鹅星状病毒2型（GAstV-2）感染对雏鹅肠道菌群和肾脏基因转录组的影响

《Poultry Science》：Impact of GAstV-2 Infection on Intestinal Microbiota and Renal Gene Transcriptome in Goslings

　　

摘要翻译：鹅星状病毒2型（GAstV-2）是导致雏鹅高尿酸血症和内脏痛风的主要病原体，给养鹅业造成重大经济损失。然而，GAstV-2诱导高尿酸血症的完整致病机制尚未完全阐明。本研究以1日龄健康扬州雏鹅为对象，经口接种GAstV-2建立病毒感染模型，系统研究了GAstV-2感染对雏鹅生长性能、血清尿酸水平、盲肠菌群结构和肾脏基因表达的影响。结果显示，GAstV-2感染导致雏鹅累积死亡率为10%–30%，并显著损害生长性能，表现为平均日增重（ADG）和平均日采食量（ADFI）降低以及料重比（F/G）升高（P < 0.05）。此外，GAstV-2攻毒诱导肝脏和肾脏出现严重组织病理学损伤、血清生化代谢紊乱以及促炎细胞因子过度释放，并伴随血清尿酸水平显著升高（P < 0.05）。16S rRNA高通量测序结果证实，GAstV-2感染显著降低了尿酸降解有益菌的丰度，包括多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）、奥氏颤螺菌（Oscillospira guilliermondii）和乳酸乳球菌（Lactococcus lactis），同时显著增加了与尿酸合成密切相关的产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）的丰度。肾脏转录组分析证实，参与嘌呤代谢的关键基因，包括磷酸核糖焦磷酸合成酶（PRPS）、次黄嘌呤核苷酸脱氢酶1（IMPDH1）和外-5'-核苷酸酶（NT5E），在感染雏鹅肾组织中显著上调，并与高尿酸血症的发生密切相关。总之，GAstV-2感染显著抑制雏鹅生长、引发肝脏和肾脏损伤、升高血清尿酸和炎症水平，并重塑雏鹅肠道菌群组成和肾脏转录组图谱。该研究系统探讨了GAstV-2感染对雏鹅生长性能、肝肾功能和血清尿酸代谢的影响，并通过分别分析肠道菌群和肾脏转录组数据，初步揭示了GAstV-2诱导高尿酸血症的潜在机制。这些发现为进一步阐明GAstV-2的致病机制以及制定针对雏鹅痛风靶向防控策略提供了基础数据和理论依据。

论文解读

一、研究背景与科学问题

在现代养鹅业中，痛风已成为严重威胁雏鹅健康的常见代谢性疾病。鹅星状病毒（GAstV）被越来越多证据确认为引发雏鹅痛风暴发的主要病原体。自2015年首次出现以来，该病原已在中国的多个地区引起广泛疫情，患病鹅通常表现为特征性的内脏和关节尿酸盐沉积，感染率可达70%–80%，重症病例死亡率接近50%。至2022年，GAstV已成为威胁中国养鹅业的主要病原，造成超过100亿元的经济损失。GAstV是一种无囊膜、单股正链RNA病毒，基因组约7.2–7.3 kb，包含GAstV-1和GAstV-2两种主要基因型，其中GAstV-2是近期多数疫情的优势流行株。病毒主要通过种蛋和粪-口途径传播，感染雏鹅后可在肝脏和肾脏等关键器官中快速复制，造成组织损伤和广泛尿酸盐沉积。肝脏病变表现为肝血窦狭窄或闭塞、肝细胞肿胀破裂及炎症细胞浸润；肾脏损伤同样严重，肾小管上皮细胞进行性坏死和纤维化会损害尿酸排泄功能。此外，GAstV感染可激活雏鹅固有免疫应答，诱发细胞因子风暴，导致细胞凋亡和组织纤维化。相关研究还显示，GAstV感染可显著上调雏鹅肝脏中黄嘌呤氧化酶（XOD）和腺苷脱氨酶（ADA）活性，同时下调肾脏尿酸排泄转运蛋白多药耐药相关蛋白4（MRP4）的表达，这有助于解释感染雏鹅尿酸排泄受抑的机制。值得注意的是，感染还会深刻改变肠道菌群，使促炎细菌扩增、有益菌减少，进而破坏宿主代谢通路并加重尿酸积累。尽管既往研究已初步解析了GAstV-2的感染机制，但感染后尿酸升高和肠道菌群改变所依赖的分子通路仍不清楚。因此，本研究通过建立雏鹅痛风模型，结合肾转录组测序和肠道菌群组成分析，初步探索GAstV-2诱导雏鹅高尿酸血症的机制。

