闡明脂質生成和脂肪沉積的機制對控制雞脂肪過度沉積至關重要。研究表明腸道微生物在調控宿主脂質生成和脂類代謝中發揮了重要作用。但是，我們對腸道微生物在雞的脂類代謝及其相關機制中的了解非常少。本文作者通過口服抗生素后使用16S rRNA測序聯合UHPLC–MS/MS分析初步揭示了該過程中關鍵微生物和代謝物改變過程。本文于2021年7月28日發表在《metabolites》IF：4.932期刊上。

技術路線如下：

主要實驗結果如下：

1、抗生素處理促進雞的脂質生成

如圖1A所示，在抗生素處理3周后，與對照組相比，雞的體重(BW)、腹脂體重(AFW)、腹脂率(AFR)均顯著增高；血清甘油三酯(STG)、高密度脂蛋白(SHDL)、低密度脂蛋白(SLDL)、肝甘油三酯(TG)水平也都顯著升高；血清總膽固醇(STC)含量差異不顯著，表明抗生素處理可顯著促進雞的脂肪生成。

圖1A抗生素處理對雞脂質生成的影響

2、抗生素處理改變腸道微生物組

在10個樣本中總計鑒定到959個OTUs。16S測序的結果中，抗生素處理組的微生物群落多樣性顯著下降，這從observed_species (Sob)、abundance-based coverage estimators (ACE)、Chao1、Shannon和Simpson指數可以看出(圖1B)。提示抗生素處理降低了雞盲腸菌群的豐富度和均勻度。Rank豐度曲線也顯示了豐富度和均勻度的下降(圖1C)。beta多樣性分析顯示，抗生素組與對照組顯著分離(圖1D-E)。之后，在門和屬水平分析微生物種群變化情況，如圖1F和2A所示，在門水平上，對照組的優勢菌為厚壁菌門(45.4%)和擬桿菌門(43.7%)，但在抗生素處理后，它們的豐度都顯著下降，而Proteobacteria豐度顯著增加，其也是抗生素處理組的優勢菌群（90.4%）。在屬水平（圖1F和2B），Bacteroides是對照組優勢菌群，但抗生素素處理后其優勢被消除，而Escherichia-Shigella和Klebsiella菌急劇增加，成為抗生素組的優勢菌群。總之，口服抗生素顯著改變了雞盲腸微生物組。

圖1B-F抗生素處理對雞盲腸微生物組的影響

3、抗生素處理改變盲腸代謝組

總計檢測到19037個代謝物峰，包括9907個陽離子峰和9130個陰離子峰。PCA分析和熱圖分析基于所有的峰，結果顯示對照組和NFD-1出離與實驗中因而在后續分析這被剔除，并且可以發現對照組和實驗中顯著分離，表明抗生素處理顯著改變了盲腸代謝組。

圖2 抗生素處理對盲腸代謝組和微生物組的影響

4、鑒定差異分類群

如圖3所示，作者在門水平和屬水平展示了對照組（NFD）和抗生素組（NFDA）的差異菌群。門水平，抗生素組包括Proteobacteria顯著增加，Frimicutes，Bacteroidetes和Actinobacteria顯著下降。在屬水平則鑒定到15個顯著改變的菌群，但是只有3個是在抗生素組顯著增加，包括Escherichia-Shigella，Klebsiella和Proteus，其余的12個則都顯著下降，如Bacteroides和Alistips。

圖3對照組和抗生素處理組間在門和屬水平上的差異分類群

5、預測盲腸微生物群的功能

如圖4所示，使用Tax4Fun預測微生物群的功能，結果顯示碳代謝和脂質代謝相關菌群顯著富集，而氨基酸代謝和核苷酸代謝相關菌群在抗生素處理后丟失。

圖4預測盲腸微生物群的功能

6、差異代謝物的鑒定和功能分析

總計鑒定到1744個差異代謝物，其中799個代謝物顯著富集，而945個代謝物被刪除以響應抗生素處理（圖5A, B）。KEGG顯示1744個差異代謝物被注釋到23個代謝途徑，其中有15個是代謝相關途徑如氨基酸代謝和脂質代謝（圖5C）。

