РЕЗЮМЕ

ВАЖНОСТ Въпреки че преките ефекти на разтворимите в храната фибри върху чревната микробиота са широко проучени, по-косвените ефекти на храненето на майката само по време на бременност върху развитието на червата на потомството досега са до голяма степен неизследвани. Нашите данни показват, че диетата с майки с разтворими фибри по време на бременност е независимо свързана с промени в чревния микробиотен състав и метаболизма на сучещите прасенца. Тези открития имат пряко значение за усъвършенстване на препоръките за хранене по време на бременност. Освен това диетата с разтворими фибри при майките намалява чревната пропускливост и предотвратява чревни възпаления и прекомерен системен имунен отговор на сучещите прасенца. Следователно, устойчивостта на сучещите прасенца към болести се повишава, диарията намалява и повишаването на теглото се повишава. Освен това промените в чревната микробиота в отговор на диетата с разтворими фибри при майките могат също да бъдат пряко свързани с растежа и развитието на червата на потомството.

време

ВЪВЕДЕНИЕ

Все по-често се признават неблагоприятните последици от недохранването на майката по време на бременност върху потомството (1). Според теорията за развитието на здравето и заболяванията (DOHaD), недохранването по време на бременността може да наруши нормалното развитие и да допринесе за заболяването на възрастни, като има трайни ефекти върху структурата, функцията и метаболизма на развиващото се потомство (2). Доказателствата при гризачи и хора подкрепят научната предпоставка, че излагането на майчините диети с високо съдържание на мазнини или с високо съдържание на протеини по време на бременност създава дълготраен метаболитен подпис върху вродената имунна система на новороденото и младото чревно микробиота, което предразполага потомството към затлъстяване и метаболизъм заболявания (3, 4), докато приемът на диетични фибри при майките предпазва потомството срещу затлъстяване, предизвикано от диета с високо съдържание на мазнини, и други метаболитни заболявания (5, 6). Въпреки това, ефектите от диетата с разтворими фибри при майките по време на бременността върху чертите на растежа и развитието на червата все още са недостатъчно проучени.

Известно е, че червата е от решаващо значение за здравето на цялото тяло, но все още е сравнително неизследван орган по отношение на ранното програмиране. Чревната микробиота се придобива в началото на живота и играе множество роли в растежа и здравето на гостоприемника, включително извличане на енергия от диетата, чревна бариерна функция и съзряване на имунната система и ефективност на растежа (7, 8). Все повече доказателства показват, че ранните промени в последователността на чревната микробиота имат трайни метаболитни последици (9). Следователно, разработването на оптимален състав на микробиота през ранния период на живот е от решаващо значение за растежа и метаболитното здраве при новородените.

Появяващите се данни също подчертават значението на чревния епител като регулатор на здравето на възрастни и новородени (10). Повишената чревна пропускливост е свързана с няколко нарушения, свързани с нискостепенно възпаление, включително затлъстяване и синдром на раздразнените черва при деца (11, 12). Предполага се, че предложеният механизъм включва увеличено преминаване на чревни микробиота компоненти, като бактериален липополизахарид (LPS), през чревната бариера в циркулацията. Впоследствие повишените циркулиращи концентрации на бактериален LPS могат да доведат до метаболитна ендотоксемия, потенциален медиатор на възпалението (13). Зонулинът е медиатор, за който е известно, че регулира чревната пропускливост чрез модулиране на вътреклетъчни стегнати връзки. Циркулиращият зонулин е използван като потенциален маркер на чревната пропускливост (14). Хранителните вещества за майката, като n-3 полиненаситени мастни киселини, са свързани с промени в чревната пропускливост на потомството (15). Освен това е доказано, че дисбиозата в чревната микробиота увеличава чревната пропускливост (16).

Въпреки че преките ефекти на диетичните фибри върху състава на микробиотата на червата са широко проучени, по-косвените ефекти на храненето на майката само по време на бременност върху развитието на червата на потомството досега са до голяма степен неизследвани. Следователно, ние предположихме, че включването на комбинирани разтворими влакнести материали от предварително желатинизирано восъчно царевично нишесте и гума гуар (SF) в диета по време на бременност може да има забележителни ефекти върху характеристиките на растежа на потомството, чревната микробиота и развитието на функцията на червата. Съответно, в настоящото проучване ние изследвахме ефектите от диетата с разтворими фибри по време на бременност върху ефективността на растежа, честотата на диария, състава и метаболизма на чревната микропрофил и пропускливостта на червата и състоянието на възпаление на сучещите прасенца.

