粪菌接种物早期干预影响新生仔猪肠道菌群和肠黏膜免疫发育的机制研究

Based on the “microbial stimulation theory” of intestinal mucosal immune response and “hygiene hypothesis”, this project will use newborn piglets as the animal model. Early intervention on the microbial colonization in the gut of piglets will be carry out through oral inoculation of fecal microbiota including different bacterial groups and fermentation metabolites from healthy adult pigs. The structure of the intestinal microbiota will be analyzed by using pyrosequencing the 16S rRNA genes, metabolite profiles in the intestinal contents will be analyzed by GC-MS. The immunohistochemical method will be used for the detection of intraepithelial lymphocytes, mast cells and other immune related cells. ELISA will be used to determine the cytokine content. Functional analysis of T cells will be conducted by in vitro cell culture. The project aims to explore the effect of early intervention on the development of intestinal microflora and the mucosal immune system development in the piglets, and clarify the role of different bacterial groups and other components of feces in the development of intestinal microflora, and their regulation mechanism in the development of intestinal mucosal immunity. This project will provide new ideas for healthy rearing of newborn piglets through regulating gut microflora and controlling farm environment.

本项目基于肠道黏膜免疫应答形成的“微生物刺激理论”和“卫生假说”，以新生仔猪为模型动物，通过口服方式接种健康成年猪粪样不同菌群及其他组分对仔猪菌群定植进行早期干预，应用16S rRNA基因高通量序列测定技术分析各肠道菌群组成，代谢组学技术分析肠内容物代谢组谱，组织学和免疫组织与化学方法检测个肠段组织上皮内淋巴细胞，肥大细胞等免疫相关细胞数量；酶联免疫方法测定细胞因子的含量；细胞培养对T淋巴细胞进行功能分析。探究成年猪粪菌接种物早期干预对仔猪肠道微生物区系发育和黏膜免疫应答的影响，阐明粪便中不同菌群及其他组分在新生动物肠道菌群发育中的作用及对肠黏膜免疫应答的调节机理，从菌群调控和饲养环境控制等方面为新生仔猪的健康养殖提供新思路。

胃肠道菌群的作用机理以及人为调控动物胃肠道菌群平衡以维持动物健康、促进动物生产，一直是国际上的研究热点。然而，粪菌移植早期干预对新生仔猪菌群发育的作用尚不清楚。本项目采用16S rRNA高通量测序和Source Tracker分析技术，研究了新生仔猪哺乳期间肠道微生物与所接触到周围环境微生物的共发生规律，仔猪菌群的早期定植规律以及母源粪菌干预后的肠道菌群的变化特征，发现在哺乳末期，仔猪粪样菌群结构和功能与母猪粪菌更相似。1-3日龄菌群定植主要受母体微生物结构的影响，灌喂粪菌液对菌群定植的影响最多持续10-14d，并在22d左右趋同于母猪肠道菌群；在此基础上进一步研究了母源粪菌和抗生素早期干预对新生仔猪肠道菌群、肠黏膜免疫，以及肠外水平机体代谢的影响，发现母源粪菌和抗生素的早期干预有区别地调节胃肠道菌群，改变仔猪的结肠代谢特征，表现出不同的长期效果，改变回肠免疫反应基因的表达。在转录组层面上减少仔猪肝脏中的脂肪酸氧化和部分氨基酸合成。代谢组层面上降低花生四烯酸，脂肪酸氧化，与转录组结果相一致。此外，还研究了丁酸钠对猪肠黏膜免疫、肠道发育和菌群区系的影响，发现丁酸钠早期干预对肠道菌群有一定影响，可以增加小肠绒毛高度，上调紧密连接蛋白和肠道发育相关基因表达，调控新生仔猪回肠炎症因子的表达。本项目研究提示，早期菌群干预可影响新生仔猪的肠道菌群和黏膜免疫及肠道发育，并进一步影响动物健康，对仔猪健康生产有重要指导意义。