土壤对仔猪肠道菌群平衡及肠黏膜上皮屏障的影响及其调控机理

In modern farming mode, pigs are completely separated from the soil by the concrete floor, however the microbes in the soil may be involved in the regulation of intestinal health. Early weaning stress leads to intestinal flora imbalance and damaged intestinal epithelial barrier. Exposure to soil to regulate the balance of intestinal flora and the intestinal barrier function of weaned piglets may become a new breakthrough to alleviate weaning stress. This project will aim to investigate the effect of microflora in soil on intestinal flora and intestinal epithelial barrier function in early weaned piglets by macrogenomics and other techniques. Secondly, we will isolate and identify the beneficial bacteria from the soil which have high abundance in soil and have significant change in the gut, and then explore the mechanism of beneficial strains on epithelial barrier function by establishing an in vitro IPEC-J2 damaged model. This project will not only provide an important theoretical basis for soil regulating intestinal flora balance and intestinal epithelial barrier function of weaned piglets, but also provide new ideas and methods for the prevention of weaning stress syndrome.

现代养殖模式中猪舍采用全水泥地面将猪与土壤完全隔离开来，而土壤中的微生物可能参与肠道健康的调控。早期断奶应激使肠道菌群失调，肠上皮屏障受损。通过接触土壤调控仔猪断奶前后肠道菌群的平衡，进而改善断奶仔猪肠道屏障功能，可能成为缓解断奶应激的新的突破点。本项目首次通过宏基因组学等技术研究土壤中的菌群对断奶前后仔猪肠道菌群的影响及对肠上皮屏障功能的作用；其次通过鉴定和分离出土壤中丰度较大并在肠道中显著改变的主效有益菌株，在建立体外猪肠上皮细胞IPEC-J2损伤模型的基础上，研究有益菌对IPEC-J2细胞上皮屏障功能的调控作用及其机制。本项目将为土壤中菌群调控仔猪肠道菌群平衡及肠上皮屏障功能提供重要理论依据，为防治断奶应激综合征开辟新思路、新方法。

本项目探讨了哺乳期接触土壤对断奶仔猪肠道菌群及肠上皮屏障功能的影响。（1）选取刚出生的仔猪从4日龄（d）开始接触土壤，研究土壤对断奶仔猪肠道菌群及屏障功能的影响。结果表明：接触土壤显著提高仔猪4-14 d，4-21 d及4-28 d ADG。出栏时土壤组仔猪的平均体重高于对照组仔猪3.5 kg，表明早期接触土壤可改善仔猪生长性能。同时，土壤显著提高仔猪空肠与回肠的21 d绒毛高度以及回肠绒毛高/隐窝深的比值，表明接触土壤改善断奶仔猪肠道形态和结构。土壤能显著降低14 d仔猪空肠炎性因子IL-6、TGF-β1和回肠IL-1β mRNA表达；降低28 d仔猪空肠IL-1β和回肠TNF-α、IL-6、TGF-β1和IL-8 mRNA的表达；显著降低35 d仔猪空肠TNF-α和回肠IL-8 mRNA的表达，表明早期土壤接触对断奶仔猪的肠道炎症有抑制作用。土壤显著提高仔猪21 d和28 d空肠回肠紧密连接蛋白claudin-1、ZO-1和occludin表达，表明接触土壤能改善肠道上皮屏障功能。在此基础上，我们分析土壤接触对仔猪盲肠和结肠的菌群结构和组成的影响，结果发现土壤接触对14、21、28 d仔猪的结肠和盲肠Shannon指数没有显著的影响，但是土壤接触显著增加了35 d盲肠的Shannon指数。Bray Curtis分析显示，接触土壤对14 d时结肠和盲肠中的肠道菌群没有显著影响；但显著改变21 d结肠和盲肠中的肠道菌群。在菌群中丰度值前20个优势菌群中，接触土壤提高的菌群在结肠中有F8、F9，在盲肠中有F2、F6、F8、F9、F12；接触土壤降低的菌群在结肠中有F10，在盲肠中有F10和F14。（2）接触土壤对仔猪肠道真菌菌群的影响。结果发现：土壤接触显著提高21 d时仔猪结肠和盲肠OUT数量以及盲肠的Shannon指数。Jclass算法显示对照组与土壤组的仔猪在断奶前（14 d和21 d）肠道菌群相互分散，有较好的区分度，表明土壤接触显著改变断奶时肠道菌群组成与结构，其影响程度比细菌更大。Bray Curtis分析发现，接触土壤显著改变21 d时结肠和盲肠中的真菌丰度且对35d盲肠的菌群有显著影响。以上结果表明，土壤接触不仅显著改变了仔猪肠道细菌的分布，也改变了真菌的结构和组成。