第113期：在妊娠母猪模型中从微生物代谢视角来看菊粉改善母体健康的作用

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原名：Microbial Mechanistic Insight into the Role of Inulin in Improving Maternal Health in a Pregnant Sow Model

译名：在妊娠母猪模型中从微生物代谢视角来看菊粉改善母体健康的作用

期刊：Frontiers in Microbiology

影响因子：4.235

发表时间：2017-11-17

1、摘要
广泛食用以高精制碳水化合物、脂肪和高能为特征的“西式快餐”已导致全球性肥胖病流行，甚至对孕妇也造成了相应的代谢紊乱。妊娠过程伴随着大量的激素、代谢和免疫变化，在此过程中肠道微生物群也被显著重塑。膳食纤维已被证实在改变微生物组成以及最终改善非妊娠个体的宿主代谢和健康状况方面具有重要作用。本文旨在研究向低脂或高脂（添加0或5％脂肪）妊娠日粮中添加可溶性膳食纤维菊粉（0或1.5％）对母仔猪体况以及粪便微生物组成的影响。结果表明，日粮添加菊粉会降低由脂肪添加引起的妊娠期母猪体重增加和脂肪积累，菊粉可降低促炎细胞因子IL-6、脂肪因子瘦素和chemerin的浓度，添加菊粉可显著降低新生仔猪的平均体重指数（BMI）、窝群仔猪在17-20 kg / m²的BMI分布（％），并增加在14-17 kg / m²的BMI分布。V3-V4区的16S rRNA基因测序显示，菊粉可使不同分类水平的粪便微生物发生变化，最后导致妊娠母猪更瘦，炎症发生率更低。同时，随着妊娠期的到来，粪便微生物组发生了显著变化，在围产期也出现了显著变化。到围产期时，最具代表性的产挥发性脂肪酸（VFA）的相关细菌属发生了显著变化，并且添加菊粉后检测到不同程度的增加。在日粮干预下粪便的VFA浓度未显示任何显著影响，但是在围产期明显增加。研究结果表明，添加1.5％可溶性纤维菊粉引起微生物的积极变化可能是妊娠母猪体重、代谢和炎症状态以及新生仔猪BMI得到相应改善的潜在机制。此外，围产期微生物菌群的显著变化表明母猪正处于分解代谢状态，与其他妊娠阶段相比，该时期的能量损失和炎症反应增加。

2、试验设计

3、结果与分析

图1：（A，C）体重（BW）和（B，D）背脂（BF）在妊娠期间发生变化。数据=平均值±SEM。母猪被认为是实验单位，每个处理组n = 5。（B）G112的背膘厚度：对于菊粉效应P = 0.05。（C）总的BW增加：对于脂肪，菊粉和脂肪×菊粉相互作用的影响，分别为P <0.01，=0.08和=0.03；母猪体重增加：对于脂肪，菊粉和脂肪×菊粉相互作用，分别为P <0.01，=0.04和=0.02。（D）BF增加：对于脂肪，菊粉和脂肪×菊粉相互作用效应，P <0.01。当观察到相互作用的显著主要效果时，使用最小显著差异方法比较均值，P <0.05表示差异显著。因此，图中不带公共字母参数的平均值存在显著差异（P <0.05）。LFD，低脂日粮；LFD.Inu，添加菊粉的低脂日粮；HFD，高脂日粮；HFD.Inu，添加菊粉的高脂日粮；母猪体重增加，母猪本身的净重增加。图中仅显示了重要的p值。

图2：围产期母猪（A）血清炎症指标和（B–D）脂肪因子。数据表示为平均值±SEM。母猪被认为是实验单位，每个处理组n = 5。（A）IL-6：菊粉效应P = 0.04； IL-10：菊粉效应的P=0.06。（B）血清瘦素：对于脂肪和菊粉作用，P ＜0.01，对于脂肪×菊粉相互作用，P =0.01。背脂瘦素：对于菊粉效应，P = 0.06。（C）背脂脂联素：对于菊粉效应，P = 0.08。（D）血清chemerin：菊粉作用的P <0.01；背脂chemerin：菊粉效应，P = 0.02。当观察到显著的主要作用或相互作用时，采用最小显著差异法比较均值，P <0.05表示差异显著。因此，图中不带公共字母参数的平均值存在显著差异（P <0.05）。LFD，低脂日粮；LFD.Inu，添加菊粉的低脂日粮；HFD，高脂日粮；HFD.Inu，添加菊粉的高脂日粮；母猪体重增加，母猪本身的净重增加。图中仅显示了重要的p值。

表1：在低脂或高脂日粮中添加菊粉对新生仔猪体重指数（BMI）分布的影响。

新生仔猪的BMI分布见表1。添加菊粉显著降低了新生仔猪的平均BMI（P <0.01）。比无菊粉组相比，添加菊粉的BMI分布（％）在14-17 kg / m²和17-20 kg / m²之间，分别高出37.7％（91.42%对53.68％，P <0.01）和低38.6％（3.63对42.25％，P <0.01）。

表2：低脂或高脂日粮中添加菊粉对妊娠母猪粪便中VFA浓度的影响。

如表2所示，添加了一定数量的脂肪和菊粉对VFA浓度未显示任何显著影响。尽管发现有些数值增加。相反，添加脂肪和菊粉显著降低了pH值（分别为P <0.01和P = 0.04）。由脂肪添加引起的VFA浓度的数值增加和pH值的显著降低主要归因于HFD.Inu组如图S1所示，并且也可以通过表1中的脂肪与菊粉之间的显著相互作用来表明（P≤0.01）。妊娠期对总和个别VFA的浓度以及pH值都有显著影响。总和个体VFA浓度从妊娠的d30到d90呈线性下降，但有趣的是，在妊娠的d110再次上升。

