中国农大新闻网讯 近日，中国农业大学动物科学技术学院胡永飞教授团队在期刊《总环境科学》（Science of The Total Environment）上在线发表研究论文《酶解制备新琼寡糖通过促进粪杆菌属产生亚精胺改善鸡肠道功能和健康》（Enzymatically prepared neoagarooligosaccharides improve gut health and function through promoting the production of spermidine by Faecalibacterium in chickens）。该研究通过克隆表达β-琼胶酶来制备新琼寡糖（NAOS），发现日粮添加NAOS能够促进肠道粪杆菌属的生长，粪杆菌通过产生亚精胺调控宿主自噬通路，改善鸡肠道健康，提高动物生产性能。

研究方案及实验设计
A. β-琼胶酶基因的克隆表达及NAOS的酶解制备；
B. 动物试验及多组学分析；
C. 鸡肠道原代上皮细胞分离培养及亚精胺处理；
D. 普氏粪杆菌体外培养及代谢物检测

肠道健康对于动物营养代谢、生长发育、免疫抗病等至关重要。大量研究表明，肠道微生物在维护和促进肠道健康中发挥了关键作用。益生元被证明是调控肠道菌群的重要手段之一；通过促进肠道有益微生物的生长，益生元具有改善肠道微生态环境、调控肠道稳态等功能。此外，寡糖类益生元也被证实能够直接作用于宿主肠道细胞，发挥多种生物学效应。新琼寡糖（NAOS）是琼脂多糖的水解产物，具有抗氧化、抗炎、免疫调节、促进有益微生物生长等活性，被认为是一种新型益生元。然而，NAOS对动物肠道菌群的调控作用，对动物肠道健康的影响以及其中是否涉及微生物介导的相关机制等问题有待深入研究。

本研究从酶解制备NAOS入手，将海洋细菌来源的β-琼胶酶基因克隆至毕赤酵母GS115中，获得高表达、高活性的

β-琼胶酶PDE13B；利用该酶制备NAOS，并对酶解产物进行定性和定量分析，获得新琼二糖、新琼四糖、新琼己糖及其甲基化衍生物。研究随后开展动物试验，发现日粮添加NAOS可显著提高肉鸡的日增重和日均采食量，显著改善肉鸡肠道绒毛高度，促进肠道碱性磷酸酶和麦芽糖酶活性，提高肠道消化吸收相关基因及紧密连接蛋白相关基因的表达。

为了建立NAOS、肠道微生物、微生物代谢物和肠道基因表达之间的关系，研究进行了盲肠微生物组、非靶向代谢组和肠组织转录组分析。16S rRNA基因扩增子测序和宏基因组测序结果均显示NAOS改变了菌群的β-多样性和肠道微生物间的互作网络，显著增加了Faecalibacterium属丰度。基于宏基因组的微生物功能分析表明，NAOS富集了肠道微生物多胺生物合成代谢通路。代谢组分析结果同样发现，NAOS上调的差异代谢物主要富集在β-丙氨酸、谷胱甘肽、精氨酸和脯氨酸代谢途径，而这三种代谢途径均与亚精胺的生物合成代谢相关。代谢物相对丰度比较发现，NAOS组亚精胺的丰度相比对照组增加了2.3倍。研究进一步检测了血清中多胺的浓度，发现精胺浓度显著提高，很可能是因为亚精胺被肠道上皮细胞吸收后，迅速被转变成精胺所导致；这与肠组织精胺合成酶基因的表达显著增加的结果相一致。

亚精胺可调节多种生物学过程，包括翻译、转录、细胞增殖和分化，并通过抑制乙酰转移酶诱导自噬。同时，亚精胺也被认为是调节宿主免疫功能的信号分子。肠道组织转录组学分析结果显示，NAOS显著上调了维生素B6合成和自噬等通路，下调了免疫相关的信号通路和mTOR信号通路等，表明NAOS可通过亚精胺诱导自噬，并调节宿主免疫。

研究进一步分离鸡原代上皮细胞，通过体外实验证实了亚精胺调节自噬、免疫和炎症相关基因的作用。

多组学关联分析结果显示，NAOS富集的Faecalibacterium与肠道中亚精胺浓度显著正相关。我们推测Faecalibacterium属内细菌能够产生亚精胺，从而发挥上述生理作用。细菌中亚精胺合成酶SpeE是产生亚精胺的关键酶。研究随后分析了来自Faecalibacterium属的761个细菌基因组，发现545个基因组中含有亚精胺合成酶基因speE。进一步对Faecalibacterium中受到广泛关注的代表物种Faecalibacterium prausnitzii（普氏粪杆菌，又名普拉梭菌）基因组进行分析，发现其基因组中存在完整的自精氨酸合成亚精胺的多胺合成途径。体外培养实验发现，F. prausnitzii JCM 39209的确可产生亚精胺，而不产生精胺，而且0.01%-0.1%浓度的NAOS能够显著促进F. prausnitzii JCM 39209的生长和亚精胺的产生。

综上所述，本研究证明酶解制备的NAOS显著提高了肉鸡的肠道健康和生长性能。机制上，NAOS调控肠道微生物，促进了亚精胺产生菌的生长，尤其是Faecalibacterium属；亚精胺通过调控宿主自噬等过程，发挥一系列生物学功能，从而改善肠道形态、肠道屏障、免疫及消化吸收等功能。此外，F. prausnitzii是肠道中的最重要的微生物之一，具有众多生理功能，因产丁酸而知名。本研究首次证明F. prausnitzii可生产亚精胺，揭示了该菌发挥生物学活性背后的新机制。

我校动物科技学院胡永飞教授为论文通讯作者，动物科技学院博士研究生阿拉腾珠拉为论文第一作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国农业大学杰出人才启动经费、中国农业大学2115人才发展计划以及中国高校科学基金的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969723076878