科研 | Nat. Commun.：粪菌移植可改善犊牛腹泻并促进犊牛生长

编译：洛雪，编辑：Tracy、江舜尧。

原创微文，欢迎转发转载。

导读

犊牛腹泻常与肠道感染有关，治疗过程可能存在抗生素的过度使用，因此，妥善治疗腹泻是畜牧业生产和公共卫生关注的热点。本研究表明将健康犊牛的粪菌移植(FMT)至腹泻犊牛中，可改善其腹泻症状并提高其恢复肠道微生物组成的能力。作者对450个采集的粪便样本进行了多组学分析，发现FMT引起的肠道微生物区系(卟啉单胞菌科Porphyromonadaceae的增加)和代谢谱(粪便氨基酸浓度的降低)的改变与腹泻症状的缓解密切相关。随后进行为期24个月的追踪调查，作者发现FMT改善了犊牛的生长性能。本文为首次在反刍动物中进行FMT试验，结果表明FMT能够通过改变肠道微生物区系而改善断奶前犊牛的腹泻症状，并且在改善犊牛的生长性能方面具有潜在的作用。

论文ID

原名：Longitudinal evaluation of fecal microbiota transplantation for ameliorating calf diarrhea and improving growth performance

译名：粪菌移植可改善犊牛腹泻并促进犊牛生长

期刊：Nature Communications

IF：12.121

发表时间：2021.01

通讯作者：Jin-Woo Bae

通讯作者单位：韩国庆熙大学

实验设计

实验结果

1.FMT可改善断奶前犊牛的腹泻

已有众多报道粪菌移植至猪等动物的研究，但尚无在反刍动物中进行的FMT研究。在评估FMT治疗犊牛腹泻的疗效之前，作者进行了初步的试验来验证口服FMT的安全性(表S1)。作者从健康供体收集粪便样本，随机选择6头受体犊牛接受实验，这些犊牛均没有腹泻症状，受体犊牛每天两次口服0.5 mg/mlFMT(图S1，2)。随后，作者对这些犊牛进行了16天的连续观察，发现它们没有出现异常行为或急性疾病；接下来，对FMT治疗后0、1、2、4、8和16天(图S1c)的犊牛粪便样本进行16S测序，以确定FMT治疗对犊牛肠道菌群的影响。基于加权UniFrac距离的主坐标分析(PCoA)显示，受体犊牛肠道微生物变化受供体粪便微生物组成的影响，大于饲料颗粒或母乳对其产生的影响 (图S1d, f)。在治疗开始后16天，受体犊牛的扩增子序列变异(ASVs)数量最高，与供体犊牛类似(图S1e)。作者为了进一步研究受体犊牛肠道中的微生物群是来自供体小牛的肠道微生物群，还是在试验过程中来自其他外部来源，作者使用SourceTracker分析来量化目标微生物群落中不同微生物样品(源)的比例。结果表明，受体犊牛肠道菌群中受供体犊牛的影响，在犊牛开始治疗后的16天内出现，且除供体犊牛外，无其他外部来源。基于以上结果，作者推测口服FMT能够影响幼龄反刍动物肠道菌群的结构，且不会致犊牛发病或死亡。

为了进一步研究FMT对腹泻犊牛肠道微生物区系的影响，作者根据表1所示的纳入和排除标准，严格筛选提供粪便样本的健康供体犊牛(n=6)。作者将腹泻的受体犊牛，分为3组：FMT组，即犊牛接受粪便移植的组别，每次口服5g粪便(0.1g/ml粪便)，共5次(FMT，n=20；图1a)；粪便总量是预试验的12.5倍；CON组，即为犊牛口服生理盐水的组别，为阴性对照(CON，n=14)；ABX组，即为犊牛接受抗生素治疗的组别(n=23)，随后，作者每天检测犊牛腹泻的程度，并在治疗开始后第0、2、4、8、16、32和48天收集粪便样本。

