野生与圈养黑帽卷尾猴（Sapajus nigritus）的肠道微生物组组成

《Microbiology Research》：Gut Microbiome Composition of Wild and Captive Black Capuchin Monkeys (Sapajus nigritus)

　　

肠道微生物组在宿主生理中发挥关键作用，并受到包括环境条件在内的多种因素影响。然而，宿主环境对新热带灵长类动物肠道微生物群的影响仍知之甚少。本研究利用16S rRNA基因测序技术，比较了巴西南部野生与圈养黑帽卷尾猴（Sapajus nigritus）的肠道微生物组。研究人员采用多元分析、DESeq2、随机森林（Random Forest）和PICRUSt2评估了微生物多样性、群落结构、差异分类丰度及预测功能潜力。宿主环境与肠道细菌群落组成显著相关（PERMANOVA，p = 0.004），圈养个体表现出更高的微生物丰富度。野生猴以假单胞菌门（Pseudomonadota）为主，尤其是肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和摩根菌科（Morganellaceae），优势属包括变形菌属（Proteus）、埃希菌-志贺菌属（Escherichia-Shigella）和摩根菌属（Morganella）。相比之下，圈养猴表现出较高的拟杆菌门（Bacteroidota）相对丰度，尤其是拟杆菌科（Bacteroidaceae）和败毒杆菌科（Dysgonomonadaceae），优势属包括拟杆菌属（Bacteroides）和败毒杆菌属（Dysgonomonas）。随机森林分类的受试者工作特征曲线下面积（AUC）为0.934，但对圈养个体的分类性能较低。两组之间的预测功能谱存在差异，与氨基酸生物合成、脂肪酸β-氧化和黏蛋白降解相关的通路在野生猴中富集，而与芳香族化合物和外源化合物降解相关的通路在圈养动物中富集。总体而言，这些发现表明黑帽卷尾猴种群的肠道微生物组组成和预测功能潜力存在差异，提示与饮食、环境暴露和饲养条件相关的特定因素可能导致微生物组的变异。

研究背景：肠道微生物群是定植于宿主肠道内的复杂且动态的微生物群落，在宿主稳态维持和疾病发生中发挥重要作用，其组成和多样性受宿主进化历史、生活方式、饮食、社会互动及环境条件等多种因素塑造。在人类活动干扰日益加剧的背景下，理解环境变化如何影响灵长类宿主相关微生物群落具有重要意义。已有研究表明，人为干扰和野生与圈养生存条件的差异可显著改变多种灵长类的肠道菌群结构。黑帽卷尾猴（Sapajus nigritus）是巴西大西洋森林特有的新热带灵长类动物，被列为近危物种，栖息于从相对原始森林到高度破碎化片段等多种环境。该物种具有高度的饮食可塑性和机会性杂食性：野生种群摄食季节性变化的果实、昆虫、叶片和种子，并可能使用工具获取食物资源；圈养个体通常接受以商业灵长类饲料辅以栽培果蔬的受控饲养方案。此前的初步研究鉴定出两个野生黑帽卷尾猴种群的肠道菌群以假单胞菌门（Pseudomonadota）占优势，且与此前报道的其他卷尾猴属（Sapajus）物种存在差异，但这些模式是否在其他种群中一致出现，以及圈养种群的菌群特征如何，尚不清楚。因此，本研究旨在检验野生黑帽卷尾猴肠道微生物组成在更多种群中的一致性，并比较野生与圈养种群的肠道细菌群落组成、多样性和预测功能潜力。

研究方法：研究人员对来自巴西南里奥格兰德州（RS）和圣卡塔琳娜州（SC）四个大西洋森林片段的26只野生个体与两个动物园的7只圈养个体共33份样本进行了16S rRNA基因V4高变区测序。采用DADA2推断扩增子序列变体（ASV），SILVA数据库注释物种；Wilcoxon秩和检验及广义线性模型（GLM）评估α多样性；基于Bray-Curtis距离的置换多元方差分析（PERMANOVA）评估β多样性；DESeq2进行差异丰度分析；随机森林（Random Forest）鉴定判别分类群；PICRUSt2基于MetaCyc数据库预测功能通路。

