粪便炎症生物标志物作为断奶仔猪饲料摄入状况的无创检测指标

《animal》：Faecal inflammatory biomarkers as non-invasive indicators of feed intake status in weaned piglets

本研究旨在评估粪便炎症生物标志物（calprotectin、LCN-2、MPO和ADA）在断奶后空腹期监测猪只进食情况的有效性。通过染色饲料观察进食模式，发现calprotectin和LCN-2与进食行为显著相关，其中calprotectin的区分能力最强（AUC=0.86），并显示与生长性能负相关（r≤-0.29）。结论为利用calprotectin和LCN-2早期检测空腹，提供非侵入性评估方法，促进猪只健康。

　　早期断奶对仔猪的影响是一个在动物营养和福利领域备受关注的问题。断奶通常会导致仔猪经历一个短暂的禁食期，这会损害肠道完整性，引发炎症反应，进而影响整体的健康状况和生长性能。尽管已有大量文献描述了禁食对仔猪带来的影响，但目前尚无一种可行且无创的方法能够准确监测断奶后仔猪的进食情况。因此，本研究旨在评估粪便中的炎症生物标志物——包括粪便中性粒细胞胞质蛋白（fCal）、脂质运载蛋白-2（LCN-2）、髓过氧化物酶（MPO）和腺苷脱氨酶（ADA）——是否可以用于检测仔猪是否在进食，通过将禁食状态与这些生物标志物在粪便中的存在相关联。本研究涉及623头21日龄断奶的仔猪，它们在断奶后的第0天、第3天和第10天被称重。为了追踪饲料摄入情况，实验前和断奶后提供了蓝色的过渡饲料。仔猪的进食状态在断奶和断奶后第3天被评估，同时从120头仔猪中选取样本进行每日监测，持续四天。这些仔猪被分为三类：过渡饲料摄食者（CFE）、断奶后摄食者（PWE）和非摄食者（NE）。结果显示，4.5%的仔猪属于CFE，69.5%属于PWE，而26%则为NE。在断奶后的前10天里，CFE的平均日增重比PWE高出44克，比NE高出100克（P < 0.001）。研究还发现，fCal、LCN-2和MPO在不同摄食组之间存在显著差异（P ≤ 0.014），而ADA的浓度随时间增加（P = 0.001），但不同摄食组之间无显著差异。NE的fCal和LCN-2水平高于CFE，且与较低的生长性能呈负相关（r ≤ -0.29，P ≤ 0.044）。相比之下，MPO在CFE中高于NE（P < 0.001），但与生长无显著关联。fCal在区分CFE和NE方面显示出较强的判别能力，其曲线下面积（AUC）为0.86，敏感度为86%，特异度为69%。这表明fCal是评估与低饲料摄入相关的炎症反应最敏感的生物标志物。

在研究中，发现断奶对仔猪的肠道功能和健康状况产生了显著影响。断奶引起的应激因素，如突然与母猪分离、从液体饮食过渡到固体饮食，以及环境和社交条件的变化，导致仔猪在断奶初期出现饲料摄入减少的情况。这些变化对小肠造成特别大的影响，因为小肠细胞主要依赖肠道腔内的营养物质。研究表明，缺乏肠道腔内刺激与肠道屏障功能受损之间存在显著相关性。断奶后肠道通透性增加，使得肠道腔内的细菌和抗原能够转移到肠上皮下组织，引发免疫反应，可能进一步导致腹泻。因此，监测断奶期间的饲料摄入行为对于维持仔猪的健康、福利和生长至关重要。然而，目前尚无实用且无创的方法能够准确评估仔猪的饲料摄入情况。

在人类医学中，粪便炎症生物标志物已被广泛应用于评估肠道健康。这些标志物能够提供局部的肠道炎症信息，且无需侵入性采样，因此成为血清标志物的实用替代品。其中，fCal和MPO是评估肠道炎症最常用的标志物，它们均与中性粒细胞激活有关。此外，fCal已被证明在儿童营养不良引起的肠道疾病中具有重要的监测价值。然而，在动物研究中，这些标志物的应用仍处于初步阶段。LCN-2是一种由免疫细胞和上皮细胞共同产生的中性粒细胞相关脂质运载蛋白，其在肠道上皮中的表达使其成为检测亚临床和慢性炎症的有用工具。而ADA则主要由T淋巴细胞产生，与免疫激活和淋巴细胞成熟相关。

