《Frontiers in Microbiology》：Dietary supplementation of protocatechuic acid improves antioxidant capacity and intestinal health in late-laying hens
编辑推荐：
专业术语翻译
晚期蛋鸡体内观察到抗氧化能力下降的现象。原儿茶酸（Protocatechuic Acid, PCA）是一种酚类化合物，具有抗氧化和抗炎特性。然而，日粮中添加PCA能否缓解晚期蛋鸡的这些不良影响尚不清楚。研究人员选取576只500日龄的海兰褐（Hy
专业术语翻译
晚期蛋鸡体内观察到抗氧化能力下降的现象。原儿茶酸（Protocatechuic Acid, PCA）是一种酚类化合物，具有抗氧化和抗炎特性。然而，日粮中添加PCA能否缓解晚期蛋鸡的这些不良影响尚不清楚。研究人员选取576只500日龄的海兰褐（Hy-Line Brown）蛋鸡，随机分为4组，每组6个重复，每个重复24只鸡。四组分别为基础日粮组（CK）和分别添加0.05%、0.1%和0.2% PCA的3个试验组（LPCA、MPCA和HPCA）。试验持续49天，包括1周适应期和6周正式试验期。日粮中添加PCA显著提高了超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase, SOD）、过氧化氢酶（Catalase, CAT）和谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione Peroxidase, GSH-Px）的活性，并降低了丙二醛（Malondialdehyde, MDA）水平。此外，PCA添加还显著降低了肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-alpha, TNF-α）、白细胞介素-1β（Interleukin-1 beta, IL-1β）和白细胞介素-6（Interleukin-6, IL-6）等炎症因子水平。回肠转录组学分析显示，差异表达基因显著富集于跨膜转运活性、信号受体结合、过氧化物酶体增殖物激活受体（Peroxisome Proliferator-Activated Receptor, PPAR）信号通路和肠道免疫等通路。研究人员进一步对盲肠微生物群进行测序，结果显示微生物群结构发生显著变化；在PCA处理组中，如g_Bacteroides和g_Odoribacter等有益菌群显著富集。代谢组学分析显示，差异代谢物主要富集于与肠道消化吸收功能密切相关的通路，包括色氨酸代谢、精氨酸生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及甘油磷脂代谢，这些通路均被激活。随后，非靶向代谢组学分析进一步证实，这些差异代谢物主要参与色氨酸代谢、精氨酸生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢以及甘油磷脂代谢。因此，在晚期蛋鸡日粮中添加PCA可通过提高抗氧化能力、改善炎症反应和肠道微生物群组成来增强肠道健康。
论文解读
一、研究背景与目的
鸡蛋是优质膳食蛋白质的重要来源，也是全球家禽产业的主要商品。为满足不断增长的市场需求，蛋鸡产业持续寻求提高生产效率，其中延长产蛋周期以增加总产蛋量是关键策略之一。然而，随着蛋鸡日龄增长，肠道屏障功能逐渐恶化，表现为肠绒毛高度降低、肠道通透性增加及紧密连接蛋白表达下调。同时，晚期蛋鸡的抗炎能力显著下降，促炎细胞因子水平升高而抗炎细胞因子水平降低。此外，晚期蛋鸡处于系统性氧化应激状态，抗氧化酶活性及相关基因和通路功能下降，导致产蛋率降低。这些问题已成为制约通过延长产蛋周期来增加鸡蛋产量的主要瓶颈。
肠道健康在调节家禽生长性能、营养利用和免疫功能方面发挥关键作用。肠道结构的完整性可提高家禽消化吸收营养物质的效率并改善饲料转化率。除肠道形态外，肠道微生物群通过增强消化酶活性、产生有益代谢物和抑制病原菌增殖等方式对消化功能产生深远影响。同时，作为免疫系统的重要组成部分，肠道微生物群在调节宿主免疫和增强抗病能力方面发挥关键作用。一旦肠道微生物群失衡，可能破坏肠道屏障功能并诱导炎症反应，从而降低生产性能。
原儿茶酸（Protocatechuic Acid, PCA）是一种天然存在的酚酸，广泛分布于植物源性食品和传统中草药中。因其具有抗氧化、抗炎、抗菌等多种生物活性，并参与脂质和葡萄糖代谢的调节而备受关注。已有研究表明，PCA可通过增加肠绒毛高度和隐窝深度改善肠道形态，从而增强肠道营养吸收能力。此外，PCA还能调节肉鸡肠道微生物群的组成和结构，通过增加微生物多样性和维持微生物稳态，促进有益菌增殖同时抑制潜在致病菌生长，从而改善肠道微生态环境。然而，现有文献对PCA在晚期蛋鸡饲料中的调控策略探索不足，尤其是PCA对晚期蛋鸡肠道功能影响的关系尚不明确。因此，本研究旨在探究不同浓度PCA对晚期蛋鸡肠道微生物群、转录组、抗氧化能力及肠道代谢物的影响。
二、研究设计与主要技术方法
研究人员选取576只500日龄、处于相同生长阶段且生理状况相似的海兰褐蛋鸡，随机分为4组，每组6个重复，每个重复24只鸡。四组包括基础日粮组（CK）和添加0.05% PCA（LPCA）、0.1% PCA（MPCA）、0.2% PCA（HPCA）的3个试验组。试验包括1周适应期和6周正式试验期，共49天。主要技术方法包括：血清生化指标测定（使用商业试剂盒检测总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶、SOD、CAT、GSH-Px、MDA及炎症因子水平）；回肠组织转录组测序（Illumina NovaSeq X Plus平台双端测序，HISAT2比对鸡参考基因组，DESeq2筛选差异表达基因，GO和KEGG功能富集分析）；盲肠内容物非靶向代谢组学分析（液相色谱-串联质谱LC-MS/MS，正负离子模式采集，HMDB和METLIN数据库鉴定代谢物，PLS-DA模型结合VIP值筛选差异代谢物）；肠道微生物群16S rRNA基因扩增子测序（NextSeq 2000平台，DADA2生成ASV，进行α多样性、β多样性、LEfSe差异丰度分析）；微生物-代谢物和微生物-基因关联分析（基于Spearman相关性分析）。
