禁食诱导换羽期间肠道菌群的改变及其对肠 - 肝功能的效应

《iMetaOmics》：Changes in the gut microbiome during fasting-induced molting and its effects on gut–liver function

　　

禁食诱导换羽（FIM）可使母鸡的产蛋周期恢复活力，然而禁食过程可能导致肠道菌群失调，进而损害宿主免疫并破坏肠 - 肝功能。因此，调查 FIM 期间肠道菌群的改变及其对肠 - 肝代谢稳态的影响，对于提高产蛋鸡 FIM 的效率至关重要。本研究选取了 90 只 60 周龄的产蛋鸡进行 FIM 实验。样本采集于四个时间点：禁食前一天、禁食第 15 天、复喂第 5 天和复喂第 47 天。研究人员采用宏基因组测序和非靶向代谢组学技术，聚焦于肠道损伤修复机制和肝功能变化，探讨了肠道菌群和代谢物在肠 - 肝功能重塑中的作用。在禁食期间，有害菌群和代谢物的丰度增加，导致肠道损伤。这一过程激活了转化生长因子 -β（TGF-β）信号通路，促进了肠道干细胞的增殖。同时，肝脏功能出现障碍，表现为肝脏和血清中胆汁酸水平升高以及非经典胆汁酸合成通路的激活。在复喂期间，先前观察到的效应发生逆转，导致肠道菌群和肠 - 肝功能的重塑。研究人员鉴定出在 FIM 期间参与肠 - 肝功能的关键微生物（Liquorilactobacillus mali 和 Tissierellia bacterium KA00581）及功能性代谢物（D-泛醇和 3-羟基邻氨基苯甲酸（3-HAA））。值得注意的是，D-泛醇能促进鸡小肠类器官的分枝和生长，增强屏障功能并减少炎症。该研究强调了肠道菌群在产蛋鸡 FIM 期间肠 - 肝损伤中的作用，提出了基于益生菌或代谢物的干预措施以减轻肠 - 肝损伤并促进恢复的潜力。

**禁食诱导换羽期间肠道菌群重塑与肠 - 肝互作机制研究解读**

**研究背景与意义**
换羽是禽类的一种自然生理现象，涉及羽毛更换和繁殖的暂时停止，通常会导致产蛋量下降。自然换羽周期长且不一致，不利于集约化管理，而禁食诱导换羽（FIM）因其周期短、能延长后续产蛋高峰期并降低成本，被广泛应用于蛋鸡产业。然而，FIM 过程中的能量匮乏会破坏肠道稳态，引发肠道菌群失调，导致病原体增加、屏障功能受损及黏膜炎症，进而通过肠 - 肝轴影响肝脏功能，表现为胆汁酸代谢紊乱和免疫力下降。尽管 FIM 应用广泛，但其对肠道菌群动态变化及其如何通过代谢物介导肠 - 肝损伤与修复的具体机制尚不明确。因此，深入解析 FIM 过程中肠道菌群与代谢物的动态变化及其对肠 - 肝功能的调控网络，对于优化 FIM 管理策略、开发基于益生菌或代谢物的干预手段以保障蛋鸡健康和生产性能具有重要的科学意义和应用价值。本研究发表于《iMetaOmics》，系统揭示了这一复杂过程。

**关键技术与方法**
研究人员选取了 90 只 60 周龄的产蛋鸡作为研究对象，实施 FIM 方案，并在禁食前（F0）、禁食第 15 天（F15）、复喂第 5 天（R5）及复喂第 47 天（R47）四个关键时间点采集盲肠内容物、空肠及肝脏组织样本。研究综合运用了宏基因组测序技术以分析肠道菌群的组成与功能变化，结合非靶向代谢组学及靶向胆汁酸代谢组学技术检测代谢物谱。此外，通过转录组测序（RNA-seq）结合加权基因共表达网络分析（WGCNA）挖掘关键基因模块；利用苏木精 - 伊红（H&E）染色、扫描电镜（SEM）及免疫荧光技术评估肠道形态结构与细胞增殖分化情况；并构建鸡小肠类器官模型，体外验证关键代谢物 D-泛醇对肠道功能的调控作用。

