編譯：洛雪，編輯：Tracy、江舜堯。
原創(chuàng)微文，歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載。
導(dǎo)讀
犢牛腹瀉常與腸道感染有關(guān)，治療過程可能存在抗生素的過度使用，因此，妥善治療腹瀉是畜牧業(yè)生產(chǎn)和公共衛(wèi)生關(guān)注的熱點(diǎn)。本研究表明將健康犢牛的糞菌移植(FMT)至腹瀉犢牛中，可改善其腹瀉癥狀并提高其恢復(fù)腸道微生物組成的能力。作者對(duì)450個(gè)采集的糞便樣本進(jìn)行了多組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)FMT引起的腸道微生物區(qū)系(卟啉單胞菌科Porphyromonadaceae的增加)和代謝譜(糞便氨基酸濃度的降低)的改變與腹瀉癥狀的緩解密切相關(guān)。隨后進(jìn)行為期24個(gè)月的追蹤調(diào)查，作者發(fā)現(xiàn)FMT改善了犢牛的生長性能。本文為首次在反芻動(dòng)物中進(jìn)行FMT試驗(yàn)，結(jié)果表明FMT能夠通過改變腸道微生物區(qū)系而改善斷奶前犢牛的腹瀉癥狀，并且在改善犢牛的生長性能方面具有潛在的作用。
原名：Longitudinal evaluation of fecal microbiota transplantation for ameliorating calf diarrhea and improving growth performance譯名：糞菌移植可改善犢牛腹瀉并促進(jìn)犢牛生長
已有眾多報(bào)道糞菌移植至豬等動(dòng)物的研究，但尚無在反芻動(dòng)物中進(jìn)行的FMT研究。在評(píng)估FMT治療犢牛腹瀉的療效之前，作者進(jìn)行了初步的試驗(yàn)來驗(yàn)證口服FMT的安全性(表S1)。作者從健康供體收集糞便樣本，隨機(jī)選擇6頭受體犢牛接受實(shí)驗(yàn)，這些犢牛均沒有腹瀉癥狀，受體犢牛每天兩次口服0.5 mg/mlFMT(圖S1，2)。隨后，作者對(duì)這些犢牛進(jìn)行了16天的連續(xù)觀察，發(fā)現(xiàn)它們沒有出現(xiàn)異常行為或急性疾??；接下來，對(duì)FMT治療后0、1、2、4、8和16天(圖S1c)的犢牛糞便樣本進(jìn)行16S測序，以確定FMT治療對(duì)犢牛腸道菌群的影響?；诩訖?quán)UniFrac距離的主坐標(biāo)分析(PCoA)顯示，受體犢牛腸道微生物變化受供體糞便微生物組成的影響，大于飼料顆?；蚰溉閷?duì)其產(chǎn)生的影響 (圖S1d, f)。在治療開始后16天，受體犢牛的擴(kuò)增子序列變異(ASVs)數(shù)量最高，與供體犢牛類似(圖S1e)。作者為了進(jìn)一步研究受體犢牛腸道中的微生物群是來自供體小牛的腸道微生物群，還是在試驗(yàn)過程中來自其他外部來源，作者使用SourceTracker分析來量化目標(biāo)微生物群落中不同微生物樣品(源)的比例。結(jié)果表明，受體犢牛腸道菌群中受供體犢牛的影響，在犢牛開始治療后的16天內(nèi)出現(xiàn)，且除供體犢牛外，無其他外部來源?；谝陨辖Y(jié)果，作者推測口服FMT能夠影響幼齡反芻動(dòng)物腸道菌群的結(jié)構(gòu)，且不會(huì)致犢牛發(fā)病或死亡。為了進(jìn)一步研究FMT對(duì)腹瀉犢牛腸道微生物區(qū)系的影響，作者根據(jù)表1所示的納入和排除標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格篩選提供糞便樣本的健康供體犢牛(n=6)。作者將腹瀉的受體犢牛，分為3組：FMT組，即犢牛接受糞便移植的組別，每次口服5g糞便(0.1g/ml糞便)，共5次(FMT，n=20；圖1a)；糞便總量是預(yù)試驗(yàn)的12.5倍；CON組，即為犢?？诜睇}水的組別，為陰性對(duì)照(CON，n=14)；ABX組，即為犢牛接受抗生素治療的組別(n=23)，隨后，作者每天檢測犢牛腹瀉的程度，并在治療開始后第0、2、4、8、16、32和48天收集糞便樣本。圖1 FMT實(shí)驗(yàn)流程圖及FMT治療對(duì)犢牛腹瀉發(fā)生率的影響
