伍 劍 ，周 盼 ，鐘 銘 ，任 波 ，李 勇

（1.廣西商泰生物工程有限公司，廣西 南寧 530000；2.西南科技大學，四川 綿陽 621000；3.廣西商大科技股份有限公司，廣西 南寧 530000）

仔豬健康是養(yǎng)豬生產(chǎn)效益的重要保證。哺乳仔豬在斷奶時面臨著環(huán)境和營養(yǎng)物質(zhì)來源改變的雙重壓力，表現(xiàn)出以生長率和營養(yǎng)物質(zhì)吸收率降低、腸道功能紊亂及敏感性增加、腹瀉和高死亡率為主要特征的斷奶應激綜合征（Aumaitre 和Corring，1978）。由斷奶應激導致的仔豬胃腸道功能失調(diào)往往給養(yǎng)豬業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失 (Lallès et al., 2007)。隨著我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部第194號公告的出臺，飼料藥物添加劑抗生素類已于2020年7月1日正式退出我國畜牧業(yè)的歷史舞臺。因此，尋找能夠緩解仔豬斷奶應激的安全且有效的功能性營養(yǎng)物質(zhì)成為了豬營養(yǎng)研究的熱點。目前，許多研究已經(jīng)證實在飼糧中添加膳食纖維（Dietary fi ber，DF）是改善斷奶仔豬腸道功能健康和生長性能的較為直接的方法之一，但不同DF類型之間的研究結果仍然存在很大差異。因此，文章基于DF對斷奶仔豬消化能力和消化道健康、腸道微生物區(qū)系變化的影響及可能機制，探討斷奶仔豬日糧中添加DF的可行性。

1 斷奶仔豬的生理及微生物群落變化

仔豬在斷奶時面臨著一系列的應激因素，其中最主要的應激就是營養(yǎng)來源從母乳直接轉(zhuǎn)變?yōu)橹参镄缘墓腆w飼料（Guevarra et al., 2019）。在這期間，斷奶仔豬常常面臨著胃腸道結構和功能的改變，包括腸道微生態(tài)平衡和腸道屏障功 能（Montagne 等, 2007；Pluske等，2013）。根據(jù)Awati等（2006），仔豬的斷奶變化可以分為兩個階段：一是以采食量降低和腸道結構和功能改變?yōu)樘卣鞯募毙噪A段；隨后斷奶仔豬將進入第二階段，即適應性的成熟階段。在急性階段，仔豬腸道的消化酶活性下降，腸道形態(tài)學退化（包括絨毛萎縮和隱窩增生），腸道緊密連接蛋白occludin（OCLN），claudin-1（CLDN1） 和ZO-1的mRNA表達受損，免疫應答損傷和炎癥因子增加（Pluske 和Williams等，1997；Hu 等，2013；Zhu等，2013；Pié等，2004）。在成熟階段，仔豬開始適應固體飼料，腸黏膜質(zhì)量增加，腸道微生物數(shù)量穩(wěn)定并具備更強的發(fā)酵能力。

哺乳動物的胃腸道內(nèi)定植著復雜的微生物群落，這些微生物在調(diào)控宿主營養(yǎng)吸收、腸道功能及免疫應答等方面具有重要作用（Kamada等， 2013）。據(jù)統(tǒng)計，豬結腸中細菌數(shù)量可以達到每克食糜 含1 ×1010～1×1011個（Gaskins等，2002）。斷奶期間仔豬的腸道微生物和機體的免疫系統(tǒng)均處于一個發(fā)展階段，仔豬在這個階段容易受到病原菌的侵襲導致斷奶腹瀉的發(fā)生（Gresse等，2017）。目前的研究表明，腸道的整個微生物區(qū)系變化導致了斷奶仔豬的腹瀉（Dou等，2017），而非僅是個別病原菌所致。腸道微生物在這個階段出現(xiàn)的失調(diào)，具體表現(xiàn)為微生物多樣性降低和一些特定菌屬相對豐度的變化，包括Lactobacillus的降低；Acetivibrio，Dialister，Oribacterium，Prevotella和Proteobacteriaceae等的 增 加(Konstantinov 等，2006；Levesque等，2014；Mach等，2015；Guevarra 等 ，2018）。而仔豬斷奶時微生物群落的變化，被證實與斷奶導致的腸道炎癥相關。仔豬斷奶時的采食量急劇下降會導致腸道炎癥的發(fā)生。腸道的炎癥狀態(tài)會導致機體活性氧如一氧化氮（NO）的產(chǎn)生，NO在釋放進入腸腔后會迅速被轉(zhuǎn)化為硝酸根離子（NO3-）（Gresse等，2017；Zeng等，2017；Pluske等，2018），而NO3-環(huán)境有利于編碼硝酸還原酶基因的Enterobacteriaceae的 生 長（Pluske等，2018）。Enterobacteriaceae的主要病原菌，包括Salmonella enterica serovarTyphimurium和Enterotoxigenic E. coli（ETEC），會進一步誘導炎癥的發(fā)生并破壞仔豬腸道微生物的區(qū)系平衡（Drumo等，2015；Pollock等，2018）。在一個Salmonella Typhimurium感染的斷奶仔豬模型中，Arguello 等（2018）發(fā)現(xiàn)仔豬回腸黏膜的某些有益菌如Bifi dobacterium和Lactobacillus的數(shù)量下降，而有害菌Citrobacter數(shù)量上升，且某些厭氧菌如Clostridium，Ruminococcus和Diallister受到明顯抑制。因此，仔豬斷奶時腸道炎癥的發(fā)生會導致其腸道微生物區(qū)系的紊亂，有利于腸致病性菌尤其是Enterobacteriacea的生長，從而引起仔豬腹瀉。

