文章内容：母猪饮食中的白藜芦醇通过改变仔猪肠道基因表达和肠道菌群，减轻断奶引起的仔猪腹泻和肠道炎症
客户单位：东北农业大学
杂志名称：Food & Function
影响因子：3.241
还记得之前我们解读的《断奶改变猪的肠道微生物进而调节肠道中营养代谢相关的基因表达》一文吗？课题组继续发挥16S+转录组这套组合拳的威力，另一篇文章接踵而来。上一篇文章中研究发现仔猪断奶会重塑猪的肠道微生物和短链脂肪酸（SCFAs）组成，进而调节肠道中脂肪酸代谢、胆汁酸代谢和氧化应激相关的基因表达。这篇发表在Food & Function上的《母猪饮食中的白藜芦醇通过改变仔猪肠道基因表达和肠道菌群，减轻断奶引起的仔猪腹泻和肠道炎症》与之前发表的文章一前一后，像小说连载一般讲清故事的来龙去脉，两篇打法相似文章引起你的注意了吗？它们引起了小编的好奇心，小编要来一探究竟。
早期断奶通常会导致婴幼儿肠胃紊乱、炎症和腹泻。白藜芦醇是一种植物酚，可以预防炎症和癌症。采用猪模型研究了母猪饲粮中白藜芦醇对断奶期仔猪腹泻、肠道炎症和肠道形态的影响。母亲饮食中的白藜芦醇可减轻断奶引起的子代肠道炎症和腹泻，改善子代肠道微环境 。16S rRNA测序结果显示（直肠内容物样本，每组6个生物学重复），在断奶期仔猪中，母猪饮食中的白藜芦醇增加了产丁酸盐细菌如Flavonifractor、Odoribacter和Oscillibacter的比例。RNA-seq分析（空肠样本，每组6个生物学重复）在断奶期仔猪和断奶后仔猪中分别鉴定出189和139个差异表达基因。KEGG通路富集分析表明断奶中仔猪在T细胞受体[A5] ,原发性免疫缺陷,蛋白激酶(MAPK)和Ras信号通路富集，断奶后仔猪在细胞因子-细胞因子受体相互作用通路和代谢相关通路富集。
表1 母猪饲粮中白藜芦醇对断奶期仔猪和断奶期仔猪肠道促炎细胞因子的影响肠促炎细胞因子（IL-1β，IL-6，IL-8，TNF-α）统计表中可见，断奶后IL-6水平显著升高(P=0.01)，说明断奶引起肠道炎症。这些数据表明，母猪饮食中的白藜芦醇对断奶期仔猪肠道炎症有有益的影响。表2、3分别展示的是在断奶期和断奶后的对照处理与白藜芦醇处理间差异表达基因在KEGG数据库富集分析结果，在断奶期仔猪关注到11条通路，包括T细胞受体、原发性免疫缺陷、产生IgA的肠道免疫网络、造血细胞系、MAPK、Ras、调控肌动蛋白细胞骨架和细胞粘附分子通路。在断奶后仔猪中，有9条通路显著富集，这些途径主要与营养代谢和吸收有关:视黄醇代谢；花生四烯酸代谢；维生素的消化和吸收；乙醛酸和二羧酸代谢；甘氨酸，丝氨酸和苏氨酸的代谢。此外，细胞因子-细胞因子受体相互作用途径以及3个与人类疾病相关的途径也显著富集。
图1.图2是在切入正题前，还做的一些背景研究，主要是从粪便的表型和肠道的形态入手。本研究中，两种处理的产仔数和出生体重没有显著差异。但母猪14-21日和21-28日仔猪日平均体重增加量增加。断奶后空肠绒毛高度和绒毛/隐窝比降低，断奶期和断奶后仔猪空肠绒毛高度和绒毛/隐窝比均随母猪饮食白藜芦醇的增加而增加。对照组的断奶期仔猪和断奶后仔猪的肠绒毛比白藜芦醇处理的仔猪短。断奶后仔猪绒毛受损、萎缩，母猪饲粮中白藜芦醇对其绒毛有改善作用。母猪饲喂白藜芦醇能显著提高断奶期仔猪和断奶后仔猪的微绒毛高度。这些结果表明，母亲饮食中的白藜芦醇可以改善断奶期和断奶后仔猪肠道生态环境。图4 受母体饮食白藜芦醇以及断奶对肠道影响的门水平的微生物图5 受母体饮食白藜芦醇和/或断奶影响的属水平的微生物在Con和Res处理下，断奶期仔猪中肠道中Bacteroidetes和Firmicutes最为常见，其次是Proteobacteria和Fusobacteria(图3A)。在断奶期仔猪中内容物中最常见是普氏菌属和梭菌属，其次是异源普氏菌属和拟杆菌属(图3B)。而在断奶后仔猪中，最常见的门是拟杆菌门和厚壁菌门，其次是变形杆菌门和放线菌门(图3C)。在属的水平上，普氏菌和乳酸菌是最普遍的。第二高的属是未分类的Prevotellaceae和Ruminococcaceae (图3D)。断奶对微生物组的组成有调节作用。图6 断奶期以及断奶后喂养白藜芦醇与正常日粮的差异基因16S结果分析完成后，开始描述转录组的结果。在Con和Res处理之间的DEGs的火山图和分层聚类热图。