(a) 在腹瀉犢牛中進(jìn)行FMT實(shí)驗(yàn)的流程圖。(b-d) 實(shí)驗(yàn)開始后第0、2、4、8、16、32和48天，分別采集CON (b, n=14)、ABX (c, n=23)和FMT (d, n=20)組犢牛的糞便圖。(e) 使用Bristol糞便性狀評(píng)估表(BSS)評(píng)估腹瀉發(fā)生率。表1 供體和受體犢牛的納入和排除標(biāo)準(zhǔn)FMT組中受體犢牛的腹瀉發(fā)病率明顯降低(圖1b-d)，而CON或ABX組均未明顯降低腹瀉發(fā)病率。作者使用Bristol糞便性狀評(píng)估表(BSS)將糞便由干至稀進(jìn)行分級(jí)，用于糞便性狀的評(píng)估，結(jié)果表明，FMT組的糞便流動(dòng)性僅在第48天顯著低于CON和ABX對(duì)照組(圖1e)。FMT組的20頭腹瀉犢牛中，19頭(95.0%)犢牛的腹瀉癥狀在FMT治療48天后完全緩解，無犢牛死亡(死亡率為0%)。然而，CON組和ABX組分別有5頭(35.7%)和6頭(26.1%)犢牛的腹瀉癥狀完全緩解，2頭(死亡率14.3%)和4頭(死亡率17.4%)犢牛死亡(表2)。以上研究表明，FMT既降低了犢牛腹瀉的發(fā)病率，又降低了腹瀉相關(guān)的死亡率，且并未引起不良事件。表2 FMT組、CON組和ABX組腹瀉犢牛的死亡率(%)和完全緩解率(%)2. FMT可改變腹瀉犢牛的腸道微生物區(qū)系為了揭示腹瀉犢牛癥狀的改善是否與腸道微生物群落的變化有關(guān)，作者研究了FMT前后犢牛的腸道微生物群落的組成。作者收集了FMT(n=20；147個(gè)樣本)、CON(n=14；96個(gè)樣本)和ABX(n=23；157個(gè)樣本)組犢牛的糞便樣本進(jìn)行代謝組學(xué)分析。基于加權(quán)UniFrac距離矩陣，進(jìn)一步利用主坐標(biāo)分析（PCoA）對(duì)犢牛糞便中微生物群落的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，通過圖中樣品點(diǎn)距離的遠(yuǎn)近，可觀察個(gè)體或群體間的差異，樣品點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)，說明樣品間微生物群落構(gòu)成差異越大，作者發(fā)現(xiàn)第0天的腹瀉樣本的數(shù)據(jù)點(diǎn)十分分散，這意味著腹瀉犢牛的腸道存在嚴(yán)重的微生物失調(diào)(圖2a-c)。有趣的是，FMT組犢牛的腸道微生物群落結(jié)構(gòu)逐漸變化，與供體犢牛的微生物群落結(jié)構(gòu)趨于相似(圖2d-g)，第0天時(shí)供體組和FMT、CON和ABX組犢牛的糞便微生物區(qū)系差異較大，而供體組和FMT組犢牛的糞便微生物區(qū)系隨時(shí)間的推移差異逐漸較少(圖2h)，微生物群落結(jié)構(gòu)也趨于穩(wěn)定(圖2k)。而CON和ABX組犢牛的腸道微生物組成并未隨著犢牛年齡的增長發(fā)現(xiàn)明顯變化，如PCoA圖可見第48天的糞便樣本的數(shù)據(jù)點(diǎn)仍十分分散(圖2b，c)，上述結(jié)果表明，僅在FMT犢牛中觀察到的腹瀉改善(圖1)可能是FMT誘導(dǎo)腸道微生物改變引起的一系列結(jié)果。通過對(duì)各組內(nèi)UniFrac距離的分析，作者發(fā)現(xiàn)FMT犢牛的微生物差異值隨時(shí)間逐漸下降，一直到健康供體水平，而CON和ABX組沒有發(fā)生類似改變(圖2d-f)。