《Poultry Science》：Dietary Iron Overload Exacerbates Intestinal Damage Induced by
Eimeria tenella Infection in Broilers via Impaired Barrier Integrity and Gut Microbiota Dysbiosis
编辑推荐：
本研究针对家禽养殖中球虫病控制困难及饲料中铁水平过高的现实问题，探讨了高剂量膳食铁在柔嫩艾美耳球虫感染中的作用。研究人员采用2×2因子设计实验，发现500 mg/kg的铁过载会加剧感染肉鸡的肠道损伤、炎症反应及菌群紊乱，并首次揭示了其可能通过上调钙信号通路等机制发挥作用。该研究为通过精准调控日粮铁水平来控制球虫病提供了重要的非抗生素策略新思路。
在规模化家禽养殖中，有一种被称为“鸡的疟疾”的疾病——球虫病，它给全球家禽产业造成了每年约30亿美元的经济损失。其中，柔嫩艾美耳球虫是致病力最强的种类之一，专门攻击鸡的盲肠，导致生长迟缓、肠道出血甚至死亡。长期以来，人们依赖化学药物或离子载体类抗球虫药来控制疫情，但耐药性问题日益严峻。尽管疫苗被视为替代方案，却面临着成本高、有毒副作用和储存困难等诸多挑战。与此同时，一个常常被忽视的“营养刺客”正在饲料中潜伏：铁。作为一种必需的微量元素，铁对动物的DNA合成、能量代谢和氧气运输至关重要，快速生长的肉鸡对铁的需求量约为80 mg/kg。然而，许多商业肉鸡日粮中的铁含量远超此标准，这部分源于对饲料原料中铁含量的考虑不足。铁不仅是宿主的必需元素，也是许多肠道病原菌生长和致病所需的“养料”。已有报道指出，高铁摄入会加剧细菌感染，甚至导致死亡。那么，一个令人深思的问题浮出水面：当高剂量的膳食铁遇上致病性原虫感染，是会“雪中送炭”帮助宿主抵抗，还是“火上浇油”加剧病情？
为了回答这个问题，来自湖南农业大学的研究团队在《Poultry Science》上发表了一项研究，旨在探究铁过载对柔嫩艾美耳球虫感染肉鸡肠道损伤的影响。他们采用了经典的2×2因子实验设计，将240只一日龄AA肉鸡随机分为四组：对照组（CON，基础日粮+80 mg/kg FeSO4）、高铁组（HF，基础日粮+500 mg/kg FeSO4）、攻击组（AG，基础日粮+80 mg/kg FeSO4并感染球虫）和高铁攻击组（HFA，基础日粮+500 mg/kg FeSO4并感染球虫）。在第18日龄时，AG和HFA组的肉鸡通过口服灌胃接受了8×104个孢子化卵囊的攻击，而CON和HF组则接受等量的PBS稀释液。研究持续26天，系统地评估了肉鸡的存活率、卵囊排出量、肠道屏障功能、炎症反应、宿主转录组变化以及盲肠微生物群落的结构与功能。
为开展这项研究，作者主要运用了以下关键技术方法：采用2×2因子设计的动物实验模型，使用商业化的ELISA试剂盒检测血清生化指标（LPS、DAO、IgA、IgG、IgM）；通过实时定量PCR（qPCR）分析盲肠组织中紧密连接蛋白及炎症因子的基因表达；利用基于Illumina平台的转录组测序（RNA-seq）进行差异基因分析、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和基因集富集分析（GSEA），以挖掘铁过载在感染背景下的特异性调控通路；并通过基于Illumina HiSeq X-ten平台的宏基因组鸟枪法测序，分析了盲肠内容物中微生物群落的组成、多样性和功能。
研究结果
- •
体重、存活率与粪便卵囊排出量
研究发现，与未感染组（CON和HF）相比，感染柔嫩艾美耳球虫显著降低了肉鸡在感染后第4、6、8天（dpi）的体重。高铁饮食本身对体重无显著影响。然而，在感染背景下，高铁攻击组（HFA）的存活率最低，且在感染后第8天，其粪便中的卵囊排出量显著高于其他所有组，表明铁过载加剧了球虫在宿主体内的增殖。
- •
盲肠屏障功能