图1 FMT实验流程图及FMT治疗对犊牛腹泻发生率的影响

(a) 在腹泻犊牛中进行FMT实验的流程图。(b-d) 实验开始后第0、2、4、8、16、32和48天，分别采集CON (b, n=14)、ABX (c, n=23)和FMT (d, n=20)组犊牛的粪便图。(e) 使用Bristol粪便性状评估表(BSS)评估腹泻发生率。

表1 供体和受体犊牛的纳入和排除标准

FMT组中受体犊牛的腹泻发病率明显降低(图1b-d)，而CON或ABX组均未明显降低腹泻发病率。作者使用Bristol粪便性状评估表(BSS)将粪便由干至稀进行分级，用于粪便性状的评估，结果表明，FMT组的粪便流动性仅在第48天显著低于CON和ABX对照组(图1e)。FMT组的20头腹泻犊牛中，19头(95.0%)犊牛的腹泻症状在FMT治疗48天后完全缓解，无犊牛死亡(死亡率为0%)。然而，CON组和ABX组分别有5头(35.7%)和6头(26.1%)犊牛的腹泻症状完全缓解，2头(死亡率14.3%)和4头(死亡率17.4%)犊牛死亡(表2)。以上研究表明，FMT既降低了犊牛腹泻的发病率，又降低了腹泻相关的死亡率，且并未引起不良事件。

表2 FMT组、CON组和ABX组腹泻犊牛的死亡率(%)和完全缓解率(%)

2.   FMT可改变腹泻犊牛的肠道微生物区系

为了揭示腹泻犊牛症状的改善是否与肠道微生物群落的变化有关，作者研究了FMT前后犊牛的肠道微生物群落的组成。作者收集了FMT(n=20；147个样本)、CON(n=14；96个样本)和ABX(n=23；157个样本)组犊牛的粪便样本进行代谢组学分析。基于加权UniFrac距离矩阵，进一步利用主坐标分析（PCoA）对犊牛粪便中微生物群落的结构进行分析，通过图中样品点距离的远近，可观察个体或群体间的差异，样品点之间的距离越远，说明样品间微生物群落构成差异越大，作者发现第0天的腹泻样本的数据点十分分散，这意味着腹泻犊牛的肠道存在严重的微生物失调(图2a-c)。有趣的是，FMT组犊牛的肠道微生物群落结构逐渐变化，与供体犊牛的微生物群落结构趋于相似(图2d-g)，第0天时供体组和FMT、CON和ABX组犊牛的粪便微生物区系差异较大，而供体组和FMT组犊牛的粪便微生物区系随时间的推移差异逐渐较少(图2h)，微生物群落结构也趋于稳定(图2k)。而CON和ABX组犊牛的肠道微生物组成并未随着犊牛年龄的增长发现明显变化，如PCoA图可见第48天的粪便样本的数据点仍十分分散(图2b，c)，上述结果表明，仅在FMT犊牛中观察到的腹泻改善(图1)可能是FMT诱导肠道微生物改变引起的一系列结果。

通过对各组内UniFrac距离的分析，作者发现FMT犊牛的微生物差异值随时间逐渐下降，一直到健康供体水平，而CON和ABX组没有发生类似改变(图2d-f)。将第48天样品进行比较，FMT组内的微生物差异值最低，说明FMT后腹泻犊牛的微生物群落结构趋于稳定(图2g)。接下来，作者将基于UniFrac距离对健康供体样本与FMT、CON和ABX组的样本进行比较，发现供体和FMT犊牛在第0天粪便微生物群的差异值相对较高，但随着时间的推移显著降低(图2h)，且CON和ABX组与供体组的肠道微生物群落组成在整个实验过程中差异始终明显(图2i，j)，而第48天的FMT组与供体组犊牛的肠道微生物群落组成的差异值最低(图2k)，与健康供体组共享的asv数量最高，说明FMT有效地传播了健康供体的微生物群落(图S3a、b)。

