《Comparative Immunology Reports》：A multi-omics integrated analysis reveals the effects of adding
Bacillus coagulans BC66 to feed on the intestinal health and immune function of
Parabramis pekinensis
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随着高密度集约化养殖模式的广泛推广，鳊（Parabramis pekinensis）养殖中的环境应激因素日益严峻，导致肠道功能障碍、消化吸收能力下降以及疾病频繁暴发。本研究旨在探讨饲料中添加凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）
论文摘要专业翻译
随着高密度集约化养殖模式的广泛推广，鳊（Parabramis pekinensis）养殖中的环境应激因素日益严峻，导致肠道功能障碍、消化吸收能力下降以及疾病频繁暴发。本研究旨在探讨饲料中添加凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）BC66对鳊肠道健康与免疫功能的影响及其潜在的多组学机制。选取初始体重为150±5 g的鳊，分为对照组（CK）和凝结芽孢杆菌添加组（BC），饲养60天后采集样本进行分析。结果表明，BC组体长增长约16.7%，体重增长约11.8%，同时肠道绒毛高度增加、肌层增厚、基底膜完整。血清碱性磷酸酶（AKP）、溶菌酶（LZM）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活性显著升高，而丙二醛（MDA）、甘油三酯（TG）、总胆固醇（TCH）和乳酸脱氢酶（LDH）水平显著降低。肠道菌群分析显示，BC组厚壁菌门（Firmicutes）相对丰度由80.8%升至92.5%，变形菌门（Proteobacteria）由18.9%降至7.3%；芽孢杆菌属（Bacillus）达92.3%，乳球菌属（Lactococcus）得到富集，而气单胞菌属（Aeromonas）等条件致病菌受到抑制。血清代谢组学鉴定出22种差异表达代谢物，其中海藻糖（Trehalose）、核黄素（维生素B2，Riboflavin）和1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine 1-phosphate）上调，而植物源生物碱、甲基黄嘌呤类及甾体激素及其类似物下调；ABC转运蛋白（ABC transporters）和维生素消化吸收通路上调，而咖啡因代谢等通路下调。综上所述，凝结芽孢杆菌BC66通过修复肠道结构、优化菌群组成、增强免疫与抗氧化能力以及调控代谢网络，多维度地提升了鳊的肠道健康与免疫力。
论文主体内容解读
一、研究背景与意义
鳊（Parabramis pekinensis）作为全球重要的经济淡水养殖鱼类之一，凭借其生长迅速、适应性强和肉质细嫩等优势，长期以来在优质动物蛋白供应和经济发展中发挥着关键作用。然而，高密度集约化养殖模式的广泛推广加剧了鳊养殖过程中的环境应激，这种应激可诱发胃肠道功能障碍、消化吸收能力下降以及肠道屏障损伤，最终导致疾病频繁暴发。肠道作为鱼类消化、吸收和免疫防御最为关键的器官，其健康状况直接影响机体的营养代谢效率和抗病能力。研究表明，在高密度养殖条件下，鱼肠道常出现绒毛结构损伤、上皮细胞凋亡增加和紧密连接蛋白表达下调等现象，进而导致肠道通透性增加、条件致病菌易位风险升高，并诱发慢性炎症和代谢紊乱。这些肠道健康问题不仅导致鳊生长性能和饲料转化效率下降，还显著增加了后续病原入侵的易感性，造成疾病频发，严重制约了产业的可持续发展。因此，以维护肠道健康为核心，寻找能够缓解高密度养殖应激、增强肠道屏障功能并优化微生态结构的绿色调控策略，已成为鳊可持续养殖领域的关键研究热点。
