趙金波 ， 張智慧 ， 李 偉 ， 趙文江 ， 韓永勝

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江齊齊哈爾 161005；2.黑龍江省牧草育種與種質(zhì)資源利用工程技術(shù)研究中心，黑龍江齊齊哈爾161005）

畜禽腸道不僅是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收及排毒器官，也是機(jī)體內(nèi)重要的免疫器官。 畜禽體內(nèi)80%左右的免疫器官來源于腸道， 并且腸道內(nèi)有60% ～70%的腸道淋巴相關(guān)組織分布在腸道內(nèi)的各個(gè)部位， 對(duì)促進(jìn)機(jī)體特異性免疫功能和非特異性免疫功能的發(fā)揮具有重要意義。有研究表明，腸道健康發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝調(diào)控、腸道上皮細(xì)胞修復(fù)、腸道黏膜免疫激活、宿主行為調(diào)控、抵抗病原微生物等重要作用（Hooper，2015；Blaser，2014），因此本文從免疫制劑角度探討益生菌制劑調(diào)控畜禽腸道健康機(jī)制，為開發(fā)益生菌產(chǎn)品提供理論參考。

1 益生菌制劑的種類與作用

1.1 益生菌制劑種類 益生菌制劑是指由單一益生菌制成的單一菌制劑或多種不同益生菌配伍制成的復(fù)合菌制劑。可以分成厭氧菌類，如嗜酸乳酸桿菌、干酪乳酸桿菌、拉曼乳酸桿菌等；雙歧桿菌類，如長(zhǎng)雙歧桿菌、短雙歧桿菌等；革蘭氏陽性菌類，如糞鏈球菌、乳球菌等；需氧菌類，如枯草芽孢桿菌，還有一些酵母菌類。

1.2 益生菌制劑作用特點(diǎn) 限抗時(shí)代的到來，給抗生素替代品的發(fā)展帶來了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。益生菌、酶制劑、酸化劑、植物精油、中草藥發(fā)酵劑等一系列產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生， 為我國(guó)無抗養(yǎng)殖業(yè)帶來了福音和挑戰(zhàn)。 益生菌制劑作為一類相對(duì)成熟的抗生素替代品，具有以下幾個(gè)作用特點(diǎn)：

1.2.1 預(yù)防動(dòng)物疾病 益生菌制劑中的有益微生物進(jìn)入動(dòng)物機(jī)體后，與有害菌在腸道進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)定植，奪取競(jìng)爭(zhēng)位點(diǎn)，進(jìn)而抑制有害菌的生長(zhǎng)繁殖，從而使腸道中的菌群處于正常水平。同時(shí)，微生物產(chǎn)生初級(jí)代謝產(chǎn)物和有機(jī)酸，能夠降低腸道內(nèi)pH，從而殺滅有害菌；也能直接刺激腸道免疫細(xì)胞發(fā)揮體液免疫和細(xì)胞免疫，進(jìn)而起到預(yù)防動(dòng)物疾病的作用。

1.2.2 促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng) 益生菌制劑飼喂動(dòng)物之后，許多菌體會(huì)產(chǎn)生大量的菌體蛋白，其中富含多種微生物，特別是維生素B12、葉酸和生物素，這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、繁殖、妊娠、哺乳等重要生理環(huán)節(jié)，發(fā)揮直接的作用，此外，一些未知生長(zhǎng)因子也能促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)，增加產(chǎn)蛋和產(chǎn)奶量，提高生產(chǎn)性能。

1.2.3 減少環(huán)境污染 益生菌制劑被畜禽采食后，與腸道的微生態(tài)系統(tǒng)和宿主協(xié)同作用，提高了蛋白質(zhì)利用效率，減少有害氣體的排放，改善了舍內(nèi)環(huán)境衛(wèi)生，對(duì)畜牧業(yè)節(jié)能減排有積極的促進(jìn)作用。

1.2.4 改善畜產(chǎn)品品質(zhì) 益生菌抑制能夠大幅度減少養(yǎng)殖過程中抗生素、 化學(xué)藥物以及激素類藥物的使用量，進(jìn)而能夠提高畜產(chǎn)品品質(zhì)和安全性。

