益生菌广泛用于水产饲料，并通过改善宿主健康和抵抗病原体对鱼类产生有益影响。 然而，应用于水产养殖的益生菌主要来自陆源而不是宿主动物。 本研究的目的是评估共生的索氏鲸杆菌 XMX-1稳定发酵产物对斑马鱼肠道、肝脏健康和抗病毒免疫的影响。240条斑马鱼被分配到对照组（饲喂基础日粮）和XMX-1组（饲喂含10g/kg XMX的基础日粮）。饲养4周后，评估生长性能、饲料利用率、肝脂肪变性评分、TAG、脂代谢相关基因和血清ALT。此外，还检测了血清 LPS、Hif-1α 的表达、肠道炎症评分、抗氧化能力和肠道微生物群。分析了鲤春季病毒血症（SVCV）病毒攻击后的存活率和抗病毒基因的表达情况。结果表明，含XMX-1的日粮对斑马鱼的生长没有影响。然而， 含XMX-1 的日粮显著降低了斑马鱼肠道中血清 LPS、肠道炎症评分和肠道 MDA 的水平，并增加了 T-AOC 和 Hif-1α 的表达。此外，与对照组相比，补充XMX-1显著降低了肝脏脂肪变性评分、肝脏TAG、血清ALT，并增加了脂肪分解基因的表达。喂食含XMX-1饲料的斑马鱼在SVCV攻击后表现出较高的存活率。与对照组相比，含XMX-1日粮的发酵产物在SVCV攻击2天后增加了斑马鱼脾脏中IFNφ2和IFNφ3的表达，在SVCV攻击4天后增加了脾脏中IFNφ1、IFNφ2和MxC的表达（p<0.05）。总之，我们的结果表明，日粮XMX-1可以改善肝脏和肠道健康，同时增强斑马鱼的抗病毒免疫。

关键词：索氏鲸杆菌  肝脏健康 肠道健康 抗病毒免疫 斑马鱼

简介：鱼类肠道微生物群是一个动态变化的菌群，由需氧菌、兼性厌氧菌和绝对厌氧菌组成。宿主为调节宿主行为的微生物群提供营养丰富的环境，包括摄食行为、消化和吸收过程以及免疫反应。微生物群的平衡是维持鱼类整体健康的关键因素。研究表明，与鱼类消化道样本相关的微生物数量约为每克肠道组织107-108个细菌。对鱼类的研究表明，益生菌通过抵抗病原体和通过消化酶提高饲料消化率，以及产生脂肪酸、细菌素、维生素 B12，对宿主健康产生有益影响。例如，日粮枯草芽孢杆菌和蜡样芽孢杆菌NY5可以通过改善肠道免疫系统、形态学和肠道微生物群的组成来增强尼罗罗非鱼幼鱼的肠道健康。此外，Ran等人发现添加酵母可增加肠道微绒毛长度和胰蛋白酶活性，降低hsp70的表达，并降低尼罗罗非鱼肠道碱性磷酸酶的活性，从而改善肠道健康。此外，益生菌在治疗不同类型的慢性肝损伤方面发挥着重要作用。 日粮 VSL#3 益生菌显著改善高脂日粮诱导的小鼠肝脏脂肪变性。此外，鼠李糖乳杆菌PL60补充剂在肥胖小鼠中显示出抗肥胖和减少肝脏脂肪变性的效果。然而，水产养殖中使用的益生菌主要来自陆生动物，而不是水生动物生活的环境或宿主动物。例如，一项对虹鳟鱼的研究表明实验室分离的虹鳟鱼乳酸菌和乳酸乳球菌抑制了鱼类病原体的生长。此外，从鱼类肠道补充物中获得的枯草杆菌AB1增强了免疫系统，并抑制了虹鳟的气单胞菌感染。从幼石斑鱼 的肠道中分离出来的 B. clausii DE5 和 B. pumilus SE5 ，通过增加肠道消化酶活性以及溶菌酶和 SOD 活性来改善鱼类的生长和胃肠道发育。病毒病会影响鱼类健康并导致养殖业的经济损失。此外，这些病毒性疾病没有有效的治疗或预防措施。在欧洲、美洲和亚洲，SVCV可引起鲤鱼春季病毒血症，由于其高死亡率，尤其是普通鲤鱼，已造成巨大的经济损失。斑马鱼是研究脊椎动物生物学的理想模型，具有胚胎透明、繁殖率高、与人类遗传相似等优点。许多研究表明，在斑马鱼的日粮中添加益生菌对鱼类健康有积极影响。将 C. somerae （索氏鲸杆菌）的稳定发酵产物添加到斑马鱼的饲料中。 我们评估了 C. somerae 发酵产物对斑马鱼生长、肝脏、肠道健康以及抗病毒免疫的影响。C. somerae 发酵产物对斑马鱼的肝脏和肠道健康有积极影响。 此外，C. somerae 增加了斑马鱼抵抗 SVCV 感染的能力。 迄今为止，据我们所知，这是第一份关于C. somerae对鱼类抗病毒免疫作用的报道。 我们的结果表明 C. somerae 作为一种潜在的益生菌可以应用于水产养殖。