三、研究结果
3.1 PCA对生化指标和炎症因子的影响
血清生化指标结果显示，CK组与各PCA组之间的总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、天冬氨酸氨基转移酶和丙氨酸氨基转移酶均无显著差异。但炎症因子出现显著差异：LPCA和HPCA组的TNF-α较CK组显著降低；CK组的IL-1β水平显著高于所有PCA处理组；CK组的IL-6水平显著高于LPCA和HPCA组。
3.2 PCA对抗氧化能力的影响
在抗氧化能力方面，LPCA组表现出最显著的效果。LPCA组的SOD、CAT和GSH-Px三项指标均最高，与其他各组差异显著；而MDA在LPCA组中最低，同样与其他各组差异显著。
3.3 CK组与LPCA组回肠组织转录组测序分析
主成分分析显示两组明显分为两个不同聚类，表明CK组与LPCA组之间存在显著差异。共鉴定出2,460个差异表达基因，其中1,724个上调、736个下调。GO富集分析显示，差异基因显著富集于转运蛋白活性、跨膜转运蛋白活性、信号受体结合、无机分子实体跨膜转运蛋白活性、受体配体活性、花生四烯酸单加氧酶活性、G蛋白偶联受体结合等分子功能，以及脂质转运和免疫反应等生物学过程。KEGG分析显示，差异基因主要富集于细胞色素P450对外源物质代谢、类固醇激素生物合成、神经活性配体-受体相互作用、PPAR信号通路、亚油酸代谢、视黄醇代谢、花生四烯酸代谢、谷胱甘肽代谢和肠道IgA产生免疫网络等通路。
3.4 PCA对肠道微生物群的影响
基于LPCA组血清生化指标表现最优，研究人员对CK组和LPCA组的盲肠微生物群落进行分析。α多样性分析显示，LPCA组在物种水平上的Shannon、Sobs、Chao1和Ace四项指数均显著低于CK组。PCoA分析显示两组盲肠微生物群组成存在显著差异。LEfSe分析显示，CK组富集的主要类群包括c_Actinobacteria、c_Bacilli、o_Bifidobacteriale、o_Lactobacillales、g_Lactobacillus等，而LPCA组富集的主要类群包括f_Bacteroidaceae、f_Marinifilaceae、g_Bacteroides、g_Faecalibacterium和g_Odoribacter。在门水平上，LPCA组的Bacillota显著低于CK组；在属水平上，Bacteroides、Mediterraneibacter、Odoribacter、Acutalibacter和SP3-e08显著升高，而Lactobacillus和Aeriscardovia显著降低。
3.5 PCA对肠道代谢物的影响
PLS-DA分析显示CK组与LPCA组盲肠代谢物组成存在差异。共鉴定出264种差异代谢物，正离子模式下59种上调、39种下调，负离子模式下102种上调、64种下调。KEGG分析显示，这些代谢物显著富集于辅因子生物合成、自噬、核苷酸代谢、精氨酸生物合成、色氨酸代谢、D-氨基酸代谢、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、ABC转运蛋白、泛酸和辅酶A生物合成、苯丙氨酸/酪氨酸/色氨酸生物合成、硫代谢和甘油磷脂代谢等通路。
3.6 微生物组与转录组整合分析
相关性分析显示，Ligilactobacillus与COL3A1、COL1A1、MYL6、CSRP1、PCP4和HSPA2基因呈显著正相关。Mantel检验分析显示，在PCA处理组中，肠道微生物群落结构与GPX2基因表达之间存在显著正相关。
3.7 微生物组与代谢组整合分析
相关性分析显示，Bacteroides与Lpc(18:2)显著正相关，Faecalibacterium与Pc(16:1/0:0)显著正相关，Christensenellaceae_R-7_group与1-oleoyl-2-myristoyl-Sn-glycero-3-phosphocholine显著负相关。Mantel检验显示，CK组肠道微生物群落结构与Dgdg(16:0/18:2)代谢存在显著正相关。
四、讨论与结论总结
讨论部分指出，PCA通过清除自由基和增强内源性抗氧化防御系统发挥抗氧化作用，并通过抑制促炎细胞因子发挥抗炎作用。本研究发现PCA显著提高了SOD、CAT和GSH-Px活性并降低MDA水平，其中LPCA组效果最为显著。PCA还显著降低了TNF-α、IL-1β和IL-6水平，进一步支持其在晚期蛋鸡中的抗炎潜力。在肠道微生物群方面，PCA显著改变了盲肠微生物群的组成和结构，富集了g_Bacteroides和g_Odoribacter等有益菌群，这些菌群可产生短链脂肪酸，对宿主免疫系统发育和代谢健康至关重要。代谢组学分析显示差异代谢物主要富集于色氨酸代谢、精氨酸生物合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢及甘油磷脂代谢等与肠道消化吸收功能密切相关的通路。转录组分析进一步揭示PCA影响了跨膜转运、肠道屏障结构和受体信号通路相关基因表达，其中PPAR信号通路和谷胱甘肽代谢通路被激活。
研究结论：日粮中添加0.05%浓度的PCA可增强晚期蛋鸡的抗氧化能力并调节免疫反应，其潜在机制可能包括PCA的抗氧化作用、肠道微生物群的调节以及肠道上皮屏障完整性的维持。本研究为改善晚期蛋鸡肠道健康提供了潜在的营养策略。