SourceTracker分析是基于贝叶斯算法，根据Source来源样本以及Sink样本的群落结构分布，来预测Sink样本的来源，被用于确定CON、ABX和FMT组犊牛的肠道微生物区系改变是否来自健康供体犊牛。结果表明，供体粪便在第0天对CON、ABX和FMT组犊牛肠道细菌群落的平均贡献相似(图2l)，因此，这些肠道微生物区系可能代表了从母体遗传的核心微生物区系，而这个核心微生物区系经常在新生犊牛的发育过程中被鉴定出来；而在供体粪便移植48天后，供体粪便对FMT组犊牛肠道细菌群落的平均贡献最高(图2l)。以上结果表明，在FMT组犊牛中观察到的腹泻症状改善，可能是由于FMT引起的肠道微生物改变。

图2 腹泻犊牛粪便微生物谱的变化

(a-c) 基于加权的UniFrac距离的PCoA图，分别为CON (n=108)、ABX (n=176)和FMT (n=166)组的犊牛在实验开始后第0、2、4、8、16、32和48天采集的样本。(d-f) 各组间的微生物差异值。(g) 实验第0和48天FMT (n=20)、CON (n=14)和ABX (n=23)犊牛组内微生物差异值。(h-j) 在实验开始后0、2、4、8、16、32和48天，健康供体犊牛和FMT (h, n=20)、CON (n=14)和ABX (j, n=23)组间微生物差异值。(k) 实验开始后第0和48天，健康供体犊牛与CON (n=14)、ABX (n=23)、FMT (n=20)犊牛组间微生物差异值。(l) SourceTracker分析结果图。

3.   FMT可使腹泻犊牛肠道微生物区系逐渐成熟

接下来，作者评估了CON、ABX和FMT组犊牛在第48天肠道微生物类群的丰度。作者假设FMT诱导的腹泻缓解可能是某种生物状态引起的结果，其特征是具有抵抗及恢复外部和内源性障碍的能力。研究人员评估了CON、ABX和FMT组犊牛肠道微生物群落丰度的情况。LefSe即LDA EffectSize分析，通过它可以找出对样品划分产生显著性差异影响的群落或物种。作者对第48天的粪便样本进行分析，发现Verrucommicrobia门、Proteobacteria 变形菌门、 Bacteroidetes 拟杆菌门分别是CON、ABX和FMT组犊牛中起到重要分类作用的微生物类群(图3a)。然后比较了左图给出的细菌类群的相对丰度。作者查阅SILVA数据库(132版)编制的ASV特征表，发现属于Verrucomicrobiaceae家族的序列在CON组犊牛中占优势，可以理解为在CON组犊牛粪便中Verrucommicrobiaceae门的相对丰度最高(图3b)；在ABX组犊牛粪便中Lactobacillaceae和Enterobacteriaceae门的相对丰度最高(图3c)；而在FMT组犊牛粪便中反刍球菌科、拟杆菌科、副紫球菌科和卟啉单胞菌科(副豆科)的相对丰度最高(图3d)。

在健康成年人的肠道中，兼性厌氧革兰氏阴性菌(如变形菌门)通常少量存在，而严格厌氧菌(如拟杆菌门和厚壁菌门)往往占优势；然而，在哺乳动物新生儿中，来自母体的兼性厌氧菌在初始肠道微生物群的形成过程中消耗肠道中的氧气，这解决了严格厌氧的问题。为了研究FMT能否使腹泻犊牛肠道微生物区系逐渐成熟，作者评估了主要微生物类群（门厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门、疣菌门和放线菌门以及瘤胃菌科, 拟杆菌科、肠杆菌科、毛螺菌科、乳酸菌科、卟啉单胞菌科、普雷沃氏菌科）随时间产生的变化。在第0天的腹泻犊牛粪便样本中，肠杆菌科和卟啉单胞菌科的相对丰度在各组之间没有差异(图3e)。肠杆菌科的丰度随着时间的推移逐渐降低，而卟啉单胞菌科的丰度则逐渐增加。研究人员还发现，在第32天和48天，FMT组犊牛粪便样本的肠杆菌科相对丰度显著低于CON组和ABX组，而卟啉单胞菌科的相对丰度显著高于CON组和ABX组。在科的水平上，除上述两个微生物菌属外，其余菌属的相对丰度均没有明显的变化。