РЕЗУЛТАТИ

Скоростта на растеж е увеличена и диарията е намалена при сучещите прасенца от свине, хранени със SF. Повишаването на теглото и появата на диария при прасенца се оценяват през целия период на лактация (21 дни). Въпреки че няма значителна разлика (P> 0,05) в първоначалното телесно тегло (BW), установихме, че крайният BW е по-висок (P Вижте тази таблица:

  • Преглед на линия
  • Преглед на изскачащия прозорец

Ефект на майчината SF диета по време на бременност върху ефективността на растежа и честотата на диария при сучещите прасенца

Ефект на майчината SF диета по време на бременност върху плазмения хормон на 14-дневни сучещи прасенца

Таксономични профили на фекалните бактерии при 14-дневни сучещи прасенца на CON- и SF-хранени свине от 16S rRNA генно секвениране. Относителното изобилие на топ 10 фила (A) и топ 15 рода (B) на фекални бактерии, присъстващи в сучещите прасенца, както от свине-майки, хранени с CON-, така и от SF. CON1, първата проба от контролната диетична група; SF1, първата проба от 2,0% предварително желатинирано восъчно царевично нишесте и диетична група гуар гуар.

LEfSe Анализ на фекалната бактериална общност на 14-дневни прасенца с кърмачета след майчина SF диета по време на бременност. CON, контролна диетична група; SF, 2.0% диетична група от восъчно царевично нишесте и гуарова гума. LDA, линеен дискриминант анализ.

Забележителните промени в състава на чревната микробиота на прасенца при различни лечения ни накараха да направим оценка на алфа- и бета-разнообразието на фекалната микробиота. Измерванията за алфа-разнообразие (наблюдавани видове, индекси Chao1 и Shannon) на фекалната бактериална общност показват незначителни разлики между сучещите прасенца от свине-майки, хранени с CON- и SF (фиг. 4A до C), докато бета-разнообразието, основната координата анализ (PCoA), базиран на претеглено разстояние UniFrac, разкри, че чревната микробиота показва очевидна сегрегация при сучещи прасенца от хранени с CON до свине-майки (фиг. 4D). Освен това, междуиндивидуалните вариации се определят от средно претеглените разстояния на UniFrac между индивиди в CON и SF прасенце, а интраиндивидуалните вариации се определят от разстоянията между сдвоени CON и SF проби. Въпреки че няма значителна разлика в междуиндивидуалните вариации между CON и SF прасетата за кърмене, ние открихме, че интраиндивидуалната вариация от CON до SF е по-висока от интериндивидуалната вариация при CON прасенца (фиг. 4Е), което също показва, че чревната микробиота структура на сучещите прасенца са значително променени от майчината диета в стил SF.

Сравнение на разнообразието на фекалните микробни общности между 14-дневни прасенца с кърмачета от CON- и SF-хранени свине майки по време на бременност. (A до C) Сравнение на броя на наблюдаваните OTU (A), Chao1 (B) и индекса Shannon (C) между 14-дневни прасенца с кърмачета от свине, хранени с CON- и SF по време на бременност. (D) Траектория на чревната микробиота структура на свине майките през репродуктивния цикъл въз основа на претеглено разстояние UniFrac. (E) Междуиндивидуалните вариации се определят от средно претеглените разстояния на UniFrac между индивидите при прасенца CON и SF, докато интраиндивидуалните вариации се определят от прасенца CON и SF с двойка от разстояние. Данните са представени като средни стойности ± SEM (n = 10). (А до Г) Значителен ефект от лечението при стойност на Р 0,05) във фекалните концентрации на валерат, изобутират и изовалерат между леченията с CON- и SF-хранене.