益生菌类绿色饲料添加剂因其能够调节宿主肠道微生态平衡、增强免疫力和促进营养吸收，在水产养殖中得到日益广泛的应用。其中，凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）作为芽孢杆菌属中的重要益生菌菌株，兼具乳杆菌的产酸抑菌特性和枯草芽孢杆菌的耐热耐应激特性，通过形成芽孢获得卓越的环境耐受性，能够承受饲料制粒的高温以及胃肠道酸性和胆盐的应激。在肠道有效定殖后，其分泌的蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶可直接增强宿主对营养物质的分解和吸收效率；同时，其代谢产生的乳酸、短链脂肪酸和抗菌肽可选择性抑制病原菌生长，促进双歧杆菌和乳杆菌等有益菌增殖，并在肠道屏障保护和免疫调节等方面发挥系统性调控作用。目前，凝结芽孢杆菌已成为替代抗生素、推动水产养殖绿色转型的关键候选菌株。
二、研究设计与技术方法
研究人员以初始体重150±5 g的健康鳊为研究对象，设置对照组（CK）和凝结芽孢杆菌BC66添加组（BC），每组3个重复，每重复50尾，共450尾鱼。试验在室内循环水养殖系统中进行，水温维持在15-20°C，pH控制在7.0-7.5，溶解氧不低于5.0 mg/L，氨氮浓度控制在0.2 mg/L以下，每日换水约30%。BC组在基础饲料中添加浓度为2000亿CFU/g的凝结芽孢杆菌BC66，每隔一天投喂，饲养周期为60天。研究主要采用了以下关键技术方法：肠道组织形态学分析（苏木精-伊红染色，H&E染色）、血清生化指标检测（包括AKP、ACP、LZM、SOD、CAT、GSH-PX、MDA、TG、TCH和LDH）、16S rRNA高通量测序技术（V4区扩增，PE250测序）以及基于液相色谱-质谱联用（LC-MS）的非靶向血清代谢组学分析。
三、研究结果
凝结芽孢杆菌BC66对鳊生长发育的影响
饲养试验结束后，与对照组相比，BC组体长增长约16.7%，体重增长约11.8%，外观上BC组鱼体更加饱满宽阔，鳞片光泽度更好，表明凝结芽孢杆菌BC66显著提升了鳊的生长性能。
鳊肠道组织形态学分析
对照组肠道基底膜连续性较差，肌层较薄，肠绒毛稀疏短小，部分绒毛出现萎缩和损伤，肠上皮细胞排列紊乱，肠道黏膜屏障结构完整性差。相比之下，BC组肠道基底膜更加完整连续，肌层厚度增加，肠绒毛排列整齐密集且高度显著增加，绒毛形态完整无损伤脱落，肠上皮细胞数量增多且排列规则，肠道黏膜屏障结构完整性显著改善，肠道组织健康状态大幅提升。
鳊血清免疫相关酶活性分析
BC组血清中与非特异性免疫和抗氧化防御相关的酶活性显著升高，包括AKP、ACP、LZM、SOD、CAT和GSH-PX均上调。同时，反映氧化损伤和脂质代谢的指标有所改善，MDA水平降低，TCH、TG和LDH活性下降。
凝结芽孢杆菌BC66对鳊肠道菌群结构和组成的影响
Alpha多样性分析显示，BC组的Chao1、Shannon、Simpson和PD指数均显著高于对照组，表明BC66提升了鳊肠道菌群的物种丰富度、多样性和系统发育多样性。Beta多样性分析（PCoA和NMDS）显示两组样本沿主坐标轴明显分离，表明BC66干预显著改变了鳊的肠道菌群结构。LEfSe分析显示，BC组显著富集的类群包括厚壁菌门（Firmicutes）、芽孢杆菌纲（Bacilli）、芽孢杆菌目（Bacillales）、芽孢杆菌科（Bacillaceae）和芽孢杆菌属（Bacillus），同时乳酸菌类群如乳杆菌目（Lactobacillales）、乳球菌属（Lactococcus）和链球菌科（Streptococcaceae）也显著富集；而对照组显著富集的类群主要为变形菌门（Proteobacteria）及其亚群。在门水平上，BC组厚壁菌门相对丰度由80.8%升至92.5%，变形菌门由18.9%降至7.3%。在属水平上，BC组芽孢杆菌属平均丰度达92.3%，乳球菌属丰度为1.9%而在对照组未检出，气单胞菌属（Aeromonas）在对照组丰度为0.53%而在BC组仅为0.006%，几乎被完全抑制。