研究结果：
3.1 分类组成：门水平上，野生猴肠道菌群以假单胞菌门为主，芽孢杆菌门（Bacillota）次之；圈养猴表现出较高的拟杆菌门（Bacteroidota）和较低的假单胞菌门相对丰度。属水平上，野生猴优势属为变形菌属（Proteus）、埃希菌-志贺菌属（Escherichia-Shigella）和摩根菌属（Morganella），圈养猴优势属为拟杆菌属（Bacteroides）和败毒杆菌属（Dysgonomonas）。生态学比值方面，芽孢杆菌门/拟杆菌门（F/B）比值无显著差异，而普雷沃菌属/拟杆菌属（P/B）比值在圈养猴中显著降低（p = 0.008）。
3.2 α多样性：未校正的Wilcoxon检验未发现组间任何α多样性指标的显著差异。校正采样方法和测序深度后，广义线性模型显示宿主环境与观察到的ASV丰富度（负二项GLM，p = 0.00008）和Shannon多样性（高斯线性模型，p = 0.012）显著相关，圈养个体均表现出更高值。
3.3 β多样性：基于Bray-Curtis距离的主坐标分析（PCoA）显示两组菌群组成存在差异。PERMANOVA表明宿主环境与菌群组成显著相关（F = 2.09，R2 = 0.061，p = 0.004），采样方法亦有显著影响（p = 0.023）。PERMDISP未检测到组间离散度的显著差异，证实上述结果并非由组内变异驱动。
3.4 差异丰度分析：DESeq2共鉴定出48个差异丰度ASVs，其中40个在圈养个体富集、8个在野生个体富集。科水平上，摩根菌科（Morganellaceae）在野生猴中显著富集，而败毒杆菌科（Dysgonomonadaceae）、丛毛单胞菌科（Comamonadaceae）、坦纳菌科（Tannerellaceae）和无胆甾原体科（Acholeplasmataceae）在圈养个体中富集。属水平上，摩根菌属、沙雷菌属（Serratia）和变形菌属在野生个体中显著富集，败毒杆菌属、马赛杆菌属（Macellibacteroides）、毛球菌属（Trichococcus）等在圈养个体中富集。
3.5 机器学习判别：随机森林分类模型AUC为0.934。袋外（OOB）预测正确分类了全部26个野生个体（错误率0%），但7个圈养个体中仅2个被正确分类（错误率71.4%）。变量重要性分析显示，变形菌属判别贡献最大，其次为肠球菌属（Enterococcus）、摩根菌属和梭菌属（Clostridium）；圈养个体中，马赛杆菌属和纤维素溶解菌属（Cellulosilyticum）具有较高判别重要性。
3.6 功能预测：PICRUSt2预测共鉴定出95条显著差异通路。野生猴中富集的通路主要涉及氨基酸生物合成（尤其是L-甲硫氨酸生物合成超通路、S-腺苷-L-甲硫氨酸生物合成超通路）、脂肪酸β-氧化及黏蛋白降解；圈养猴中富集的通路则与芳香族化合物和外源化合物降解相关，包括甲苯降解、4,5-二氯儿茶酚降解和儿茶酚降解，此外油酸β-氧化、牛磺酸降解超通路、乙基丙二酰辅酶A通路和肽聚糖生物合成亦在圈养个体中富集。

讨论与结论：本研究表明宿主环境显著影响黑帽卷尾猴的肠道微生物组组成和预测功能潜力。野生猴假单胞菌门高丰度的模式不能仅归因于人为干扰，可能与该物种的工具使用行为和土壤等环境基质接触增加有关；圈养猴中拟杆菌属富集和P/B比值下降则与饮食差异一致。两个圈养机构（ZSS与ZCS）之间菌群组成的差异提示饲料配方和饲养条件的潜在影响。然而，研究存在圈养样本量小（n = 7）、采样方法与宿主环境强关联、缺乏个体层面元数据等局限性，功能预测结果应视为微生物代谢潜力的推断而非直接证据。综上所述，野生与圈养黑帽卷尾猴的肠道微生物组组成和预测功能潜力均存在差异，反映了饮食、环境暴露、行为生态学和饲养管理等因素的综合影响。这些发现凸显了灵长类肠道微生物组的可塑性及其在介导宿主响应环境变化中的潜在作用，为理解黑帽卷尾猴肠道微生物组的变异规律提供了基础，并强调未来需要整合标准化采样、详细个体与饮食元数据以及宏基因组学直接功能验证的大规模研究。该论文发表在《Microbiology Research》。