接下来，研究人员将Bristol粪便性状评估表(BSS)与卟啉单胞菌科或肠杆菌科的相对丰度结合，进行多变量相关分析。在CON组、ABX组和FMT组犊牛中，肠杆菌科细菌的相对丰度与各组犊牛的体细胞总数呈极显著正相关(CON，Pearson r=0.673，P=0.049；ABX，Pearson r=0.932，P=0.001；FMT，Pearson r=0.834，P=0.010；图3f)，上述相关分析表明，肠杆菌科细菌丰度异常增加所表现的肠道菌群失调极有可能引发犊牛腹泻，而肠杆菌科细菌相对丰度与卟啉单胞菌科相对丰度呈负相关(CON, Pearson r=−0.203, P=0.337; ABX, Pearsonr= −0.372, P= 0.256; FMT, Pearson r= −0.714, P= 0.041)。而只在FMT组，肠杆菌科的相对丰度与卟啉单胞菌科的相对丰度呈负相关(CON, Pearson r=−0.752,P= 0.025;ABX, Pearson r=−0.491,P=0.130;FMT, Pearson r=−0.824,P= 0.024)。以上研究结果表明，FMT可使腹泻犊牛症状改善，并使腹泻犊牛的肠道微生物区系逐渐成熟，且以卟啉单胞菌科的丰度增加为特征，还抑制了肠杆菌科菌属的增多。

图3 鉴定与腹泻相关的微生物类群并分析肠道 Enterobacteriaceae和Porphyromonadaceae与腹泻发病的相关性

(a) LefSe分析图。(b-d) 在 CON (b, n=14), ABX (c, n=23)和FMT (d, n=20)组中的微生物丰度图。(e) 肠杆菌科(左)和卟啉单胞菌科(右)相对丰度在各组中随时间的变化图。(f) Bristol粪便性状评估表(BSS)与卟啉单胞菌科或肠杆菌科的相对丰度变化图。

4.   FMT可改变腹泻犊牛的粪便代谢谱

对于FMT在未来更广泛的应用，了解微生物及其产物如何影响犊牛腹泻的发生尤为重要。为了研究肠道微生物区系的变化对肠道微环境的影响，作者采用气相色谱-飞行时间-质谱(GC-TOF-MS)分析平台对犊牛FMT前后（day0, n=54; day45, n=54）的粪便样本进行代谢组学检测。在基于Bray-Curtis距离的PCoA图中（图4a），FMT前（第0天）各个样本点明显分散（与肠道微生物代谢组特征相一致），差异较大，但是FMT后（第48天），FMT组的样本点聚集在一起，且与其他组别（CON和ABX组）的样本点明显分散（图4b）。

接下来研究人员利用jaccard和Bray-Curtis距离算法结合UPGMA进行聚类画图，并计算了代谢物的相对数量,并以热图可视化了这些指标（图4c）。研究人员发现了丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、鸟氨酸和谷氨酸在FMT后（第48天）犊牛中的浓度与其他组别（CON和ABX组）相比相对较低（图S6），而丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸和甘氨酸则在CON和ABX组犊牛粪便中的浓度相对较高(图4d)。相比之下，CON组和ABX组在治疗开始48天后，丙氨酸、缬氨酸、异亮氨酸和甘氨酸的浓度相对较高。接下来，研究人员对粪便氨基酸和支链氨基酸(BCAA；异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸)浓度进行了量化，FMT组（FMT后第48天）犊牛粪便中的氨基酸(图4e)和支链氨基酸(BCAA)(图4f)的浓度都显著低于CON和ABX组犊牛。综上所述，这些结果表明，接受FMT的犊牛腹泻症状的缓解，伴随着代谢物的变化，尤其是氨基酸浓度的下降，和肠道微生物群的变化一致。