2 腸道健康與消化道微生物互作機(jī)制

2.1 影響腸道健康的因素

2.1.1 腸道內(nèi)病原微生物及其產(chǎn)生毒素 病原微生物主要包括細(xì)菌、病毒和寄生蟲等，這些微生物都能夠產(chǎn)生內(nèi)毒素和外毒素， 其中外毒素大部分是由革蘭氏陽性菌產(chǎn)生的，諸如肉毒毒素、腸毒素等， 內(nèi)毒素是由革蘭氏陰性菌產(chǎn)生的， 諸如脂多糖。 這些病原菌及其產(chǎn)生的毒素會(huì)影響腸道屏障功能、 腸道生理結(jié)構(gòu)的完整性， 最終引起畜禽便秘、有眼屎、淚斑、生長(zhǎng)緩慢、嗆毛等亞健康現(xiàn)象。

2.1.2 日糧中大量抗?fàn)I養(yǎng)因子的存在 抗?fàn)I養(yǎng)因子是植物在自然選擇過程中形成的， 諸如大豆中的凝集素、高粱中的單寧等，都會(huì)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在腸道中的消化吸收和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.1.3 腸道中微生態(tài)失衡 腸道中大量有害菌滋生，有益微生物在受到抑制，從而引起腸道微生態(tài)失衡，進(jìn)而影響畜禽腸道健康。

2.1.4 日糧結(jié)構(gòu)和環(huán)境條件 日糧中功能性氨基酸的供給、 飼料粉碎粒度的大小以及腸道pH 都會(huì)影響腸道健康，另外，畜禽所處的環(huán)境條件，諸如溫度、濕度、有害氣體等也都會(huì)影響腸道健康。

2.2 消化道微生物分布及其種類 腸道作為畜禽機(jī)體最大的組織器官，內(nèi)部棲居大量微生物，畜禽從出生到成年階段， 微生物的數(shù)量有助于胃腸道免疫系統(tǒng)組織的建立和細(xì)胞的發(fā)育及免疫因子的分泌。腸道中分布三種類型的微生物，第一種是腸道優(yōu)勢(shì)菌，諸如雙歧桿菌和擬桿菌等；條件致病菌，在腸道菌群平衡是無害的，在特定的條件下，就會(huì)變成有害菌， 這類菌有腸道球菌、 葡萄球菌等；病原微生物，這種微生物在機(jī)體免疫力低下的情況下，可以引起機(jī)體感染疾病，這類菌有變形桿菌、魏氏梭菌等。

2.3 腸道健康與消化道微生物互助機(jī)制 畜禽腸道健康與消化道內(nèi)微生物的分布、 數(shù)量以及種類有密切關(guān)系。 畜禽可能通過消化道微生物有三種互助機(jī)制維護(hù)腸道健康（圖1）。

圖1 消化道微生物三種互助機(jī)制

3 益生菌制劑對(duì)畜禽腸道免疫的調(diào)控機(jī)制

3.1 對(duì)應(yīng)激條件下腸道免疫功能的調(diào)控 畜禽集約化養(yǎng)殖過程中應(yīng)激廣泛存在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。有研究表明，益生菌制劑在緩解斷奶仔豬應(yīng)激方面表現(xiàn)出積極的促進(jìn)作用。 鐘曉霞等（2020）在斷奶仔豬日糧中添加甘露寡糖和復(fù)合益生菌制劑， 采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)斷奶仔豬結(jié)腸內(nèi)容物進(jìn)行了16S rRNA 基因測(cè)序， 發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌屬是結(jié)腸內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌屬。 乳酸菌在調(diào)節(jié)腸道免疫功能上主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：（1）能夠激發(fā)機(jī)體非特性免疫應(yīng)答，刺激嗜中性粒細(xì)胞、單核巨嗜細(xì)胞以及自然殺傷細(xì)胞的活力， 進(jìn)而發(fā)揮腸道內(nèi)相關(guān)淋巴組織的功能。 （2） 能夠激發(fā)機(jī)體的特異性免疫應(yīng)答，增強(qiáng)機(jī)體T 細(xì)胞和B 細(xì)胞的活性，發(fā)揮腸道的細(xì)胞免疫功能， 也能夠增強(qiáng)血清和腸道黏膜上的IgA、IgM 以及IgG 的分泌水平， 發(fā)揮腸道的體液免疫功能。 犢牛飼養(yǎng)是肉牛養(yǎng)殖過程中最為重要環(huán)節(jié)，決定著后期育肥效果。犢牛一般飼養(yǎng)情況下也容易出現(xiàn)應(yīng)激，調(diào)控好瘤胃內(nèi)環(huán)境參數(shù)，能夠減少應(yīng)激帶來的不利影響。 聶煉等（2019）利用基因工程技術(shù)， 將抗菌肽CC31 基因在枯草芽孢桿菌中表達(dá)， 進(jìn)而獲得可以分泌抗菌肽的基因工程菌 WB800N－CC31， 將 WB800N-CC31 復(fù)合益生菌飼喂3 ～4 月齡的西門塔爾牛，結(jié)果表明，抗菌肽生產(chǎn)出的工程菌能夠提高菌體蛋白和揮發(fā)性脂肪酸的含量，降低瘤胃的pH，這也表明工程菌能夠提高瘤胃中的揮發(fā)性脂肪酸、 菌體蛋白和氨態(tài)氮的總體含量。 添加益生菌可以有效緩解斷奶應(yīng)激帶來的不利影響。 張海濤等（2009）用納豆枯草芽孢桿菌飼喂7 日齡的奶公犢牛， 通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)， 飼喂納豆枯草芽孢桿菌的奶公犢牛的瘤胃微生物定植的種類和數(shù)量有所增加， 這也表明以乳酸桿菌、 枯草芽孢桿菌和丁酸梭菌為主要成分的益生菌制劑可能在益生菌定植共生過程中，能夠協(xié)助宿主對(duì)抗病原菌等應(yīng)激原的侵襲， 而幼畜在早期機(jī)體腸道內(nèi)部形成復(fù)雜的微生物系統(tǒng)和完善的GALT 體系需要很長(zhǎng)時(shí)間。因此，益生菌制劑能夠有效激發(fā)機(jī)體腸道中的特異性免疫機(jī)制和非特異性免疫機(jī)制，從而提高機(jī)體的抗病能力。