2 膳食纖維的定義及營養(yǎng)生理特性

1953年，Hipsley提 出DF是植物細胞壁的非可消化成分，如纖維素、半纖維素（包括非淀粉多糖 Non-starch polysaccharides，NSP）和木質(zhì)素。之后，關于DF的定義出現(xiàn)了很多不同的解釋，目前比較廣泛接受的定義是由美國谷物化學家協(xié)會（American Association of Cereal Chemists，AOAC）提出的：膳食纖維是指可抵抗人小腸消化和吸收而在大腸內(nèi)被部分或全部降解的植物的可食用部分或者類似的碳水化合物，包括寡糖、多糖、木質(zhì)素和其他相關的植物種質(zhì)。

由總膳食纖維測定法（AOAC，2007）得到的DF可分為可溶性膳食纖維（Soluble dietary fi ber，SDF）和不可溶性膳食纖維（Insoluble dietary fi ber，IDF）。由 于 物 理 化學性質(zhì)的差別，不同類型的DF通常表現(xiàn)出差異極大的生理學效應（Hamaker等，2014）。SDF由于發(fā)酵性很強，被證實比IDF在細菌代謝上發(fā)揮更大的作用（Gr?sten等，2002）。SDF由于擁有較高的持水力和黏性，被認為可以降低胃排空速率；而IDF則被認為由于具有較低的微生物可降解性，可以增加糞便的排泄（Serena等，2008）。實際上，有很多因素可以影響DF發(fā)酵，包括DF的來源、溶解性、木質(zhì)化程度、腸道通過時間及機體自身生理條件等。一般而言，SDF較IDF更加容易、快速且完全地在大腸內(nèi)被發(fā)酵（Bach Knudsen等，1991）。這是因為水合特性高的DF由于在水中具有更大的延展性和分散性從而極大降低了其物理性屏障（Canbe等，2002）。Serena 等 (2008) 分 別給母豬飼喂含有低DF、高SDF和高IDF的飼糧后發(fā)現(xiàn)，高SDF組母豬的碳水化合物在大腸內(nèi)的消失率顯著高于高IDF組母豬，提示我們含有高不可溶和木質(zhì)化程度較高的DF會限制營養(yǎng)物質(zhì)在豬只大腸內(nèi)的微生物可降解性（Bach Knudsen等，1991）。

DF在大腸內(nèi)被固有微生物發(fā)酵的產(chǎn)物包括短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids, SCFAs）、乳酸鹽、琥珀酸鹽、H2O、氣體及細菌細胞體。在腸腔內(nèi)pH較低或腔內(nèi)SCFAs濃度較高時，SCFAs可以在腸腔內(nèi)快速被吸收，據(jù)估計大約有95%～99%的SCFAs可以在達到直腸前被吸收（Von Engelhard等，1989）。而SCFAs所提供的平均凈能占機體維持凈能的比例，在生長育肥豬上 可 以 達 到15%～24%（Yen等，1991），在人類上可以達到5%～10%（Nordgaard等，1995）。

