《Poultry Science》：Structurally distinct yeast-derived β-glucans modulate intestinal morphology and microbial metabolism in broiler chickens differentially
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本文推荐给研究饲料添加剂与家禽肠道健康的读者。为探究酵母β-葡聚糖的结构特性如何影响其功能，研究者以952只肉鸡为模型，系统评估了三种结构迥异的酵母β-葡聚糖在两种添加水平下对肉鸡生长性能、肠道形态及盲肠微生物组和代谢物的影响。结果发现，β-葡聚糖的结构（溶解性、分子量）和剂量共同塑造了宿主-微生物-代谢物的综合响应，为开发结构导向的功能性饲料添加剂提供了新见解。
在肉鸡生产中，抗生素的使用因耐药性问题而在许多国家受到限制或禁止，这使得肉鸡更易受到环境压力和感染性疾病的威胁。肠道作为免疫防御和营养吸收的关键场所，其健康对家禽的抵抗力和生产性能至关重要。因此，寻找能维护肠道健康、支持最佳生长的功能性饲料添加剂已成为当务之急。酵母β-葡聚糖，一种从酵母细胞壁中提取的多糖，因其独特的结构和功能特性，被视为一种有潜力的抗生素替代候选物。它具有分支度高、难以被小肠消化的特点，可以到达后肠，作为肠道微生物的可发酵底物，发挥潜在的益生元作用。然而，现有的研究多集中于其免疫调节活性，对其调控肠道微生态和微生物代谢物的影响仍知之甚少。此外，酵母β-葡聚糖可以通过多种提取和加工方法制备，导致其分子量、溶解度和构象等关键结构特征差异巨大，这些结构差异如何影响其在肉鸡体内的生物学功能，特别是在调节微生物群落和宿主生理方面的作用，仍不明确。本研究旨在填补这些知识空白，探究不同结构酵母β-葡聚糖与剂量如何共同影响肉鸡的“宿主-微生物-代谢物”响应框架。
为了解答上述问题，研究团队开展了一项为期38天的肉鸡饲养试验。研究人员采用了952只一日龄的罗斯308肉鸡，将其随机分为七组：一个玉米基础日粮对照组和六个分别在基础日粮中添加了三种高纯度酵母β-葡聚糖的实验组，每种β-葡聚糖又设置了低（0.02%）和高（0.35%）两个添加水平。这三种β-葡聚糖分别为：水溶性低分子量β-葡聚糖（SLG）、水不溶性中等分子量β-葡聚糖（IMG）和水不溶性高分子量β-葡聚糖（IHG）。研究评估了肉鸡的生长性能、肠道组织形态学（空肠和回肠的绒毛高度VH、隐窝深度CD及其比值）、盲肠内容物中的短链脂肪酸（SCFAs）和支链脂肪酸（BCFAs）浓度，并利用全长16S rRNA基因测序分析了盲肠微生物群落组成。
研究主要得出了以下几方面结果：
酵母β-葡聚糖添加剂改善生长均匀度和肠道完整性，低剂量SLG和IHG效果尤为显著
研究发现，与对照组相比，低剂量IHG（IHG_L）显著改善了肉鸡在第38天的体重均匀性，并增加了回肠绒毛高度（VH）和绒毛高度/隐窝深度（VH/CD）比值。而低剂量SLG（SLG_L）则显著增加了空肠绒毛高度。从结构效应来看，IHG组的回肠VH和VH/CD比值均显著高于SLG和IMG组。这些结果表明，特定的β-葡聚糖结构（特别是高分子量不溶性IHG）在低剂量下即能有效促进肠道吸收表面的发育，这可能与改善的肠道屏障功能和营养吸收有关，并部分解释了IHG_L组观察到的更一致的生长表现。
酵母β-葡聚糖增加盲肠微生物代谢物产量，高剂量SLG组效果突出
在盲肠代谢物方面，高剂量SLG（SLG_H）的补充在第10天显著提高了丙酸盐浓度，并在第38天提高了丁酸盐、戊酸盐和总SCFA的水平，同时显著提高了SCFA/BCFA比值。剂量效应分析显示，与低剂量相比，高剂量补充显著提高了第10天的丙酸盐，以及第38天的丁酸盐、总SCFA和SCFA/BCFA比值，同时降低了异丁酸盐和异戊酸盐的浓度。这表明高剂量，尤其是水溶性的SLG，能更有效地促进盲肠中有益的碳水化合物发酵，抑制蛋白质腐败发酵，从而产生更多有益的SCFA。
酵母β-葡聚糖显著改变微生物组成，分子量和剂量共同驱动变化
微生物多样性分析揭示了β-葡聚糖结构和剂量对盲肠菌群的复杂影响。高剂量SLG组（SLG_H）的Berger-Parker优势度指数高于对照组，表明特定菌群（如Streptococcus）的丰度增加。相比之下，IHG组显示出更高的微生物多样性（如Shannon指数）和更低的优势度。主坐标分析（PCoA）进一步证实，微生物群落结构受到β-葡聚糖分子量和剂量的显著影响，且两者存在交互作用。在高剂量下，不同结构β-葡聚糖处理组的微生物群落区分得更加明显。
差异丰度菌群与微生物代谢物及肠道形态参数密切相关
通过LEfSe和ALDEx2分析，研究识别出与不同处理相关的特异性菌群。例如，SLG_H组富集了Streptococcus及其物种Streptococcus alactolyticus，而IHG_L组富集了Lactobacillus、ChristensenellaceaeR-7 group、Blautia和Eubacteriumhallii group等。相关分析显示，Streptococcus和S. alactolyticus与乙酸盐、丁酸盐和总SCFA浓度呈正相关。ChristensenellaceaeR-7 group与空肠和回肠的VH正相关，而Eubacteriumhallii group则与回肠VH/CD比值和丙酸盐浓度正相关。这些关联揭示了特定微生物类群可能在介导β-葡聚糖对宿主肠道健康和代谢的有益影响中扮演关键角色。
综上所述，本研究系统揭示了酵母β-葡聚糖的结构（溶解性、分子量）和剂量共同塑造了肉鸡肠道形态、微生物发酵及群落组成的综合响应。低剂量的不溶性高分子量β-葡聚糖（IHG）在改善肠道形态和生长均匀度方面表现出优势，这可能通过免疫调节和特定有益菌群（如Lactobacillus）的富集来实现。而高剂量的水溶性低分子量β-葡聚糖（SLG）则在驱动微生物发酵、显著提升有益短链脂肪酸（SCFA）产量方面效果更佳，这与其富集了Streptococcus等发酵菌群有关。值得注意的是，剂量效应在高剂量下更为明显，尤其是在调节微生物代谢谱方面。中等分子量的不溶性β-葡聚糖（IMG）效果相对有限。这些发现强调了在评估和应用酵母β-葡聚糖作为功能性饲料添加剂时，必须综合考虑其精细结构特性和使用剂量。研究构建了一个“宿主-微生物-代谢物”的综合响应框架，表明不同结构的β-葡聚糖通过差异性地调控肠道微生物生态系统及其代谢输出，进而对宿主肠道健康产生不同影响。这为未来基于结构特性精准设计和优化β-葡聚糖产品，以针对性地改善家禽肠道健康和生产性能，提供了重要的理论依据和实践指导。该研究已发表在《Poultry Science》期刊上。
