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长期以来，各种细菌性疾病的频繁暴发被认为是水产养殖业发展的主要制约因素和持续挑战之一。作为预防各种细菌性疾病的有效方法，几十年来疫苗一直在水产养殖疾病控制中发挥着关键作用，促进了水产行业的可持续发展。此外，经过数百万年的共同进化，共生菌群已经成为鱼类的必要组成部分，在鱼类的健康和疾病中发挥着至关重要的作用。其中，肠道菌群参与鱼体的许多重要生理过程，如促进消化和代谢，刺激免疫系统的发育，以及防止条件致病菌的附着和增殖等。
考虑到疫苗诱导系统免疫和粘膜免疫的能力，鱼类肠道微生物群落可能是疫苗开发中一个重要的、被低估的因素。医学上已经注意到肠道菌群组成会影响疫苗的效率，但是疫苗接种对肠道菌群特别是粘膜菌群的影响还知之甚少。比如，细菌性疫苗接种对肠道菌群有没有稳定作用？疫苗接种对于特定病原在肠道的定植和繁殖有没有抑制作用？以及疫苗接种对肠道菌群的改变是否会影响肠道代谢？
中国科学院水生生物研究所李爱华研究员团队长期从事鱼类病原微生物学相关研究，近年来在水生动物共生微生物领域开展了大量研究工作，对鱼类、虾蟹等水产经济动物共生微生物的结构、组成和功能特征进行了深入研究（Li et al. 2015; Li et al. 2017; Wu et al. 2019; Wu et al. 2020; Wu et al. 2021b; Zhang et al. 2021），并揭示了消化系统（肠道、肝胰腺等）共生微生物与宿主免疫（Wu et al. 2018; Hao et al. 2022）、代谢（Li et al. 2017; Wu et al. 2018; Wu et al. 2021a）及疾病（Li et al. 2016; Wu et al. 2021b; Zhang et al. 2021）的密切关系，拓展了对水生动物共生微生物群落的组装规律及其与宿主互作的深刻认识，为水产动物健康养殖与疾病防控提供了新的思路与重要线索。
近期，李爱华研究团队以罗非鱼为研究对象，采用多组学联用方法，揭示疫苗接种对罗非鱼共生菌群的影响规律，发现由疫苗接种诱导的肠道共生菌群变化介导肠道代谢的改变。这一研究阐明了罗非鱼对疫苗接种的微生物和代谢响应，为理解疫苗的保护机制提供了新的视角。
研究人员通过对罗非鱼腹腔注射二联灭活疫苗（嗜水气单胞菌-维氏气单胞菌），并进行为期45天的养殖实验后，评估了罗非鱼免疫功能、共生微生物（鳃、胃肠道黏膜及内容物）以及肠道代谢物的变化。研究发现，灭活疫苗对肠道粘膜菌群的结构和组成有显著影响，但对其他共生位点菌群无显著影响，表明疫苗接种对鱼类共生菌群的影响具有区域特异性（图1）。
图1. 疫苗接种对罗非鱼共生微生物群落结构的影响结果
此外，免疫组罗非鱼血清球蛋白、白球比、溶菌酶含量和超氧化物歧化酶活性显著升高且均检测到抗体效价。与对照组相比，免疫组罗非鱼肠粘膜中埃希氏菌-志贺氏菌属（Escherichia-Shigella）、不动杆菌属（Acinetobacter）和气单胞菌属（Aeromonas）等潜在机会病原菌的相对丰度显著减少，鉴于肠道是多数病原菌感染鱼类的主要通道，疫苗的这种保护机制可能具有重要地位。
对肠道代谢物分析发现，乳酸、琥珀酸和葡萄糖酸等碳水化合物相关代谢物的浓度在免疫组罗非鱼肠道中显著升高，而多种脂质相关代谢物的浓度在免疫组罗非鱼肠道中显著降低（图2），表明疫苗接种影响了罗非鱼肠道的代谢功能。
图2. 疫苗接种对罗非鱼肠道代谢产物的影响结果
进一步分析发现，肠弧菌属（Enterovibrio）、屠场杆菌属（Macellibacteroides）、罗尔斯通菌属（Ralstonia）、脱硫杆菌属（Desulfomonile）、水栖菌属（Enhydrobacter）、泉发菌属（Crenothrix）和博斯氏菌属（Bosea）等肠道差异微生物与肠道差异代谢物具有显著的相关性（图3），表明疫苗接种对罗非鱼肠道代谢的影响与肠道微生物的变化密切相关。
图3. 罗非鱼肠道差异微生物与差异代谢产物的相关性结果
该研究揭示了鱼类共生菌群对疫苗接种的响应及其与宿主免疫和代谢的相关性，为进一步研究鱼类共生菌群在疫苗保护机制中的作用提供了新的见解。此外，疫苗接种后显著改变的肠道微生物和代谢产物，可作为益生菌（或益生元）开发的潜在指标，以增强疫苗的疗效。
该研究近期以“Significant alterations of intestinal symbiotic microbiota induced by intraperitoneal vaccination mediate changes in intestinal metabolism of NEW Genetically Improved Farmed Tilapia (NEW GIFT, Oreochromis niloticus)”为题发表于国际著名学术期刊Microbiome上。水生所李爱华研究员为论文通讯作者，水生所博士毕业生吴振兵为论文第一作者，水生所张倩倩实验师、硕士生杨继成以及青岛农业大学章晋勇教授等参与了该项工作。该研究得到国家自然科学基金（No. 32073023）、国家重点研发计划课题（No. 2020YFD0900300）以及武汉市科技专项（No. 2019020701011480）等项目的资助。
