《Research in Veterinary Science》：From gut health to nutrient digestion and metabolism: An integrative biomarker analysis in nursery pigs
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断奶小猪肠道健康生物标志物与营养消化代谢关系研究。通过32头断奶小猪22天实验，收集粪便尿液及血液样本，运用PCA、相关分析和CART模型发现钙结合蛋白、脂肪酸结合蛋白和calprotectin是影响干物质消化率、蛋白质及能量消化代谢的关键指标，并建立了生物标志物的检测阈值。
马丽娜·P·沃尔特（Marina P. Walter）|加布里埃拉·M·加利（Gabriela M. Galli）|马科斯·基珀（Marcos Kipper）|卡琳·L·塔克乌蒂（Karine L. Takeuti）|伊内斯·安德雷塔（Ines Andretta）
巴西南里奥格兰德联邦大学（Universidade Federal do Rio Grande do Sul）农学系，阿雷格里港（Porto Alegre）
摘要
本研究旨在探讨断奶猪肠道健康生物标志物与营养素消化和代谢之间的关系。32头断奶猪被单独饲养，并喂食相同的实验性饲料22天。在断奶后第15至21天收集粪便和尿液，以评估能量和蛋白质的消化率及代谢率。第22天采集血液样本，以检测肠道通透性、IgG和IgA水平。同日还收集粪便样本，以测定钙保护蛋白（calprotectin）、新蝶呤（neopterin）、乳铁蛋白（lactoferrin）、钙结合蛋白（calcium-binding proteins）和脂肪酸结合蛋白（FABP）的含量。所有猪在第22天被安乐死，以便采集肠道组织，测定绒毛高度、绒毛宽度、隐窝深度以及绒毛高度与隐窝深度的比值、硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）、谷胱甘肽S-转移酶（glutathione S-transferase）、蛋白质巯基（protein thiols）、抗破裂能力、闭合带蛋白-1（zonula occludens-1）和occludin的含量。研究采用了主成分分析（PCA）、相关性分析以及分类与回归树（CART）方法。基于CART模型的分析结果表明，粪便中的钙结合蛋白和FABP水平是干物质消化率的关键预测因子；而粪便中的钙保护蛋白和FABP水平则是蛋白质及能量消化率与代谢率的主要决定因素。在两个不同的CART模型中，粪便中钙保护蛋白的水平临界值为79.4–79.6 ng/mL，用于区分消化率高的猪和消化率低的猪；FABP的临界值范围为70.5–87.4 ng/mL，表明其在区分消化效率高低组中的作用。我们的研究结果支持粪便生物标志物作为断奶猪消化率和代谢率非侵入性指标的潜力。
引言
消化系统是免疫系统中最大的器官，占免疫细胞的70%以上（Vighi等人，2008年）。在这种情况下，胃肠道的有效功能对猪的健康、福利和生长性能至关重要。“肠道健康”这一概念涵盖了多个因素，包括饮食、肠道屏障的结构与功能、稳定且平衡的微生物群、调节良好的免疫系统、高效的消化以及营养物质的吸收（Celi等人，2017年）。对于断奶猪而言，这一问题尤为重要，因为它们由于免疫系统不成熟、微生物群不稳定以及饮食突然改变，在断奶后极易出现肠道健康问题。
随着对动物福利要求的提高，尤其是对食用动物的福利要求，公众对涉及动物的科学实验的看法越来越负面。这种日益增长的担忧导致了限制性措施，甚至在某些情况下禁止了侵入性实验程序。因此，迫切需要非侵入性或最小侵入性的方法来评估体内肠道健康状况，因为大多数现有方法都依赖于侵入性分析。尽管在人类医学领域已经开发出了多种用于此目的的生物标志物、检测方法和试剂，但在畜牧业中关于肠道健康生物标志物的研究仍处于早期阶段（Niewold，2015年）。
生物标志物在动物研究中越来越多地被用作不同处理之间的比较指标。然而，它们在猪身上的验证和解释仍有限，尤其是对于断奶后由于免疫系统不成熟和饮食突然改变而极易出现肠道健康问题的断奶猪而言。虽然像钙保护蛋白和脂肪酸结合蛋白（FABP）这样的标志物在人类医学中已被广泛认可，但由于猪与人类在胃肠道生理和饮食方面的差异，其在猪身上的适用性仍不确定（Celi等人，2019年）。因此，本研究旨在探讨断奶猪肠道健康生物标志物与营养素消化和代谢之间的关系。
实验设计与方法
实验对象、饲料及实验程序
本研究在健康的断奶猪身上进行了消化率和代谢效率的测试。所有实验程序均符合巴西国家动物实验控制委员会的规定，并经过了南里奥格兰德联邦大学（Porto Alegre, RS, Brazil）动物使用伦理委员会的审查和批准。32头公猪（体重6.20 kg ± 410 g；兰德瑞斯品种×大白品种杂交）被单独饲养在代谢笼中（笼长1.12 m × 笼宽0.60 m）
结果
猪的平均日采食量为721.7 ± 13.73 g，日增重为507.8 ± 18.29 g，饲料转化比为1.454 ± 0.06。这些结果表明猪保持健康状态，并且表现符合预期范围。在实验条件下，猪的消化率和代谢率也处于正常范围内。平均干物质消化率为87.94 ± 3.414%，能量消化率为87.10 ± 3.657%，能量代谢率为...
讨论
本研究旨在探讨断奶猪肠道健康生物标志物与营养素消化和代谢之间的关系。研究提出了这样一个假设：多种生物标志物可以作为肠道健康的可靠指标，而肠道健康又直接关系到猪对膳食营养素的利用效率。此外，我们认为这些生物标志物可以在标准卫生条件下通过非侵入性采样方法进行有效监测。
结论
消化率和代谢率之间存在密切联系，体现了动物体内的内在关系。粪便中的生物标志物，尤其是钙保护蛋白、钙结合蛋白和FABP，显示出作为断奶猪营养素和能量消化率及代谢率指标的潜力。这些发现为未来的研究提供了依据，并可能支持非侵入性生物标志物在实际应用中的推广。
作者贡献声明
马丽娜·P·沃尔特（Marina P. Walter）：撰写初稿、数据整理、概念构思。加布里埃拉·M·加利（Gabriela M. Galli）：撰写、审稿与编辑、方法学设计、实验实施、概念构思。马科斯·基珀（Marcos Kipper）：撰写、审稿与编辑、方法学设计、实验实施、数据整理。卡琳·L·塔克乌蒂（Karine L. Takeuti）：撰写、审稿与编辑、方法学设计。伊内斯·安德雷塔（Ines Andretta）：撰写、审稿与编辑、实验实施、数据整理、概念构思。伦理声明
动物实验获得了机构伦理委员会的批准（CEUA/UFRGS – 协议号39,604）。实验遵循当地法规和机构要求进行。实验前已从动物主人处获得了书面同意书，允许其动物参与本研究。利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究结果的个人关系。