Ефект на майчината SF диета по време на бременност върху късоверижни мастни киселини във фекални (а) и плазмени (б) проби на 14-дневни прасенца с кърмачета. Данните са представени като средни стойности ± SEM (n = 10). *, ефект от лечението, (диета за майчиния SF с майчинство намалява чревната пропускливост и насърчава здравето на червата при сучещите прасенца. Като се вземат предвид скорошните доказателства, които показват, че бутиратът, получен от микробиота, модулира целостта на чревната бариера чрез модулация на експресията на протеини с плътно свързване (25), ние хипотеза, че диетата на майката с SF може да намали чревната пропускливост на сучещите прасенца, като по този начин отслабва чревния или системния възпалителен отговор. Измерват се три биомаркера, свързани с чревната пропускливост. Резултатите, представени на фиг. 6, показват, че плазмените нива на зонулин, ендотоксин, и диамин оксидазата са значително намалени при сучещите прасенца от свине-майки, хранени с SF, в сравнение с тези от свине, хранени с CON. Предишни проучвания предполагат, че нарушената цялост на чревната лигавица може да повиши концентрациите на зонулин и диамин оксидаза и да увеличи съдържанието на ендотоксин в кръвта (14, 26) .Това предполага, че SF диетата по време на бременност намалява чревната пе проходимост при сучещите прасенца.

В заключение, нашите данни показват, че диетата на майката по време на бременност е независимо свързана със значителни промени в чревния микробиотен състав и метаболизма на 14-дневните прасенца с кърмачета. Тези открития имат пряко значение за усъвършенстване на препоръките за хранене по време на бременност. Нещо повече, майчината SF диета намалява чревната пропускливост и предотвратява чревни възпаления и прекомерен системен имунен отговор на сучещите прасенца. Следователно, устойчивостта на сукащите прасенца към болести се повишава, диарията намалява и повишаването на теглото се повишава. Освен това са наблюдавани предполагаеми корелации между родовете и параметрите на чертите на растежа и здравето на червата, което предполага, че промените в чревната микробиота в отговор на майчината SF диета също могат да бъдат пряко свързани с растежа и развитието на червата на потомството, но са необходими допълнителни изследвания за справяне с тези потенциални механизми.

МАТЕРИАЛИ И МЕТОДИ

Етично одобрение. Всички процедури, включващи животни, са извършени в съответствие с насоки за проучвания върху животни, издадени от Институционалния комитет за грижи и употреба на животните на Аграрния университет Хуачжон, и протоколът му е одобрен от този комитет (номер на разрешение HZAUSW-2016-009).

Определяне на ефективността на растежа и скоростта на диария. Телесното тегло на прасенцата се измерва индивидуално на 1, 7, 14 и 21 ден, за да се определи ADG. Здравният статус и смъртността на всяко прасенце бяха регистрирани, а появата на диария беше визуално оценена и оценена чрез индивидуално оценяване на консистенцията на изпражненията в 0900 и 1600 ч всеки ден от обучени наблюдатели, заслепени за лечението по метода на Marquardt et ал. (50). Процентът на диария (%) се изчислява като ([общият брой на прасенца с диария в рамките на лечение]/[общ брой на експериментални прасенца × общ брой на наблюденията]) × 100. Индексът на диарията се изчислява като сбор от резултата от изпражненията/( общ брой експериментални прасенца × общ брой дни за наблюдение).

Вземане на проби. На 14-ия ден беше избрано по едно прасенце със средно тегло от всяко котило (общо 12 прасенца/лечение) за събиране на проби от кръв и фекалии. Кръвни проби се събират от прасенца чрез vena jugularis, с минимално количество стрес, в хепаринизирани епруветки (5 ml). След това се получават плазмени проби чрез центрофугиране на кръвните проби при 3000 × g и 4 ° C в продължение на 10 минути и се съхраняват при -80 ° C до анализ. Пресни фекални проби се събират индивидуално с помощта на стерилни 20-милилитрови епруветки за центрофугиране (без никаква обработка) от прасенцата и след това се съхраняват при -80 ° C до анализ.

Анализ на фекални и плазмени късоверижни мастни киселини. Концентрациите на късоверижните мастни киселини (ацетат, пропионат, бутират и валерат) и концентрации на разклонени вериги на мастни киселини (BCFA) (изобутират и изовалерат) във фекалиите и плазмата на свинете са анализирани по метод на газова хроматография (GC), както е описано от Chen et al. (51), с малки изменения. Накратко, приблизително 1,5 g изпражнения първо се хомогенизират в 1,5 ml дейонизирана вода. Пробите се центрофугират при 12 000 × g и 4 ° С в продължение на 10 минути. След това супернатантите на изпражненията и плазмата се подкисляват с 25% мета-фосфорна киселина в съотношение 1: 5. След 30 минути при 4 ° С, пробите след това се центрофугират при 12 000 × g и 4 ° С в продължение на 10 минути. Аликвотна част от супернатантата (1 μl) се отделя и анализира с помощта на газов хроматограф (GC 2010; Shimadzu, Япония), оборудван с колона CP-Wax 52 CB от 30,0 m с вътрешен диаметър 0,53 mm (id) (Chrompack, Холандия ). Количествените стойности на SCFA се определят с помощта на външни стандартни криви от 0,5 до 100 μmol/ml съответните автентични органични киселини (Fluka, Швейцария).

