【Microbiome】Anaerostipes caccaeCML199 通过丁酸盐驱动的肠-骨轴促进骨骼发育：鸡模型
文摘
2024-11-01 08:01
四川
近日，中国农业大学呙于明和刘丹团队在《Microbiome》发表论文Anaerostipes caccae CML199 enhances bone development and counteracts aging-induced bone loss through the butyrate-driven gut-bone axis: the chicken model，这些发现强调了ANA对骨骼生理的有益效应，为基于微生物的骨骼相关疾病的干预提供了新的视角，这可能不仅适用于家禽，还可能扩展到人类健康。
在高等脊椎动物中，包括鸟类和哺乳动物，骨骼作为骨骼系统中矿化的多功能器官。它们对于支撑姿势和运动、保护内部器官、维持矿物质代谢平衡和调节内分泌功能至关重要。骨骼重塑是一个持续的更新过程，涉及破骨细胞去除老化或受损骨骼，以及成骨细胞合成新骨骼，这对于维持骨骼完整性至关重要。实现骨形成和吸收之间的平衡对于避免重塑后骨质量的净变化至关重要。这种平衡的破坏可能导致骨功能下降和骨质疏松症等状况——这是一种以骨量减少和骨折风险增加为特征的系统性骨骼疾病。晚年的骨量受成年前期达到的最大峰值骨量和随后骨丢失速率的影响。骨丢失可能是由于绝经后雌激素缺乏或通过雌激素独立途径，包括继发性甲状旁腺功能亢进、慢性炎症和衰老。因此，旨在增强峰值骨量和减少骨丢失的干预措施对于有效管理骨质疏松症至关重要。骨质疏松症的治疗药物主要分为抗吸收剂和合成剂。然而，由于某些药物的严重副作用，不鼓励长期使用，这突显了对更安全治疗的需求。最近关于肠道微生物群在骨骼重塑中作用的研究为骨质疏松症治疗揭示了新的前景。对微生物群的人为修改和单株定植的影响都强调了肠道微生物群和骨代谢之间的复杂关系。肠道微生物群直接通过调节骨重塑的细胞外囊泡或次级代谢产物影响骨代谢，间接通过与免疫系统和内分泌系统的相互作用影响骨重塑。发现具有调节骨代谢作用的新型益生菌的需求显而易见。尽管在理解啮齿动物和人类的肠道微生物群-骨重塑关系方面取得了显著进展，但在禽类物种研究中存在明显的空白。 研究者检查了产蛋母鸡在五个关键年龄段（10、25、45、72和98周）的股骨微结构。研究发现，随着年龄的增长，皮质骨体积和密度增加，而松质骨体积和厚度显著下降，表明骨微结构退化。髓质骨的体积随着年龄的增长而增加，填充骨髓腔，增强了整体骨硬度。肠道微生物群的变化：通过16S rRNA基因测序，分析了产蛋母鸡从10周到98周盲肠微生物群的发育进程。结果显示，肠道微生物群的多样性和丰富度随着年龄的增长而增加，特别是在性成熟前后。特定菌株对骨骼生长的影响：研究者鉴定了四种与骨骼发育相关的细菌菌株，并在低细菌负荷的雏鸡和鸡原代成骨细胞中进行了评估。其中，Anaerostipes caccae CML199（ANA）在体内外均显示出显著的促进骨形成作用，主要归因于其发酵产物中的丁酸。ANA对骨发育的促进作用：长期喂养实验证实，ANA通过改善产蛋母鸡骨髓的免疫微环境，增强了性成熟期间的骨骼发育。持续饮食补充ANA可以防止过度的髓质骨沉积，并减轻年龄引起的松质骨丢失。图3 . 盲肠微生物群的丰度和多样性随年龄的变化。图 4. 特定菌株或其代谢物对体外和体内骨代谢的影响。图5. ANA 通过丁酸盐增强骨形成来促进骨骼发育。
图6.ANA 粉末和涂层丁酸钠的膳食补充剂可促进性成熟期间的骨骼发育。图7. ANA 粉末和 CSB 对骨髓中骨重塑相关免疫细胞的影响。图8. 持续膳食补充 ANA 粉可防止年龄引起的骨质流失。这项研究阐明了产蛋母鸡独特的骨骼发育模式，并鉴定出一种具有调节骨代谢作用的新益生菌菌株。研究结果强调，随着产蛋母鸡年龄的增长，骨髓腔中髓质骨的持续沉积导致显著的松质骨丢失。盲肠微生物组成在性成熟前后发生了显著变化，类群中的一些属可能与产蛋母鸡的后天骨骼发育有关。ANA通过其发酵产物中的丁酸，在体内外均显示出最显著的促进骨形成作用。ANA通过改善产蛋母鸡骨髓的免疫微环境，增强了性成熟期间的骨骼发育。持续50周的饮食补充ANA可以防止过度的髓质骨沉积，并减轻年龄引起的松质骨丢失。这项研究为未来基于微生物的干预措施的探索奠定了基础，可能为预防和治疗家禽骨骼相关疾病开辟新途径，甚至可能扩展到人类健康，强调了肠骨轴内的紧密联系。刘丹，女，中国农业大学副教授，博士生导师。研究方向：家禽营养与免疫、家禽肠道健康的调控，基于神经-内分泌-免疫网络的肉鸡应激分子机制研究（国家重点研发计划，2019-2023，课题主持），NOD样受体/NF-κB信号通路与感染产气荚膜梭菌肉仔鸡炎症反应的关系及乳酸菌的调控作用(2015.1-2017.12，国家自然科学基金，主持)。呙于明，男，动物科技学院院长、教育部人才项目特聘教授、动物营养学国家重点实验室副主任。中国畜牧兽医学会副理事长（2016年10月至今）、中国畜牧兽医学会动物营养学分会理事长（2012年10月~2016年10月）、全国新饲料评审委员会副主任（2000年10月至今）、北京市畜牧兽医学会副理事长（2015年1月至今）、《中国畜牧杂志》主编（2016年1月至今）、Animal Nutrition副主编（2012年1月至今）、Asian-Australasian Journal of Animal Science编委（2008年1月至今）和Journal of Animal Science & Biotechnology编委（2010年1月至今）等。