3 膳食纖維對斷奶仔豬腸道屏障和消化功能的影響

腸道是哺乳動物營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場所，也是機體最重要的免疫器官。腸道屏障包括緊密連接蛋白（（ZO-1, CLDN1和 OCLN）、黏液以及免疫組分如sIgA（Salonen等，2014）。腸道屏障在豬只健康中扮演著重要角色，它能夠阻止腸道細菌尤其是有害菌通過腸上皮細胞(Ulluwishewa等, 2011)。其中，緊密連接蛋白可以在兩個相鄰細胞的邊界上形成緊密連接，以維持腸道的完整性(Li等，2012)，是機體抵抗外界有害物質(zhì)侵襲的有效結構屏障（Michiels等，2011）。而黏液層由杯狀細胞分泌產(chǎn)生，通過給腸道上皮細胞提供保護性的屏障和為微生物提供定植位點，來隔離腸腔內(nèi)容物(Paturi et al., 2012)。MUC2是主要的分泌型黏蛋白，而MUC3和MUC4是由杯狀細胞表達的跨膜黏蛋白(Corfi eld等, 2000)。

研究發(fā)現(xiàn)，添加DF，在一定程度上可以通過增加緊密連接蛋白的表達或黏液的分泌，來緩解仔豬斷奶應激導致的仔豬腸道屏障損傷。Zhu等(Zhu et al., 2020)研究發(fā)現(xiàn)，給斷奶仔豬添加0.5%的焦糊精（淀粉經(jīng)過熱、酸處理，表現(xiàn)為DF生理特性），顯著增加了仔豬回腸絨毛高度以及ZO-1和CLDN-1的mRNA表達，并有效降低了仔豬的腹瀉發(fā)生率。DF應用在斷奶仔鼠上的研究發(fā)現(xiàn)，添加5%的菊粉能夠增加結腸MUC3mRNA的表達和單個隱窩的杯狀細胞數(shù)量，且MUC3mRNA的表達與結腸SCFAs的濃度呈顯著正相關關系(Paturi et al., 2012)。由此表明，DF或其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs對斷奶仔豬腸道黏蛋白的表達和結腸形態(tài)學的發(fā)育有利。

而關于不同類型DF對斷奶仔豬腸道屏障的影響是否一致，目前的研究結果存在不一致性。同樣給斷奶仔豬分別添加總DF含量恒定（1%）但SDF（菊粉）和IDF（纖維素）比例不同的飼糧連續(xù)4周，Chen等在2019年結果顯示，僅1%SDF處理同時顯著增加了結腸黏膜CLDN-1、MUC2、ZO-1和OCLN的mRNA表 達(Chen et al., 2019)。有趣的是，其在2020年的研究結果則顯示，同時添加SDF和IDF的兩個組，即前兩周-0.75%IDF+0.25%SDF-后 兩 周-0.25%IDF+0.75%SDF組（CRMDF）和0.5%IDF+0.5SDF組（MDF），仔豬回腸黏膜OCLN、 CLDN-1和MUC1的mRNA表達顯著上調(diào)，且這兩個組的飼料轉(zhuǎn)化率顯著高于對照組，而MDF組仔豬在后兩周的腹瀉率僅為對照組的21.4% (Chen等，2020)。由此可見，SDF和IDF對斷奶仔豬腸道屏障功能的改善作用可能與腸道位置有關。SDF在改善后腸（如結腸）腸道屏障功能方面更為有效，而SDF和IDF的聯(lián)用則在改善前腸腸道屏障功能方面更具潛力。

實際上，IDF對前腸腸道屏障和消化能力的有益效應在其他研究中也得到了證實。例如，Pascoal等（2015）給斷奶仔豬分別飼喂DF含量一致、來源不同（纖維素、大豆皮和柑橘渣）的飼糧后發(fā)現(xiàn)，盡管大豆皮和柑橘渣組仔豬35日齡的空腸杯狀細胞數(shù)量顯著高于纖維素組，但其絨毛密度則顯著低于纖維素組，且纖維素組仔豬21～50日齡的平均日增重（ADG） 和平均采食量（ADFI）均較其余兩組顯著升高，飼料轉(zhuǎn)化率較柑橘渣改善了23%（柑橘渣組仔豬的相應指標最低）。Pascoal等（2015）發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬飼糧中連續(xù)9 d添加果膠（SDF）。降低了仔豬ADFI、 ADG和飼料轉(zhuǎn)化率，且降低了小腸絨毛高度和隱窩深度以及小腸隱窩中的黏蛋白數(shù)量；而大豆皮組（主要為IDF）則呈現(xiàn)相反的效應，表現(xiàn)為絨毛高度和黏膜消化酶活性的升高。值得注意的是，在前述兩個試驗中均觀察到了仔豬ADFI的降低，而低采食量被認為可以導致腸道結構的損傷（Pluske 等，1997）。這種低采食量帶來的效應已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)可能是飼糧成分影響小腸腸黏膜完整性的直接因素。（Spreeuwenberg等， 2001； Marion等，2002；Vente-Spreeuwenberg等， 2003）。而添加SDF果膠引起仔豬采食量和體增重下降的原因可能與其較差的適口性以及食糜黏性增加引起的飽感增加有關(Hedemann 等, 2006；Watanabe 等，2010)。