斑马鱼的生长性能和饲料利用：饲养 4 周后，成活率、饲料转化率和增重结果如图 1 所示。与对照组相比，XMX-1 组的成活率、饲料转化率和增重没有差异。 然而，与对照组相比，XMX-1 组鱼的体重增加了 1%。有趣的是，饲喂添加XMX-1饲料的斑马鱼的饲料转化率比饲喂对照饲料的斑马鱼低0.02%。

图 1、含 XMX-1日粮对成活率、增重（%）和饲料转化率的影响

含XMX-1日粮对斑马鱼肠道健康的影响：结果表明，含XMX-1日粮显著降低了斑马鱼的肠道炎症评分。此外，含XMX-1的日粮显著增加炎症绒毛高度和肌肉层高度。此外，与对照组相比，添加XMX-1的斑马鱼饲料中的血清LPS显著降低。与对照组相比，XMX-1组促炎性白细胞介素1β（IL-1β）的表达明显降低。含XMX-1日粮显著增加了肠道中HIF1α的表达。然后，我们检测了含XMX-1日粮对斑马鱼肠道抗氧化能力的影响。结果表明，饲喂含XMX-日粮的斑马鱼肠道T-AOC显著高于对照组。与对照组相比，含 XMX-1 日粮显著下调肠道中 MDA 水平。此外，含XMX-1 日粮 显著上调肠道 GPX1α 和 Cu/Zn SOD 的表达。

图2、对照和含XMX-1日粮对斑马鱼肠道形态的影响（A）H&E染色的代表性肠道组织学图像。（B） 肠道组织学评分，（C）肠绒毛高度评分，（D）肠肌层评分。

图 3 、含XMX-1 日粮对血清 LPS 水平、IL-1β 表达及 Hif-1α 蛋白免疫印迹分析的影响

图 4、 含XMX-1日粮对肠道T-AOC、MDA水平及GPX1α和Cu/Zn SOD表达的影响

含XMX-1日粮对斑马鱼肝脏健康的影响：H&E染色显示，日粮XMX-1减少了肝脏中的脂滴积聚。此外，与对照组相比，XMX-1日粮显著降低了肝脏脂肪变性的评分。饲喂含 XMX-1 的饲料斑马鱼中的 TAG 含量显著低于饲喂对照饲料的鱼。同时，发现含XMX-1日粮显著增加了与脂质氧化相关的基因的表达，包括解偶联蛋白2（UCP2）、肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）和增殖物激活受体γ辅激活因子1α。此外，与对照组相比，补充XMX-1显著降低血清ALT。

含XMX-1日粮保护斑马鱼免受SVCV感染：结果表明，与对照组相比，添加XMX-1的斑马鱼的存活率呈上升趋势。我们研究了感染后2天和4天脾脏中1型干扰素和MXs抗病毒基因的表达。结果表明，与对照组相比，含XMX-1日粮显著抑制了SVCV在鱼体内的复制，并增加了包括干扰素φ2（IFNφ2）和干扰素φ3（IFNφ3）在内的抗病毒基因的表达。类似地，在感染后第4天，与感染后第4天的对照组相比，添加XMX-1的饲料组鱼的SVCV复制呈下降趋势。此外，与对照组相比，含XMX-1日粮组显著增加抗病毒基因的表达，包括干扰素φ1（IFNφ1）、干扰素φ2。结果表明，含XMX-1 日粮在 SVCV 感染后增强了抗病毒 IFN 信号传导，并且 XMX-1 的抗病毒机制涉及 I 型 IFN 信号传导。

