发酵玉米胚芽粕调节肉鸡肠道炎症并影响肠道微生物演替

《Animal Nutrition》：Fermented corn germ meal modulates intestinal inflammation and influences gut microbial succession in broiler chickens

　　

本研究探讨了发酵玉米胚芽粕（FCGM）对肉鸡生长性能、炎症反应和肠道微生物群的影响。总共180只1日龄AA肉鸡（初始平均体重为39.16 ± 0.05 g）被随机分为三组：CON组（基础日粮）、CGM组（基础日粮添加7%玉米胚芽粕（CGM））、FCGM组（基础日粮添加7%FCGM）。每组含有6个重复，每个重复10只肉鸡。试验期持续42天。与未发酵的CGM相比，发酵显著提高了粗蛋白质（CP）、乳酸（LA）、乙酸（AA）和丙酸（PA）的含量（P < 0.05），同时降低了粗纤维（CF）含量（P = 0.036）。FCGM对肉鸡生长性能无显著影响（P > 0.05），但显著提高了第21天和第42天盲肠中AA的含量（P < 0.05）。此外，FCGM调节了盲肠组织中G蛋白偶联受体（GPCRs）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路的表达，在第42天下调了ERK和p38的相对mRNA表达，并通过在第21天上调抗炎细胞因子IL-10的相对mRNA表达改变了炎症状态（P < 0.05）。另外，FCGM稳定了回肠和盲肠微生物群的演替。其中，厚壁菌门和乳杆菌属是优势菌群，其丰度随时间表现出显著变化。回肠微生物群组装以随机过程为主，而盲肠微生物群受确定性和随机性过程双重影响。这些发现表明，FCGM通过代谢物-受体-微生物群轴改善肉鸡肠道健康，为无抗家禽生产提供了一种可行的营养策略。

**研究背景与目的**

家禽肠道微生物群的多样性和时空动态受年龄、基因型、饲养管理及日粮营养等多种因素影响。肠道微生物不仅参与饲料消化和营养吸收，还通过产生短链脂肪酸（SCFAs）等代谢副产物影响宿主能量获取与健康。然而，饲料成分、纤维含量、蛋白质等因素可能导致肠道菌群失调，进而诱发炎症反应。短链脂肪酸（包括乙酸（AA）、丙酸（PA）和丁酸（BA））是肠道微生物发酵的主要终产物，通过结合宿主细胞表面的G蛋白偶联受体（如GPR41、GPR43、GPR109A）并激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）等信号通路，参与炎症调节和肠道屏障维护。为解决抗生素使用带来的问题，发酵饲料作为替代策略受到关注。玉米胚芽粕（CGM）是玉米胚榨油副产品，富含纤维和可发酵底物，发酵过程可提高其营养生物利用度及SCFAs浓度。本研究旨在探讨发酵玉米胚芽粕（FCGM）对肉鸡肠道微生物群落演替模式、SCFAs含量、G蛋白偶联受体（GPCRs）表达及炎症标志物表达的影响，假设FCGM可通过增加有益SCFAs产量、调节SCFA受体表达，促进健康肠道菌群，改善肉鸡肠道健康，为无抗家禽生产提供新见解。

**研究人员开展的研究与结论**

研究人员采用180只1日龄AA肉鸡，随机分为三组：基础日粮组（CON）、添加7%未发酵CGM组（CGM）、添加7%FCGM组（FCGM），试验期42天。通过测定营养成分、有机酸含量、盲肠SCFAs、基因表达（实时荧光定量PCR）及肠道微生物16S rRNA基因测序等方法，系统评估了FCGM对肉鸡生长性能、肠道炎症及微生物群的影响。结论：FCGM虽未显著改善生长性能，但提高了盲肠中AA和PA含量，上调了GPR41表达，下调了MAPK通路中ERK和p38的表达，上调了抗炎因子IL-10表达，并稳定了回肠和盲肠微生物群演替，表明FCGM通过代谢物-受体-微生物轴改善肠道健康，为无抗家禽生产提供了可行营养策略。该论文发表在《Animal Nutrition》。

**关键技术与方法**

1. **发酵饲料制备**：使用库氏毕赤酵母（Pichia kudriavzevii B43）、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum LP17-1）、地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis BL15-4）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis BS15-3）混合发酵，并添加纤维素酶和酸性蛋白酶，于37°C发酵48小时，干燥后备用（菌株来源：国家粮食和物资储备局科学研究院及北京斯美斯特科技发展有限公司）。
2. **动物试验设计**：180只1日龄AA肉鸡（初始体重39.16±0.05 g，购自北京华都峪口禽业有限公司）随机分为CON、CGM、FCGM三组，每组6个重复，每个重复10只，试验期42天，采集第1、7、21、42天回肠和盲肠内容物及盲肠组织。
3. **营养成分与有机酸测定**：采用凯氏定氮法测CP，自动纤维分析仪测CF，高效液相色谱（HPLC）测乳酸（LA）及SCFAs（AA、PA、BA）。
4. **基因表达分析**：提取盲肠组织总RNA，反转录后通过实时荧光定量PCR检测GPCRs（GPR109A、GPR43、GPR41）、组蛋白去乙酰化酶（HDAC）、MAPK通路基因（ERK、JNK、p38）、核因子κB（NF-κB）及炎症因子（IL-1β、IL-6、IL-10），以β-肌动蛋白为内参，采用2^-ΔΔCt法计算相对mRNA表达。
5. **肠道微生物分析**：提取回肠和盲肠内容物总DNA，扩增16S rRNA基因V3-V4高变区，通过Illumina NextSeq 2000平台测序，经质控、聚类为操作分类单元（OTUs），进行α多样性（香农指数）、β多样性（主坐标分析，PCoA）及物种组成分析，并利用PICRUSt2预测功能，通过生态模型（βNTI和RC_Bray）评估群落组装机制。