论文链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-022-01409-6
相关进展文献：
Li T, Long M, Li A* et al. Comparative analysis of the intestinal bacterial communities in different species of carp by pyrosequencing. Microb Ecol. 2015; 69(1):25-36.
Li T, Long M, Li A* et al. Alterations of the gut microbiome of largemouth bronze gudgeon (Coreius guichenoti) suffering from furunculosis. Sci Rep. 2016; 6:30606.
Li T, Long M, Li A* et al. Multi-omics analysis reveals a correlation between the host phylogeny, gut microbiota and metabolite profiles in cyprinid fishes. Front Microbiol. 2017; 8:454.
Wu Z, Li T, Li A* et al. Significant improvement of intestinal microbiota of gibel carp (Carassius auratus gibelio) after traditional Chinese medicine feeding. J Appl Microbiol. 2018; 124(3):829-841.
Wu Z, Zhang Q, Li A* et al. High-throughput sequencing reveals the gut and lung prokaryotic community profiles of the Chinese giant salamander (Andrias davidianus). Mol Biol Rep. 2019; 46(5):5143-5154.
Wu Z, Wang S, Li A* et al. Assessing the intestinal bacterial community of farmed Nile tilapia (Oreochromis niloticus) by high-throughput absolute abundance quantification. Aquaculture. 2020; 529:735688.
Wu Z, Zhang Q, Li A* et al. Taxonomic and functional characteristics of the gill and gastrointestinal microbiota and its correlation with intestinal metabolites in NEW GIFT strain of farmed adult Nile tilapia (Oreochromis niloticus). Microorganisms. 2021a; 9(3):617.
Wu Z, Zhang Q, Li A* et al. Association of the microbiota dysbiosis in the hepatopancreas of farmed crayfish (Procambarus clarkii) with disease outbreaks. Aquaculture. 2021b; 536:736492.
Zhang Q, Lin Y, Li A* et al. Etiological characteristics of "tail blister disease" of Australian redclaw crayfish (Cherax quadricarinatus). J Invertebr Pathol. 2021; 184:107643.
Hao J, Wang S, Li A* et al. Attenuated Streptococcus agalactiae WC1535 ？Sia perturbs the gut microbiota of Oreochromis niloticus, massively colonizes the intestine, and induces intestinal mucosal immunity after intraperitoneal inoculation. Front Microbiol. 2022; 1036432.