红点表示差异上调基因，蓝点表示差异下调基因。验证8个基因的表达，断奶期仔猪CCL5、RHOH、IL-10、THBS1均显著下调;而DHX-58、F2和LTF均被母体膳食白藜芦醇上调(P<0.05)，这与RNA-seq分析的数据一致。PGLYRP2不受母亲饮食中白藜芦醇的显著影响，但表现出类似的趋势。断奶后仔猪CCR7、IL-10RA、NOS2均下调;而CYBRD1、RDH5、OLFML3通过母亲饮食白藜芦醇上调，与RNA-seq分析数据一致。母亲饮食中白藜芦醇对GZMA的影响不显著，但有相似的趋势。与RNA-seq分析相比，EMP2显示出类似的趋势，并且倾向于被母亲饮食中的白藜芦醇上调。此外，相关分析显示，RNA-seq和qRT-PCR检测到的log2 (fold-change)值在断奶期仔猪(Pearson R2=0.93, )和断奶后仔猪(Pearson R2=0.94)中均显著相关。由于RNA-seq分析以及qPCR结果相关性显著相关，两种方式互为佐证，结果更为可信。图8 在Con和Res处理之间对DEGs进行功能富集分析为了了解这些差异基因可能起到那些功能，富集分析时必不可少的。在断奶后仔猪中，GO分析显示以下属于生物过程种得到了富集:氧化-还原过程;炎症反应;chemokine-mediated信号通路;对脂多糖;凋亡过程和凋亡信号通路的调控。氧化还原酶活性在分子功能中占主导地位分类。在细胞成分的分类中，以细胞表面为主，其次是质膜的外侧面和核小体。图9-10断奶期和断奶后仔猪的Con和Res处理之间差异基因编码的蛋白质相互作用网络图网络图是一种展示不同信息的极好的载体，它不仅颜色丰富，图形多样，并且将想要说明的关系呈现出来让人一目了然。使用STRING数据库来对429个DEGs编码的蛋白质之间已知的和预测的相互作用网络进行了识别，断奶期仔猪有39个以上的中心蛋白有互作关系，FGR(与18个蛋白相互作用)、RHOBTB2(与16个蛋白相互作用)、RHOH(与16个蛋白相互作用)和PRKCQ(与15个蛋白相互作用)相互作用可通过网络图紧密相连。参与免疫功能的相互作用蛋白包括LCP2、CD3D、CD2、CD247、CD3E和CD3G。IL-10细胞因子与ARG2、CCL5、CSF2RB、F2、PTPRC、SELL相互作用。在断奶后的仔猪中，有27个中心蛋白与一种以上的蛋白质相互作用，网络图显示TOPOII和H2AFZ分别与9和6种蛋白相互作用。在这个网络中，观察到G蛋白偶联受体和趋化因子受体之间的相互作用，包括S1PR2、CCR7、CXCL13、CXCR3和CXCR4。发现本研究中，母猪饮食中的白藜芦醇减轻了断奶引起的腹泻和肠道炎症，改善了仔猪的肠道形态，可能是由于肠道基因表达和微生物群的调节。16S rRNA测序分析显示，母猪饮食中白藜芦醇增加了断奶期仔猪粪便中产丁酸盐细菌的比例。肠道RNA-seq分析显示，母体饮食中含有白藜芦醇降低了断奶期仔猪T细胞受体、MAPK和Ras信号通路相关基因的表达。此外，母猪饮食中白藜芦醇还下调了断奶后仔猪细胞因子-细胞因子受体相互作用通路相关基因的表达。
编者说：在以往的研究中，由于生信分析基础薄弱，更多科研者选择使用一种高通量方式去解决一个科学问题，这种方式的有点是操作容易套路化，缺点也伴随而生，内容同质化，结果浅显化，现在越来越多被淘汰。更多的科学研究者们选择用多组学的方式来说明同一个科研现象，但通过不同层面去剖析，无论是16S+代谢，还是转录组+代谢（干货 | 微生物专题（2020年3月更新），以及应运而生的16S+代谢。通过将表型与样本内在的变化联系起来，从上游的DNA的变化，到下游转录调控到修饰翻译再到我们表观遗传，方法千千万，道路条条通，多组学的风潮，科研者们不可错过。参考文献：
Meng Qingwei,Sun Shishuai,Luo Zhang et al. Maternal dietary resveratrol alleviates weaning-associated diarrhea and intestinal inflammation in pig offspring by changing intestinal gene expression and microbiota.[J] .Food Funct, 2019, 10: 5626-5643.