該研究發(fā)現(xiàn)生長遲緩（postnatal growth retardation, PGR）仔豬后腸中富集的史氏甲烷短桿菌（Methanobrevibacter smithii）和低豐度的短酸生成菌通過抑制肝臟酮體代謝功能，促使枯否細(xì)胞向促炎型極化，加劇肝臟損傷，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體生長受限。百邁客生物為該研究提供了轉(zhuǎn)錄組測序服務(wù)。

研究背景

仔豬出生后生長遲緩是養(yǎng)豬業(yè)中普遍存在的棘手問題，其發(fā)生率高，主要表現(xiàn)為體重增長緩慢、生產(chǎn)性能低下，不僅顯著增加了飼養(yǎng)周期與成本，更嚴(yán)重制約了養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；l(fā)展與經(jīng)濟(jì)效益提升。

近年來，大量研究證實(shí)腸道微生物群落是調(diào)控動(dòng)物早期生長發(fā)育的關(guān)鍵因素，其通過參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)免疫功能等多種途徑影響宿主健康。然而，在眾多腸道微生物中，哪些特定菌群與仔豬生長遲緩直接相關(guān)，以及這些菌群調(diào)控生長發(fā)育的具體分子機(jī)制仍不明確，這一研究空白嚴(yán)重阻礙了針對(duì)性防控技術(shù)的研發(fā)。因此，系統(tǒng)解析腸道微生物與仔豬生長遲緩的關(guān)聯(lián)及作用通路，成為當(dāng)前畜禽養(yǎng)殖領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)與迫切需求。

研究內(nèi)容

研究團(tuán)隊(duì)通過大規(guī)模仔豬跟蹤試驗(yàn)，建立PGR仔豬模型，并系統(tǒng)分析了其腸道微生物組成與功能變化。發(fā)現(xiàn)PGR仔豬的后腸呈現(xiàn)出明顯的甲烷生成通路富集，而短鏈脂肪酸合成相關(guān)功能則明顯減弱。同時(shí)，肝臟酮體代謝水平顯著降低，肝臟損傷標(biāo)志物升高，且腸道M. smithii豐度與宿主酮體含量呈顯著負(fù)相關(guān)，提示M. smithii豐度和宿主酮體代謝水平可能與機(jī)體生長發(fā)育密切相關(guān)。

研究人員進(jìn)一步開展糞菌移植和M. smithii單菌定植實(shí)驗(yàn)，均發(fā)現(xiàn)M. smithii可以顯著降低肝臟酮體代謝水平，表現(xiàn)為抑制生酮通路關(guān)鍵酶HMGCS2表達(dá)和β-羥基丁酸產(chǎn)生，造成宿主生長阻滯。此外，M. smithii還能促進(jìn)肝臟枯否細(xì)胞M1型極化，引發(fā)炎癥反應(yīng)，可能源于M. smithii增加了腸道通透性，脂多糖通過腸肝循環(huán)影響肝臟功能。當(dāng)抑制M. smithii在腸道中的定植可以逆轉(zhuǎn)上述不良表型。

為了驗(yàn)證酮體代謝對(duì)肝臟免疫功能的影響，該研究在肝臟特異性敲除Hmgcs2基因后，發(fā)現(xiàn)宿主酮體生成顯著減少，肝臟M1型枯否細(xì)胞數(shù)量增加，T細(xì)胞數(shù)量無顯著影響，說明酮體可能特異性地調(diào)控枯否細(xì)胞的極化狀態(tài)。通過外源補(bǔ)充β-羥基丁酸，顯著緩解生長遲緩仔豬的肝臟損傷，有效改善其生長性能。

圖-史氏甲烷短桿菌引起仔豬發(fā)育遲緩的潛在機(jī)制

研究總結(jié)

該研究通過系統(tǒng)深入的實(shí)驗(yàn)，最終揭示了“M. smithii—肝臟酮體代謝—肝臟免疫”的調(diào)控軸在仔豬生長遲緩中的核心作用：PGR仔豬后腸富集的M. smithii與低豐度的短酸生成菌共同作用，一方面抑制肝臟酮體代謝功能，減少β-羥基丁酸生成；另一方面增加腸道通透性，通過腸肝循環(huán)引發(fā)肝臟枯否細(xì)胞M1型極化與炎癥反應(yīng)，加劇肝臟損傷，最終導(dǎo)致仔豬生長受限。而抑制M. smithii定植或外源補(bǔ)充β-羥基丁酸，均可有效逆轉(zhuǎn)生長遲緩表型。

該研究首次闡明了腸道微生物調(diào)控仔豬生長發(fā)育的全新分子機(jī)制，豐富了“腸-肝軸”在畜禽領(lǐng)域的研究內(nèi)涵；為仔豬生長遲緩的防控提供了精準(zhǔn)靶點(diǎn)，未來可通過靶向抑制M. smithii定植、調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)或外源補(bǔ)充酮體代謝產(chǎn)物等方式，開發(fā)新型防控技術(shù)，降低養(yǎng)殖業(yè)損失。同時(shí)，該研究也為其他畜禽生長障礙的機(jī)制研究與技術(shù)研發(fā)提供了重要的參考范式。

以上內(nèi)容來源于岳麓山實(shí)驗(yàn)室，侵刪