仔猪碳水化合物营养平衡模式及其肠道微生物介导机制

The types and structures of carbohydrates are very complicated, and have various effects on pig health and body metabolism. However, the optimal balance pattern of different carbohydrates for pigs is still unknown. The effects of carbohydrates must be closely related to gut microbiota and its interactions with host, its mechanism, however, is not very clear. The present project aims to understand the relationship among carbohydrates, gut microbiota and host response by comparing the effects of different types(starch, NSP and oligosaccharides) and patterns of carbohydrates on gut microbiota composition, gut barrier function and glyco-lipid metabolism, to clarify the function of gut microbiota in mediating interactions between carbohydrates and host metabolism by utilizing germ-free pig model and transplanting fecal microbiota, and to reveal the possible crosstalk mechanisms of gut microbiota and host metabolism by infusing SCFAs and detecting the expressions of passway-related target proteins. After completion of the above series of studies, the optimal dietary carbohydrate balance pattern for piglets will be established and possible mediating mechanism of gut microbiota will be elucidated. This study will be of both theoretical and practical value for further understanding interactions among carbohydrates, microbiota and host, for enriching the principles of carbohydrate nutrition, and for developing technology of carbohydrate balance for pigs.

碳水化合物的种类和结构十分复杂，对猪健康和机体代谢影响差异甚大，确保猪最佳健康和生长的碳水化合物营养平衡模式未见报道。碳水化合物的不同效应与肠道微生物及其与宿主的互作有关，然而肠道微生物介导不同碳水化合物营养模式的机制尚不清楚。本项目拟比较研究不同种类和组合的碳水化合物（淀粉、NSP及寡聚糖）对猪肠道微生物菌群结构及肠道屏障与糖脂代谢影响，弄清碳水化合物、肠道微生物与宿主的关系；通过无菌猪模型与菌群移植阐明肠道微生物在日粮碳水化合物—宿主互作中的介导作用；通过微生物代谢产物灌服及相关信号通路分析初步揭示肠道微生物与宿主代谢的对话机制。通过研究，旨在建立仔猪碳水化合物营养平衡模式，初步探明肠道微生物的介导机制。研究结果对于深入认识碳水化合物—肠道微生物—宿主的互作机制、丰富碳水化合物营养原理、创建碳水化合物营养平衡技术具有理论与实践意义。

碳水化合物的种类和结构十分复杂，对猪的健康和机体代谢影响差异甚大，确保猪最佳健康和生长的碳水化合物营养平衡模式未见报道。碳水化合物的不同效应与肠道微生物及其与宿主的互作有关，然而肠道微生物介导不同碳水化合物营养模式的机制尚不清楚。本项目首先弄清了饲粮中主要的单一种类碳水化合物（淀粉、纤维与寡糖）对猪生长性能、肠道微生物菌群结构及糖脂代谢的影响，发现不同结构碳水化合物对猪生长性能与健康的影响差异明显，且该功效与肠道微生物组成及短链脂肪酸（SCFAs）的产生密切相关。在此基础上，通过L9（34）正交设计，筛选得到了有利于改善仔猪生长性能、肠道功能、糖脂代谢和后肠微生物结构的碳水化合物营养组合模式，即7~18 kg仔猪碳水化合物营养平衡模式为淀粉直链支链比1:1、外源非淀粉多糖（菊粉和纤维素1:1的混合物）3%及甘露寡糖400 mg/kg，该组合模式有利于仔猪肠道细菌与真菌的结构平衡及促进SCFAs的生成。进一步采用无菌仔猪模型与粪菌移植技术发现肠道微生物缺失显著降低碳水化合物营养平衡模式对仔猪生长性能、养分消化率及SCFAs的生成；而移植粪菌改变肠道微生物结构可提高碳水化合物营养平衡模式对仔猪生长性能、养分消化率与肠道功能改善的匹配性，但损害机体正常的糖脂代谢。进一步对无菌仔猪进行微生物代谢产物SCFAs饲料拌喂及作用途径相关信号通路分析，发现SCFAs可促进碳水化合物营养平衡模式对仔猪肠道功能和机体糖脂代谢的改善，且该功效与SCFAs-GPCRs-AMPK-ACC信号通路有关。项目研究结果对于深入认识碳水化合物-肠道微生物-宿主的互作机制、丰富碳水化合物营养原理、创建碳水化合物营养平衡技术具有理论与实践意义。