將第48天樣品進(jìn)行比較，FMT組內(nèi)的微生物差異值最低，說明FMT后腹瀉犢牛的微生物群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定(圖2g)。接下來，作者將基于UniFrac距離對(duì)健康供體樣本與FMT、CON和ABX組的樣本進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)供體和FMT犢牛在第0天糞便微生物群的差異值相對(duì)較高，但隨著時(shí)間的推移顯著降低(圖2h)，且CON和ABX組與供體組的腸道微生物群落組成在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中差異始終明顯(圖2i，j)，而第48天的FMT組與供體組犢牛的腸道微生物群落組成的差異值最低(圖2k)，與健康供體組共享的asv數(shù)量最高，說明FMT有效地傳播了健康供體的微生物群落(圖S3a、b)。SourceTracker分析是基于貝葉斯算法，根據(jù)Source來源樣本以及Sink樣本的群落結(jié)構(gòu)分布，來預(yù)測Sink樣本的來源，被用于確定CON、ABX和FMT組犢牛的腸道微生物區(qū)系改變是否來自健康供體犢牛。結(jié)果表明，供體糞便在第0天對(duì)CON、ABX和FMT組犢牛腸道細(xì)菌群落的平均貢獻(xiàn)相似(圖2l)，因此，這些腸道微生物區(qū)系可能代表了從母體遺傳的核心微生物區(qū)系，而這個(gè)核心微生物區(qū)系經(jīng)常在新生犢牛的發(fā)育過程中被鑒定出來；而在供體糞便移植48天后，供體糞便對(duì)FMT組犢牛腸道細(xì)菌群落的平均貢獻(xiàn)最高(圖2l)。以上結(jié)果表明，在FMT組犢牛中觀察到的腹瀉癥狀改善，可能是由于FMT引起的腸道微生物改變。(a-c) 基于加權(quán)的UniFrac距離的PCoA圖，分別為CON (n=108)、ABX (n=176)和FMT (n=166)組的犢牛在實(shí)驗(yàn)開始后第0、2、4、8、16、32和48天采集的樣本。(d-f) 各組間的微生物差異值。(g) 實(shí)驗(yàn)第0和48天FMT (n=20)、CON (n=14)和ABX (n=23)犢牛組內(nèi)微生物差異值。(h-j) 在實(shí)驗(yàn)開始后0、2、4、8、16、32和48天，健康供體犢牛和FMT (h, n=20)、CON (n=14)和ABX (j, n=23)組間微生物差異值。(k) 實(shí)驗(yàn)開始后第0和48天，健康供體犢牛與CON (n=14)、ABX (n=23)、FMT (n=20)犢牛組間微生物差異值。(l) SourceTracker分析結(jié)果圖。3. FMT可使腹瀉犢牛腸道微生物區(qū)系逐漸成熟接下來，作者評(píng)估了CON、ABX和FMT組犢牛在第48天腸道微生物類群的豐度。作者假設(shè)FMT誘導(dǎo)的腹瀉緩解可能是某種生物狀態(tài)引起的結(jié)果，其特征是具有抵抗及恢復(fù)外部和內(nèi)源性障礙的能力。研究人員評(píng)估了CON、ABX和FMT組犢牛腸道微生物群落豐度的情況。LefSe即LDA EffectSize分析，通過它可以找出對(duì)樣品劃分產(chǎn)生顯著性差異影響的群落或物種。作者對(duì)第48天的糞便樣本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)Verrucommicrobia門、Proteobacteria 變形菌門、 Bacteroidetes 擬桿菌門分別是CON、ABX和FMT組犢牛中起到重要分類作用的微生物類群(圖3a)。然后比較了左圖給出的細(xì)菌類群的相對(duì)豐度。