Определяне на хормони, зонулин, ендотоксин, диамин оксидаза и цитокини в плазмата и липокалин-2 във фекалиите. Фекалните хомогенати се приготвят чрез разтваряне на изпражненията в 10% (тегл./Об.) Фосфатно буфериран физиологичен разтвор (PBS) и се съхраняват при -80 ° C. Плазмените GH, IGF-1, IL-6, IL-10, TNF-α, TGF-β, зонулин и ендотоксин и общите концентрации на липокалин-2 във фекалиите се определят с помощта на комплекти за анализ на свински ензими, свързани с имуносорбент (Bio- Swamp Life Science, Ухан, Китай), съгласно инструкциите на производителя. Активността на плазмената диамин оксидаза се определя, като се използва метод на ензимна кинетична спектрофотометрия с набора за анализ на диамин оксидаза (Институт по биоинженеринг в Нанкин Jiancheng, Нанкин, Китай). Всички процедури бяха извършени в два екземпляра.

ДНК екстракция, 16S rRNA генна амплификация и секвениране на Illumina MiSeq. Микробната ДНК се извлича от 200 mg от всяка фекална проба с мини-комплект QIAamp Fast DNA изпражнения (Qiagen, Германия), съгласно инструкциите на производителя. Успешното изолиране на ДНК се отделя чрез електрофореза в агарозен гел. Праймерът 341F (5′-ACT CCT ACG GGA GGC AGC AG-3 ′) и обратният грунд 806R (5′-GGA CTA CHV GGG TWT CTA AT-3 ′) са използвани за усилване на V3 – V4 хиперпроменливата област на 16S рРНК ген. Условията за PCR бяха цикъл на предварителна натурация при 94 ° C в продължение на 4 минути, 25 цикъла на денатурация при 94 ° C в продължение на 30 s, отгряване при 50 ° C в продължение на 45 s, удължаване при 72 ° C в продължение на 30 s и краен цикъл на последващо удължаване при 72 ° С за 5 минути. PCR продуктите се пречистват с AMPure XP мъниста (Agencourt). След пречистването, PCR продуктите бяха използвани за изграждането на библиотеките и след това сдвоени крайни секвенции (2 × 250) на платформа MiSeq (Illumina, САЩ) в Пекинския институт за геномика (BGI, Китай).

Статистически анализ. Котилото е експерименталната единица за данни за резултатите от растежа и диария (BW, ADG, честота на диария и индекс на диария), а прасенцето е експериментална единица за други индекси. Нормалното разпределение на данните беше проверено чрез тест на Колмогоров-Смирнов преди анализ. Разликите в данните, включително ефективността на растежа, SCFAs, свързания с плазмения хормон растеж и биомаркерите, свързани с чревната пропускливост и възпаление, бяха изследвани чрез тест на Student (Система за статистически анализ 8.1; Cary, NC) Тестът χ2 се използва за тестване на честотата на диария. Значимостта се отчита при стойност P на номера на присъединяване. Данните за 16S rRNA генна последователност са депозирани в Националния център за биотехнологична информация (NCBI) Sequence Read Archive (SRA) под номер за присъединяване SRP149389.

ПРИЗНАВАНИЯ

Признаваме акционерното дружество Yangxiang за предоставянето на съоръжения за хранене на свине.

S.J. и J.P. са проектирали експериментите, C.C. извърши експериментите и написа ръкописа, а H.W. и C.X. анализира данните. Всички автори одобриха окончателната версия да бъде публикувана. Всички автори одобриха окончателния ръкопис.

Това изследване беше подкрепено от Националния ключов проект за научноизследователска и развойна дейност на Китай (грант 2017YFD0502004), Китайската система за научни изследвания в селското стопанство (грант CARS-36), Проект на креативен екип на провинция Хубей за селскостопанска наука и технологии (грант 2007-620) и Fundamental Фондове за научни изследвания за централните университети в Китай (грант 2662017PY017).