《Journal of Animal Science and Biotechnology》：Differential effects of dietary protein sources on nitrogen metabolism and ileal microbiota in pigs correlated with amino acid release rates
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摘要背景：日粮蛋白质来源是影响宿主氮代谢和肠道微生物群的主要因素之一。然而，常规日粮配方主要关注整体营养水平，忽视了不同蛋白质来源间氨基酸释放速率的差异。本研究探讨了不同蛋白质来源对育肥猪氮代谢和肠道微生物群的影响。方法：以玉米-豆粕日粮为对照组（SBM）。用
摘要背景：日粮蛋白质来源是影响宿主氮代谢和肠道微生物群的主要因素之一。然而，常规日粮配方主要关注整体营养水平，忽视了不同蛋白质来源间氨基酸释放速率的差异。本研究探讨了不同蛋白质来源对育肥猪氮代谢和肠道微生物群的影响。方法：以玉米-豆粕日粮为对照组（SBM）。用鱼粉和菜籽粕等氮替代50%的豆粕，配制FM和RPM日粮。将24头育肥猪（DLY；53.40±2.53 kg）单独饲养于代谢笼中，随机分为三组（n=8），饲喂8周。结果：三种日粮对育肥猪生长性能无显著影响。与SBM和FM相比，RPM日粮显著增加了粪氮，但降低了尿氮、血尿素氮（BUN）和血氨（BA）水平，降低了小肠食糜和血浆中的游离氨基酸（FAA），下调了氨基酸转运体（amino acid transporters）的表达，并表现出更慢的体外氨基酸释放，综合表明进入小肠腔的氨基酸释放减少，进而进入循环的氨基酸也减少。此外，与SBM和FM组相比，RPM组回肠微生物多样性增加，表现为链球菌（Streptococcus）和葡萄球菌（Staphylococcus）相对丰度降低，乳酸菌（Lactobacillus）和Turicibacter相对丰度升高。另外，RPM组微生物细胞氨基酸（microbial cell amino acids）和微生物细胞蛋白（MCP）浓度显著降低。相关性分析显示，氨基酸释放速率与粪氮、乳酸菌和Turicibacter的相对丰度呈负相关，而与尿氮、血尿素氮、链球菌和葡萄球菌相对丰度、微生物细胞蛋白及总微生物细胞氨基酸含量呈正相关。结论：日粮蛋白质来源改变了宿主氮代谢并重塑了回肠微生物群，氨基酸释放速率似乎是这些变化的关键关联因素。
**论文解读：日粮蛋白质来源通过氨基酸释放速率调控猪氮代谢与回肠微生物群**
**研究背景与目的**
日粮蛋白质来源是影响宿主氮代谢和肠道微生物生态的关键因素之一。传统日粮配方通常仅关注整体营养水平（如粗蛋白含量和氨基酸平衡），却忽视了不同蛋白质来源在消化动力学上的本质差异，尤其是氨基酸释放速率（amino acid release rate）。这一动态特征可能改变肠道内营养物质的供应节奏，进而影响宿主和微生物对氮素的吸收与利用。目前，多数研究聚焦于不同蛋白质来源日粮对宿主和微生物的静态效应，而关于蛋白质来源如何通过消化速率差异（特别是氨基酸释放速率）同步调节宿主氮代谢和肠道微生物群生态的机制尚不明确。为此，研究人员以育肥猪为模型，比较了三种常见蛋白质来源（豆粕SBM、鱼粉FM和菜籽粕RPM）对氮代谢、回肠微生物组成及微生物氮利用的影响，并首次将其与体外氨基酸释放速率进行关联分析。该研究旨在揭示蛋白质营养的动力学调控机制，为优化蛋白质资源利用和改善肠道微生态提供理论依据。论文发表在《Journal of Animal Science and Biotechnology》。
**关键技术与方法**
（1）动物试验与样本队列：选用24头健康杂交育肥公猪（杜洛克×长白×约克夏，DLY；初始体重53.40±2.53 kg），来源于中国江苏省镇江市绿洲育种企业。每头猪单独饲养于代谢笼中，随机分为三组（n=8），分别饲喂SBM、FM和RPM三种等氮等能日粮，试验期56天。于第50–53天进行氮平衡试验，收集粪便和尿液；第56天采集血液、小肠食糜及回肠黏膜组织。
（2）体外模拟消化试验：将三种日粮粉碎后，依次进行胃消化（含胃蛋白酶，pH 3.5，39°C，2小时）和小肠消化（含胰酶，pH 6.8，39°C，6小时），在不同时间点取样测定累积释放的葡萄糖和总氨基酸（TAA）含量，计算释放速率。
（3）微生物群落分析：提取回肠食糜总DNA，扩增16S rRNA基因V3-V4区，在Illumina Novaseq 6000平台进行双端测序，利用QIIME2进行ASV（扩增子序列变异）分类和α/β多样性分析，依据SILVA数据库（138.1版）进行物种注释。