當排除了采食量的影響之外，DF本身似乎也對豬只腸道屏障功能發(fā)揮著重要作用。微生物或者其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs被認為是DF改善腸道屏障功能的重要因素（Madsen等，2001；Keeney和Finlay等，2011；Pascoal 等，2015）。體 外 研 究 證實，特定細菌可以影響豬只腸道屏障的完整性，Lactobacillus增加了Caco-2 cells的OCLN、 CLDN-1的mRNA表 達（Anderson等，2010），而Escherichia coli則可以通過從上皮細胞解離緊密連接蛋白而導致緊密連接結構的破壞（Spitz等，1995；Muza-Moons等，2004）。在小鼠模型上，研究者們也發(fā)現(xiàn)Lactobacillus和Bifi dobacterium可以上調(diào)緊密連接蛋白CLDN-1和OCLN的mRNA表達，從而保持腸道機械屏障的完整性 (Wang等， 2014)。Dai等（2012）對 益 生 菌改善腸道屏障的分子機制進行了體內(nèi)和體外研究后發(fā)現(xiàn)，益生菌均能夠使磷酸化p38（P-p38）和磷酸化ERK（P-ERK）的表達增加，由此推斷，益生菌對上皮細胞屏障的保護作用是通過激活p38 和ERK 信號途徑實現(xiàn)的。而對于SCFAs，Matheus等（2017）的研究結果顯示，飼糧中添加丁酸可以通過上調(diào)CLDN-1的mRNA表達，抑制高脂飼糧誘導的腸上皮屏障的破壞。這 與Peng等（2009）和Paturi等（2012）的研究結果一致，他們均觀察到了丁酸通過增強緊密連接蛋白或黏蛋白的表達，增強腸道屏障的完整性這一情況。同時，Peng等（2009）還發(fā)現(xiàn)，丁酸是通過激活AMP-activatedprotein kinase（AMPK）來實現(xiàn)這一效應的。另外，乙酸也被證實可以通過誘導黏蛋白的分泌來防止黏蛋白缺乏小鼠炎癥性腸病的發(fā)生（Kumar等，2016）。Chen等（2019）在發(fā)現(xiàn)SDF組仔豬結腸MUC2mRNA表達增加的同時也發(fā)現(xiàn)結腸SCFAs含量的升高，這是因為DF主要在后腸發(fā)酵，因此其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs在后腸的產(chǎn)量也是最高的。這從一定程度可以解釋為何SDF在改善后腸腸道屏障功能方面更為有效。

由此可見，SDF和IDF可以通過不同的途徑來影響斷奶仔豬腸道屏障的完整性，且其不同的途徑與DF本身的物化性質(zhì)緊密相關。IDF主要通過增加斷奶仔豬的采食量來改善其腸道形態(tài)和屏障完整性；而SDF則主要通過微生物及其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs來改善后腸的腸道屏障完整性，但黏性SDF可能會降低采食量從而對前腸腸道形態(tài)和屏障，甚至對于生產(chǎn)性能產(chǎn)生負面效應，因此添加時要進行科學考量。

4 膳食纖維對仔豬腸道微生物區(qū)系和短鏈脂肪酸產(chǎn)量的影響

既然DF能夠通過調(diào)節(jié)微生物及其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs改善斷奶仔豬腸道屏障結構和功能，那么DF對腸道微生物群落及其代謝產(chǎn)物SCFAs的具體影響值得我們進一步剖析。作為后腸微生物的主要能量來源，DF在單胃動物后腸發(fā)酵可以產(chǎn)生一系列的發(fā)酵產(chǎn)物，而SCFAs是最重要的產(chǎn)物。其中乙酸、丙酸和丁酸的含量尤其豐富，大約占結腸總SCFAs的90%～95%（RIOS-COVIAN等，2016）。DF影響豬只腸道微生物群落的途徑主要有兩條：一是作為能源底物選擇性地增加可降解其特定細菌的增殖；二是通過其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs酸化豬只腸道環(huán)境進而抑制某些病原菌的增殖。

