动物肠道菌群与营养物质代谢的研究进展

2.2 肠道菌群与蛋白质代谢

蛋白质作为最基本的六大营养素之一，对促进动物生长发育、维护机体健康具有重要作用。日粮和机体代谢产生的蛋白质和氨基酸均能够被肠道菌群利用，合成重要的生命物质，维持菌群自身的组成和数量。人体内约有10%的蛋白质会进入到大肠，通过大肠内的微生物菌群的作用生成氨基酸，然后被分解利用。据研究，动物肠道中存在大量的氨基酸代谢菌，主要包括拟杆菌（Bacteroides spp.）、丙酸杆菌（Propionibacterium spp.）、链球菌属（Streptococcus）和梭菌属（Clostridium），这些菌群能分泌水解蛋白质与氨基酸的蛋白酶与基肽酶。同时饲粮中粗蛋白质水平对肠道微生物脱羧酶活性有影响，使得肠道微生物对氨基酸降解存在差异性。因此，从不同菌群生长代谢产生的氨基酸或者其代谢产物可以得知菌群的组成变化。

本实验室通过对水貂和蓝狐日粮中蛋白质水平进行研究，发现育成期水貂日粮中蛋白质水平在32%~36%最佳，其中蛋白质表观消化率在84.87%~85.15%之间，脂肪消化率为92.71%~93.51%，并且对水貂的生长性能以及对血清中甘油三酯、总胆固醇水平的影响均不显著。育成期蓝狐日粮中蛋白质含量在32%时生产性能最好，其中蛋白质消化率为68.74%，脂肪消化率达到80.47%，当日粮中蛋白质含量超过32%时脂肪的消化率下降。通过试验研究发现，日粮中蛋白质等营养物质水平对水貂及蓝狐的生产性能、营养物质消化率以及血清生化指标产生不同程度的影响，但对动物肠道菌群组成及数量的影响还不清楚，目前项目组正在进行不同营养物质对貂、狐肠道菌群的影响研究；与此同时，这些动物肠道中微生物组成对日粮营养物的消化吸收的影响也是本实验室的重点课题之一。

2.3 肠道菌群与脂肪代谢

脂肪在小肠中消化吸收的比例很大，并有研究表明：高脂日粮、肠道菌群以及肥胖三者之间存在密切的联系，通过ERIC-PCR对饲喂高脂日粮和正常日粮大鼠的肠道菌群总DNA进行分析，结果发现开始饲喂时两组大鼠的肠道菌群结构类似，但第7周之后两组大鼠的肠道菌群的差异性主要表现在数量上，并且高脂日粮大鼠在第7周之后体重显著增加。这也进一步证实高脂饲料能够影响肠道菌群的组成。当通过饲喂高脂饲粮诱导小鼠肥胖，肥胖小鼠与正常小鼠相比不仅肠道菌群种类和数量在一定程度上都发生了变化，而且粪便中短链脂肪酸含量也下降。饲喂高脂日粮，大鼠血清总胆固醇（TC）、血液中甘油三酯（TG）含量均有升高，导致大鼠产生脂代谢异常，增加了患高血脂症的风险，但对其肠道菌群分析发现，与正常大鼠肠道菌群相比其肠道菌群结构发生改变，这可能也说明长期饲喂高脂日粮通过改变动物肠道菌群结构和组成，引起了动物肠道内代谢产物的改变，从而引发了疾病。与正常体重大鼠相比较，高脂肪高热量日粮诱导的肥胖大鼠外周循环中的内毒素以及血清肿瘤坏死因子α（TNF-α）均明显增高，经过粪菌移植治疗后，外周循环血中的脂多糖（LPS）以及血清TNF-α显著下降，这进一步说明肠道菌群改变能够调节脂类代谢。

不同动物对脂肪性饲料的耐受程度不同，如育肥猪日粮中动物脂肪含量在3%左右为宜、怀孕母猪日粮中动物脂肪在7.5%左右为宜。奶牛日粮中的长链脂肪酸钙的添加量超过6%时，会影响瘤胃发酵以及造成干物质的采食量下降。不同种类鱼的饲料中脂肪含量在8%~25%时，会出现不同程度的肝脏脂肪病变。然而，试验发现水貂、蓝狐对脂肪有较高的耐受性。其中水貂饲粮中脂肪水平在20%~30%范围内最好，育成期雌性水貂的脂肪水平为30%时生长性能较好，但水貂对脂肪的最高耐受性还不清楚。蓝狐脂肪水平在12%~40%范围内，其肝脂率和肝体指数不受脂肪水平的影响，只有当脂肪饲粮水平达到54%时，蓝狐才会出现生长缓慢、体脂沉积升高（尤其是肝脂率和肝体指数的升高），并出现高血脂、高血糖现象。蓝狐、水貂等食肉动物能够耐受高脂饲粮，但对它们的肠道菌群结构以及肠道菌群如何影响其脂肪的降解利用，是本课题组正在重点研究的课题之一。

动物肠道菌群对能量以及脂类物质的代谢利用受日粮中蛋白质水平的影响。研究表明，肠道微生物的代谢产物能够激活小肠上皮的内分泌细胞（如短链脂肪酸通过与G蛋白偶联受体结合），分泌多种代谢相关肽，进而影响脂质储存和能量平衡。Skov等研究也表明，高蛋白会减少体内白色脂肪含量，减少肥胖现象。与正常饮食的大鼠相比，蛋白质缺乏会限制能量的摄入量，导致脂肪分解蛋白表达的上调，白色脂肪组织含量降低；而高蛋白日粮通过改变大鼠体内能量代谢过程，从而造成白色脂肪组织含量减少。虽然白色脂肪含量都降低，但不同蛋白质水平减少体内白色脂肪组织含量的途径不同。据研究，饲粮添加精氨酸对动物的脂质代谢及菌群结构有一定的影响。饲粮中添加0.25%L-精氨酸能够降低肉鸡血浆甘油三酯和总胆固醇含量，并能够降低脂肪酸合酶mRNA的表达，从而降低肉鸡的腹脂沉积。饲粮中添加0.4%精氨酸能够降低血清总胆固醇含量、提高免疫球蛋白，并增加小肠内乳酸菌的数量抑制大肠杆菌的数量，使猪体内脂肪含量降低，改变其肠道菌群结构，维持肠道菌群的平衡。Tiihonen等研究表明，亮氨酸、异亮氨酸代谢产生异丁酸、异戊酸等物质，导致肠道内异丁酸、异戊酸的含量增加，破环肠道菌群平衡，从而引起肥胖症或炎症性肠病等。综上所述，肠道菌群与营养物质代谢存在密切的联系，但对于这种联系的机理仍需我们继续开展大量的研究。

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