《Microbiome》：Altered rumen bacterial flora is associated with increased lipogenesis of adipose tissue in obese dairy cows before calving
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这篇研究揭示了产前肥胖奶牛其瘤胃菌群结构与功能的改变，通过富集产挥发性脂肪酸（VFA）菌群、提升碳水化合物降解能力及VFA（尤其是乙酸和丙酸）产量，进而促进肝脏葡萄糖与甘油三酯（TG）合成，并最终导致脂肪细胞脂质沉积加剧。这为通过调控瘤胃微生物干预奶牛能量代谢提供了新视角。
背景
产前肥胖使奶牛在产后面临更高的代谢紊乱风险。瘤胃微生物通过发酵饲料产生的挥发性脂肪酸（VFA）是反刍动物主要的能量来源，但其促进肥胖奶牛脂肪细胞脂质积累的具体机制尚不清楚。本研究旨在探究瘤胃菌群如何调控奶牛的产前肥胖。
方法
研究选取20头经产中国荷斯坦奶牛，根据产前14天的体况评分（BCS）分为正常组（BCS = 3.25–3.75）和肥胖组（BCS ≥ 4）。在产前14天采集血液、瘤胃液、脂肪组织和肝脏样本。分析了血液代谢参数、瘤胃发酵参数（包括VFA和氨态氮（NH3-N））、组织甘油三酯（TG）含量、基因与蛋白表达（涉及脂质合成、分解及糖异生相关基因如SREBP-1C、FAS、ACC1、ATGL、HSL、PCK1等）。通过16S rRNA全长测序和宏基因组学分析了瘤胃细菌组成及功能，并通过非靶向代谢组学分析了瘤胃代谢物。
结果
- 1.
代谢表型：与正常奶牛相比，肥胖奶牛的BCS、体重（BW）、血浆葡萄糖、胰岛素、甘油三酯（TG）和游离脂肪酸（FFA）水平均显著升高。脂肪组织中脂肪细胞直径、TG含量以及脂质合成相关基因（SREBP-1C、FAS、ACC1等）和蛋白（SREBP-1C）的表达上调，同时脂解相关蛋白ATGL和磷酸化HSL（p-HSL）的水平也升高。肝脏中TG沉积增加，糖异生（G6P1、PCK1、PC）和脂质合成（SREBP-1C、ACSS2、ACLY等）相关基因表达上调。血浆脂肪酸谱分析显示，肥胖奶牛中棕榈酸（C16:0）等饱和脂肪酸水平更高。
- 2.
瘤胃发酵与菌群组成：肥胖奶牛的瘤胃总VFA、乙酸和丙酸浓度显著高于正常奶牛，但pH和NH3-N无差异。细菌群落结构在两组间存在显著差异。在物种水平上，Tidjanibacter inops_A、Rikenella massiliensis、Papillibacter cinnamivorans和Parabacteroides merdae等细菌在肥胖奶牛瘤胃中富集，并且其丰度与BCS、BW、脂肪细胞直径及VFA浓度呈正相关。
- 3.
瘤胃微生物功能：宏基因组分析显示，肥胖奶牛瘤胃微生物的碳水化合物活性酶（CAZymes）基因总数及碳水化合物代谢相关KEGG通路（如“淀粉和蔗糖代谢”、“糖酵解/糖异生”）显著富集。负责VFA生产途径（如乙酸、丙酸、丁酸生成）的关键酶基因丰度也更高，表明其瘤胃菌群具有更强的碳水化合物降解和VFA生成能力。
- 4.
瘤胃代谢组：代谢组学分析发现，肥胖奶牛瘤胃液中三羧酸（TCA）循环的代谢物水平显著升高，尤其是柠檬酸。柠檬酸水平与BCS、BW、脂肪细胞直径、瘤胃VFA浓度及产VFA菌的丰度均呈正相关。
- 5.
关联网络：相关性分析构建了瘤胃细菌、代谢物与宿主表型之间的网络。富集的产VFA细菌（如Tidjanibacter inops_A）与柠檬酸及宿主肥胖指标正相关，而一些丁酸产生菌（如Butyrivibrio hungatei_A）则与这些指标负相关。
讨论
本研究阐明了一个从瘤胃到脂肪组织的代谢轴：产前肥胖奶牛的瘤胃菌群发生重塑，富集了具有更强碳水化合物降解和VFA生成能力的细菌。这导致瘤胃乙酸和丙酸产量增加。丙酸在肝脏中作为底物增强糖异生，提高血糖；乙酸则促进肝脏脂质合成。升高的循环葡萄糖和FFA被脂肪细胞摄取，用于合成并储存脂质，同时脂肪组织本身的脂解作用也增强，进一步提高了循环FFA水平（尤其是棕榈酸），这可能加剧了胰岛素抵抗，形成恶性循环，最终导致脂肪组织脂质沉积和肥胖。
结论
本研究结果表明，产前肥胖奶牛的瘤胃菌群通过增强碳水化合物降解和VFA（乙酸、丙酸）生产，为宿主提供了更多的能量前体，进而促进了肝脏的葡萄糖和甘油三酯合成，并最终驱动了脂肪细胞的脂质沉积。这为了解奶牛肥胖的微生物学机制提供了新见解，并为通过靶向调控瘤胃菌群来改善奶牛能量代谢健康提供了潜在策略。