（4）生化与分子检测：采用高效液相色谱（HPLC）测定血浆和食糜中游离氨基酸（FAA），使用qPCR（实时定量PCR）检测回肠和空肠黏膜中氨基酸转运体（如PEPT1、CAT1、EAAC1、y+LAT1）的mRNA表达水平，通过气相色谱测定短链脂肪酸（SCFA），采用考马斯亮蓝法测定微生物细胞蛋白（MCP）。
**研究结果**
*生长性能、血浆生化及氮平衡*
三种日粮对育肥猪的末体重（FBW）、平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）和料重比（F/G）均无显著影响（P>0.05）。在血浆生化方面，与SBM和FM组相比，RPM组血尿素氮（BUN）和血氨（BA）水平显著降低，而白蛋白（ALB）显著升高（P<0.05）。氮平衡试验显示，RPM组粪氮含量显著高于SBM和FM组（P<0.05），尿氮含量有降低趋势（P=0.079），但氮保留、氮排泄及表观氮利用率在三组间无显著差异（P>0.05）。
*回肠微生物多样性、组成、代谢物及微生物氮*
α多样性指数表明，RPM组的ACE和Chao1指数显著高于SBM和FM组，同时Shannon和Simpson指数在FM和RPM组中显著高于SBM组（P<0.05）。主坐标分析（PCoA）显示三组间回肠微生物群落结构存在显著分离（P<0.05）。在门水平，厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门；在属水平，链球菌（Streptococcus）和乳酸菌（Lactobacillus）为优势菌属。与SBM和FM组相比，RPM组链球菌和葡萄球菌（Staphylococcus）相对丰度显著降低，而乳酸菌和Turicibacter相对丰度显著升高（P<0.05）。此外，FM和RPM组回肠中乙酸、丁酸及总短链脂肪酸（SCFA）浓度显著高于SBM组（P<0.05）。RPM组微生物细胞氨基酸总含量和MCP浓度显著低于SBM和FM组（P<0.05）。
*小肠食糜和血浆游离氨基酸及黏膜氨基酸转运体表达*
与SBM和FM组相比，RPM组空肠食糜中赖氨酸（Lys）和蛋氨酸（Met）水平降低，回肠食糜中Met、苯丙氨酸（Phe）、组氨酸（His）、精氨酸（Arg）和酪氨酸（Tyr）水平降低，血浆中缬氨酸（Val）、亮氨酸（Leu）和异亮氨酸（Ile）水平降低（P<0.05）。基因表达方面，RPM组空肠中PEPT1和回肠中CAT1的mRNA表达显著低于SBM和FM组；与SBM组相比，FM和RPM组空肠中EAAC1和回肠中y+LAT1表达也显著降低（P<0.05）。另外，RPM组盲肠食糜总氮含量显著高于SBM和FM组（P<0.05），表明更多氮素进入大肠。
*体外消化中葡萄糖和氨基酸的释放速率*
在胃消化和小肠消化阶段，三种日粮的葡萄糖释放速率均无显著差异。但胃消化60–120分钟期间及小肠消化0–30分钟和0–60分钟期间，SBM和FM日粮的总氨基酸释放速率显著高于RPM日粮（P<0.05），表明RPM日粮氨基酸释放更慢。
*氨基酸释放速率与宿主氮代谢、微生物丰度及微生物氮利用的相关性*
基于组均值的皮尔逊相关分析显示：氨基酸释放速率与尿氮（r=0.897）和血尿素氮（r=0.676）呈正相关趋势，与粪氮（r=?0.842）呈负相关趋势；与链球菌（r=0.973）和葡萄球菌（r=0.971）相对丰度、MCP（r=0.753）及总微生物细胞氨基酸含量（r=0.824）呈正相关趋势；与乳酸菌（r=?0.934）和Turicibacter（r=?0.906）相对丰度呈负相关趋势。
**总结与结论**
讨论部分指出，不同蛋白质来源的氨基酸释放速率差异是影响宿主氮代谢和肠道微生物群组成的关键动力学因素。快速释放的氨基酸（如SBM和FM）虽未显著促进生长，但导致更多氨基酸进入循环并被肝脏脱氨基处理，增加尿氮和血尿素氮；而慢速释放的RPM日粮则使氮更多随粪便排出，减少小肠氮负荷，并促进乳酸菌等有益菌增殖、抑制链球菌等潜在病原菌。相关性分析进一步支持氨基酸释放速率与宿主氮流向和微生物群落结构的密切关联。研究结论如下：该研究表明，不同蛋白质来源的日粮具有不同的氨基酸释放速率，从而改变宿主氮代谢和肠道微生物群。与SBM日粮相比，表现出慢速氨基酸释放的RPM日粮导致较高的粪氮和较低的尿氮，降低了回肠中链球菌等潜在病原菌丰度，增加了乳酸菌等潜在有益菌丰度。相关性分析显示，日粮氨基酸释放速率与粪氮呈负相关，与尿氮呈正相关，与链球菌丰度呈正相关，与乳酸菌丰度呈负相关，提示日粮氨基酸释放速率对蛋白质营养具有重要贡献。这些发现为合理利用蛋白质来源以改善氮利用和肠道微生态提供了理论基础。