凝结芽孢杆菌BC66对鳊血清代谢组学的影响
PCA和PLS-DA分析显示两组样本在得分图上明显分离且无重叠，表明两组间代谢谱存在显著差异。通过OPLS-DA结合t检验筛选，共鉴定出284种差异表达代谢物，其中47种具有统计学显著差异，25种上调和22种下调。显著上调的代谢物包括海藻糖（Trehalose）、核黄素（维生素B2，Riboflavin）和1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine 1-phosphate）；下调的代谢物包括芦竹碱（Gramine）、1-萘乙酸、克百威（Carbofuran）、咖啡因（Caffeine）、雌酮（Estrone）、竹节参皂苷IV、炔诺酮（Norethindrone）、胆甾-4-烯-3-酮、姜黄素（Curcumin）、茴香脑（Anethole）、哈尔满（Harman）、1,7-二甲基黄嘌呤、三甲补骨脂素（Trioxsalen）、赤霉素A53、可可碱（Theobromine）、雄烯二酮（Androstenedione）、癸二酸和棕榈酰乙醇酰胺等。KEGG代谢通路富集分析表明，差异代谢物主要集中在ABC转运蛋白（ABC transporters）、咖啡因代谢、维生素消化吸收、磷酸转移酶系统（PTS）、味觉传导和多种次级代谢产物生物合成-第二部分等通路。
四、讨论与结论
在讨论部分，研究人员从多个维度系统阐释了凝结芽孢杆菌BC66的作用机制。在生长性能和肠道吸收方面，凝结芽孢杆菌通过定殖肠道并分泌多种消化酶改善饲料营养物质的消化利用率，同时产生的短链脂肪酸降低肠道pH并抑制有害菌生长，为鳊创造了更健康的肠道微环境，间接促进生长。肠道绒毛高度的增加扩大了营养物质的接触和吸收面积，肌层增厚有助于肠道蠕动和食糜推进，基底膜的完整性维持了上皮屏障功能，减少了病原和毒素的入侵。在抗氧化能力方面，SOD、CAT和GSH-PX作为机体抗氧化酶系统的关键组分协同清除代谢产生的活性氧（ROS），保护细胞免受氧化损伤；MDA作为脂质过氧化的主要终产物，其水平降低与抗氧化酶活性升高呈现协同趋势，表明益生菌干预有效缓解了机体的脂质过氧化损伤。AKP和ACP作为溶酶体的标志酶，在吞噬细胞清除病原过程中发挥关键作用；LZM通过水解革兰氏阳性菌细胞壁发挥抗菌防御功能。LDH作为细胞损伤的标志酶，其血清水平降低表明凝结芽孢杆菌有助于维持细胞膜完整性、减少组织损伤。在脂质代谢方面，TG和TCH水平的降低可能与益生菌分泌胆汁盐水解酶促进胆固醇转化为胆汁酸排出体外，以及激活PPAR信号通路促进脂肪酸β-氧化有关。在肠道菌群调控方面，凝结芽孢杆菌BC66显著重塑了鳊肠道菌群的宏观结构，促进厚壁菌门富集并抑制变形菌门，使整体结构向更健康稳定的状态转变；乳球菌属的特异性富集为BC66促进有益菌定殖提供了直接证据；气单胞菌属丰度几乎被完全抑制进一步证实了BC66的抗病原效应。在代谢调控方面，上调的海藻糖、核黄素和1-磷酸鞘氨醇均与肠道屏障功能和免疫调节密切相关；下调的植物源生物碱、甲基黄嘌呤类和农药残留物反映了肠道屏障功能改善和肝脏解毒能力增强，ABC转运蛋白通路的上调表明凝结芽孢杆菌激活了鳊体内的主动解毒系统。
综上所述，凝结芽孢杆菌BC66通过修复肠道结构、优化菌群组成、增强免疫与抗氧化能力以及调控代谢网络，多维度地提升了鳊的肠道健康与免疫力，为凝结芽孢杆菌在水产养殖中的应用提供了理论依据，也为开发高效安全的益生菌制剂、推动鳊绿色健康养殖模式的发展提供了科学支撑。
