近日，農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室、教育部動物育種與健康養殖前沿科學中心、湖北洪山實驗室晏向華教授課題組的研究成果以 “Gut microbiota-derived 3-phenylpropionic acid promotes intestinal epithelial barrier function via AhR signaling”為題在Microbiome雜志發表。
該研究以貴州從江香豬為研究對象，發掘出腸道功能微生物Bacteroides fragilis，并闡明其通過3-苯丙酸代謝物促進豬腸道屏障功能的作用機制，在實施腸道菌群干預改善生豬腸道健康方面具有重要意義。
腸道屏障功能是阻止病原體和飼料毒物等有害物質進入機體的重要防線，對維持動物機體內穩態具有重要作用。在集約化養豬生產中，早期斷奶措施和換料等應激因素可導致豬腸道屏障功能受損，嚴重影響了腸道對營養物質的消化與吸收，同時增加了腸道受感染的風險。近年來，有研究發現腸道功能微生物可增強宿主腸道屏障功能，有利于改善腸道健康。因此，深入發掘可促進豬腸道屏障功能的關鍵微生物并解析其作用機制具有重要理論意義和應用價值。
研究人員綜合運用宏基因組學和細菌16S rDNA擴增子測序技術解析了7個品種豬（即杜×（長×大）豬、藏豬、萊蕪豬、沙子嶺豬、從江香豬、環江香豬和寧鄉豬）共計56頭斷奶仔豬和56頭育肥末期豬的腸道細菌區系組成，發現不同品種豬的腸道細菌區系有差異，其中杜×（長×大）豬和從江香豬腸道細菌區系的差異最為明顯。從江香豬是一種我國貴州省特有的地方豬種，它具有肉嫩味美、抗病力強、耐粗飼等特點。進一步證實了從江香豬育肥豬的腸道屏障功能比杜×（長×大）育肥豬更強。將這兩個品種豬的糞便微生物分別移植到無菌小鼠腸道后，受體無菌小鼠亦表現出差異化的腸道屏障功能特性。通過比較受體無菌小鼠腸道細菌區系的差異，篩選并驗證出B. fragilis可促進宿主腸道屏障功能。進一步研究發現B. fragilis可通過產生代謝產物3-苯丙酸來促進宿主腸道屏障功能。功能試驗表明3-苯丙酸代謝物可通過激活AhR信號增加腸道緊密連接等相關蛋白的表達，進而促進腸道屏障功能。綜上，本研究綜合運用從江香豬腸道微生物資源，基于糞菌移植、微生物組學和無菌小鼠等技術揭示了微生物來源的3-苯丙酸代謝產物促進腸道屏障功能的作用機制，為實施腸道菌群干預改善生豬腸道健康提供了依據。
華中農業大學動物科學技術學院、動物醫學院博士后胡軍為本文第一作者，晏向華教授為通訊作者。本研究受國家自然科學基金、博士后創新人才計劃、湖北省自然科學基金、博士后面上項目的資助。
【英文摘要】
Background
The intestinal epithelial barrier confers protection against the intestinal invasion by pathogens and exposure to food antigens and toxins. Growing studies have linked the gut microbiota to the intestinal epithelial barrier function. The mining of the gut microbes that facilitate the function of intestinal epithelial barrier is urgently needed.
Results
Here, we studied a landscape of the gut microbiome of seven pig breeds using metagenomics and 16S rDNA gene amplicon sequencing. The results indicated an obvious difference in the gut microbiome between Congjiang miniature （CM） pigs （a native Chinese breed） and commercial Duroc × [Landrace × Yorkshire] （DLY） pigs. CM finishing pigs had stronger intestinal epithelial barrier function than the DLY finishing pigs. Fecal microbiota transplantation from CM and DLY finishing pigs to germ-free （GF） mice transferred the intestinal epithelial barrier characteristics. By comparing the gut microbiome of the recipient GF mice, we identified and validated Bacteroides fragilis as a microbial species that contributes to the intestinal epithelial barrier. B. fragilis-derived 3-phenylpropionic acid metabolite had an important function on the enhancement of intestinal epithelial barrier. Furthermore, 3-phenylpropionic acid facilitated the intestinal epithelial barrier by activating aryl hydrocarbon receptor （AhR） signaling.
