEfSe显示CON富集unclassified_f__Oscillospiraceae等，UM富集norank_o__Bacteroidales等，CM富集unclassified_f__Lachnospiraceae、norank_f__F082、Saccharofermentans、Prevotella、hoa5-07d05_gut_group和Howardella。3.6 对血清生化指标的影响：通过自动生化分析，UM较CON显著提高TP、ALB、CREA、天冬氨酸氨基转移酶（aspartate aminotransferase, AST）并降低UREA；CM显著提高TP、ALB、AST并降低UREA；总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、葡萄糖、碱性磷酸酶、胆碱酯酶、γ-谷氨酰转移酶、唾液酸、丙氨酸氨基转移酶和肌酸激酶无显著变化。3.7 对免疫指标的影响：通过ELISA，UM与CON无显著差异；CM较CON显著提高IL-4、IgA、C3，降低TNF-β、IFN-γ、白细胞介素-22（interleukin-22, IL-22）；UM较CM的TNF-β、IFN-γ、IL-22更高，IL-4、IgA、C3更低。3.8 对氧化还原指标的影响：通过比色法，UM较CON显著提高诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase, iNOS）、降低组成型一氧化氮合酶（constitutive nitric oxide synthase, cNOS）；CM显著提高SOD、GSH-Px并降低MDA；UM较CM的SOD、GSH-Px、一氧化氮和cNOS更低，MDA更高。3.9 瘤胃菌与瘤胃发酵及瘤胃/粪便菌与血清指标的相关性：通过Spearman相关分析，Quinella与乙酸、丁酸和总SCFA正相关；unclassified_f__Lachnospiraceae与NH₃–N正相关；Saccharofermentans与NH₃–N、乙酸、丁酸和总SCFA正相关；Papillibacter与乙酸、丙酸、丁酸和总SCFA正相关；NK4A214_group与丁酸正相关；norank_f__Eubacterium_coprostanoligenes_group与乙酸、总SCFA和白细胞介素-6正相关；Christensenellaceae_R-7_group与IgG和IL-4负相关；粪便norank_f__p-251-o5与总胆固醇负相关；norank_o__Gastranaerophilales与TP负相关、与UREA正相关。

讨论部分总结：原文指出，日粮甘露醇虽可调节瘤胃微生物和发酵，但本试验剂量和周期下不足以改善生长性能。两种甘露醇均提高瘤胃pH、降低NH₃–N和SCFA，原文将其与甘露醇抑制产酸菌、促进非产酸有益菌以及增强微生物捕获NH₃–N等联系起来；包被甘露醇因缓释而调控更持久。瘤胃中Bacteroidota升高、Firmicutes降低，CM降低Christensenellaceae_R-7_group等；LEfSe标志菌提示UM改善脂质、碳水和氮代谢，CM促进多糖降解菌。粪便群落结构被重塑，UM可能增强氮利用，CM可能增强碳水代谢并调节脂质代谢和纤维消化。血清TP、ALB升高和UREA降低提示蛋白质利用改善，AST升高被解释为肝代谢活跃而非损伤；UM的CREA升高证据有限。CM提高IL-4、IgA、C3并降低TNF-β、IFN-γ、IL-22，原文认为其通过下调促炎因子和增加免疫活性物质改善免疫；IL-4与Christensenellaceae_R-7_group负相关仍需验证。CM提高SOD、GSH-Px并降低MDA，显示抗氧化改善；UM对iNOS/cNOS的影响不支持其抗氧化益处。总体上，这些差异与未包被甘露醇易被瘤胃降解、包被可增加后肠递送有关。

研究结论翻译：总之，在本研究实验条件下，日粮添加未包被或包被甘露醇对羊生长性能均无显著影响。两种甘露醇处理似乎均优化了宿主营养代谢，可能通过抑制潜在致病菌并调节瘤胃和肠道微生物群实现。此外，两种制剂存在功能差异：在免疫功能和抗氧化能力方面，低剂量包被甘露醇（2 g/kg）表现出有利生物活性，而等剂量未包被甘露醇作用有限。该结果与研究人员前期工作形成对比，即在蒙古羊中需要更高剂量（10 g/kg）未包被甘露醇才能获得免疫-抗氧化益处。因此，包被甘露醇在增强羊免疫和抗氧化能力方面具有潜力。综合而言，这些结果提示包被处理可能改善甘露醇作为羊饲料添加剂的生物学性能。尽管如此，本研究存在若干局限：每组动物数较少可能削弱统计可靠性，单一剂量设置和短期饲喂未能阐明剂量依赖效应和长期调控机制，且仅使用雄性羊限制结果普适性。研究人员实验室正在进行多剂量梯度、更长饲喂周期及雌雄兼有的系统试验，以巩固和拓展现有发现。