3.2 對(duì)疾病條件下腸道免疫功能的調(diào)控 隨著畜禽養(yǎng)殖規(guī)?；图s化不斷推進(jìn)，畜禽呈現(xiàn)免疫抑制性疾病增多、新增疾病增多、多種疾病交叉感染的發(fā)病特點(diǎn)，進(jìn)而畜禽養(yǎng)殖中出現(xiàn)了“亞健康”的狀況。畜禽亞健康主要表現(xiàn)為腸道功能紊亂、便秘、淚斑、免疫力低下，進(jìn)而影響畜產(chǎn)品的質(zhì)量和安全。益生菌制劑在調(diào)節(jié)畜禽亞健康的機(jī)制上主要體現(xiàn)在增強(qiáng)畜禽機(jī)體免疫力。 張偉等（2016）用鼠李糖乳酸桿菌通過促進(jìn)EGFR 非依賴Akt 激活，增加腸上皮細(xì)胞緊密連接屏障完整性，進(jìn)一步限制F4+ETEC 侵襲，減弱F4+ETEC 引起的腸上皮細(xì)胞黏蛋白層破壞及凋亡；也表明益生菌影響了細(xì)菌感染的腸道上皮細(xì)胞發(fā)揮的免疫功能，增加了腸道屏障功能，維持了病菌感染的畜禽腸道菌群平衡。 其中乳酸菌在調(diào)控畜禽腸道炎癥反應(yīng)上， 具有重要的促進(jìn)作用，Cao 等（2013）用產(chǎn)氣莢膜梭菌感染肉雞后，在日糧中添加益生菌表現(xiàn)出回腸的IL-10 表達(dá)水平和含量增加，IFN-Y 和TLR2 的水平降低。 這個(gè)研究也表明益生菌能夠緩解病原菌對(duì)畜禽機(jī)體的影響，提高機(jī)體的抗病力。Rahimi 等（2003）用產(chǎn)氣芽孢桿菌感染火雞后，在火雞日糧中添加益生菌，能夠降低回腸中有害菌的數(shù)量，但是對(duì)免疫器官卻沒有顯著影響。鮑玉林等 （2017） 在犢牦牛精料日糧中添加0、0.5、1.0 g/kg的微生態(tài)制劑，結(jié)果顯示添加0.5 g/kg 和1.0 g/kg 組免疫球蛋白 IgG、IgA、IFN-γ 含量顯著提高。 益生菌在緩解患病畜禽腸道健康上可能是有三種途徑：（1）益生菌能夠增強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞屏障功能；（2）激發(fā)畜禽機(jī)體體液免疫和細(xì)胞免疫，抑制病原菌在腸道中定植數(shù)量；（3） 通過調(diào)控畜禽腸道黏膜SIgA 主效因子，進(jìn)而發(fā)揮抗菌、抗病毒的功能。