图4 腹泻犊牛经FMT后粪便代谢组的变化

(a) FMT前(第0天，n=54)和(b) FMT后(第48天，n=54)犊牛的粪便代谢组谱。(c) 利用UPGMA树状图对第48天样品的代谢物进行聚类并绘制树状图，并以热图表示相对丰度。(d) 直肠代谢产物的相对数量条形图(第0天，n=54;48天,n = 54)。(e) 各组犊牛第0 (n=54)天和第48 (n=54)天粪便中氨基酸浓度的测定。(f) 实验第0天(n=54)和第48天(n=54)犊牛粪便中支链氨基酸(BCAA)浓度。

5.FMT引起的肠道微生物组成改变进一步影响了犊牛的生长性能

反刍动物的生长性能常与瘤胃微生物群的组成有关，已有研究人员研究了微生物组成和剩余饲料摄入量之间的关联，因此，阐明环境因素如饲料、微生物群和治疗，对许多生产型动物（包括反刍动物）生长的影响具有重要的科学意义和经济意义。本文接下来研究了犊牛生长是否受到FMT的影响，作者记录了各组犊牛6月、12月和24月龄的体重。结果表明，6月龄牛(包括公牛和母牛)的体重在各组之间没有明显差异(图5a)，但FMT组中的12月龄公牛和母牛的体重都明显高于CON组和ABX组(图5b)。此外，FMT组中的24月龄的牛的体重(图5c和加工后重量(图5d)显著高于CON组和ABX组。然后作者研究了牛体重在 6个月内(从6到12个月)和12个月内(从12到24个月大)的变化，并发现FMT组中雄和雌牛增加的体重明显高于年龄匹配的ABX组牛, FMT组中雄牛的体重增加量显著高于CON组雄牛的体重增加量(图S7 a,b)。

前文表明FMT组中12月龄的牛的体重明显增加，故作者选择了12月龄的牛建立了肠道微生物群的物种分类谱。基于加权Unifrac距离的PCoA图表明，FMT组样本点聚集为一类，与CON组和ABX组不同(图5 e)。作者利用LEfSe分析鉴定在每组中富集的菌种(LEfSe分析主要目的两组或多组之间的比较,找到不同组间在丰度上有显著性差异的物种)，结果表明Bacteroidaceae和Porphyromonadaceae在CON组中显著富集，Lachnospiraceae 在ABX组中显著富集，而Christensenellaceae, Clostridiaceae,Peptostreptococcaceae, Dehalobacteriaceae和Coriobacteriaceae在FMT组中显著富集(图5f)，图5g-i展示的为不同细菌类群的相对丰度。Christensenellaceae、Clostridiaceae、Peptostreptococcaceae、Dehalobacteriaceae和Coriobacteriaceae科在FMT组起主要作用(图5f，S8a)，这暗示着FMT组牛肠道中高丰度的一些细菌可能与牛的生长性能有关。

随后，作者使用PICRUSt分析来预测这三个实验组（FMT组，CON组和ABX组）中不同的微生物类群发挥的功能，其中，PICRUSt是一种常见的扩增子测序功能预测的工具。PICRUSt宏基因组预测结果表明，与犊牛快速生长相关的功能基因富集在FMT组，如与核糖体、DNA修复和重组蛋白、DNA复制蛋白和BCAA生物合成缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成相关的功能基因在FMT组中富集度更高(图S8b)。综上所述，在增肥过程中，FMT组的多种微生物类群可能对膳食反应更为灵敏。

