第132期：妊娠期饲喂不同膳食纤维源可调控母猪肠道菌群、提高生产性能并降低母仔猪炎症
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原名：Consumption of Dietary Fiber from Different Sources during Pregnancy Alters Sow Gut Microbiota and Improves Performance and Reduces Inflammation in Sows and Piglets
译名：妊娠期饲喂不同膳食纤维源可调控母猪肠道菌群、提高生产性能并降低母仔猪炎症
作者：Boshuai Liu,a Xiaoyan Zhu, a,b Yalei Cui, a,b Wenjing Wang,a Hua Liu,a Zidan Li,a Zhiguo Guo,a Sen Ma, a,b Defeng Li, a,b Chengzhang Wang, a,b Yinghua Shia,b
完成单位：aCollege of Animal Science and Veterinary Medicine, Henan Agricultural University, Zhengzhou, China
bHenan Key Laboratory of Innovation and Utilization of Grassland Resources, Zhengzhou, China
期刊：mSystems
影响因子：6.633
发表时间：2021-01-26
1、摘要
妊娠和哺乳期母猪的新陈代谢和免疫力会发生剧烈变化，可能导致便秘、流产和宫内发育迟缓（IUGR），并降低生产性能。膳食纤维可调节动物肠道菌群，减轻炎症反应，并提高生产性能。本试验将48头母猪（大白×长白，妊娠期60天）随机分配到各组，包括对照组（CK），苜蓿粉组（AM），甜菜粕组（BP）和大豆皮组（SH），每组12个重复，各组分饲不同日粮，试验为期75天。结果显示，AM组降低了IUGR，增加了哺乳期间母猪的采食量，并改善了母猪的繁殖性能和体况。此外，AM日粮显著降低了母猪血清中肠道通透性标志物（活性氧和内毒素）的水平，以及母猪粪便和血清以及仔猪血清中全身性炎症标志物（白介素-6 [IL-6]和肿瘤坏死因子α）的水平，同时增加了母猪血清和粪便中的抗炎标志物IL-10的水平。AM日粮还可以通过增加抗炎细菌的相对丰度，同时减少促炎细菌来显著影响肠道菌群。此外，与对照组相比，饲喂AM日粮的母猪粪便中总短链脂肪酸（SCFA）含量较高，哺乳期丁酸含量显著更高。还发现，母猪的生产性能与肠道通透性、炎症和肠道菌群有关，也垂直传播给仔猪。研究结果对于指导猪育种行业的饲料管理具有重要意义，此外，“母仔猪”模型为膳食纤维对人类母亲和婴儿胃肠功能的影响提供了参考。
要义：尽管已经广泛研究了膳食纤维对肠道菌群组成的直接影响，但很少研究不同纤维来源对母猪及其后代的肠道健康和炎症反应的系统评价。妊娠晚期和泌乳过程中母猪的代谢过程高度活跃会产生过多的活性氧导致内毒素水平升高，肠道微生物群失调，SCFA生成减少以及促炎因子的分泌，进而导致肠道局部炎症，肠道微生物屏障的潜在破坏，肠道通透性增加 ，增加血液内毒素水平（导致全身性炎症），并最终降低母猪和仔猪的生产性能。研究结果显示在怀孕中后期添加苜蓿草粉能逆转这一进程。研究结果为改善母猪和仔猪的肠道健康奠定了基础，并为研究人类母亲和婴儿的胃肠道功能提供了参考。
2、试验设计
3、结果与分析
表1：不同纤维来源对母猪背膘厚和日采食量的影响
评估繁殖周期中母猪的背膘厚，包括妊娠第60天（G60d），妊娠90天（G90d），泌乳第0天（L0d），和哺乳第21天（L21d），以及通过单向方差分析（ANOVA）的母猪采食量（表1）显示，在妊娠中期至晚期的处理组平均日采食量（P = 0.7620）和背膘厚（P = 0.6290和P = 0.4240）没有显著差异；然而，在哺乳期，AM组的平均日采食量（P = 0.0320）显著高于CK，BP和SH组。此外，哺乳母猪的背膘损失呈下降趋势（P = 0.3750）。
表2：不同纤维来源对母猪繁殖性能的影响