3.3 對(duì)畜禽腸道黏膜SIgA 分泌和腸道組織形態(tài)學(xué)的調(diào)控 腸道免疫是由特異性免疫系統(tǒng)和非特異性免疫系統(tǒng)組成，腸道黏膜SIgA 分泌在激發(fā)腸道免疫中發(fā)揮重要作用。 益生菌制劑對(duì)畜禽腸道黏膜SIgA 分泌有著積極的促進(jìn)作用，可能是益生菌發(fā)揮免疫功能最為重要的機(jī)制之一。 曾興有等（2016）用微生態(tài)制劑飼喂櫻桃谷肉鴨，結(jié)果表明，在肉鴨飼糧中添加300 mg/kg 微生態(tài)制劑，可以提高櫻桃谷肉鴨胸腺指數(shù)、脾臟指數(shù)、十二指腸SIgA含量。 劉虎傳等（2012）研究表明，在飼糧中添加益生菌制劑可顯著增加仔豬斷奶后第21 天血清IgG含量（P ＜0.05），其余時(shí)間有增加的趨勢(shì)，但差異不顯著； 益生菌組的空腸黏膜SIgA 和回腸黏膜SIgA 含量高于對(duì)照組， 并且第21 天的回腸黏膜SIgA 含量顯著高于對(duì)照組（P ＜ 0.05）。犢牛飼養(yǎng)中使用重組嗜酸乳桿菌可誘導(dǎo)腸黏膜免疫反應(yīng)，促進(jìn)腸黏膜分泌SIgA，增強(qiáng)腸黏膜免疫功能。腸道黏膜中的SIgA 對(duì)畜禽腸道免疫的作用，主要在由腸黏膜固有層中的IgA 漿細(xì)胞分泌， 是參與黏膜局部免疫的主要抗體， 通過與相應(yīng)病原微生物 （細(xì)菌、病毒等) 結(jié)合，阻止病原體黏附到細(xì)胞表面，從而在局部抗感染中發(fā)揮重要作用 （王友湘和陳慶森，2007）， 這也提示益生菌能刺激機(jī)體發(fā)揮SIgA的體液免疫功能，進(jìn)而提高畜禽抗病力。

腸道是機(jī)體內(nèi)重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收器官，腸絨毛能極大地?cái)U(kuò)大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收面積，較高的絨毛高度/隱窩深度有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收（Mao 等，2016），梁明振等（2013）在斷奶仔豬日糧中添加 6×109cfu 的丁酸梭菌和 1×1010cfu 的糞腸球菌，顯著增加了空腸絨毛長(zhǎng)度，絨毛高度/隱窩深度，降低了隱窩深度。 李玲茜等（2020）發(fā)現(xiàn)，添加復(fù)合益生菌組蛋雛雞十二指腸和空腸的絨毛高度及絨腺比提高（P ＜0.05）；復(fù)合益生菌組蛋雛雞血清 IgA、IgG 含量提高（P ＜ 0.05）；復(fù)合益生菌組空腸 IL-4、IL-6 mRNA 相對(duì)表達(dá)量提高 （P ＜ 0.05），海洋紅酵母菌組空腸IL-4 mRNA 相對(duì)表達(dá)量提高（P ＜ 0.05），枯草芽孢桿菌組空腸 IL-6 mRNA 相對(duì)表達(dá)量提高（P ＜0.05），這都提示益生菌制劑在改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和腸道免疫功能上具有重要的促進(jìn)作用。 李云鋒等（2011）發(fā)現(xiàn)，用枯草芽孢桿菌能夠提高仔豬小腸IgA 分泌細(xì)胞的數(shù)量， 添加益生菌制劑顯著提高了斷奶后第21 天仔豬血清IgG 和回腸 SIgA 含量， 空腸SIgA 的含量有所提高，但無顯著差異。 這表明添加益生菌制劑可以改善斷奶仔豬的體液免疫和黏膜免疫功能。