图5 FMT引起的肠道微生物组成变化对生长性能的影响

(a-c) 各组犊牛在不同月龄的体重。(d) 各组牛的加工后重量。(e) 基于加权Unifrac距离的PCoA图。(g-i) 不同细菌类群的相对丰度图。

6.FMT对育肥牛机体代谢组的长期影响

如图4所示，FMT引起的肠道微生物组变化也影响了犊牛的粪便代谢组。为了探究FMT引起的肠道微生物组的变化是否持续影响育肥牛的机体代谢，作者使用气相色谱飞行时间质谱(GC-TOF-MS)分析了12月龄牛(n=50)的血清代谢组。基于Bray-Curtis距离的PCoA 图表明FMT组的血清代谢物也聚在一起，且与其他组别（CON和ABX组）相分离(图6a)，这与肠道代谢组的PCoA 图结果类似。UPGMA树状图和热图分析也表明FMT组与其他组别（CON和ABX组）有不同的血清代谢谱(图6b)，FMT牛血清BCAAs相对浓度显著高于CON或ABX组(P< 0.01)。为了证实代谢组学数据，作者对6月龄、12月龄和24月龄牛血清进行了BCAAs浓度测定，测定结果与代谢组学分析结果一致，FMT组牛的血清BCAAs相对浓度显著高于CON或ABX组牛(图6c)。以上结果表明，FMT对牛的全身代谢组有明显影响，这可能是诱发牛生长差异的原因之一。

总之，在这项针对断奶前腹泻犊牛进行的对照研究中，作者揭示了供体犊牛提供的健康的肠道微生物群，是FMT能够使犊牛腹泻缓解的一个重要因素，这些肠道微生物群在FMT后，也进而产生了一系列独特的微生物代谢物。研究结果还表明，FMT诱导的肠道菌群变化对宿主生长性能的改善不依赖于发育年龄。

图6 12月龄牛的血清代谢组谱

(a) 采用GC-TOF-MS对50头12月龄牛的血清代谢组进行分析，并基于Bray-Curtis距离绘制PCoA 图。(b) 利用UPGMA树状图对第48天样品的血清代谢物进行聚类并绘制树状图，并以热图表示相对丰度。(c) 6月龄(n=50)、12月龄(n=50)和24月龄(n=50)牛血清支链氨基酸(BCAA)浓度。

讨论

肠道微生物群的Eubiotic status（益生状态），其特点是在肠道中某些微生物种属（如厚壁菌门Firmicutes和拟杆菌门Bacteroides）占优势，而可能致病的微生物种属，如变形菌门family Enterobacteriaceae的数量非常少。Ali Metchnikoff认为，大多数疾病始于消化道里“好”细菌不能再控制“坏”细菌时，他将这种情况定义为“生态失调”，这意味着和谐的肠道生态系统被破坏。而考虑到使用抗生素很难消除特定的有害微生物，许多科学家和临床医生都认可需要替代疗法。但不幸的是，尽管有人试图通过给牲畜注射粪便接种物或特定细菌种类来治疗胃肠道疾病，但此前没有研究表明，治疗后的肠道微生物群落发生了明显改变。本研究表明，FMT可降低断奶前犊牛的腹泻发生率，并将肠道环境条件由失调状态改变为良性状态，而受体犊牛的肠道微生物群逐渐与供体犊牛的肠道微生物群相似，其中卟啉单胞菌科的相对丰度显著增加(图2和图3)。

许多微生物种属于卟啉单胞菌科，它们是人类和动物胃肠道和口腔原生微生物群的一部分，但该科的一些物种通常与各种人类和动物感染有关。在小鼠中，该家族成员具有抗炎作用，并可以保护肠道免受细菌感染；然而，它们在人类肠道中的作用则是好坏参半。在寻求有效减肥疗法的超重个体中，卟啉单胞菌科家族的微生物丰度降低了；此外，当作者对338人(包括CDI患者、腹泻对照组和非腹泻对照组)的粪便进行16S rRNA测序分析时，发现在CDI患者中卟啉单胞菌科家族基本不存在，并且与非腹泻对照组高度相关；然而，当肝硬化患者的肝脏炎症阻止胆汁酸进入小肠时，这些微生物就会过度生长，释放更多的促炎症信号，并形成一个正反馈回路，引发进一步的肝脏损伤。在本研究中，与腹泻犊牛相比，FMT犊牛第48天肠道菌群中卟啉单胞菌科的数量更多，且其丰度与腹泻发生率呈负相关。这些结果表明，改变幼龄犊牛肠道中卟啉单胞菌科家族微生物的数量可能是解决犊牛腹泻的基础。