**研究结果分析**
**肠道菌群与代谢物的动态演变**
研究发现，禁食显著改变了盲肠菌群的组成，降低了物种多样性。在门水平上，拟杆菌门（Bacteroidetes）丰度降低，而放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）丰度增加；在属水平上，有害菌如 Olsenella 和 Lachnoclostridium 增多，而有益菌如 Bacteroides 减少。功能预测显示，禁食期间免疫系统和疾病相关通路富集，表明肠道易感性增加。代谢组学分析进一步揭示，禁食导致次级胆汁酸生物合成通路富集，提示胆汁酸代谢紊乱，且水杨酸等应激相关代谢物在禁食期显著升高。

**肠道黏膜的重塑机制**
形态学观察表明，禁食导致空肠和回肠绒毛萎缩、隐窝加深及上皮细胞脱落，伴随炎症因子（如 IL-1β、IL-8）表达上调及氧化应激水平（MDA 升高，CAT、GSH-PX 降低）加剧。然而，机制研究发现了独特的代偿反应：禁食期间肠道干细胞增殖基因（如 LGR5、OLFM4）和自噬基因显著上调，而分化基因下调。转录组分析证实，这一过程由 TGF-β信号通路激活所驱动，该通路在维持组织稳态和促进修复中起核心作用。复喂后，上述指标迅速逆转，肠道结构得以修复。

**肝功能的改变与胆汁酸代谢重编程**
FIM 对肝功能造成显著冲击。生化指标显示，禁食期间血清天门冬氨酸氨基转移酶（AST）、总胆汁酸（TBA）等水平显著升高，白蛋白（ALB）降低，提示肝功能受损。靶向代谢组学证实，肝脏和血清中多种胆汁酸（如 TDCA、TLCA、LCA）浓度急剧上升。分子机制上，禁食抑制了经典胆汁酸合成途径关键酶 CYP7A1 的表达，同时上调了 CYP27A1 和 CYP7B1，表明非经典胆汁酸合成途径被激活，导致胆汁酸异常积累，可能诱发肝损伤。

**肠 - 肝互作的关键因子鉴定**
多组学联合分析构建了“菌群 - 代谢物 - 宿主”互作网络。研究发现，Liquorilactobacillus mali 与 D-泛醇呈正相关，Tissierellia bacterium KA00581 与 3-HAA 呈正相关，这两类菌及其代谢产物与肠 - 肝功能的修复密切相关。相反，Pelosinus fermentans 和 Fibrobacter sp. UWOV1 则与 LCA、花生四烯酸（AA）等致炎或损伤性代谢物正相关，可能参与介导了 FIM 期间的组织损伤。体外类器官实验进一步证实，100 μM 的 D-泛醇能显著促进鸡小肠类器官的出芽和生长，上调紧密连接蛋白 CLDN1 表达，并抑制炎症因子，证明其在修复肠道屏障中的保护作用。

**结论与展望**
综上所述，本研究阐明了 FIM 过程中肠道菌群失调通过改变代谢物谱（如胆汁酸积累、D-泛醇波动），进而激活 TGF-β通路诱导肠道干细胞增殖以应对损伤，同时触发肝脏非经典胆汁酸合成途径导致功能障碍的动态机制。研究鉴定出 Liquorilactobacillus mali 和 Tissierellia bacterium KA00581 为潜在益生菌，D-泛醇和 3-HAA 为关键功能性代谢物。这些发现不仅深化了对禽类肠 - 肝轴在极端营养胁迫下适应机制的理解，也为通过补充特定益生菌或代谢物（如 D-泛醇）来缓解 FIM 副作用、提高蛋鸡生产寿命提供了理论依据和实践指导。