《Poultry Science》：Dietary Iron Overload Exacerbates Intestinal Damage Induced by
Eimeria tenella Infection in Broilers via Impaired Barrier Integrity and Gut Microbiota Dysbiosis
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本研究針對(duì)家禽養(yǎng)殖中球蟲(chóng)病控制困難及飼料中鐵水平過(guò)高的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，探討了高劑量膳食鐵在柔嫩艾美耳球蟲(chóng)感染中的作用。研究人員采用2×2因子設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)500 mg/kg的鐵過(guò)載會(huì)加劇感染肉雞的腸道損傷、炎癥反應(yīng)及菌群紊亂，并首次揭示了其可能通過(guò)上調(diào)鈣信號(hào)通路等機(jī)制發(fā)揮作用。該研究為通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)控日糧鐵水平來(lái)控制球蟲(chóng)病提供了重要的非抗生素策略新思路。
在規(guī)模化家禽養(yǎng)殖中，有一種被稱為“雞的瘧疾”的疾病——球蟲(chóng)病，它給全球家禽產(chǎn)業(yè)造成了每年約30億美元的經(jīng)濟(jì)損失。其中，柔嫩艾美耳球蟲(chóng)是致病力最強(qiáng)的種類之一，專門攻擊雞的盲腸，導(dǎo)致生長(zhǎng)遲緩、腸道出血甚至死亡。長(zhǎng)期以來(lái)，人們依賴化學(xué)藥物或離子載體類抗球蟲(chóng)藥來(lái)控制疫情，但耐藥性問(wèn)題日益嚴(yán)峻。盡管疫苗被視為替代方案，卻面臨著成本高、有毒副作用和儲(chǔ)存困難等諸多挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，一個(gè)常常被忽視的“營(yíng)養(yǎng)刺客”正在飼料中潛伏：鐵。作為一種必需的微量元素，鐵對(duì)動(dòng)物的DNA合成、能量代謝和氧氣運(yùn)輸至關(guān)重要，快速生長(zhǎng)的肉雞對(duì)鐵的需求量約為80 mg/kg。然而，許多商業(yè)肉雞日糧中的鐵含量遠(yuǎn)超此標(biāo)準(zhǔn)，這部分源于對(duì)飼料原料中鐵含量的考慮不足。鐵不僅是宿主的必需元素，也是許多腸道病原菌生長(zhǎng)和致病所需的“養(yǎng)料”。已有報(bào)道指出，高鐵攝入會(huì)加劇細(xì)菌感染，甚至導(dǎo)致死亡。那么，一個(gè)令人深思的問(wèn)題浮出水面：當(dāng)高劑量的膳食鐵遇上致病性原蟲(chóng)感染，是會(huì)“雪中送炭”幫助宿主抵抗，還是“火上澆油”加劇病情？
為了回答這個(gè)問(wèn)題，來(lái)自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《Poultry Science》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，旨在探究鐵過(guò)載對(duì)柔嫩艾美耳球蟲(chóng)感染肉雞腸道損傷的影響。他們采用了經(jīng)典的2×2因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，將240只一日齡AA肉雞隨機(jī)分為四組：對(duì)照組（CON，基礎(chǔ)日糧+80 mg/kg FeSO4）、高鐵組（HF，基礎(chǔ)日糧+500 mg/kg FeSO4）、攻擊組（AG，基礎(chǔ)日糧+80 mg/kg FeSO4并感染球蟲(chóng)）和高鐵攻擊組（HFA，基礎(chǔ)日糧+500 mg/kg FeSO4并感染球蟲(chóng)）。在第18日齡時(shí)，AG和HFA組的肉雞通過(guò)口服灌胃接受了8×104個(gè)孢子化卵囊的攻擊，而CON和HF組則接受等量的PBS稀釋液。研究持續(xù)26天，系統(tǒng)地評(píng)估了肉雞的存活率、卵囊排出量、腸道屏障功能、炎癥反應(yīng)、宿主轉(zhuǎn)錄組變化以及盲腸微生物群落的結(jié)構(gòu)與功能。