作者查閱SILVA數(shù)據(jù)庫(132版)編制的ASV特征表，發(fā)現(xiàn)屬于Verrucomicrobiaceae家族的序列在CON組犢牛中占優(yōu)勢，可以理解為在CON組犢牛糞便中Verrucommicrobiaceae門的相對(duì)豐度最高(圖3b)；在ABX組犢牛糞便中Lactobacillaceae和Enterobacteriaceae門的相對(duì)豐度最高(圖3c)；而在FMT組犢牛糞便中反芻球菌科、擬桿菌科、副紫球菌科和卟啉單胞菌科(副豆科)的相對(duì)豐度最高(圖3d)。在健康成年人的腸道中，兼性厭氧革蘭氏陰性菌(如變形菌門)通常少量存在，而嚴(yán)格厭氧菌(如擬桿菌門和厚壁菌門)往往占優(yōu)勢；然而，在哺乳動(dòng)物新生兒中，來自母體的兼性厭氧菌在初始腸道微生物群的形成過程中消耗腸道中的氧氣，這解決了嚴(yán)格厭氧的問題。為了研究FMT能否使腹瀉犢牛腸道微生物區(qū)系逐漸成熟，作者評(píng)估了主要微生物類群（門厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、疣菌門和放線菌門以及瘤胃菌科, 擬桿菌科、腸桿菌科、毛螺菌科、乳酸菌科、卟啉單胞菌科、普雷沃氏菌科）隨時(shí)間產(chǎn)生的變化。在第0天的腹瀉犢牛糞便樣本中，腸桿菌科和卟啉單胞菌科的相對(duì)豐度在各組之間沒有差異(圖3e)。腸桿菌科的豐度隨著時(shí)間的推移逐漸降低，而卟啉單胞菌科的豐度則逐漸增加。研究人員還發(fā)現(xiàn)，在第32天和48天，FMT組犢牛糞便樣本的腸桿菌科相對(duì)豐度顯著低于CON組和ABX組，而卟啉單胞菌科的相對(duì)豐度顯著高于CON組和ABX組。在科的水平上，除上述兩個(gè)微生物菌屬外，其余菌屬的相對(duì)豐度均沒有明顯的變化。接下來，研究人員將Bristol糞便性狀評(píng)估表(BSS)與卟啉單胞菌科或腸桿菌科的相對(duì)豐度結(jié)合，進(jìn)行多變量相關(guān)分析。在CON組、ABX組和FMT組犢牛中，腸桿菌科細(xì)菌的相對(duì)豐度與各組犢牛的體細(xì)胞總數(shù)呈極顯著正相關(guān)(CON，Pearson r=0.673，P=0.049；ABX，Pearson r=0.932，P=0.001；FMT，Pearson r=0.834，P=0.010；圖3f)，上述相關(guān)分析表明，腸桿菌科細(xì)菌豐度異常增加所表現(xiàn)的腸道菌群失調(diào)極有可能引發(fā)犢牛腹瀉，而腸桿菌科細(xì)菌相對(duì)豐度與卟啉單胞菌科相對(duì)豐度呈負(fù)相關(guān)(CON, Pearson r=?0.203, P=0.337; ABX, Pearsonr= ?0.372, P= 0.256; FMT, Pearson r= ?0.714, P= 0.041)。而只在FMT組，腸桿菌科的相對(duì)豐度與卟啉單胞菌科的相對(duì)豐度呈負(fù)相關(guān)(CON, Pearson r=?0.752,P= 0.025;ABX, Pearson r=?0.491,P=0.130;FMT, Pearson r=?0.824,P= 0.024)。以上研究結(jié)果表明，FMT可使腹瀉犢牛癥狀改善，并使腹瀉犢牛的腸道微生物區(qū)系逐漸成熟，且以卟啉單胞菌科的豐度增加為特征，還抑制了腸桿菌科菌屬的增多。圖3 鑒定與腹瀉相關(guān)的微生物類群并分析腸道 Enterobacteriaceae和Porphyromonadaceae與腹瀉發(fā)病的相關(guān)性
(a) LefSe分析圖。(b-d) 在 CON (b, n=14), ABX (c, n=23)和FMT (d, n=20)組中的微生物豐度圖。(e) 腸桿菌科(左)和卟啉單胞菌科(右)相對(duì)豐度在各組中隨時(shí)間的變化圖。(f) Bristol糞便性狀評(píng)估表(BSS)與卟啉單胞菌科或腸桿菌科的相對(duì)豐度變化圖。對(duì)于FMT在未來更廣泛的應(yīng)用，了解微生物及其產(chǎn)物如何影響犢牛腹瀉的發(fā)生尤為重要。