母猪繁殖性能的评估表明，各处理组的总产仔数（P = 0.1380），活仔数（P = 0.1510），新生仔猪体重（P = 0.4430）或新生窝群仔猪体重（P = 0.1170）没有显著差异。然而，AM组的IUGR明显低于CK，BP和SH组（P = 0.0370）（表2）。
表3：不同纤维来源对仔猪生产性能的影响
此外，本研究对哺乳期（L7d，L14d和L21d）仔猪的生长性能进行了系统研究发现，与CK组相比， AM、BP和SH组的仔猪个体体重（分别为P = 0.0700，P = 0.1580和P = 0.0980）和窝群重量（P = 0.0014）表现出增加的趋势（表3）。这些数据表明妊娠中期至晚期，AM摄入可增加哺乳母猪的采食量并降低IUGR。
图1：苜蓿粉日粮对母猪血清中ROS（A），血清zonulin（B），血清内毒素（C），血清lipocalin-2（D），血清IL-6（E），血清TNF-a（F），血清IL -10（G）以及粪便内毒素（H），粪便IL-6（I），粪便TNF-a（J）和IL-10（K）水平的影响。CK，对照组；AM，苜蓿粉组。数据通过单因素方差分析进行评估，均值之间的显著差异通过Duncan，s进行评估。*，0.01<P≤0.05；**，0.001<P≤0.01；***，P≤0.001；ns>0.05。
图2：苜蓿粉日粮对仔猪血清ROS（A），血清内毒素（B），血清IL-6（C），血清TNF-a（D）和血清IL-10（E）的影响。CK，对照组；AM，苜蓿粉组。数据通过单因素方差分析进行评估，均值之间的显著差异通过Duncan，s进行评估。*，0.01<P≤0.05；**，0.001<P≤0.01；***，P≤0.001；ns>0.05。
图3：AM日粮调节母猪肠道菌群组成的变化。（A）通过Bray-Curtis和未加权UniFrac距离对OTU水平进行主成分分析；（B）LEfSe分析由对立面决定（不严格）。CK，对照组；AM，苜蓿粉组。
图4：苜蓿粉日粮对母猪SCFAs发酵的影响。（A）粪便氨基酸（AA）；（B）粪便丙酸（PA）；（C）粪便丁酸（BA）；（D）粪便总SCFA。数据通过单因素方差分析进行评估，均值之间的显著差异通过Duncan，s进行评估。*，0.01<P≤0.05；**，0.001<P≤0.01；***，P≤0.001；ns>0.05。
表4：IUGR，哺乳期采食量和母猪炎症因子之间的相关性
通过欧氏距离的Spearman相关分析发现，母猪的生长性能与肠道通透性和炎症相关（表4），而IUGR与血清lipocalin-2，IL-6和TNF-a呈正相关，与血清IL-10呈显著负相关。
表5：仔猪和母猪的炎症因子与断奶体重（L18d）的相关性
通过欧氏距离进行的Spearman相关分析发现，哺乳期母猪采食量与血清lipocalin-2，IL-6和TNF-a，粪便IL-6和血清ROS呈负相关，与血清IL-10呈显著正相关。母猪和仔猪的肠道通透性均与炎症相关（表5）。在仔猪中，血清IL-10与母猪血清IL-10呈正相关，而与母猪粪便TNF-α显著负相关。此外，仔猪血清TNF-α水平与母猪血清IL-6，TNF-a和ROS以及粪便IL-6呈正相关，与仔猪断奶重呈显著负相关。仔猪血清IL-6与母猪血清lipocalin-2，IL-6，TNF-α和ROS呈正相关，而仔猪血清ROS与母猪炎症因子或仔猪断奶重之间无显著相关性。
图5：关联和模型预测分析。（A）Spearman分析肠道菌群和宿主标记之间的相关性。（B）Spearman分析宿主标记物之间的相关性。*，0.01<P≤0.05；**，0.001，<P≤0.01；***，P≤0.001。红色表示正相关；蓝色表示负相关。
图6：系统分析苜蓿粉日粮对母猪和仔猪的生长性能、炎症指标、肠道菌群和SCFA的影响。
4、结论
总之，研究表明妊娠中期和后期在日粮中添加不同的纤维来源会影响母猪和仔猪的生产性能。特别是，添加苜蓿粉（AM）可以显著改善母猪和仔猪的生产性能，并减轻肠道和全身性炎症。此外，添加AM可显著增加抗炎细菌的相对丰度，并降低促炎细菌的相对丰度。本文认为母猪和仔猪生产性能的提高可归因于AM对肠道菌群和SCFA产生的有益作用，从而导致炎症反应降低，母猪和仔猪的身体状况增强。这些发现为在母猪日粮中使用特定纤维来源以改善肠道健康和母仔猪的生产性能提供了理论基础和指导，本文还为研究膳食纤维在人类母亲和婴儿胃肠功能中的作用提供了参考。
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