為開(kāi)展這項(xiàng)研究，作者主要運(yùn)用了以下關(guān)鍵技術(shù)方法：采用2×2因子設(shè)計(jì)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停褂蒙虡I(yè)化的ELISA試劑盒檢測(cè)血清生化指標(biāo)（LPS、DAO、IgA、IgG、IgM）；通過(guò)實(shí)時(shí)定量PCR（qPCR）分析盲腸組織中緊密連接蛋白及炎癥因子的基因表達(dá)；利用基于Illumina平臺(tái)的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序（RNA-seq）進(jìn)行差異基因分析、加權(quán)基因共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）和基因集富集分析（GSEA），以挖掘鐵過(guò)載在感染背景下的特異性調(diào)控通路；并通過(guò)基于Illumina HiSeq X-ten平臺(tái)的宏基因組鳥(niǎo)槍法測(cè)序，分析了盲腸內(nèi)容物中微生物群落的組成、多樣性和功能。
研究結(jié)果
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體重、存活率與糞便卵囊排出量
研究發(fā)現(xiàn)，與未感染組（CON和HF）相比，感染柔嫩艾美耳球蟲(chóng)顯著降低了肉雞在感染后第4、6、8天（dpi）的體重。高鐵飲食本身對(duì)體重?zé)o顯著影響。然而，在感染背景下，高鐵攻擊組（HFA）的存活率最低，且在感染后第8天，其糞便中的卵囊排出量顯著高于其他所有組，表明鐵過(guò)載加劇了球蟲(chóng)在宿主體內(nèi)的增殖。
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盲腸屏障功能
研究通過(guò)檢測(cè)血清中脂多糖（LPS）和二胺氧化酶（DAO）的水平，以及盲腸組織中緊密連接蛋白（ZO-1、Occludin、Claudin-1）的基因表達(dá)來(lái)評(píng)估腸道屏障完整性。結(jié)果顯示，無(wú)論是高鐵飲食還是球蟲(chóng)攻擊，都單獨(dú)導(dǎo)致了血清LPS和DAO水平的升高，以及緊密連接蛋白表達(dá)的下降。更重要的是，兩者存在顯著的交互作用：在感染球蟲(chóng)的肉雞中，高鐵飲食（HFA組）進(jìn)一步加劇了這種損傷，表現(xiàn)為最高的血清LPS水平和最低的ZO-1、Occludin表達(dá)。
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宿主炎癥與免疫表達(dá)
在炎癥反應(yīng)方面，高鐵飲食和球蟲(chóng)攻擊均單獨(dú)上調(diào)了盲腸組織中白細(xì)胞介素-1β（IL-1β）、白細(xì)胞介素-8（IL-8）、腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和干擾素-γ（IFN-γ）的基因表達(dá)。交互作用分析顯示，鐵過(guò)載特異性加劇了感染肉雞在4 dpi時(shí)IL-1β和IL-8的表達(dá)，以及在8 dpi時(shí)IL-8的表達(dá)。同時(shí)，血清免疫球蛋白（IgA、IgG、IgM）的水平在高鐵飲食和球蟲(chóng)攻擊下均顯著降低，表明兩者均損害了宿主的體液免疫功能。
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盲腸組織的轉(zhuǎn)錄組分析
