Microbiome文章詳解：犢牛腸道健康重要“標志物”

瀏覽次數：1232　發布日期：2022-6-13　來源：麥特繪譜

腹瀉性大腸桿菌（diarrheagenic E. coli, DEC）對奶牛健康造成了嚴重威脅，而抗菌藥物的濫用導致該細菌的耐藥性問題日益突出，其導致的腸道疾病愈加復雜，防控難度更大，亟需開發安全高效的抗菌素替代物。

5月28日，中國農業大學動物科學技術學院李勝利教授和曹志軍教授團隊在微生物學領域頂級期刊《Microbiome》（IF=14.65）在線發表了題為Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid from neonatal dairy calves improves intestinal homeostasis and colitis to attenuate extended-spectrum β-lactamase-producing enteroaggregative Escherichia coli infection（新生犢牛腸道菌群代謝物熊去氧膽酸可調控腸道穩態和結腸炎，從而緩解產超廣譜β-內酰胺酶腸黏附性大腸桿菌感染）的研究論文。該成果利用微生物組和代謝組學方法，發現產超廣譜β-內酰胺酶腸黏附性大腸桿菌（ESBL-EAEC）感染引發的腹瀉犢牛糞便菌群結構和代謝物表達譜不同于健康犢牛，研究結果揭示了熊去氧膽酸（Ursodeoxycholic acid, UDCA）可作為調控犢牛腸道健康的重要“標志物”。（麥特繪譜提供代謝組學檢測服務）

研究人員對健康和腹瀉的新生犢牛進行微生物組和代謝組學分析，發現產超廣譜β-內酰胺酶腸黏附性大腸桿菌（ESBL-EAEC）感染引發的腹瀉犢牛糞便菌群結構和代謝物表達譜不同于健康犢牛，其中健康牛糞中UDCA水平顯著高于腹瀉犢牛，相關性分析發現UDCA和丁酸球菌（Butyricoccus）、糞桿菌（Faecalibacterium）、瘤胃球菌（Ruminococcus）、柯林斯菌（Collinsella）和科里氏桿菌（Coriobacterium）等腸道共生菌屬的相對豐度顯著正相關（圖1）。

圖1. 犢牛腸道代謝物的動態變化

進一步探究其調控機制發現UDCA可以通過TGR5-NF-κB信號通路介導抗炎反應。在新生小鼠腸道感染模型和敗血癥模型中，UDCA可以緩解結腸炎的發生。將健康小鼠的糞菌移植給受體小鼠可以幫助其抵御ESBL-EAEC感染，促進“健康菌群”定植，進而產生大量短鏈脂肪酸（圖2）。

圖2. 熊去氧膽酸調控新生小鼠腸道穩態

上述研究結果首次揭示了UDCA是犢牛腸道健康的重要生物“標志物”，探究膽汁酸代謝通路及其抗菌機制將為遏制牧場DEC耐藥性產生和傳播，減少抗菌藥物使用提供重要的理論基礎。

中國農業大學動物科學技術學院曹志軍教授為通訊作者，中國農業大學博士后何至遠和博士研究生馬玉林為該論文的第一作者。中國農業大學奶牛營養創新團隊負責人李勝利教授，中國農業大學動物醫學院汪洋教授和胡艷欣教授對本研究給予了大力支持。本研究由科技部“十四五”國家重點研發計劃（(2021YFF1000703-03)）和學校“2115”人才培育發展支持計劃（00109017）資助。

另外，3月份該研究團隊還在《Frontiers in Nutrition》（IF=6.576）雜志上發表一篇題為Protective Effects of Intestinal Gallic Acid in Neonatal Dairy Calves Against Extended-Spectrum β-lactamase Producing Enteroaggregative Escherichia coli Infection: Modulating Intestinal Homeostasis and Colitis的研究論文。（麥特繪譜提供代謝組學檢測服務）

沒食子酸(Gallic acid, GA)是一種來自植物的天然次生代謝物，因其優良的抗炎和抗氧化特性而越來越受到人們的關注。本研究通過對新生犢牛糞便樣本進行多組學分析，揭示了微生物群和代謝物之間的差異。ESBL-EAEC感染主要影響腸道微生物群結構，特別是Collinsella和Coriobacterium，此外，SCFA和其他一些關鍵益生元也顯著下調。隨后，在新生小鼠腸道感染模型和敗血癥模型中，口服GA能夠緩解結腸炎的發生及恢復結腸SCFA的產生。進一步將GA干預的小鼠糞菌移植給受體小鼠，能夠改善由ESBL-EAEC感染引起的腸道菌群失調、疾病癥狀，促進“健康菌群”的定植和SCFA產生。該研究為GA介導的新生牲畜結腸炎緩解提供了新的見解。GA作為潛在的抗菌藥物或協同劑在未來牲畜ESBL-EAEC控制中具有良好的治療作用。

圖3. GA干預小鼠糞菌移植(FMT)改善ESBL-EAEC感染誘導的結腸炎

參考文獻

1. Gut microbiota-derived ursodeoxycholic acid from neonatal dairy calves improves intestinal homeostasis and colitis to attenuate extended-spectrum β-lactamase-producing enteroaggregative Escherichia coli infection. Microbiome. 2022. https://doi.org/10.1186/s40168-022-01269-0

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2. Protective Effects of Intestinal Gallic Acid in Neonatal Dairy Calves Against Extended-Spectrum β-lactamase Producing Enteroaggregative Escherichia coli Infection: Modulating Intestinal Homeostasis and Colitis. Frontiers in Nutrition. 2022. https://doi.org/10.3389/fnut.2022.864080

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