為了研究腸道微生物區(qū)系的變化對(duì)腸道微環(huán)境的影響，作者采用氣相色譜-飛行時(shí)間-質(zhì)譜(GC-TOF-MS)分析平臺(tái)對(duì)犢牛FMT前后（day0, n=54; day45, n=54）的糞便樣本進(jìn)行代謝組學(xué)檢測。在基于Bray-Curtis距離的PCoA圖中（圖4a），FMT前（第0天）各個(gè)樣本點(diǎn)明顯分散（與腸道微生物代謝組特征相一致），差異較大，但是FMT后（第48天），FMT組的樣本點(diǎn)聚集在一起，且與其他組別（CON和ABX組）的樣本點(diǎn)明顯分散（圖4b）。接下來研究人員利用jaccard和Bray-Curtis距離算法結(jié)合UPGMA進(jìn)行聚類畫圖，并計(jì)算了代謝物的相對(duì)數(shù)量,并以熱圖可視化了這些指標(biāo)（圖4c）。研究人員發(fā)現(xiàn)了丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、鳥氨酸和谷氨酸在FMT后（第48天）犢牛中的濃度與其他組別（CON和ABX組）相比相對(duì)較低（圖S6），而丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和甘氨酸則在CON和ABX組犢牛糞便中的濃度相對(duì)較高(圖4d)。相比之下，CON組和ABX組在治療開始48天后，丙氨酸、纈氨酸、異亮氨酸和甘氨酸的濃度相對(duì)較高。接下來，研究人員對(duì)糞便氨基酸和支鏈氨基酸(BCAA；異亮氨酸、亮氨酸和纈氨酸)濃度進(jìn)行了量化，FMT組（FMT后第48天）犢牛糞便中的氨基酸(圖4e)和支鏈氨基酸(BCAA)(圖4f)的濃度都顯著低于CON和ABX組犢牛。綜上所述，這些結(jié)果表明，接受FMT的犢牛腹瀉癥狀的緩解，伴隨著代謝物的變化，尤其是氨基酸濃度的下降，和腸道微生物群的變化一致。圖4 腹瀉犢牛經(jīng)FMT后糞便代謝組的變化
(a) FMT前(第0天，n=54)和(b) FMT后(第48天，n=54)犢牛的糞便代謝組譜。(c) 利用UPGMA樹狀圖對(duì)第48天樣品的代謝物進(jìn)行聚類并繪制樹狀圖，并以熱圖表示相對(duì)豐度。(d) 直腸代謝產(chǎn)物的相對(duì)數(shù)量條形圖(第0天，n=54;48天,n = 54)。(e) 各組犢牛第0 (n=54)天和第48 (n=54)天糞便中氨基酸濃度的測定。(f) 實(shí)驗(yàn)第0天(n=54)和第48天(n=54)犢牛糞便中支鏈氨基酸(BCAA)濃度。5.FMT引起的腸道微生物組成改變進(jìn)一步影響了犢牛的生長性能反芻動(dòng)物的生長性能常與瘤胃微生物群的組成有關(guān)，已有研究人員研究了微生物組成和剩余飼料攝入量之間的關(guān)聯(lián)，因此，闡明環(huán)境因素如飼料、微生物群和治療，對(duì)許多生產(chǎn)型動(dòng)物（包括反芻動(dòng)物）生長的影響具有重要的科學(xué)意義和經(jīng)濟(jì)意義。本文接下來研究了犢牛生長是否受到FMT的影響，作者記錄了各組犢牛6月、12月和24月齡的體重。結(jié)果表明，6月齡牛(包括公牛和母牛)的體重在各組之間沒有明顯差異(圖5a)，但FMT組中的12月齡公牛和母牛的體重都明顯高于CON組和ABX組(圖5b)。此外，FMT組中的24月齡的牛的體重(圖5c和加工后重量(圖5d)顯著高于CON組和ABX組。然后作者研究了牛體重在 6個(gè)月內(nèi)(從6到12個(gè)月)和12個(gè)月內(nèi)(從12到24個(gè)月大)的變化，并發(fā)現(xiàn)FMT組中雄和雌牛增加的體重明顯高于年齡匹配的ABX組牛, FMT組中雄牛的體重增加量顯著高于CON組雄牛的體重增加量(圖S7 a,b)。前文表明FMT組中12月齡的牛的體重明顯增加，故作者選擇了12月齡的牛建立了腸道微生物群的物種分類譜。基于加權(quán)Unifrac距離的PCoA圖表明，FMT組樣本點(diǎn)聚集為一類，與CON組和ABX組不同(圖5 e)。