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添加溶血卵磷脂对摄入高脂饲料的大菱鲆肠道健康的调控作用
时间:2024-07-22 11:22:09浏览量:488

摘要

青岛柯能集团联合黄海水产研究所、中国海洋大学共同完成的一项研究,阐明了溶血卵磷脂(LPC)对摄入高脂饲料的大菱鲆幼鱼肠道健康的调控作用及机制,该研究发表于国际知名期刊《Nutrients》。

本实验在高脂(16%基础饲料中分别添加0%0.1%0.25%0.5%的溶血卵磷脂LPC0LPC0.1LPC0.25LPC0.5),进行为期8周的养殖实验研究结果显示:在添加LPC处理组,肠道组织形态观察中没有出现固有层变宽和炎性细胞浸润的现象添加LPC明显降低了TLRsTLR3TLR8TLR9TLR22)、MyD88和信号分子(NF-κBJNKAP-1)的基因表达。同样,不同水平LPC的添加也明显抑制了NF-κBJNK信号通路下游因子TNF-αIL-1βBaxCaspase9Caspase-3)的基因表达。这些基因表达结果表明了LPC对肠道粘膜屏障功能的改善作用。此外,高脂饲料中添加LPC改变了肠道微生物的组成结构上调了短链脂肪酸产生菌、乳酸菌和消化相关菌的相对丰度。肠道微生物的功能预测结果表明与对照组相比,饲料中添加了LPC的大菱鲆幼鱼在脂质代谢和免疫系统等通路上的相对丰度更高而在代谢性疾病和免疫系统疾病等通路的富集程度相对更低。总之,LPC可以通过TLR信号途径调大菱鲆肠道粘膜免疫和机械屏障功能,并善了肠道微生物的组成和功能

(原文标题:Effects of lysophosphatidylcholine on intestinal health of turbot fed high-lipid diets

 

主要发现:

1LPC显著改善了大菱鲆肠道组织损伤

如图1E,F所示,在LPC0组的后肠中观察到混合白细胞的浸润,固有层增宽,以及排列混乱的微绒毛,但在添加LPC的处理组中未观察到这些症状。与LPC0组相比,添加了LPC3个处理组的肠道粘膜皱褶高度(hMF)和粘膜肌层厚度(hMM)显著增加,而微绒毛高度(hMV)和周长比(PR)仅分别在LPC0.1LPC0.5组发生明显增加(P < 0.05)(图2)。

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1 各组后肠组织形态观察

A)、(B)、(C)、(D)的比例尺 = 500 μm,(E)、(F)、(G)、(H)的比例尺 = 50 μm。染色:苏木精伊红染色H&E。红星显示混合白细胞浸润在固有层(LP)中。MF:黏膜褶皱;MM:肌层粘膜;MV:微绒毛(黑色箭头)。

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2 肠道组织学测量参数

实验数据表示为平均值±标准误,不同的上标字母表示显著差异(p < 0.05)。MF:黏膜褶皱;MM:肌层粘膜;MV:微绒毛;PR:周长比。

 

2)肠道屏障基因表达表明LPC改善了肠道粘膜屏障功能

饲料中添加0.1-0.5%LPC显著降低了TLR3TLR8TLR9TLR22的基因表达水平(P < 0.05)(图3A);LPC的添加显著下调了髓样分化蛋白88MyD88)和TLR信号通路的下游调节分子,如IRF3NF-κBJNKAP-1的基因表达水平(P < 0.05)(图3B);饲料中添加LPC显著下调IL-1βTNF-α的基因表达,而0.1%0.25%LPC可明显下调IFN-γ的表达(P < 0.05)(图3C);饲料中添加LPC显著下调了促凋亡分子,包括BaxCaspase-9Caspase-3的基因表达水平(P < 0.05)。与LPC0组相比,添加0.1%0.25%LPC的处理组中,PCNA的基因表达水平明显上调(P >0.05)(图3D)。

 

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3 溶血卵磷脂对大菱鲆后肠TLR信号通路和肠粘膜屏障相关因子的基因表达的影响

A-B)Toll 样受体(TLR)、衔接蛋白和下游调节分子;(C)炎性细胞因子;(D)上皮细胞凋亡与增殖。实验数据表示为平均值± 标准误,不同的字母表示显著性差异(P < 0.05)

 

3LPC改变了肠道微生物的组成结构

每组四个样品共16个样品的基因组DNA经过组装、质量控制和拼接,共获得1,008,526个高质量的有效标签,聚类为12,240OTU,序列相似度超过97%。稀疏曲线和物种积累图结果显示,所有样品能满足测序深度(图4AB)。文氏图显示,所有组别共有1228OTUsLPC0LPC0.1LPC0.25LPC0.5组别中的独特OTU数量分别为58490612901534(图4C)。