為了深入探究鐵過(guò)載在感染過(guò)程中的特異性分子機(jī)制，研究人員對(duì)盲腸組織進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析。通過(guò)WGCNA和GSEA分析，他們發(fā)現(xiàn)了一些獨(dú)特的模式。在高鐵攻擊組（HFA）中特異性下調(diào)的基因模塊（brown4模塊）富集于三羧酸循環(huán)（TCA cycle）、脂肪酸代謝和降解等能量代謝通路，以及谷胱甘肽代謝等抗氧化途徑。而特異性上調(diào)的基因模塊（purple模塊）則富集于鈣信號(hào)通路、Wnt信號(hào)通路和MAPK信號(hào)通路等與炎癥和細(xì)胞調(diào)控相關(guān)的通路。GSEA結(jié)果進(jìn)一步確認(rèn)，在感染背景下，鐵過(guò)載特異性正調(diào)控了鈣信號(hào)通路，同時(shí)負(fù)調(diào)控了TCA循環(huán)。
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微生物組成與功能
宏基因組分析揭示了腸道菌群的變化。在門水平上，球蟲(chóng)感染導(dǎo)致厚壁菌門A（Firmicutes A）相對(duì)豐度降低，而擬桿菌門（Bacteroidota）和變形菌門（Proteobacteria）增加。在物種水平上，感染組中脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）和大腸桿菌（Escherichia coli）的豐度上升，而雞糞桿菌（Faecalibacterium gallistercoris）的豐度下降。α多樣性分析表明，球蟲(chóng)感染顯著降低了盲腸菌群的豐富度和均勻度。β多樣性分析則顯示感染組與未感染組的菌群結(jié)構(gòu)存在顯著分離。功能分析發(fā)現(xiàn)，球蟲(chóng)感染顯著下調(diào)了多個(gè)微生物功能通路，包括萬(wàn)古霉素耐藥性（ko01502）、肽聚糖生物合成（ko00550）和半乳糖代謝（ko00052）等，其中大腸桿菌是半乳糖代謝通路的主要貢獻(xiàn)者。
結(jié)論與討論
本研究的結(jié)論明確：在柔嫩艾美耳球蟲(chóng)感染模型中，膳食鐵過(guò)載通過(guò)損害腸道屏障完整性、放大炎癥反應(yīng)、擾亂宿主盲腸組織的能量代謝（如抑制TCA循環(huán)）并特異性激活鈣信號(hào)通路，同時(shí)改變盲腸菌群的結(jié)構(gòu)（增加大腸桿菌等潛在病原菌）和功能（如下調(diào)半乳糖代謝等），從而協(xié)同加劇了球蟲(chóng)感染誘導(dǎo)的腸道損傷。
其重要意義在于多方面的突破。首先，它首次系統(tǒng)揭示了鐵過(guò)載加劇原蟲(chóng)（柔嫩艾美耳球蟲(chóng)）感染的復(fù)雜機(jī)制，將營(yíng)養(yǎng)學(xué)、寄生蟲(chóng)學(xué)、免疫學(xué)和微生物組學(xué)聯(lián)系起來(lái)，為理解宿主-寄生蟲(chóng)-微生物-營(yíng)養(yǎng)素的互作提供了新視角。其次，研究指出了鈣信號(hào)通路可能是鐵過(guò)載加劇感染的一個(gè)關(guān)鍵分子樞紐，這為未來(lái)的靶向干預(yù)研究提供了潛在的新靶點(diǎn)。最后，也是最具實(shí)踐價(jià)值的一點(diǎn)，該研究直接為家禽養(yǎng)殖業(yè)提供了一種新穎、低成本且非抗生素的球蟲(chóng)病防控策略思路：通過(guò)精準(zhǔn)評(píng)估和適當(dāng)降低商業(yè)日糧中的鐵添加水平，可能有助于增強(qiáng)雞群對(duì)球蟲(chóng)感染的抵抗力，減少對(duì)抗球蟲(chóng)藥物的依賴，從而應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的耐藥性問(wèn)題，保障家禽健康與養(yǎng)殖效益。這提示營(yíng)養(yǎng)配方師和養(yǎng)殖者，在追求生長(zhǎng)性能的同時(shí)，需重新審視微量元素添加的“度”，過(guò)猶不及，平衡才是關(guān)鍵。