作者利用LEfSe分析鑒定在每組中富集的菌種(LEfSe分析主要目的兩組或多組之間的比較,找到不同組間在豐度上有顯著性差異的物種)，結(jié)果表明Bacteroidaceae和Porphyromonadaceae在CON組中顯著富集，Lachnospiraceae 在ABX組中顯著富集，而Christensenellaceae, Clostridiaceae,Peptostreptococcaceae, Dehalobacteriaceae和Coriobacteriaceae在FMT組中顯著富集(圖5f)，圖5g-i展示的為不同細(xì)菌類群的相對(duì)豐度。Christensenellaceae、Clostridiaceae、Peptostreptococcaceae、Dehalobacteriaceae和Coriobacteriaceae科在FMT組起主要作用(圖5f，S8a)，這暗示著FMT組牛腸道中高豐度的一些細(xì)菌可能與牛的生長性能有關(guān)。隨后，作者使用PICRUSt分析來預(yù)測這三個(gè)實(shí)驗(yàn)組（FMT組，CON組和ABX組）中不同的微生物類群發(fā)揮的功能，其中，PICRUSt是一種常見的擴(kuò)增子測序功能預(yù)測的工具。PICRUSt宏基因組預(yù)測結(jié)果表明，與犢?？焖偕L相關(guān)的功能基因富集在FMT組，如與核糖體、DNA修復(fù)和重組蛋白、DNA復(fù)制蛋白和BCAA生物合成纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸生物合成相關(guān)的功能基因在FMT組中富集度更高(圖S8b)。綜上所述，在增肥過程中，FMT組的多種微生物類群可能對(duì)膳食反應(yīng)更為靈敏。圖5 FMT引起的腸道微生物組成變化對(duì)生長性能的影響
(a-c) 各組犢牛在不同月齡的體重。(d) 各組牛的加工后重量。(e) 基于加權(quán)Unifrac距離的PCoA圖。(g-i) 不同細(xì)菌類群的相對(duì)豐度圖。6.FMT對(duì)育肥牛機(jī)體代謝組的長期影響如圖4所示，FMT引起的腸道微生物組變化也影響了犢牛的糞便代謝組。為了探究FMT引起的腸道微生物組的變化是否持續(xù)影響育肥牛的機(jī)體代謝，作者使用氣相色譜飛行時(shí)間質(zhì)譜(GC-TOF-MS)分析了12月齡牛(n=50)的血清代謝組?；?/span>Bray-Curtis距離的PCoA 圖表明FMT組的血清代謝物也聚在一起，且與其他組別（CON和ABX組）相分離(圖6a)，這與腸道代謝組的PCoA 圖結(jié)果類似。UPGMA樹狀圖和熱圖分析也表明FMT組與其他組別（CON和ABX組）有不同的血清代謝譜(圖6b)，FMT牛血清BCAAs相對(duì)濃度顯著高于CON或ABX組(P< 0.01)。為了證實(shí)代謝組學(xué)數(shù)據(jù)，作者對(duì)6月齡、12月齡和24月齡牛血清進(jìn)行了BCAAs濃度測定，測定結(jié)果與代謝組學(xué)分析結(jié)果一致，FMT組牛的血清BCAAs相對(duì)濃度顯著高于CON或ABX組牛(圖6c)。以上結(jié)果表明，FMT對(duì)牛的全身代謝組有明顯影響，這可能是誘發(fā)牛生長差異的原因之一。總之，在這項(xiàng)針對(duì)斷奶前腹瀉犢牛進(jìn)行的對(duì)照研究中，作者揭示了供體犢牛提供的健康的腸道微生物群，是FMT能夠使?fàn)倥８篂a緩解的一個(gè)重要因素，這些腸道微生物群在FMT后，也進(jìn)而產(chǎn)生了一系列獨(dú)特的微生物代謝物。研究結(jié)果還表明，FMT誘導(dǎo)的腸道菌群變化對(duì)宿主生長性能的改善不依賴于發(fā)育年齡。(a) 采用GC-TOF-MS對(duì)50頭12月齡牛的血清代謝組進(jìn)行分析，并基于Bray-Curtis距離繪制PCoA 圖。