**研究结果**

**3.1 发酵前后CGM营养成分和有机酸含量的变化**：相比CGM，FCGM的CP、LA、AA和PA含量显著升高，CF含量显著降低（P < 0.05）。

**3.2 生长性能**：各阶段及全期，各组肉鸡的ADG、ADFI和FCR无显著差异（P > 0.05）。

**3.3 盲肠内容物乳酸和SCFAs含量**：第21天，FCGM组AA和PA含量显著高于CON组（P < 0.05）；第42天，FCGM和CGM组AA和LA含量显著高于CON组（P < 0.05）。

**3.4 盲肠中GPCRs和HDAC的表达**：第21和42天，各组GPR43、GPR109A和HDAC相对mRNA表达无差异（P > 0.05）；第42天，CGM和FCGM组GPR41相对mRNA表达显著高于CON组（P < 0.05）。

**3.5 盲肠中MAPK信号通路的表达**：第21天，各组ERK、JNK和p38表达无差异；第42天，FCGM组ERK和p38相对mRNA表达显著低于CGM组（P < 0.05）。

**3.6 盲肠中炎症因子的表达**：第21天，FCGM组IL-10相对mRNA表达显著高于CON组（P < 0.05）；第42天，各组NF-κB、IL-1β、IL-6、IL-10表达无显著差异。

**3.7 盲肠SCFAs与基因的相关性**：AA含量与GPR41表达正相关（P < 0.05），与ERK、IL-6、IL-10表达负相关；PA含量与GPR41和GPR43表达正相关，与ERK和IL-6表达负相关。

**3.8 肉鸡肠道微生物的α和β多样性**：回肠香农指数在第1天最高后下降，第7天最低；FCGM组香农指数自第7天上升并维持稳定。盲肠香农指数FCGM组随时间逐渐升高，第42天达最高。β多样性（PCoA）显示各组肠道菌群随时间显著变化，FCGM组时间相关指数略高。

**3.9 肉鸡肠道微生物物种组成**：门水平，第1天回肠以变形菌门为主，后变为厚壁菌门；盲肠始终以厚壁菌门为主。属水平，回肠中乳杆菌属在CON组自第7天起占优，CGM和FCGM组第7天以肠球菌属为主，后转为乳杆菌属。盲肠中乳杆菌属占优，其次是巴恩斯氏菌属。

**3.10 回肠和盲肠主要门和属相对丰度的变化**：厚壁菌门相对丰度在回肠和盲肠中均在第7天达峰值。FCGM组厚壁菌门丰度下降幅度最小。乳杆菌属在回肠中第21天达峰值后下降；在盲肠中随时间整体下降。

**3.11 肉鸡肠道微生物群落结构分析**：生态模型显示，回肠微生物组装以生态漂变（随机过程）为主。盲肠微生物在第1天以生态漂变为主，第7天后转向异质选择和扩散限制等确定性过程。FCGM组在第42天以异质选择为主，而CON和CGM组以扩散限制为主。

**讨论与结论**

讨论部分指出，发酵过程提高了CGM的CP、LA和PA含量，降低CF，但未显著改善生长性能，可能因营养需求已满足时，发酵饲料益处更多体现在维持代谢稳态和肠道健康。关键发现是FCGM升高了盲肠AA和PA，并上调GPR41表达，增强肠道感知代谢物和能量获取能力。FCGM在第42天显著下调MAPK通路中ERK和p38表达，抑制促炎信号，可能与SCFAs水平升高有关，有助于形成盲肠抗炎微环境。FCGM稳定了肠道微生物动态演替，维持了厚壁菌门主导的群落，并促进瘤胃球菌属和梭菌属等有益发酵菌。生态模型显示，回肠微生物组主要受随机过程驱动，盲肠则随日龄增长转向确定性选择，FCGM优化了这一确定性过程，选择出能产生SCFAs并竞争排斥病原菌的稳定菌群。

结论：综上所述，FCGM作为一种功能性饲料原料，通过代谢物-受体-微生物轴改善肉鸡肠道健康。通过提供发酵底物，FCGM增强SCFAs产生，激活GPR41并抑制炎症性MAPK信号（ERK/p38 ）。同时，它稳定了肠道微生物群演替，促进以厚壁菌门为主的成熟群落。这些机制共同改善了局部肠道健康，为无抗家禽生产提供了可行的营养策略。