基于肠道微生物基因组学和代谢组学对不同动物乳营养和功能的研究

Milk contains all the nutrients that are required by the human body, and milks from different animals possess unequal nutritional values and functions. Currently, the evaluation of milk nutritional value and function is primarily based on physical and chemical methods to determine specific parameters of various types of animal milks. However, the absorption and assimilation of milk nutritional ingredients take place in the host intestine, where trillions of intestinal microbes are hosted. Both the intestinal microbiota and its metabolism participate in important roles like enhancing the host nutrient absorption, modulating fatty acid metabolism, stimulating colonic epithelial cell regeneration and regulating immune responses. Therefore, the optimal way to evaluate the milk nutritional ingredients and functional components is via in vivo animal experimentation. The proposed project aims to evaluate the functional and nutritional values of animal milks from the perspective of host intestinal microbiota and their metabolism. The changes in the metagenome and metabonome of rats fed with milks from four different animals, including cow, yak, camel and horse, will be monitored. At the technical level, this project integrates the metagenomics and metabonomics approaches to elucidate the unique functional and nutritional values of various animal milks from different angles, including the changes in the structure and biodiversity of intestinal microbiota, as well as their gene function and metabolic network. This project provides important reference for the quality improvement and functional food application for these four types of animal milks.

乳中含有人体所需要的全部营养成分，而不同的动物乳营养价值和功能成分也是多元化的。目前对于各种动物乳营养及功能的评价，主要是应用物理化学方法测定乳的理化指标。然而，乳中营养物质消化吸收是在机体肠道进行的。而肠道微生物及其代谢共同担负着促进机体营养吸收，调节机体脂肪代谢，刺激肠道上皮细胞更新和调控机体免疫应答等重要作用。因此，评价动物乳营养物质和功能的最佳途径是基于体内动物模型。本研究拟从机体肠道微生物的角度，以大鼠摄入牛乳，牦牛乳，骆驼乳和马乳这 4 种不同动物乳后肠道菌群及其代谢产物发生的改变为独特切入点，深入研究不同动物乳的功能和营养价值。在技术层面，本项目联合使用宏基因组学和代谢组学技术，从肠道微生物群落结构和多样性的改变，微生物功能基因和代谢途径的改变以及代谢产物的变化等多个角度共同阐释不同动物乳的独特功能和营养价值。该项目为这4种动物乳的品质改良和功能食品应用提供重要参考。

乳中含有人体所需要的全部营养物质，不同的动物乳营养价值和功能成分也是多元化的。肠道是乳消化和营养物质吸收的重要场所，且数额庞大的肠道微生物与人类共生，肠道微生物对宿主免疫功能调节，和机体健康维护具有关键作用。本项目利用大鼠模型评估动物乳的功能。.以牛乳、牦牛乳和骆驼乳饲喂SD大鼠。血液免疫因子检测发现饲喂骆驼乳组大鼠血浆γ-干扰素含量显著高于牦牛乳组（p=0.0020）和牛乳组（p=0.0062）；饲喂牦牛乳组大鼠血浆IgM浓度显著高于对照组（p=0.0071）；正常饮食组大鼠血浆IL-6水平显著高于牦牛乳组（p=0.0499）及牛乳组（p=0.0248），表明不同动物乳饮食具有调节系统性免疫应答的作用。基于SMRT测序技术的16S rRNA 基因全长测序对大鼠肠道菌群群落不同时间结构变化分析发现，厚壁菌门(76.70±11.03%)、拟杆菌(15.27±7.79%)、变形菌 (3.61±4.34%)和软壁菌门 (2.61±2.53%)为主要优势菌群，粪便菌群结构随试验推进缓慢改变。饲喂牦牛乳和骆驼乳大鼠产短链脂肪酸及琥珀酸的细菌含量增多，而普氏菌属、拟杆菌属减少，表明不同动物乳饮食对大鼠粪便菌群具有改善作用。代谢组学研究发现，与对照组相比，驼乳组、牛乳组和牦牛乳组差异性代谢物分别为20、21、25个，代谢途径分析显示饲喂动物乳大鼠氨基酸、维生素代谢增强，而脂肪积累受到抑制。.乳铁蛋白是不同动物乳共有的、结构相似且具有特殊生理功能的蛋白质。随后，我们探讨乳铁蛋白对大鼠肠道菌群结构和机体免疫的影响。我们对部分大鼠施用混合抗生素破坏肠道微生态平衡。血浆免疫因子水平检测发现乳铁蛋白组较正常组IgA降低（p=0.0038），血浆IFN-γ（p= 0.0007）升高，较灌胃抗生素的三组大鼠血浆IL-6水平显著降低（p= 0.0153-0.0227），而对照组和抗生素组免疫因子无显著差异。表明灌胃乳铁蛋白确有驱动免疫调节的作用，且为Th1型极化，但抗生素的摄入会破坏乳铁蛋白的免疫调节功能，乳铁蛋白驱动的免疫调节功能需要完整的肠道菌群；对不同时间点大鼠菌群16S rRNA 基因全长测序发现促进动物乳杆菌和Oscillibacter valericigenes等抗炎菌的增长，这可能是乳铁蛋白产生免疫调节作用的原因之一。