研究通过检测血清中脂多糖（LPS）和二胺氧化酶（DAO）的水平，以及盲肠组织中紧密连接蛋白（ZO-1、Occludin、Claudin-1）的基因表达来评估肠道屏障完整性。结果显示，无论是高铁饮食还是球虫攻击，都单独导致了血清LPS和DAO水平的升高，以及紧密连接蛋白表达的下降。更重要的是，两者存在显著的交互作用：在感染球虫的肉鸡中，高铁饮食（HFA组）进一步加剧了这种损伤，表现为最高的血清LPS水平和最低的ZO-1、Occludin表达。
- •
宿主炎症与免疫表达
在炎症反应方面，高铁饮食和球虫攻击均单独上调了盲肠组织中白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-8（IL-8）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和干扰素-γ（IFN-γ）的基因表达。交互作用分析显示，铁过载特异性加剧了感染肉鸡在4 dpi时IL-1β和IL-8的表达，以及在8 dpi时IL-8的表达。同时，血清免疫球蛋白（IgA、IgG、IgM）的水平在高铁饮食和球虫攻击下均显著降低，表明两者均损害了宿主的体液免疫功能。
- •
盲肠组织的转录组分析
为了深入探究铁过载在感染过程中的特异性分子机制，研究人员对盲肠组织进行了转录组分析。通过WGCNA和GSEA分析，他们发现了一些独特的模式。在高铁攻击组（HFA）中特异性下调的基因模块（brown4模块）富集于三羧酸循环（TCA cycle）、脂肪酸代谢和降解等能量代谢通路，以及谷胱甘肽代谢等抗氧化途径。而特异性上调的基因模块（purple模块）则富集于钙信号通路、Wnt信号通路和MAPK信号通路等与炎症和细胞调控相关的通路。GSEA结果进一步确认，在感染背景下，铁过载特异性正调控了钙信号通路，同时负调控了TCA循环。
- •
微生物组成与功能
宏基因组分析揭示了肠道菌群的变化。在门水平上，球虫感染导致厚壁菌门A（Firmicutes A）相对丰度降低，而拟杆菌门（Bacteroidota）和变形菌门（Proteobacteria）增加。在物种水平上，感染组中脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）和大肠杆菌（Escherichia coli）的丰度上升，而鸡粪杆菌（Faecalibacterium gallistercoris）的丰度下降。α多样性分析表明，球虫感染显著降低了盲肠菌群的丰富度和均匀度。β多样性分析则显示感染组与未感染组的菌群结构存在显著分离。功能分析发现，球虫感染显著下调了多个微生物功能通路，包括万古霉素耐药性（ko01502）、肽聚糖生物合成（ko00550）和半乳糖代谢（ko00052）等，其中大肠杆菌是半乳糖代谢通路的主要贡献者。
结论与讨论
本研究的结论明确：在柔嫩艾美耳球虫感染模型中，膳食铁过载通过损害肠道屏障完整性、放大炎症反应、扰乱宿主盲肠组织的能量代谢（如抑制TCA循环）并特异性激活钙信号通路，同时改变盲肠菌群的结构（增加大肠杆菌等潜在病原菌）和功能（如下调半乳糖代谢等），从而协同加剧了球虫感染诱导的肠道损伤。
其重要意义在于多方面的突破。首先，它首次系统揭示了铁过载加剧原虫（柔嫩艾美耳球虫）感染的复杂机制，将营养学、寄生虫学、免疫学和微生物组学联系起来，为理解宿主-寄生虫-微生物-营养素的互作提供了新视角。其次，研究指出了钙信号通路可能是铁过载加剧感染的一个关键分子枢纽，这为未来的靶向干预研究提供了潜在的新靶点。最后，也是最具实践价值的一点，该研究直接为家禽养殖业提供了一种新颖、低成本且非抗生素的球虫病防控策略思路：通过精准评估和适当降低商业日粮中的铁添加水平，可能有助于增强鸡群对球虫感染的抵抗力，减少对抗球虫药物的依赖，从而应对日益严重的耐药性问题，保障家禽健康与养殖效益。这提示营养配方师和养殖者，在追求生长性能的同时，需重新审视微量元素添加的“度”，过犹不及，平衡才是关键。
