2017-09-20
文章背景
最近，派森诺生物与四川农业大学合作，在《Molecular Nutrition & Food Research》（影响因子：4.3229）上发表文章，揭示猪肠道菌群对不同的非淀粉多糖组分饮食的适应性。
研究背景
膳食纤维提取自植物，能抗人体小肠消化吸收，在大肠中能部分或全部发酵，包括多糖、寡糖、木质素以及相关的植物物质。富含纤维的饮食，具有预防便秘、憩室症和心血管疾病等作用；且可以调节肠道蠕动，产生短链脂肪酸（SCFAs），刺激肠黏膜生长。纤维化学结构多样，制约着肠道菌群对它们的利用，不同的细菌因代谢特性的差异，对于纤维组分的消化能力也各有所长。因此，膳食纤维在调节肠道微生物组成方面起着至关重要的作用，深入了解它们的相互作用，对于维持、改善肠道菌群以及宿主健康非常重要。
研究目的
研究报道非淀粉多糖（Nonstarch polysaccharides，NSPs）的膳食纤维会影响肠道微生物的群落多样性和组成结构。然而，对于单一纤维组分的作用鲜有报道。本文以猪作为动物模型，描述了肠道微生物组对不同纤维组分的应答。
研究方法
测序技术：Illumina MiSeq高通量测序平台
测序模式：微生物组细菌16S rRNA V4区
实验对象：猪Ileal（回肠）和Cecal（盲肠）中部消化物
实验设计：32头杂食猪（平均体重6.55 ± 0.14 kg）随机分为4组；其中：
（A）无纤维饮食组（FFD）：8头；
（B）含NSPs纤维饮食组：5%纤维素（CEL）、木聚糖（XYL）或b-葡聚糖（GLU）饮食组各8头
实验处理：按2012年国家研究委员会的营养建议制定膳食，实验期间可自由觅食和补水。喂养28天后，经静脉注射戊巴比妥钠使猪处于深度麻醉，随后杀猪放血，取出肠道组织，立即记录各肠段的重量和长度。并取盲肠和回肠中部约4g的消化物于无菌管中，-80°C速冻，留待测定短链脂肪酸（SCFA）的浓度和菌群组成。
研究结果
NSPs对断奶仔猪生长性能和肠道生长的影响研究中，猪饲料添加5%的NSPs对肠道发育有明显的影响；CEL组小肠和大肠的湿重高，且大肠长度有所增加。添加5%的XYL会大大减少肠道的总重量和长度，但是会显著增加十二指肠的绒毛长度。
摄入NSPs后，对消化的代谢产物和pH值进行测定，发现回肠中短链脂肪酸，尤其是丙酸盐和丁酸盐的含量极
低，但乙酸盐的浓度显著提高；且回肠的pH值倾向于增加。而盲肠中，XYL组乙酸、丙酸和丁酸浓度低于其他组，GLU组SCFA浓度高，但pH值低。
定量PCR分析回肠（A）和盲肠（B）的16S rRNA基因拷贝数，整体上盲肠样本的平均拷贝数高于回肠样本。相对于FDD组，摄食NSPs导致猪肠道16S rRNA基因拷贝数显著增加。其中，CEL组在回肠中增量显著高于其他组，盲肠中NSPs各组拷贝数的增加幅度相似。
经质量过滤，总共得到1670530条序列，平均每个回肠样本有54716条序列，每个盲肠样本有84494条序列。有效序列被归并为1714个OTU。对不同肠段鉴定的OTU数进行统计，显示盲肠（B）的OTU数高于回肠（A）；属水平Venn图显示，盲肠样本（D）各处理（FDD、CEL、XYL和GLU）OTU少于回肠样本（C），但共有OTU远超过回肠样本。
柱状图显示了门水平的细菌组成。摄入NSPs对整体的多样性没有显著影响，但却剧烈改变了特定细菌的丰度。NSPs降低了回肠样本的Firmicutes（厚壁菌门）的丰度，但增加了Proteobacteria（变形菌门）的丰度。在盲肠样本中，NSPs不仅增加了变形菌门的丰度，还提高了厚壁菌门/拟杆菌门的比例。
热图分析表明，在回肠样本中乳酸菌和放线杆菌是优势属；但摄食NSP明显降低了乳酸菌的百分比，却相应增加了放线杆菌和梭状芽孢杆菌丰度。葡聚糖处理的样品（GLU组）含有更多的梭状芽孢杆菌。在盲肠样本中，FDD组乳酸菌和普雷沃菌属是优势属。摄食NSP组放线杆菌属占比较高，而乳酸菌和瘤胃球菌属丰度显著降低。GLU组含有高水平的普雷沃菌属、罗氏菌属和梭状芽孢杆菌。
对群落功能进行预测，一共预测到39种生物学功能，与细胞代谢相关的功能（碳水化合物代谢、能量代谢和氨基酸代谢等）是主要的类别。
总结
本研究从NSPs种类入手，探究了猪摄入NSPs后，肠道16S rRNA基因拷贝数和特定菌群的丰度变化，阐述了肠道菌群是如何适应不同非淀粉多糖纤维组分（纤维素、木聚糖或b-葡聚糖）的影响，其结果也有助于我们理解膳食纤维在调节肠道微生物和健康方面的益生作用。
文章索引
Tian G, Wu X, Chen D, et al. Adaptation of gut microbiome to different dietary non-starch polysaccharide fractions in a porcine model[J]. Molecular Nutrition & Food Research, 2017.DOI：10.1002/mnfr.201700012
点击链接,阅读原文：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mnfr.201700012/full
