李玉鵬， 李?；ǎ?尚智援， 竇彩霞， 梁世岳， 席燕燕， 喬家運(yùn)

（1.天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，天津西青300381；2.天津農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)與動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院，天津西青300384；3.天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津西青300387；4.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，河南鄭州450002）

小腸在吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)，也起到屏障的作用，第一線抵御進(jìn)入體內(nèi)的內(nèi)源性和外源性有害物質(zhì)（Judkins等，2020；Liu等，2012）。然而，許多因素，如生理變化的感染，可導(dǎo)致腸黏膜損傷和功能障礙。斷奶是仔豬繁殖過(guò)程很重要的一個(gè)過(guò)渡階段，與豬的組織學(xué)和生物化學(xué)變化有關(guān)（Qiao等，2015），這些生理應(yīng)激反應(yīng)可增加腸上皮通透性（胡玥和呂賓，2017；Yang等，2015），有助于腸毒素大腸桿菌（ETEC K88）和內(nèi)毒素脂多糖進(jìn)入黏膜組織或從腸道轉(zhuǎn)移到機(jī)體循環(huán)系統(tǒng)，致使機(jī)體全身產(chǎn)生炎癥反應(yīng)（Bischoff等，2014），過(guò)度的炎癥反應(yīng)會(huì)損害腸上皮功能及其完整性（Liu等，2012）。Toll樣受體（TLRs）屬于模式識(shí)別受體，TLR2和TLR4是Toll樣受體的2個(gè)受體，分布在細(xì)胞膜上，參與機(jī)體免疫應(yīng)答（李?；ǖ龋?019）。NOD樣受體是先天性免疫中的一大類模式識(shí)別受體（PAMPs），其中NLRP3、NLRP6和NLRP12作為腸道炎癥的負(fù)反饋因子在小腸中高度表達(dá)，且在維持黏膜屏障功能和微生物的共生平衡中發(fā)揮重要的作用（林巧衛(wèi)等，2019；Chen，2014）。

1 丁酸梭菌的特征、營(yíng)養(yǎng)作用及應(yīng)用

1.1 丁酸梭菌的特征 丁酸梭菌（Clostridium butyricum），又稱宮入菌、酪酸梭菌，細(xì)菌學(xué)分類屬于梭菌屬，是一種嚴(yán)格厭氧革蘭氏陽(yáng)性芽孢桿菌（Wu等，2017）。丁酸梭菌是人和動(dòng)物腸道的正常菌群，廣泛存在于土壤和酸奶中。丁酸梭菌能夠產(chǎn)生芽孢，具有抵抗外界相對(duì)惡劣環(huán)境的理化性質(zhì)，耐高溫，90℃熱處理10 min不會(huì)失活，在體內(nèi)能耐受胃液、膽汁酸和消化酶的作用，丁酸梭菌只對(duì)少量抗生素新生霉素、萬(wàn)古霉素和四環(huán)素等敏感，對(duì)其他抗生素具有很強(qiáng)的耐藥性，已經(jīng)成為新一代芽孢益生菌。

1.2 丁酸梭菌的營(yíng)養(yǎng)作用 丁酸梭菌產(chǎn)生的氨基酸、B族維生素和維生素K，能促進(jìn)維生素E的吸收，補(bǔ)充機(jī)體必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) （Storari等，2016）。丁酸梭菌還可以分泌一些酶類，如淀粉酶、糖苷酶、纖維素酶、蛋白酶、果膠酶等，在這些酶的作用下，底物發(fā)酵成葡萄糖、麥芽糖等，有助于機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收（Duan等，2017）。此外，丁酸梭菌可以降解益生元產(chǎn)生乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸，能夠在胃腸道中被機(jī)體直接吸收（Shang等，2016）。