门水平上,ProteobacteriaFirmicutes为优势菌门,且在所有组别中,Bacteroidetes的相对丰度仅次于它们。属水平上,前10优势菌属包括MycoplasmsRalstoniaBacteroidesPrevotellaFusobacteriumAlteromonasEscherichia-ShigellaAlistipesFaecalibacteriumParvimonas(图4DE)。与对照组相比,添加LPC的处理组中的FirmicutesBacteroidetesF/B)的比例更低(P >0.05)(图4F)。α-多样性分析的结果显示,添加0.25%0.5%LPC的饲料显著提高了大菱鲆肠道菌群的丰富度(observed speciesChao1Ace)(P < 0.05)。饲料中添加0.1%LPC虽也上调了丰富度指数,但与对照组相比没有显著性差异(p > 0.05)。此外,在LPC0.25组中观察到Shannon指数显著增加(P < 0.05)(图5)。

AMOVA检验的结果显示,补充LPC组的肠道微生物群落概况与LPC组有明显不同(分别为P = 0.0260.0060.028)。同样,PCoA图、NMDS图和UPGMA的结果显示,添加LPC的处理组的大菱鲆肠道细菌组成与LPC0组之间有明显的区别(图6)。

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4 不同分类水平上的相对丰度图

A)稀释曲线;(B)物种积累箱线图;(C)Veen图;(D-E)门和属水平的Top10;(F)厚壁菌门/拟杆菌门的比值。

 

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5  实验大菱鲆肠道微生物群的α多样性

实验数据表示为平均值± 标准误,不同的字母表示显著性差异(P < 0.05)。

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6 实验大菱鲆肠道微生物群的β多样性(PCoA图, NMDS图, AMOVA检验)

 

4)LPC上调了多种潜在有益菌的相对丰度

对肠道菌群进行了MetaStat分析,以比较所有组间属和种水平的肠道细菌的相对丰度。在补充LPC的组中,一些潜在的有益细菌的相对丰度,如Faecalibacterium, Pseudomonas, Blautia, Bacillus, Lactobacillus, Ligilactobacillus, Pseudoalteromonas, Parasutterella, Bifidobacterium等,都显著增加(P < 0.05)(图7A-C)。种水平上,饲料中添加LPC明显增加了Faecalibacterium prausnitziiBacillus velezensisLactobacillus murinusLactobacillus lindneriAnaerostipes hadrusRoseburia inulinivoransWeissella cibariaLactobacillus plantarumPhascolarctobacterium faecium等的相对丰度(P < 0.05)(图7DE)。

 

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7不同分类水平上各组间实验大菱鲆后肠的metastat分析

A-C)属水平肠道微生物群中的潜在有益细菌:(A)短链脂肪酸生产者、(B)乳酸生产者、(C)消化酶产生细菌;(D-E)种水平上肠道微生物群中的潜在有益细菌:(D)短链脂肪酸生产者、(E) 乳酸生产者。*表示T检验结果显示LPC0组与LPC0.1,LPC0.25或LPC0.5组之间的存在显著差异(*P < 0.05,**P < 0.01,*** P < 0.001)

 

5LPC在脂质代谢和免疫系统等通路上的相对丰度更高,而在代谢性疾病和免疫系统疾病等通路的富集程度相对更低

根据PICRUSt预测的KEGG orthologiesKOs),热图结果显示,LPC处理组的肠道微生物在功能上与LPC0组有所不同(图8)。level 2中,与对照组相比,添加LPC的处理组中,能量代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、内分泌系统、转录、细胞运动、信号转导、免疫系统和信号分子,以及相互作用等代谢通路富集,而核苷酸代谢、复制和修复、代谢性疾病、翻译和免疫系统疾病等代谢通路丰度有所降低。Level3中,与对照组相比,参与氧化磷酸化、丁酸盐代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、甲烷代谢以及丙氨酸、天门冬氨酸和谷氨酸代谢的基因在添加LPC的处理组中表达相对更丰富。然而,与LPC0组相比,DNA复制蛋白、核糖体、氨基酸tRNA生物合成、糖酵解/葡萄糖生成、氨基酸相关酶、嘧啶代谢和嘌呤代谢等功能的相对丰度在LPC处理组中降低。

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8 基于level 2A)和level 3B)KEGGs的功能预测结果

 

结论

1) 饲料中添加0.1-0.25%LPC对摄入高脂饲料的大菱鲆肠道健康有一定的保护作用。

2) LPC可以通过TLR介导的NF-κB途径参与调节大菱鲆肠道的免疫,以及TLR介导的JNKp38信号途径调节机械屏障。

3) 大菱鲆肠道微生物对饲料中添加LPC 积极响应,对肠道菌群的结构和组成具有正向的改善作用。


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