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整合多组学鉴定影响猪肝脏系数的肠道微生物及其机制探究

猪,LWP,肝脏,肠道微生物,代谢组,转录组

引言

肝脏是机体重要的代谢器官，与机体的健康和畜禽生长性能密切相关。肝脏系数（Liver Weight Percentage，LWP）是指肝脏重量占体重的比例，等于肝脏重/体重*100，可以适当反应肝脏的功能状态。LWP受到遗传、年龄、环境等因素影响，其中与机体共生的肠道微生物可通过肝门静脉循环与肝脏之间进行物质交换，即为肠-肝轴。肝移植是治疗终末期肝病的有效手段，猪器官在结构和生理功能上与人体器官相近，一直以来是异种器官移植的主要研究对象。本研究通过整合基因组、微生物组、转录组和代谢组数据，探究肠道微生物对猪LWP的影响及其可能机制，为研究异种器官移植构建适宜的实验动物提供一定的理论依据。

材料方法

本研究基于前期收集的239头鄂通两头乌猪的LWP测定数据、全基因组测序数据和盲肠微生物16S rRNA测序数据，剖分LWP方差组分，分析肠道微生物对LWP的影响，鉴定与LWP显著关联的菌属。在LWP top20%和bottom20%中各选取8头体重在110KG~120KG的阉公猪，取其肝脏进行非靶向代谢组测序和转录组测序，分析高LWP和低LWP猪肝脏的差异代谢物和基因。整合微生物组、代谢组和转录组数据，解析肠道微生物对猪LWP的影响及机制。

结果

LWP方差组分剖分显示肠道微生物对LWP具有较高贡献，LWP肠菌力达到0.36。LWP top20%个体的Chao1、ACE和Richness显著高于bottom20%。通过微生物关联分析和两极端分组的非参数检验，共鉴定到18个微生物与猪LWP显著关联。分析高低LWP肝脏代谢组数据共鉴定到1025个差异代谢物，使用LIPID MAPS脂质数据库注释到104个脂质。KEGG富集分析显示差异代谢物显著富集到Linoleic acid metabolism和Biosynthesis of unsaturated fatty acids等11个通路。转录组分析鉴定到158个差异表达基因，显著富集于Steroid biosynthesis和Fatty acid metabolism等信号通路。CPT1A、RETSAT和HADHA等促进脂质分解基因在低LWP个体表达更高。对LWP显著关联的微生物、差异代谢物和差异表达基因做相关性分析，Helicobacter与9-OxoODE、PGA1和Leukotriene B4等13个脂质显著正相关，PPARA及其下游靶基因CPT1A、RETSAT和HADHA也与这13个脂质显著正相关。9-OxoODE、PGA1和Leukotriene B4等脂质是PPARA配体，可以激活PPARA，上调其下游靶基因，促进脂质分解代谢。Helicobacter可能增加肝脏9-OxoODE、PGA1和Leukotriene B4等脂质的丰度，激活PPARA，上调CPT1A、RETSAT和HADHA等基因的表达，增强肝脏脂质分解代谢，使LWP降低。

讨论和结论

肠-肝轴指肠道和肝脏之间的双向交流，肠源性信号分子可以经肝门静脉循环直接影响肝脏脂质沉积和代谢，异种器官移植需要考虑供体器官大小和代谢状况。本研究分析了肠道微生物对猪LWP的影响，通过高LWP和低LWP猪的肝脏代谢组和转录组数据分析发现高低LWP猪肝脏脂质代谢存在显著差异，低肝脏系数脂质分解代谢更强，且这种差异与肠道微生物有关，为研究异种器官移植构建适宜的模式动物提供理论依据。