二、研究内容与总体结论

研究人员从郑州瑞翔禽业有限公司获取1日龄健康扬州雏鹅，经健康筛查后随机分组，通过口服不同剂量GAstV-2毒株建立病毒感染模型，并从生长性能、死亡率、大体病变、组织病理、血清生化、炎症因子、尿酸/xanthine oxidase（XOD）水平、组织病毒载量、盲肠菌群和肾脏转录组等多个维度系统评估感染效应。总体结果表明，GAstV-2感染呈剂量依赖性地抑制雏鹅生长，诱发肝、肾组织损伤和全身炎症，并显著升高血清尿酸和XOD水平；盲肠菌群分析显示，感染可减少尿酸降解有益菌并富集产气荚膜梭菌；肾脏转录组分析显示，嘌呤代谢关键基因PRPS、IMPDH1和NT5E显著上调。该研究首次将肠道菌群失调和肾脏嘌呤代谢紊乱联系起来，初步阐明GAstV-2诱导高尿酸血症和雏鹅痛风的整合机制，为发病机制研究和靶向防控提供了基础证据。

三、关键技术与方法

研究人员从郑州瑞翔禽业有限公司收集125只1日龄健康扬州雏鹅，其中5只用于健康核查，其余120只随机分为对照组和高、中、低剂量GAstV-2攻毒组，经口灌服不同稀释度（10^-1、10^-2、10^-3）的GAstV-2毒株CH-HNXX-2021或无菌磷酸盐缓冲液（PBS）。实验期间计算ADG、ADFI和F/G，记录死亡率和临床病变。采样后进行大体剖检、苏木精-伊红（H&E）染色组织病理检查；采用全自动生化分析仪和酶联免疫吸附测定（ELISA）检测血清生化指标及炎症因子；采用商品化试剂盒检测血清尿酸和XOD活性，并通过荧光定量逆转录聚合酶链反应（qRT-PCR）检测肝、肾组织病毒载量。盲肠内容物用于16S rRNA V3-V4区Illumina MiSeq高通量测序，经操作分类单元（OTU）聚类、LEfSe差异分析和PICRUSt2功能预测评价菌群变化；肾组织RNA提取后构建文库，在Illumina NovaSeq 6000平台进行转录组测序，经HISAT2、StringTie和DESeq2等流程鉴定差异表达基因，并进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析，最后用qRT-PCR验证关键基因。

四、研究结果

（一）GAstV-2感染对雏鹅死亡率和内脏痛风病变的影响

研究人员通过14天攻毒试验观察发现，对照组无死亡，高、中、低剂量GAstV-2攻毒组累积死亡率分别为30%、20%和10%，呈明显剂量依赖性。剖检结果显示，感染雏鹅肝脏质地坚硬易碎、散在针尖样出血，高剂量组肝被膜可见白色尿酸盐沉积；肾脏呈现从散在点状出血、暗红色中度肿大伴融合出血灶，到严重暗紫色肿胀伴广泛被膜下斑片状出血的剂量依赖性病变。这说明GAstV-2感染能够诱导雏鹅死亡，并剂量依赖性地引起典型痛风样病变。

（二）GAstV-2感染对雏鹅生长性能的影响

基于体重、采食量记录和生长指标计算，7日龄时高剂量组雏鹅体重较对照组降低27.67%（P < 0.05）；14日龄时高、中、低剂量组体重分别显著降低28.81%、21.92%和18.21%（P < 0.01），其中高和中剂量组的ADG与ADFI均显著下降，F/G显著升高（P < 0.05）。这说明GAstV-2感染通过抑制采食和降低饲料效率损害雏鹅生长。