本研究假设，这些粪便炎症生物标志物的浓度变化可能反映断奶期间的禁食影响，从而成为评估仔猪断奶后饲料摄入情况的潜在指标。通过分析不同摄食组的生长数据，研究旨在探讨这些生物标志物是否与仔猪的断奶后摄食模式和生长性能相关。初步结果表明，fCal和LCN-2与不同摄食组之间存在显著差异，且它们的浓度变化与仔猪的生长性能呈负相关。相比之下，MPO和ADA的浓度变化与摄食行为无显著关联。这些发现表明，fCal和LCN-2可能是评估与低饲料摄入相关的肠道炎症的有用生物标志物，而MPO和ADA则可能反映更广泛的免疫反应。

为了进一步验证这些生物标志物在识别不同摄食组中的有效性，研究采用了一种基于机器学习的二元逻辑回归分析。结果显示，fCal在区分CFE和NE方面表现出最高的预测能力，其AUC值为0.86（置信区间为0.81-0.92，P < 0.001）。模型的最优截断值为24.9 μg/g，高于此值的仔猪被归类为NE，低于此值的则被归类为CFE。然而，该模型在识别CFE时表现出较低的特异度，这意味着可能存在一定的误判率。尽管如此，这种模型对于识别NE仍具有重要意义，因为这有助于在群体层面实施个体化支持措施，以促进饲料摄入并减少长期禁食对仔猪健康和生长的负面影响。

本研究的结果表明，fCal和LCN-2在评估断奶后仔猪的饲料摄入情况方面具有显著优势。这两种标志物在NE中表现出更高的浓度，且与较低的生长性能呈负相关。这表明，它们能够有效区分那些在断奶后能够顺利摄食的仔猪与那些经历长时间禁食的仔猪。相比之下，MPO和ADA的浓度变化与摄食行为无显著关联，这可能意味着它们更多地反映的是其他生理过程，如免疫反应和淋巴细胞成熟，而不是直接的饲料摄入情况。因此，fCal和LCN-2可能是断奶后饲料摄入不足相关炎症的更具体指标，而MPO和ADA则可能作为更广泛的免疫反应标志物。

在实际应用中，这些生物标志物的检测具有重要的意义。通过非侵入性方法，如粪便样本的采集和分析，可以连续监测仔猪的肠道健康状况，而无需频繁的侵入性操作。这种方法不仅提高了监测的效率，也减少了对仔猪的应激，有助于改善其福利。此外，fCal的高敏感度和特异度使其成为断奶后饲料摄入情况评估的首选标志物。通过设定合适的截断值，可以在断奶后的前四天内有效识别NE，从而及时采取干预措施，提高仔猪的存活率和生长性能。

本研究的局限性在于，粪便的重量和一致性可能会影响生物标志物的浓度。NE的粪便量通常较少，这可能导致其生物标志物浓度较高。然而，之前的研究并未发现新鲜与冻干样本之间存在显著差异，这表明粪便组成对浓度的影响可能有限。尽管如此，由于本研究中未监测粪便重量，这一因素可能仍然存在。此外，本研究的样本量相对较小，且样本仅来自单一农场，因此结果的普遍适用性仍需进一步验证。未来的研究可以考虑扩大样本量，涵盖更多农场和不同的环境条件，以进一步确认这些生物标志物在断奶后仔猪饲料摄入监测中的可靠性。

综上所述，本研究首次提出了利用粪便炎症生物标志物来评估断奶后仔猪饲料摄入情况的无创方法。fCal和LCN-2在识别不同摄食组方面表现出较高的敏感性和特异性，而MPO和ADA则更多地反映免疫反应。通过这种方法，可以更有效地监测仔猪的健康状况，及时发现那些在断奶后未能正常摄食的个体，从而实施针对性的支持措施，改善其生长性能和福利。这为猪的生产和研究提供了新的视角，有助于优化饲养管理策略，提高仔猪的健康和生产效率。