(b) 利用UPGMA樹狀圖對(duì)第48天樣品的血清代謝物進(jìn)行聚類并繪制樹狀圖，并以熱圖表示相對(duì)豐度。(c) 6月齡(n=50)、12月齡(n=50)和24月齡(n=50)牛血清支鏈氨基酸(BCAA)濃度。腸道微生物群的Eubiotic status（益生狀態(tài)），其特點(diǎn)是在腸道中某些微生物種屬（如厚壁菌門Firmicutes和擬桿菌門Bacteroides）占優(yōu)勢，而可能致病的微生物種屬，如變形菌門family Enterobacteriaceae的數(shù)量非常少。Ali Metchnikoff認(rèn)為，大多數(shù)疾病始于消化道里“好”細(xì)菌不能再控制“壞”細(xì)菌時(shí)，他將這種情況定義為“生態(tài)失調(diào)”，這意味著和諧的腸道生態(tài)系統(tǒng)被破壞。而考慮到使用抗生素很難消除特定的有害微生物，許多科學(xué)家和臨床醫(yī)生都認(rèn)可需要替代療法。但不幸的是，盡管有人試圖通過給牲畜注射糞便接種物或特定細(xì)菌種類來治療胃腸道疾病，但此前沒有研究表明，治療后的腸道微生物群落發(fā)生了明顯改變。本研究表明，FMT可降低斷奶前犢牛的腹瀉發(fā)生率，并將腸道環(huán)境條件由失調(diào)狀態(tài)改變?yōu)榱夹誀顟B(tài)，而受體犢牛的腸道微生物群逐漸與供體犢牛的腸道微生物群相似，其中卟啉單胞菌科的相對(duì)豐度顯著增加(圖2和圖3)。許多微生物種屬于卟啉單胞菌科，它們是人類和動(dòng)物胃腸道和口腔原生微生物群的一部分，但該科的一些物種通常與各種人類和動(dòng)物感染有關(guān)。在小鼠中，該家族成員具有抗炎作用，并可以保護(hù)腸道免受細(xì)菌感染；然而，它們?cè)谌祟惸c道中的作用則是好壞參半。在尋求有效減肥療法的超重個(gè)體中，卟啉單胞菌科家族的微生物豐度降低了；此外，當(dāng)作者對(duì)338人(包括CDI患者、腹瀉對(duì)照組和非腹瀉對(duì)照組)的糞便進(jìn)行16S rRNA測序分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)在CDI患者中卟啉單胞菌科家族基本不存在，并且與非腹瀉對(duì)照組高度相關(guān)；然而，當(dāng)肝硬化患者的肝臟炎癥阻止膽汁酸進(jìn)入小腸時(shí)，這些微生物就會(huì)過度生長，釋放更多的促炎癥信號(hào)，并形成一個(gè)正反饋回路，引發(fā)進(jìn)一步的肝臟損傷。在本研究中，與腹瀉犢牛相比，FMT犢牛第48天腸道菌群中卟啉單胞菌科的數(shù)量更多，且其豐度與腹瀉發(fā)生率呈負(fù)相關(guān)。這些結(jié)果表明，改變幼齡犢牛腸道中卟啉單胞菌科家族微生物的數(shù)量可能是解決犢牛腹瀉的基礎(chǔ)。FMT對(duì)腹瀉犢牛的腸道菌群有明顯的影響，并伴隨著糞便微生物代謝物的含量變化。FMT導(dǎo)致糞便中丙氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、鳥氨酸和谷氨酸濃度降低（圖4），這表明與緩解腹瀉相關(guān)的微生物代謝導(dǎo)致糞便中氨基酸濃度降低，而氨基酸是腸道生長、維持粘膜完整性和屏障功能所必需的。腸道細(xì)菌可以利用氨基酸合成蛋白質(zhì)和其他代謝產(chǎn)物，在宿主的營養(yǎng)和生理中發(fā)揮重要作用。在小鼠身上進(jìn)行的研究表明，腸道細(xì)菌改變了胃腸道中游離氨基酸的分布，并影響了氨基酸對(duì)宿主的生物利用。當(dāng)腸道微生物群是健康的（益生狀態(tài)），營養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)才得以維持，并適合于腸道內(nèi)物質(zhì)的發(fā)酵；但當(dāng)腸道微生物平衡被破壞（非益生狀態(tài)），這個(gè)營養(yǎng)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)被破壞，整個(gè)群落的發(fā)酵效率就會(huì)很低，因此，腸道中氨基酸濃度的升高被認(rèn)為是不完全發(fā)酵的結(jié)果。