（三）GAstV-2感染对雏鹅肝脏和肾脏组织学结构的影响

H&E染色观察显示，感染雏鹅肝脏出现以脂肪变性、水样变性、凝固性坏死和炎症细胞浸润为特征的剂量依赖性病变；肾脏出现广泛炎症细胞浸润、肾小管上皮细胞坏死，中、高剂量组还出现明显肾小管上皮细胞肿胀。这表明GAstV-2对雏鹅具有显著的肝毒性和肾毒性。

（四）GAstV-2感染对雏鹅血清生化参数和炎症因子水平的影响

血清生化检测显示，高剂量攻毒组谷丙转氨酶（ALT）、谷草转氨酶（AST）、白蛋白（ALB）、球蛋白（GLB）、血尿素氮（BUN）和肌酐（CRE）均显著升高，其中ALT和AST升高尤为显著（P < 0.01）；中、低剂量组BUN也显著升高。ELISA检测显示，感染雏鹅血清白介素-1β（IL-1β）、白介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）水平均极显著升高（P < 0.01），且随感染剂量增加而上升。这说明GAstV-2感染诱发全身炎症反应，并造成肝脏和肾脏功能损害。

（五）GAstV-2感染对雏鹅血清尿酸、XOD活性及病毒载量的影响

与对照组相比，GAstV-2感染极显著升高雏鹅血清尿酸和XOD水平（P < 0.01），且呈剂量依赖性上升趋势；肝、肾组织中的病毒RNA拷贝数也极显著增加（P < 0.01），高剂量组病毒载量最高。这表明病毒可扰乱宿主嘌呤代谢并加剧氧化应激，同时提示高剂量感染造成的病理生理损害最重，因此后续菌群和转录组分析选用对照组与高剂量组样本。

（六）GAstV-2感染对雏鹅盲肠菌群组成的影响

16S rRNA高通量测序结果显示，GAstV-2感染组肠道菌群α多样性降低，β多样性与对照组明显分离。门水平上，感染上调了芽孢杆菌门（Bacillota）和放线菌门（Actinomycetota）的相对丰度，下调了拟杆菌门（Bacteroidota）和变形菌门（Pseudomonadota）。种水平上，感染雏鹅中肠道球菌（Enterococcus cecorum）和类芽孢杆菌（Pseudarthrobacter phenanthrenivorans）比例增加，而多雷氏杆菌（Phocaeicola dorei）和牛棒状杆菌（Corynebacterium bovis）减少。LEfSe分析进一步显示，对照富集了类链球菌（Streptococcus parasanguinis）、伯纳德氏菌（Trueperella bernardiae）、多粘类芽孢杆菌、奥氏颤螺菌和乳酸乳球菌等，而GAstV-2感染组以韦荣球菌（Veillonella sp.）、肠球菌（Enterococcus sp.）和产气荚膜梭菌为主。PICRUSt2功能预测提示青霉素和头孢菌素生物合成通路显著上调，四环素生物合成、氰氨基酸代谢、NOD样受体信号等通路下调。这说明GAstV-2感染可显著重塑雏鹅盲肠菌群结构和功能。

（七）GAstV-2感染对雏鹅肾脏基因表达的影响

肾组织转录组分析显示，感染组与对照组基因表达谱明显分离，共鉴定出2319个显著上调基因和2144个显著下调基因（|log2FC| ≥ 1且P < 0.05）。GO和KEGG富集分析显示，差异表达基因主要涉及细胞周期、FoxO信号通路、Toll样受体信号通路、碳代谢和p53信号通路等。研究人员进一步对嘌呤代谢通路进行靶向分析，发现GAstV-2感染与PRPS（EC 2.7.6.1）、IMPDH1（EC 1.1.1.205）和NT5E（EC 3.1.3.5）三个关键基因显著上调相关，上述基因直接推动尿酸过量生成和肾脏积累。qRT-PCR验证了包括ENTPD5、RRM2、PDE3A、GDA、IMPDH1和NT5E在内的六个尿酸合成通路关键基因，结果与转录组测序高度一致，证明转录组数据可靠。

五、讨论总结与结论翻译

讨论部分指出，肝脏是尿酸合成的主要部位，肾脏是尿酸排泄的核心器官；GAstV-2感染引起的肝损伤可促进尿酸生成，而肾损伤则会削弱尿酸排泄，二者共同导致高尿酸血症。血清ALT、AST、GLB、BUN和