表3：每个妊娠阶段处理组之间OTU的比较。观察到的OTU共享≥97％的序列相似性。（A–D）生成维恩图来描述分别在妊娠第30、60、90和110天的处理之间的常见和唯一OTU。（E）在不同妊娠阶段观察到的种属。母猪被视为实验单位，每个妊娠阶段每个处理组n = 5，除了d90和d110的LFD组，n = 4是由于妊娠第88天的原因不明的腹泻，持续了2天。LFD，低脂日粮；LFD.Inu，添加菊粉的低脂日粮；HFD，高脂日粮；HFD.Inu，添加菊粉的高脂日粮。

图4：（A）Chao 1和（B）Simpson指数分析妊娠过程。母猪被视为实验单位，每个妊娠阶段每个处理组n = 5，除了d90和d110的LFD组，n = 4是由于妊娠第88天的原因不明的腹泻，持续了2天。（A）chao1指数：妊娠期P <0.01，脂肪×妊娠阶段的相互作用效应，P = 0.02。（B）Simpson指数：对于菊粉和脂肪×菊粉相互作用分别为P ＝0.02和P ＝0.01。当观察到相互作用的显著主要效果时，使用最小显著差异方法比较均值，P <0.05表示差异显著。因此，图中不带公共字母参数的平均值存在显著差异（P <0.05）。LFD，低脂日粮；LFD.Inu，添加菊粉的低脂日粮；HFD，高脂日粮；HFD.Inu，添加菊粉的高脂日粮；母猪体重增加，母猪本身的净重增加。图中仅显示了重要的p值。

表3：妊娠期间九种门的相对丰度（％，至少一个样品中> 1％）和硬毛/拟杆菌比率。

图S2中显示了所有样品在妊娠过程中门菌落水平的相对丰度，表明居前五位的门菌落是硬毛菌，拟杆菌，螺旋体，tenericutes和变形杆菌。选择九个门（至少一个样品中> 1％）和硬毛菌/拟杆菌比率进行显著性分析（表3）。高脂处理降低了变形杆菌的相对丰度（P = 0.04），倾向于降低拟杆菌的相对丰度（P = 0.06），并且倾向于增加放线菌的相对丰度（P = 0.08）和Firmicutes / Bacteroidetes比率（P = 0.07）。补充菊粉增加了羊草菌的相对丰度（P = 0.02），并倾向于降低Tenericutes的相对丰度（P = 0.09）。所有门都受到妊娠阶段的显著影响（分别为P <0.05），表明它们从早期甚至妊娠晚期，到围产期都有很大差异。特别地，当到达围产期时，拟杆菌，变形杆菌，疣状微生物，放线菌和纤维杆菌的相对丰度分别增加，而硬毛虫，Tenericutes和Lentisphaerae的相对丰度则显著降低。

表4：妊娠期间十九个细菌属的相对丰度（％，至少一个样品中> 1％）。

尽管通过添加菊粉发现大多数产生VFA的菌属数量有所增加，但仅真细菌属显著增加（P = 0.04）。从妊娠90 d到围产期，主要发酵产物为丙酸的拟杆菌显著增加（表4；P <0.01），而主要发酵产物为丁酸的玫瑰菌和厌氧菌（P <0.01）显著下降。从发酵第90天到围产期，主要发酵产物为乳酸的肠球菌和乳球菌的丰度变化呈相反的趋势，肠球菌减少而乳球菌增加。

图5：妊娠期间产生代表性VFA菌属的相对丰度（％）。（A）真细菌-哈利氏组：对于菊粉效应，P＝0.04。（B）肠球菌：妊娠阶段P = 0.02。（C）厌氧菌：妊娠期P ＜0.01。（D）费氏杆菌：妊娠期P ＜0.01。（E）玫瑰菌：妊娠期P <0.01。（F）Akkermansia。（G）Veillonella。（H）乳球菌：对于脂肪效应，P＝0.02，对于妊娠阶段，P ＜0.01。在统计分析之前，添加小偏移量（0.00001）以抵消零值的存在，然后对数据进行对数转换。母猪被视为实验单位，在每个妊娠阶段，每种处理的n = 5，除了LFD组，在妊娠d90和d110时n = 4，原因是在妊娠d88出现了无法解释的腹泻，持续了2天。当观察到相互作用的显著主要效果时，使用最小显著差异方法比较均值，P <0.05表示差异显著。因此，图中不带公共字母参数的平均值存在显著差异（P <0.05）。LFD，低脂日粮；LFD.Inu，添加菊粉的低脂日粮；HFD，高脂日粮；HFD.Inu，添加菊粉的高脂日粮；母猪体重增加，母猪本身的净重增加。图中仅显示了重要的p值。

4、结论
总之，本研究表明，在妊娠过程中添加可溶性膳食纤维菊粉引发的微生物功能提高可能是菊粉对妊娠体重增加调节，母体抗炎和脂肪组织衍生激素产生的积极作用的潜在机制。新生仔猪平均BMI较低，相对“肥胖”的新生仔猪风险也较低。与能量代谢和炎症相关的微生物群落及其代谢产物VFA的急剧变化表明母亲在围产期处于分解代谢和炎症状态。鉴于目前对妊娠期间由可溶性DF添加引起的母体微生物变化和相应代谢改善知之甚少，因此在进行下一步研究时应特别关注。可溶性DF菊粉在妊娠母猪日粮中的应用将是预防日粮引起的妊娠期体重过度增加，相关炎症和微生物生态系统重构的代谢紊乱的有效领域。

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