讨论：在本研究中，用对照组和含XMX-1日粮喂养斑马鱼4周。对斑马鱼的生长、肝脏和肠道健康以及抗病毒免疫进行了评估。发现增长没有显著差异。与对照组相比XMX-1组鱼类的增重更高，并且饲喂含XMX-1的日粮的斑马鱼的饲料转化率低于饲喂对照组日粮的斑马鱼。此外，与对照组相比，含XMX-1的日粮对斑马鱼肝脏和肠道健康有积极影响。此外，含XMX-1日粮可提高斑马鱼抵抗SVCV感染的能力。血液中LPS的增加表明肠上皮屏障受损，导致肠LPS通过肠上皮屏障进入血液。IL-1β是一种典型的促炎症因子，在免疫应答中起着非常重要的作用。然而，IL-1β过度表达时，往往会导致肠道慢性疾病，如慢性肠炎、结肠炎。与这些研究一致，我们发现与对照组相比，含日 XMX-1粮发酵产物显著降低了血清 LPS 水平。 此外，与对照组相比XMX-1组IL-1β的表达明显降低，说明含XMX-1日粮发酵产物抑制了斑马鱼肠道炎症水平。缺氧诱导因子（HIF）被认为是肠道稳态的重要调节因子和结肠炎的治疗靶点。Western blot结果显示，与对照组相比，XMX-1组HIF-1α蛋白表达明显升高。 最近的研究表明，HIF1 α 可以通过增加肠道健康相关基因的表达来改善肠道健康。据报道HIF1α可以缓解肠道微生物失衡，调节肠道微生物群。研究表明，长期摄入高脂日粮会打破体内氧化与还原的平衡，进一步造成氧化应激，对组织、细胞、DNA、蛋白质等生物大分子造成损害。大量研究发现，有益添加剂可以提高水产动物的抗氧化酶活性和总抗氧化能力，降低MDA水平。MDA含量的增加表明全身脂质过氧化作用增强，表明氧化应激引起细胞损伤。本研究中，XMX-1组肠道MDA显著低于对照组。 同样，对草鱼的研究表明，饲喂枯草芽孢杆菌的鱼的 MDA 水平降低。T-AOC是反映机体总抗氧化能力的重要指标之一。最近的研究表明，SCFA可以通过保持肠道屏障的完整性、产生粘液、预防炎症和降低结直肠癌的风险来改善肠道健康。例如，丁酸盐通过激活 AMP 活化蛋白激酶来改善肠道健康。SCFAs可以通过激活哮喘炎症中的FFAR2和FFAR3受体来降低促炎症相关基因的表达。此外，SCFAs 在通过抑制氧化应激来治疗炎症性疾病方面具有巨大潜力。Huang等人表明丁酸盐可以抑制2型糖尿病诱导的氧化应激，减轻肾损伤。SCFAs是一种代谢产物，可以作为脂质合成的底物，调节脂质代谢。SCFAs可增加小鼠棕色脂肪组织中PGC-1α和UCP等脂解相关基因的表达。据报道，醋酸盐作为棕榈酸酯和硬脂酸酯合成的前体促进肝脏脂肪酸代谢。此外，丁酸盐还可以促进脂肪酸的氧化，从而抵抗小鼠的肥胖和胰岛素抵抗。I型干扰素是鱼类抗病毒免疫应答的重要组成部分，它可以直接抑制病毒的复制，也可以诱导相应的抗病毒蛋白的表达，从而减少病毒的传播。研究证明，当动物处于干扰素诱导的抗病毒状态时，Mx蛋白是重要成分。此外，脾脏是SVCV感染的靶器官，因此我们采集脾脏样本，检测SVCV感染后斑马鱼体内抗病毒相关基因的表达。结果表明， 含XMX-1日粮 发酵产物增加了斑马鱼受 SVCV 感染的存活率，以及 SVCV 感染 2 天后 IFNφ2 和 IFNφ3 的表达，以及 SVCV 感染 4 天后 IFNφ1、IFNφ2 和 MxC 的表达。 研究证明，肠道微生物群在调节宿主的抗病毒免疫反应中起着重要作用。例如，Ichinohe等人表明，在对小鼠进行抗生素治疗后，抗流感病毒的抗体滴度显著降低，这表明肠道微生物群在抵抗病毒感染方面发挥了关键作用。在哺乳动物中，大量研究证明共生细菌具有抵抗病毒感染的能力。

结论：本研究表明，含XMX-1的稳定发酵产物不会影响斑马鱼的存活率、饲料转化率和增重。研究结果表明，含 XMX-1 日粮改善了斑马鱼的肠道和肝脏健康，并改变了肠道微生物群的组成。 此外，XMX-1 发酵产物补充剂可保护斑马鱼免受 SVCV 感染。这些结果表明，XMX-1发酵产物有益于斑马鱼的健康并增强抗病毒免疫力，这表明它可被用作水产养殖的日粮补充剂。

原文出自：Stabilized fermentation product of Cetobacterium somerae improves gut and liver health and antiviral immunity of zebrafish - ScienceDirect