圖5差異代謝物的鑒定和功能分析

7、盲腸微生物組和雞脂質生成相關

為了探究盲腸微生物組變化和雞脂質合成的關聯，作者分析了種群豐度矩陣（門和屬水平）和脂質相關指標的相關性。如圖6A所示，在門水平，盲腸微生物組和AFR，STG，SHDL，SKDK和KTG顯著相關。在屬水平，盲腸微生物組和AFW，AFR，BW，LTG，STG，SHDL和SLDL顯著相關。

作者計算了不同分類群（門和屬水平）和脂質相關指標的皮爾遜相關系數以進一步探究盲腸微生物組和雞脂質生成的關系。如圖6B所示，在門水平，Proteobacteria豐度和所有脂質相關指標正相關除了STC，Frimicutes，Bacteroidetes和Actinobacteria和大多數脂質相關指標負相關；在屬水平，Escherichia-Shigella豐度和所有脂質相關指標正相關，Klebsiella豐度和所有脂質相關指標正相關除了STC，Proteus豐度和BW，AFW，AFR，STG和STC正相關。相反地，屬水平的余下12個菌群，和大多數脂質合成指標負相關（圖6C）。

圖6盲腸微生物組和雞脂質生成相關

8、微生物組和代謝組聯合分析

為了探究是否改變的腸道微生物組可以調節雞的脂質合成通過影響盲腸代謝物，作者對差異菌群和代謝物進行了聯合分析。在門水平，4個差異菌群與244個差異代謝物顯著相關，如圖7所示，Proteobacteria門和103個差異代謝物正相關，和10個差異代謝物負相關。Bacteroidetes分別和93個和5個差異代謝物正相關或負相關。Frimicutes分別和110個和6個差異代謝物正相關或負相關。Actinobacteria分別和103個和11個差異代謝物正相關或負相關。

圖7門水平差異菌群和差異代謝物的相關性分析

在屬水平，15個差異菌群和304個差異代謝物顯著相關，其中，如圖8所示，三個在抗生素處理后顯著富集的菌群，包括Escherichia-Shigella，Klebsiella和Proteus和194個代謝物正相關20和代謝物負相關。余下12個代謝物和238個差異代謝物正相關，和60個差異代謝物負相關（圖9）。

圖8屬水平Escherichia-Shigella，Klebsiella和Proteus和差異代謝物的相關性

圖9屬水平在抗生素處理后顯著減少的12個菌群與差異代謝物的相關性

9、網絡圖中代謝物的集富集分析

為了鑒定鏈接雞盲腸微生物群與脂質生成之間的代謝物，進行了代謝物富集分析。在門水平，有三個代謝物集顯著富集，包括obesity，myalgic encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome和unclassified Ibd （圖10A）。有4個代謝物在屬水平顯著富集，包括unclassified Ibd，encephalomyelitis/chronic fatigue syndrome，gout和obesity（圖10B）。很顯然，肥胖代謝物集在門水平和屬水平均顯著富集。肥胖代謝物集涉及三種差異代謝物：L-glutamic acid，pantothenic acid， N-acetyl-L-aspartic acid。L-glutamic acid和pantothenic acid豐度在抗生素處理后顯著增加，并與Proteobacteria門和Escherichia-Shigella屬的豐度呈極顯著正相關，和Klebsiella屬的豐度呈顯著負相關（圖10C-E）。L-glutamic acid豐度和Proteus屬呈極顯著正相關（圖10D）。

圖10鑒定可以連接盲腸微生物組和脂質合成的關鍵代謝物

參考文獻：

Zhang Tao., Ding Hao., Chen Lan., Lin Yueyue., Gong Yongshuang., Pan Zhiming., Zhang Genxi., Xie Kaizhou., Dai Guojun., Wang Jinyu.(2021). Antibiotic-Induced Dysbiosis of Microbiota Promotes Chicken Lipogenesis by Altering Metabolomics in the Cecum. Metabolites, 11(8), undefined. doi:10.3390/metabo11080487