不同類型的DF對豬只腸道微生物群落和SCFAs的影響呈現(xiàn)了顯著的差異性。但總的來看，DF對腸道尤其是后腸微生物群落和其代謝產(chǎn)物存在積極的正面效應。Zhu等（2020）發(fā)現(xiàn)，焦糊精的添加增加了回腸Psychrobacter和Prevotella的相對豐度。這兩個菌屬被證實在營養(yǎng)物質(zhì)吸收和免疫調(diào)控方面發(fā)揮重要作用。Psychrobacter菌屬下的多種菌種均被用作益生菌來改善魚類的飼料效率、消化酶活性、免疫應答和腸道微生物多樣性（Sun等，2011；Yang等，2011；Makled等，2017）；而Prevotella菌種是反芻動物牛和綿羊瘤胃和后腸的優(yōu)勢菌種，主要參與飼糧蛋白質(zhì)和碳水化合物的發(fā)酵，來自Prevotella家族的菌種和Lactobacilli已被證實可以將植物來源的非淀粉多糖降解為SCFAs（Ivarsson等，2014；Ganzle等，2012）。而該研究還發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)SCFAs菌屬Prevotella_1、Ambiguous_taxa等的增加則可以進一步解釋糞便中SCFAs含量的增加。另外，Chen等（2013）發(fā)現(xiàn)，麥麩纖維和玉米纖維的添加增加了回腸Lactobacillus和結腸Bifi dobacterium的數(shù)量。Chen等（2020）的研究也有類似發(fā)現(xiàn)。關于DF添加增加了回腸而非后腸Lactobacillus的數(shù)量的原因，可能與Lactobacillus的定植位點有關。研究證實，Lactobacillus是小腸而非結腸的優(yōu)勢菌種(Wang等，2010；Lin等，2011)。Chen等（2019）觀察到，菊粉添加使結腸各種SCFA（乙酸、丙酸、丁酸）的含量均增加，而纖維素組僅增加了乙酸的含量。這可以從腸道微生物群落數(shù)量的變化來解釋——菊粉增加丁酸含量的原因是Actinobacteria的相對豐度上升，而Actinobacteria可以產(chǎn)生大量丁酸（Davis 和Milner，2009）。在抵抗有害微生物方面，DF也展現(xiàn)了較為顯著的效應。Pascoal等（2015）發(fā)現(xiàn)大豆皮和柑橘渣添加降低了豬只小腸E. Coli的數(shù)量。這與Halas等（2009）和Schiavon等 （2004）的研究結果一致，他們在菊粉和甜菜渣上也觀察到了對E. Coli的抑制作用。

不同類型DF對斷奶仔豬腸道微生物區(qū)系的差異性影響可能取決于DF本身的物理化學性質(zhì)和成分的 差 異（Zhao等，2018）。IDF可能通過增加糞便體積，刺激胃腸道的蠕動降低食糜的通過時間 （Chau等，2007），從而降低胃腸道有害菌的增殖（Wilfart 等， 2007）。而SDF則可能更多通過其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs酸化腸道環(huán)境來抑制病原菌的定植，因為大多數(shù)的病原微生物傾向于在中性或堿性的生長環(huán)境（Gibson和 Wang, 1994）。而SDF的發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs中含量最高的乙酸，可以抵抗包括Pseudomonas aeruginosa和Listeria monocytogenes在內(nèi)的多種病原菌的定植（Gonzalez-Fandos 和Herrera 2014；Madhusudhan， 2016）。

5 小結

仔豬在斷奶時經(jīng)歷著復雜的生理變化，其中胃腸道屏障功能損傷和腸道微生態(tài)紊亂是導致仔豬斷奶死亡的主要原因。在斷奶仔豬飼糧中添加DF，對仔豬腸道屏障和微生物群落具有一定的改善作用，且其發(fā)揮作用的途徑跟其物理化學性質(zhì)密切相關。IDF主要通過增加斷奶仔豬的采食量來改善其腸道形態(tài)和屏障完整性，并通過刺激仔豬胃腸道的蠕動、降低食糜的通過時間來降低有害菌在胃腸道中的增殖。而SDF則主要通過微生物及其發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs來改善后腸的腸道屏障完整性，并且酸化的腸道環(huán)境抑制了病原菌的定植，但應該注意的是黏性SDF可能會降低采食量，從而對前腸腸道形態(tài)和屏障甚至于生產(chǎn)性能產(chǎn)生負面效應，在應用時應對其添加量進行嚴格把關。