内毒素脂多糖诱导石斑鱼肠道菌群失调与头肾免疫重塑的机制研究

　　本研究针对水产养殖中细菌内毒素引发的免疫应激问题，通过脂多糖（LPS）刺激褐点石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus），系统解析了肠道菌群结构变化与头肾免疫基因调控网络的关联。研究发现LPS扰动导致有害菌（如Vibrio）增殖、有益菌（如短链脂肪酸生产者Collinsella）衰减，并显著抑制菌群的碳水化合物/蛋白质消化功能；同时头肾转录组揭示757个上调基因（涉及TLR1/2、HSP60/70/90等免疫应激通路）和379个下调基因（如TLR3、补体C1QL3等），首次建立了菌群-免疫互作与铁稳态（Mfn1、TFR1、Hepc）的关联模型，为水产动物抗病机制研究和饲料添加剂开发提供理论依据。

　　

在水产养殖领域，细菌感染一直是制约经济鱼类健康养殖的关键问题。其中，革兰氏阴性菌细胞壁成分脂多糖（LPS）作为典型的内毒素，能够引发宿主强烈的免疫应激反应，但其对鱼类肠道微生态平衡与系统免疫调控机制的影响尚未明晰。褐点石斑鱼（Epinephelus fuscoguttatus）作为我国南方重要养殖物种，因其经济价值高且易受病原侵袭，成为探究免疫机制的理想模型。

为解析LPS胁迫下鱼类肠道菌群与免疫系统的互作机制，研究团队通过腹腔注射LPS构建应激模型，采用16S rRNA测序技术分析肠道微生物群落结构变化，并利用转录组测序（RNA-seq）技术全面解析头肾（鱼类重要免疫器官）的基因表达谱。通过生物信息学分析（包括KEGG通路富集、微生物功能预测及共表达网络构建）整合多组学数据。

研究结果

1. LPS挑战对肠道菌群结构和功能的影响

通过α多样性指数分析发现，LPS处理后ACE和Chao1指数上升而Shannon指数下降，表明菌群结构发生特异性扰动。在门水平上，Proteobacteria（变形菌门）相对丰度显著增加，而Firmicutes（厚壁菌门）和Actinobacteria（放线菌门）显著减少。属水平上，潜在致病菌Vibrio（弧菌属）和Pseudomonas（假单胞菌属）丰度上升，而产短链脂肪酸的有益菌Collinsella和Romboutsia明显衰减。PICRUSt功能预测显示，菌群碳水化合物代谢和蛋白质吸收功能显著抑制，提示营养代谢障碍。

2. 头肾转录组对LPS挑战的响应

RNA-seq鉴定出757个上调基因和379个下调基因。KEGG富集分析表明这些基因主要富集于DNA复制、氨基酸酰-tRNA生物合成和双组分系统通路。免疫相关基因呈现复杂调控模式：模式识别受体TLR1和TLR2表达上调，但TLR3下调；免疫调节基因（如PIgR和MHC II）、凋亡相关基因（Cytc、Casp3、BIRC5）及应激蛋白基因（HSP60、HSP70、HSP90、GRP94、Bip和HURP1）均显著上调。补体系统（C1QL3、C1QBP、C7）和趋化因子家族（LECT2、CXCR3/1/4、CCR2）表达紊乱。铁稳态调控基因（Mfn1、TFR1、Hepc）同步激活，暗示免疫应激与铁代谢紊乱存在关联。

3. 肠道菌群与宿主免疫的关联分析

Spearman相关性网络分析揭示Collinsella、Romboutsia、Phyllobacterium、Prevotella 9和Prevotellaceae NK3B31等菌属与宿主免疫基因表达呈正相关，这些菌群可能通过代谢产物（如短链脂肪酸）间接调控头肾免疫稳态。

本研究证实LPS挑战可通过破坏肠道微生物平衡（有害菌增殖、有益菌衰减）、抑制菌群代谢功能，并引发头肾免疫基因表达紊乱（包括模式识别受体、应激应答、凋亡通路和铁稳态调控模块），最终导致石斑鱼免疫稳态失衡。该研究首次从菌群-免疫互作视角揭示LPS诱导的水产动物应激机制，不仅为鱼类免疫学研究提供多组学整合分析范式，也为开发靶向菌群调控的饲料添加剂或免疫增强剂提供了理论依据。相关成果发表于《Comparative Biochemistry and Physiology Part C: Toxicology & Pharmacology》。