近日，《中国科学：生命科学》（SCIENCECHINALifeScience）发表了中国农业大学动物科学技术学院马曦教授团队题为“聚β-羟基丁酸酯通过约氏乳杆菌生物膜介导的硫黏蛋白成熟缓解腹泻等”（Poly-β-hydroxybutyratealleviateddiarrheaandcolitisviaLactobacillusjohnsoniibiofilm-mediatedmaturationofsulfomucin）的原创性工作，首次发现“细菌脂肪”-PHB（聚β-羟基丁酸酯）经由益生菌缓解断奶仔猪腹泻的良好效果，并初步揭示了其改善肠道菌群平衡和黏膜免疫的分子机制，为新型益生菌生物膜递送系统的研发提供了新的证据。
规模化养猪生产中，断奶仔猪腹泻是畜牧业长久以来难以攻克的难题和挑战，严重制约了我国养猪业的生产效率。此外，因养殖业长期应用饲用抗生素导致的抗生素耐药和残留等危害，年7月，农业农村部号公告：饲料生产企业将停止生产含有促生长类药物饲料添加剂的商品饲料。因此，寻找新型高效的营养调控方式是我国畜牧领域改善仔猪腹泻的迫切需求。
屏障功能受损引起的结肠黏膜损伤是导致腹泻的重要原因。杯状细胞负责黏蛋白的产生和分泌，高度糖基化的黏蛋白(MUC2)构成了结肠黏液层的内层和外层。其中负责分泌功能的酸性黏蛋白可根据寡糖链上的唾液酸或硫酸基团的存在分为硫黏蛋白和唾液酸黏蛋白。硫黏蛋白可通过高铁二胺(HID)染色特异性识别，是治疗腹泻的新靶点。然而，目前对硫黏蛋白的微生物响应机制知之甚少，还没有针对促进腹泻中硫黏蛋白分泌和成熟的治疗方法。以硫黏蛋白为靶点进行益生菌干预是治疗断奶仔猪腹泻的潜在方法，然而，由于益生菌定植能力差，在宿主体内存活时间短，益生菌的应用遇到了很大的挑战。提高益生菌对外部威胁的抗性和定植能力的关键是促进其生物膜的形成。考虑到大多数乳酸菌难以形成生物膜，迫切需要一种可以作为底物的材料，为生物膜的形成提供有利的生态位。高效的基质材料支持益生菌生物膜的形成需要满足两个基本要求。它不仅应该稳定地附着在肠道内表面，提供稳定的界面，而且不应该阻碍益生菌的生长。作为一种组织工程支架，聚β-羟基丁酸酯(PHB)是一种很有前途的候选材料。PHB是β-羟基丁酸(β-HB)的聚合物，是许多细菌的重要能量底物，也被称为“细菌脂肪”，可以帮助细菌在营养缺乏和环境压力下生存。
图1PHB——益生菌生物膜形成的支架
PHB表面呈现疏松多孔的结构，为约氏乳杆菌生物膜的形成提供有利的生态位。形成生物膜的约氏乳杆菌增殖迅速，耐酸、耐胆盐能力明显增强
这项研究发现微生物合成的PHB，可以通过促进杯状细胞的分化和硫黏蛋白的成熟来缓解断奶仔猪腹泻，扩大了PHB材料的新用途；菌群移植和清除的正反操作共同证明了PHB促进硫黏蛋白成熟是由约氏乳杆菌介导的，首次解析了PHB缓解腹泻仔猪肠道炎症的微生物机制；进一步的研究表明，PHB为益生菌生物膜的形成提供了良好的生态位，可作为一种安全的益生菌生物膜递送系统，增强细菌对环境压力的耐受性并显著促进其增殖，对实现饲用益生菌的高效利用具有重要意义。
图2PHB缓解断奶仔猪腹泻的微生物机制
菌群移植和清除的正反操作共同证明了PHB缓解腹泻仔猪肠道炎症的过程是由约氏乳杆菌介导的，PHB促进约氏乳杆菌生物膜的形成，约氏乳杆菌生物膜通过调节岩藻糖残基促进杯状细胞分化和随后的硫黏蛋白成熟来缓解断奶仔猪腹泻。
此外，研究还发现，PHB还对炎症性肠病（IBD）具有显著的缓解作用，IBD病因复杂，以特发性、复发性为特征，临床上由溃疡性结肠炎和克罗恩病组成，目前仍缺乏普遍有效的治疗措施。PHB通过促进约氏乳杆菌增殖，维持杯状细胞正常分化和促进硫粘蛋白分泌和成熟的能力对于平衡和强化炎症性肠病下的肠道微环境至关重要。PHB干预后，小鼠结肠炎表现明显缓解，促炎因子表达下降，免疫屏障增强，免疫应答得以维持。综上所述，这项研究为益生菌和功能材料在仔猪腹泻和肠道炎症治疗中的可能作用提供了理论支撑，PHB和生物膜自包被的益生菌的应用为缓解断奶仔猪腹泻的抗生素替代品研发提供了新的思路。
中国农业大学动物科学技术学院博士生马宁，郭娉婷，食品科学与营养工程学院陈晶瑜副教授为共同第一作者，中国农业大学马曦教授和清华大学陈国强教授为共同通讯作者。该研究获得国家重点研发计划(YFD)，国家自然科学基金(and)，中央高校基本科研业务费专项资金(TC)，中国农业大学人才培育发展支持计划(-)，高等学校学科创新引智计划（计划）(B)的资助。
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