Conclusions
These findings suggest that manipulation of B. fragilis and 3-phenylpropionic acid is a promising strategy for improving intestinal epithelial barrier.
日期：2023-06-13
該研究以貴州從江香豬為研究對象，發掘出腸道功能微生物Bacteroides fragilis，并闡明其通過3-苯丙酸代謝物促進豬腸道屏障功能的作用機制，在實施腸道菌群干預改善生豬腸道健康方面具有重要意義。
腸道屏障功能是阻止病原體和飼料毒物等有害物質進入機體的重要防線，對維持動物機體內穩態具有重要作用。在集約化養豬生產中，早期斷奶措施和換料等應激因素可導致豬腸道屏障功能受損，嚴重影響了腸道對營養物質的消化與吸收，同時增加了腸道受感染的風險。近年來，有研究發現腸道功能微生物可增強宿主腸道屏障功能，有利于改善腸道健康。因此，深入發掘可促進豬腸道屏障功能的關鍵微生物并解析其作用機制具有重要理論意義和應用價值。
研究人員綜合運用宏基因組學和細菌16S rDNA擴增子測序技術解析了7個品種豬（即杜×（長×大）豬、藏豬、萊蕪豬、沙子嶺豬、從江香豬、環江香豬和寧鄉豬）共計56頭斷奶仔豬和56頭育肥末期豬的腸道細菌區系組成，發現不同品種豬的腸道細菌區系有差異，其中杜×（長×大）豬和從江香豬腸道細菌區系的差異最為明顯。從江香豬是一種我國貴州省特有的地方豬種，它具有肉嫩味美、抗病力強、耐粗飼等特點。進一步證實了從江香豬育肥豬的腸道屏障功能比杜×（長×大）育肥豬更強。將這兩個品種豬的糞便微生物分別移植到無菌小鼠腸道后，受體無菌小鼠亦表現出差異化的腸道屏障功能特性。通過比較受體無菌小鼠腸道細菌區系的差異，篩選并驗證出B. fragilis可促進宿主腸道屏障功能。進一步研究發現B. fragilis可通過產生代謝產物3-苯丙酸來促進宿主腸道屏障功能。功能試驗表明3-苯丙酸代謝物可通過激活AhR信號增加腸道緊密連接等相關蛋白的表達，進而促進腸道屏障功能。綜上，本研究綜合運用從江香豬腸道微生物資源，基于糞菌移植、微生物組學和無菌小鼠等技術揭示了微生物來源的3-苯丙酸代謝產物促進腸道屏障功能的作用機制，為實施腸道菌群干預改善生豬腸道健康提供了依據。
華中農業大學動物科學技術學院、動物醫學院博士后胡軍為本文第一作者，晏向華教授為通訊作者。本研究受國家自然科學基金、博士后創新人才計劃、湖北省自然科學基金、博士后面上項目的資助。
【英文摘要】
Background
The intestinal epithelial barrier confers protection against the intestinal invasion by pathogens and exposure to food antigens and toxins. Growing studies have linked the gut microbiota to the intestinal epithelial barrier function. The mining of the gut microbes that facilitate the function of intestinal epithelial barrier is urgently needed.
Results
Here, we studied a landscape of the gut microbiome of seven pig breeds using metagenomics and 16S rDNA gene amplicon sequencing. The results indicated an obvious difference in the gut microbiome between Congjiang miniature （CM） pigs （a native Chinese breed） and commercial Duroc × [Landrace × Yorkshire] （DLY） pigs. CM finishing pigs had stronger intestinal epithelial barrier function than the DLY finishing pigs. Fecal microbiota transplantation from CM and DLY finishing pigs to germ-free （GF） mice transferred the intestinal epithelial barrier characteristics. By comparing the gut microbiome of the recipient GF mice, we identified and validated Bacteroides fragilis as a microbial species that contributes to the intestinal epithelial barrier. B. fragilis-derived 3-phenylpropionic acid metabolite had an important function on the enhancement of intestinal epithelial barrier. Furthermore, 3-phenylpropionic acid facilitated the intestinal epithelial barrier by activating aryl hydrocarbon receptor （AhR） signaling.
Conclusions
These findings suggest that manipulation of B. fragilis and 3-phenylpropionic acid is a promising strategy for improving intestinal epithelial barrier.
日期：2023-06-13
