临床和亚临床乳腺炎奶牛瘤胃微生物组结构及代谢产物活性研究( Rumen microbiome structure and metabolites activity in dairy cows with clinical and subclinical mastitis )

Y Wang X Nan Y Zhao L Jiang B Xiong

背景：牛乳腺炎（bovine Mactitis,BM）发病率高,病因复杂,是影响奶牛健康和乳汁质量的重要疾病之一。乳腺炎时乳汁成分的变化已被广泛研究，但最近的研究表明胃肠道微生物对包括乳腺在内的其他外周组织和器官的炎症也有重要影响。然而，目前对乳腺炎期间瘤胃内环境变化的研究还很有限。因此，本研究对不同乳房健康状况的奶牛瘤胃微生物分布、代谢产物和乳成分进行了比较研究。此外，还研究了乳房健康状况与瘤胃状况之间的相关性。以体细胞计数(SCC)、加利福尼亚乳腺炎试验(CMT)和乳腺炎临床症状为指标,将60头体况相似（乳房健康状况除外）的泌乳荷斯坦奶牛随机分为健康(H)组、隐性乳腺炎(SM)组和临床乳腺炎(CM)组,每组20头。记录泌乳性能和瘤胃发酵参数。并用16S rRNA扩增子测序和非靶向代谢组学方法对瘤胃微生物区系和代谢产物进行了分析。结果：随着乳腺炎程度的加重,瘤胃乳酸(LA)(P<0.01)、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸(P<0.001)和总挥发性脂肪酸（TVFAs）(P<0.01)浓度显著降低。在CM奶牛瘤胃中显著增加的与肠道和口腔炎症相关的细菌，如拉氏菌科（FDR调整后P=0.039)、莫拉氏菌科（FDR调整后P=0.011)和奈氏菌科（FDR调整后P=0.036)等，伴随着12-氧代-20-二羟基-白三烯B4(FDR调整后P=5.97×10-9)和10BETA-羟基-6BETA-异丁酰基呋喃阿雷菲兰（FDR调整后P=3.88×10-10)的显著增加。同时,在SM奶牛瘤胃中,瘤胃曲霉菌(FDR调整后P=0.042)和肠杆菌（FDR调整后P=0.043)随着添加甲胺(FDR调整后P=6.95×10-6)、5-羟甲基-2-呋喃甲醛(5-HMF)(FDR调整后P=2.02×10-6)和6-甲氧基甜菜碱(FDR调整后P=2.57×10-5)而增加。瘤胃中短链脂肪酸（SCFAs）产生菌和益生菌,包括Prevoterotoella_1(FDR调整后P=0.045)和双歧杆菌（FDR调整后P=0.035)等显著减少,其中2-苯基丁酸(2-PBA)减少（FDR调整后P=4.37×10-6)。结论：CM期间瘤胃微生物区系及与炎症和免疫反应相关的代谢产物发生了明显的变化。而且在受SM影响的奶牛瘤胃中，几种机会致病菌的相对丰度和能产生抗菌化合物或具有竞争抑制作用的代谢产物水平均有所增加。

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