FMT对腹泻犊牛的肠道菌群有明显的影响，并伴随着粪便微生物代谢物的含量变化。FMT导致粪便中丙氨酸、亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸、甘氨酸、精氨酸、鸟氨酸和谷氨酸浓度降低（图4），这表明与缓解腹泻相关的微生物代谢导致粪便中氨基酸浓度降低，而氨基酸是肠道生长、维持粘膜完整性和屏障功能所必需的。肠道细菌可以利用氨基酸合成蛋白质和其他代谢产物，在宿主的营养和生理中发挥重要作用。在小鼠身上进行的研究表明，肠道细菌改变了胃肠道中游离氨基酸的分布，并影响了氨基酸对宿主的生物利用。当肠道微生物群是健康的（益生状态），营养网络才得以维持，并适合于肠道内物质的发酵；但当肠道微生物平衡被破坏（非益生状态），这个营养网络就会被破坏，整个群落的发酵效率就会很低，因此，肠道中氨基酸浓度的升高被认为是不完全发酵的结果。同样，针对儿童的研究结果表明，腹泻期间粪便中游离氨基酸浓度比缓解期或正常人高出10倍。最近有研究表明，腹泻患者肠道微生物失调的特征是高浓度的游离氨基酸，尤其是脯氨酸，并与更高的CDI（艰难梭菌感染）易感性有关。先前在啮齿动物和猪身上进行的研究也表明某些氨基酸，特别是谷氨酰胺和精氨酸，可能影响IBD(炎症性肠病)的进展,并减少炎症和氧化应激。补充氨基酸可能对IBD或癌症患者有益，但也可能对人类肠道产生不利影响。服用氨基酸如精氨酸、半胱氨酸、鸟氨酸和瓜氨酸会引起各种胃肠道副作用，包括恶心、腹泻、腹部绞痛和腹胀；此外，氨基酸失衡或蛋白质分解代谢增加可引起代谢性酸中毒，也被称为高氯中毒酸中毒，如因腹泻而致大量的碱损失。综上所述，可能是肠道微生物失调导致肠道氨基酸的不平衡，从而增加了犊牛腹泻的风险。未来的研究可着眼于更详细地分析氨基酸代谢对家畜胃肠疾病的影响。

本研究首次使用FMT代替抗生素治疗犊牛腹泻，然而，若将FMT应用于临床治疗犊牛腹泻，有必要更充分地描述其在肠道的作用。首先，科研人员必须更充分地了解卟啉单胞菌科成员引起犊牛腹泻缓解的微生物机制；其次，他们需要对涉及的卟啉单胞菌科的具体微生物种类进行准确的分类，并对其进行分离培养，以确定其在宿主中的功能作用；第三，FMT的有效性应在表现出中度至重度腹泻症状的动物中进行大量的验证，宿主的基本生理、特征和肠道菌群应更详细的阐明，与阳性或阴性反应相关的特定细菌种类尤其应该被识别和分离，这有助于未来实行定制FMT或定义微生物。这一点十分重要，作者在进行FMT的人类IBD和溃疡性结肠炎患者队列研究中发现，FMT的效果取决于患者的肠道微生物结构和/或生理特征。但令人欣慰的是，根据供体和FMT前患者样本中的细菌丰度和系统发育情况来看，供体菌株以全或无的方式移植至受体，可以预测FMT后肠道细菌种类的定植。最后也是很重要的一点是，对于腹泻患者使用FMT代替抗生素治疗应该十分谨慎，因为目前的数据仅来自一项对牛的研究。在获得包括人类在内的其他物种更全面的数据之前，其临床应用应仅限于牛。

总之，本研究表明，FMT是有希望治疗犊牛腹泻的一种疗法，基于肠道微生物的方法可以提供传统抗生素疗法外的另一种治疗模式，是超越基于抗生素的疗法。本文表明，FMT对腹泻犊牛的肠道菌群有明显的影响，并伴随着粪便微生物代谢物的含量变化。此外，本文还证明了FMT在育肥过程可以促进牛体重的增加。作者认为，相比于在人类患者身上开展FMT疗法，以家畜为对象更容易开展FMT，而且FMT对于改善动物福利和提高我们的经济收益具有深远意义。

原文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33420064