同樣，針對(duì)兒童的研究結(jié)果表明，腹瀉期間糞便中游離氨基酸濃度比緩解期或正常人高出10倍。最近有研究表明，腹瀉患者腸道微生物失調(diào)的特征是高濃度的游離氨基酸，尤其是脯氨酸，并與更高的CDI（艱難梭菌感染）易感性有關(guān)。先前在嚙齒動(dòng)物和豬身上進(jìn)行的研究也表明某些氨基酸，特別是谷氨酰胺和精氨酸，可能影響IBD(炎癥性腸病)的進(jìn)展,并減少炎癥和氧化應(yīng)激。補(bǔ)充氨基酸可能對(duì)IBD或癌癥患者有益，但也可能對(duì)人類腸道產(chǎn)生不利影響。服用氨基酸如精氨酸、半胱氨酸、鳥氨酸和瓜氨酸會(huì)引起各種胃腸道副作用，包括惡心、腹瀉、腹部絞痛和腹脹；此外，氨基酸失衡或蛋白質(zhì)分解代謝增加可引起代謝性酸中毒，也被稱為高氯中毒酸中毒，如因腹瀉而致大量的堿損失。綜上所述，可能是腸道微生物失調(diào)導(dǎo)致腸道氨基酸的不平衡，從而增加了犢牛腹瀉的風(fēng)險(xiǎn)。未來的研究可著眼于更詳細(xì)地分析氨基酸代謝對(duì)家畜胃腸疾病的影響。本研究首次使用FMT代替抗生素治療犢牛腹瀉，然而，若將FMT應(yīng)用于臨床治療犢牛腹瀉，有必要更充分地描述其在腸道的作用。首先，科研人員必須更充分地了解卟啉單胞菌科成員引起犢牛腹瀉緩解的微生物機(jī)制；其次，他們需要對(duì)涉及的卟啉單胞菌科的具體微生物種類進(jìn)行準(zhǔn)確的分類，并對(duì)其進(jìn)行分離培養(yǎng)，以確定其在宿主中的功能作用；第三，FMT的有效性應(yīng)在表現(xiàn)出中度至重度腹瀉癥狀的動(dòng)物中進(jìn)行大量的驗(yàn)證，宿主的基本生理、特征和腸道菌群應(yīng)更詳細(xì)的闡明，與陽性或陰性反應(yīng)相關(guān)的特定細(xì)菌種類尤其應(yīng)該被識(shí)別和分離，這有助于未來實(shí)行定制FMT或定義微生物。這一點(diǎn)十分重要，作者在進(jìn)行FMT的人類IBD和潰瘍性結(jié)腸炎患者隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)，FMT的效果取決于患者的腸道微生物結(jié)構(gòu)和/或生理特征。但令人欣慰的是，根據(jù)供體和FMT前患者樣本中的細(xì)菌豐度和系統(tǒng)發(fā)育情況來看，供體菌株以全或無的方式移植至受體，可以預(yù)測FMT后腸道細(xì)菌種類的定植。最后也是很重要的一點(diǎn)是，對(duì)于腹瀉患者使用FMT代替抗生素治療應(yīng)該十分謹(jǐn)慎，因?yàn)槟壳暗臄?shù)據(jù)僅來自一項(xiàng)對(duì)牛的研究。在獲得包括人類在內(nèi)的其他物種更全面的數(shù)據(jù)之前，其臨床應(yīng)用應(yīng)僅限于牛。總之，本研究表明，FMT是有希望治療犢牛腹瀉的一種療法，基于腸道微生物的方法可以提供傳統(tǒng)抗生素療法外的另一種治療模式，是超越基于抗生素的療法。本文表明，FMT對(duì)腹瀉犢牛的腸道菌群有明顯的影響，并伴隨著糞便微生物代謝物的含量變化。此外，本文還證明了FMT在育肥過程可以促進(jìn)牛體重的增加。作者認(rèn)為，相比于在人類患者身上開展FMT療法，以家畜為對(duì)象更容易開展FMT，而且FMT對(duì)于改善動(dòng)物福利和提高我們的經(jīng)濟(jì)收益具有深遠(yuǎn)意義。https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33420064
本站僅提供存儲(chǔ)服務(wù)，所有內(nèi)容均由用戶發(fā)布，如發(fā)現(xiàn)有害或侵權(quán)內(nèi)容，請(qǐng)
點(diǎn)擊舉報(bào)。
