成功案例|探秘奶牛氧化应激，组学测序如何洞察微生物的 “一举一动”？

文章信息

文章主题：通过多组学剖析奶牛氧化应激，锁定具抗氧化活性的后肠琥珀酸拟杆菌

发表日期：2025年4月22日

组学技术：宏基因组、16S rRNA、LCMS非靶代谢

作者信息：中国农业大学曹志军教授团队

研究背景

氧化应激（OS）与多种人类疾病相关，奶牛产后因高泌乳需求等因素易受其影响，尤其围产期表现突出，临床上会对奶牛生产性能和福利产生不利影响，且鉴于奶牛与人类生理特征相似，可为探索氧化应激机制提供平台。本研究对产后奶牛开展随机研究，据此划分低、高氧化应激组，通过粪便宏基因组和血液代谢组综合分析，探讨后肠微生物群及全身代谢物对氧化应激变异性的影响，还利用小鼠模型评估了经宏基因组筛选出的琥珀酸拟杆菌调节全身及后肠抗氧化防御的能力。

研究思路

研究结论

首先，在产后奶牛氧化应激相关研究中，发现低氧化应激（LOS）组和高氧化应激（HOS）组在粪便细菌群落方面存在诸多差异，包括不同的多样性特征、各类细菌门及属水平上相对丰度的区别，且两组间微生物相互作用网络的复杂程度、稳定性也有所不同。通过宏基因组分析进一步明确了与氧化应激相关的关键物种，以及它们与氧化应激参数之间的相关性，同时揭示了关键物种功能与氧化应激及短链脂肪酸（SCFAs）动态变化紧密联系，且部分代谢通路在两组间受到明显干扰，不同氧化应激程度下奶牛血清代谢物水平也存在显著变化，特定细菌种类与参与色氨酸代谢的循环代谢物之间存在相关性，后肠微生物组成变化对色氨酸代谢关键代谢物变异性有重要影响，提示微生物群在氧化应激发生过程中起到关键作用。

其次，针对琥珀酸拟杆菌（P. succinatutens）的动物实验表明，对雌性 C57BL/6 J 小鼠连续两周施用该菌（10⁸菌落形成单位 / 天）后，其展现出了积极的生物学效应，能显著提高小鼠血清总抗氧化能力（TAOC）水平，同时降低血清总氧化状态（TOS）水平和氧化应激指数（OSi），并且在结肠组织结构方面也有明显改善，紧密连接蛋白 - 1（Claudin-1）和闭合蛋白（Occludin）基因表达显著上调，说明琥珀酸拟杆菌在提高宿主抗氧化能力和增强结肠完整性方面有着积极作用，具备潜在的应用价值，或可成为缓解氧化应激相关问题的干预靶点。

总体而言，本研究从奶牛微生物群落与氧化应激的关联分析入手，拓展到特定菌株对氧化应激的干预效果验证，为后续深入探究氧化应激机制以及相关防治策略提供了重要的理论依据与实践参考。

结果展示

图1 16S测序结果

图2 宏基因组测序结果

图3 血清代谢组学结果