《Veterinary Research》：From predisposition to recovery: field evidence of interactions between the gut microbiota and Brachyspira hyodysenteriae infection
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本文是一篇来自西班牙两处地方性感染农场的原创性研究论文。文章通过鸟枪法宏基因组测序，纵向追踪了猪痢疾（Swine Dysentery， SD）患病猪与健康猪在发病前、临床发病期及康复后的粪便菌群动态变化。研究发现，微生物组的多样性、特定菌群（如Treponema rectale， Prevotella spp.）的丰度与宿主对SD的易感性显著相关；临床期则出现以病原体Brachyspira hyodysenteriae及关联菌群（如Acetivibrio ethanolgignens）丰度激增、菌群功能和代谢通路（如荚膜多糖转录、TCA循环、丁酸盐代谢）显著改变为特征的深刻失调；而在抗生素治疗和康复后，菌群结构能够恢复到与健康对照相似的状态，表明其变化并非永久性。该研究为理解肠道微生物组在SD这一重要猪肠道疾病中的调控作用、疾病进程及恢复机制提供了重要的现场证据。
材料与方法
本研究在西班牙两个存在猪痢疾（Swine Dysentery， SD）地方性感染的养猪场（农场A和农场B）开展。研究确认SD的主要病原体为猪痢疾短螺旋体（Brachyspira hyodysenteriae）。研究人员对两批猪群进行了长达6个月的监测，共进行四次采样，从13头患病猪和13头健康对照猪中收集了102份粪便样本。通过鸟枪法宏基因组测序技术，对粪便微生物组进行物种组成和功能潜能分析。分析采用一系列生物信息学和统计学方法，包括Alpha和Beta多样性分析、线性模型差异丰度分析（LinDA）、核心微生物组的Dirichlet多项混合模型（DMM）以及偏最小二乘判别分析（PLS-DA）等，以探究微生物组在疾病不同阶段的变化。
结果
易感猪的微生物组特征
在疾病发生前，与最终保持健康的抵抗猪相比，后来发病的易感猪其肠道微生物组的物种多样性（Shannon指数和Simpson指数）显著较低。具体而言，易感猪粪便中Treponema rectale、Prevotellasp. P5–92、Prevotellasp. P3–92、RuminiclostridiumE等菌种的丰度显著下降。此外，不同农场的微生物组基线存在差异。例如，在农场B，易感猪在发病前Roseburiasp. 499丰度更低，而Eubacterium coprostanoligenes丰度更高。
临床发病期的微生物组剧烈变化
当猪出现临床SD症状（粘液出血性腹泻）时，其肠道微生物组在物种组成和功能层面上均发生显著改变。与同期的健康猪相比，患病猪粪便中不仅B. hyodysenteriae的丰度如预期般大幅增加，其他几种细菌如Dysosmobactersp. BX15、Acetivibrio ethanolgignens和Mucispirillumsp. 910586745的丰度也显著上升。同时，Inconstantimicrobium porci和Prevotellasp. P3–92的丰度则下降。
功能分析显示，与患病相关的功能增强，包括Bacteroides荚膜多糖转录抗终止蛋白、蝶呤氨甲酰脱水酶（pterin carbinolamine dehydratase）和辅酶PQQ合成等。而尿素分解、牛磺酸利用、渗透调节周质葡聚糖合成等功能则减弱。相关性网络分析进一步揭示了临床期微生物组的相互作用模式：与患病相关的菌群形成一个功能簇，其与三羧酸循环（TCA）、呼吸作用等功能正相关，而与实验性硫胺素单磷酸代谢（experimental ThMP RZ）、异化亚硝酸盐还原等功能负相关。值得注意的是，B. hyodysenteriae与Roseburia inulinivorans呈正相关，后者是一种能利用粘蛋白释放的岩藻糖的丁酸盐生产者。
康复后的微生物组恢复
在猪接受林可霉素（lincomycin）治疗并临床康复后，研究人员在康复后即刻及后续最终采样点评估了其微生物组。结果显示，尽管在康复后即刻采样中，康复猪的微生物组物种多样性和均匀度有降低趋势，功能丰富度有增加趋势（可能与抗生素治疗的短期影响有关），但到了研究最终采样点时，患病康复猪与从未患病健康猪的微生物组在Alpha和Beta多样性上已无显著差异。与发病前的自身样本相比，康复猪的微生物组也未表现出持续的、显著的差异，仅观察到Treponema Dsp. 018385315等个别菌种丰度的变化。总体而言，微生物组组成在治疗后得到了恢复。
讨论
本研究通过现场纵向监测，深入揭示了肠道微生物组在SD自然发生过程中的动态角色。研究证实，一个多样性较低、缺乏特定有益菌（如Treponema和Prevotella）的微生物组背景，可能增加宿主对B. hyodysenteriae感染的易感性。在临床发病期，微生物组经历了深刻的生态失调和功能重塑，包括兼性厌氧菌和特定代谢通路（如荚膜合成、TCA循环）的上调，以及尿素循环、氮代谢等相关功能的下调。这些变化与肠道炎症、氧化应激环境以及粘蛋白大量降解（释放岩藻糖等）的病理状态相适应，共同促进了疾病的临床表现。
特别有趣的是，研究观察到了病原体B. hyodysenteriae与包括A. ethanolgignens在内的其他细菌的协同增长，以及病原体与丁酸盐生产者R. inulinivorans的正相关，这可能得益于疾病状态下粘蛋白源性营养物质的富集。此外，功能关联提示了琥珀酸积累、一氧化氮代谢改变等可能加剧结肠炎症的机制。
最后，研究的一个重要发现是，在实施抗生素治疗后，由SD感染引起的微生物组剧烈扰动并未导致长期、不可逆的改变。微生物组表现出较强的恢复力，能够在康复后重建其结构和功能，恢复到与健康个体相似的状态。这为SD的临床管理和预后评估提供了微生物学依据。
综上所述，这项现场研究从易感性、急性发病到康复的全病程角度，系统地阐述了肠道微生物组与B. hyodysenteriae感染之间复杂的相互作用，强调了微生物组在决定疾病结局中的关键作用，并揭示了其动态变化和恢复潜力。