3.4 對(duì)畜禽腸道屏障功能和腸道免疫相關(guān)基因表達(dá)的影響 腸道上皮緊密連接蛋白是構(gòu)成腸道屏障功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)， 其可以緩解病原菌對(duì)腸道上皮連接蛋白的損傷， 誘導(dǎo)腸道炎癥因子損傷及腸道屏障結(jié)構(gòu)的完整性和通透性（刑爽和馮京海，2019），進(jìn)而引起畜禽機(jī)體免疫功能的抑制。 腸道細(xì)胞間連接緊密程度， 一方面決定著病原菌是否可以通過腸道屏障結(jié)構(gòu)進(jìn)入體內(nèi)， 另一方面可以選擇性的決定小分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)。 在病理?xiàng)l件下， 益生菌可以通過腸細(xì)胞連接蛋白表達(dá)和分布， 進(jìn)而影響出現(xiàn)病毒性或細(xì)菌性腸道疾病。 有研究表明，在體外細(xì)胞培養(yǎng)條件下，將大腸桿菌K88 與腸道上皮細(xì)胞共同培養(yǎng)后，發(fā)現(xiàn)豬腸道上皮細(xì)胞的通透性明顯下降， 其主要原因可能是降低了腸道上皮細(xì)胞Occuldin、Claudin-1 以及ZO-1 的表達(dá)和分布， 從而影響了腸道屏障功能（Yu 等，2018）。 乳酸菌可以有效調(diào)控腸道上皮細(xì)胞蛋白的表達(dá)和分布，改善病畜的腸道屏障功能，緩解腸道黏膜的損傷程度。體外試驗(yàn)條件下，羅伊氏乳酸桿菌能夠顯著增加結(jié)腸炎小鼠隱窩底部連接蛋白Occuldin 和ZO-1 的表達(dá)， 改善腸道屏障功能（Liu 等，2015）。 乳酸菌也可以調(diào)節(jié)腸道炎癥細(xì)胞因子的平衡， 進(jìn)而提高病畜腸道上皮細(xì)胞緊密連接蛋白的完整性。有研究發(fā)現(xiàn)，植物乳酸菌可以緩解大腸桿菌K88 感染豬腸道上皮細(xì)胞細(xì)胞系 IPEC-J12 的 IL-1β、IL-8 以及 TNF-α 表達(dá)水平， 腸道緊密連接蛋白恢復(fù)正常表達(dá)水平（Mao等，2016）， 其中誘導(dǎo)產(chǎn)生的 TNF-α 和 IFN-γ 也可以影響腸道緊密連接蛋白的表達(dá) （AL-Sadl，2016；Lee，2015）。

益生菌調(diào)控腸道免疫功能除了受腸道屏障功能完整性影響之外，還受腸道免疫miRNA 相關(guān)基因表達(dá)的影響。miRNA 可以參與腸道上皮細(xì)胞增殖、 細(xì)胞因子分泌和腸道免疫功能調(diào)控（Moein等，2019）。 有研究發(fā)現(xiàn) miRNA 在結(jié)腸炎患者中11 個(gè)相關(guān)miRNA 位點(diǎn)中 miR-192 表達(dá)明顯下降， 這個(gè)表達(dá)位點(diǎn)可以靶向調(diào)控巨嗜細(xì)胞炎癥蛋白的表達(dá)，進(jìn)而提高TNF-α 的大量產(chǎn)生，降低腸道屏障功能的完整性（姚俊等，2018）。在牛腸道中雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量與miRNA 中的miR-15/16、miR-29 和 miR-196 表達(dá)呈正相關(guān)（Slatter等，2019）， 這也就提示益生菌能夠調(diào)控宿主miRNA 相關(guān)基因的表達(dá)，影響淋巴組織和免疫細(xì)胞的發(fā)育，提高畜禽的抗病力。 同時(shí)，腸道菌群可分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（乙酸、丙酸和丁酸），也可以調(diào)控腸道中的miRNA 的表達(dá)，進(jìn)而影響腸道屏障功能。 其中丁酸還具有預(yù)防癌癥的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，在大鼠日糧中添加低聚糖可降低促癌基因miR-17 表達(dá)， 糞便中的丁酸含量卻增加（Nielsen，2019），這也就提示益生菌可能是通過介導(dǎo)腸道m(xù)iRNA 基因表達(dá)來影響腸道機(jī)械屏障、免疫屏障和生物屏障功能的。

4 發(fā)展趨勢(shì)

益生菌制劑在調(diào)控畜禽腸道健康和宿主消化道微生物互作之間存在復(fù)雜的、潛在的關(guān)聯(lián)，未來還需要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行深入研究：（1）從營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與益生菌制劑組合效應(yīng)角度出發(fā)， 按照氧化應(yīng)激-炎癥-免疫功能失調(diào)反應(yīng)，研究益生菌制劑的作用機(jī)理。 （2） 建立益生菌制劑安全使用評(píng)價(jià)體系，通過無菌動(dòng)物模型、菌群移植、腸道瘺管等方式實(shí)現(xiàn)益生菌制劑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。（3）針對(duì)不同生產(chǎn)目的的畜禽群體， 研制適用于不同生產(chǎn)需要的益生菌制劑，根據(jù)微生物對(duì)宿主的調(diào)控作用，確定復(fù)合益生菌制劑的主效菌。