1.3 丁酸梭菌在畜禽飼糧中的應(yīng)用 目前在韓國(guó)，丁酸梭菌制劑已經(jīng)作為飼料添加劑被應(yīng)用于牛、豬和家禽飼糧中。我國(guó)農(nóng)業(yè)部雖然在2009年7月批準(zhǔn)丁酸梭菌制劑可以作為微生物飼料添加劑使用，但是至今其在動(dòng)物飼料中還未被普遍應(yīng)用。我國(guó)市面上銷售的微生態(tài)制劑產(chǎn)品中，以乳酸菌、芽孢桿菌和酵母菌為主，而丁酸梭菌的產(chǎn)量卻較少。飼糧中添加丁酸梭菌和枯草芽孢桿菌配伍的復(fù)合益生菌可以提高生長(zhǎng)肥育豬的平均日增重、降低料肉比，并提高養(yǎng)分表觀消化率（Lan等，2017）。丁酸梭菌既能單獨(dú)作為飼料添加劑使用，也能與乳酸菌、芽孢桿菌和雙歧桿菌等益生菌復(fù)配使用，增強(qiáng)該類產(chǎn)品的功效。一株具有產(chǎn)抗菌肽能力的丁酸梭菌飼喂斷奶仔豬后，能夠替代抗生素、達(dá)到高劑量氧化鋅的使用效果（王騰浩，2015）。在肉雞飼糧中添加丁酸梭菌，也可顯著提高其體重和平均日增重（Zhang等，2016）。李玉鵬等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌飼喂仔豬，能夠提高仔豬的平均日增重，但是對(duì)料肉比的影響并不顯著。

2 丁酸梭菌對(duì)仔豬腸道功能的調(diào)節(jié)作用

2.1 丁酸梭菌調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系 黏附是細(xì)菌對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生作用的重要步驟，益生菌能夠抑制致病菌的黏附來(lái)降低其增殖，限制其對(duì)宿主的侵害，發(fā)揮益生菌的抑菌功能（Scalfaro等，2017）。丁酸梭菌通過(guò)產(chǎn)生酸性物質(zhì)、抗菌物質(zhì)和致病菌競(jìng)爭(zhēng)黏附位點(diǎn)等多種作用機(jī)制改善腸道菌群（李楊，2018）。脂磷壁酸在細(xì)菌黏附過(guò)程中發(fā)揮重要作用，研究表明，丁酸梭菌脂磷壁酸成分，能抑制拜氏梭菌和大腸桿菌對(duì)人結(jié)腸癌細(xì)胞以及腸道細(xì)胞的黏附（Gao等，2011）。楊華等 （2019）研究表明，與產(chǎn)腸毒素大腸桿菌（ETEC）組相比，不同濃度丁酸梭菌干預(yù)后，顯著抑制了ETEC產(chǎn)黏附基因FaeG與腸毒素基因estA、estB的表達(dá)。李玉鵬等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌飼喂斷奶仔豬后，可降低空腸和回腸中大腸桿菌的數(shù)量，提高空腸和回腸中乳酸桿菌數(shù)量，調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系。

2.2 丁酸梭菌調(diào)節(jié)腸道緊密連接蛋白 腸道黏膜直接接觸外界，其屏障功能的正常發(fā)揮直接決定著腸道健康。腸上皮細(xì)胞間緊密連接形成的屏障由絨毛與隱窩構(gòu)成，有利于機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和防御功能的正常發(fā)揮 （Zhang等，2016）。緊密連接位于腸上皮的頂端，是腸上皮細(xì)胞間最重要的連接方式，在維持腸上皮細(xì)胞極性和調(diào)節(jié)腸黏膜屏障通透性中發(fā)揮重要作用，是參與控制細(xì)胞旁滲透的關(guān)鍵分子。緊密連接由多個(gè)蛋白組成，其中閉鎖蛋白（Occludin）、閉合蛋白（Claudins）和閉合小環(huán)蛋白（ZO）是最為重要的緊密連接蛋白（Jin等，2020）。Zhang等（2016）報(bào)道，丁酸梭菌飼喂肉雞后，可以增加空腸絨毛高度，降低空腸隱窩深度，降低血清中內(nèi)毒素和二胺氧化酶濃度，提高肉雞腸道屏障功能。深入研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌增加腸上皮微絨毛長(zhǎng)度、降低跨膜通透性的功能與miR-200c蛋白有關(guān)（Xiao等，2017）。研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌飼喂斷奶仔豬后，增加了仔豬腸道緊密連接蛋白Claudin-1、ZO-2的mRNA表 達(dá) （李 玉 鵬 等，2017），降低了血清中二胺氧化酶活性和D-乳酸濃度，提高了仔豬的腸道屏障功能（李?；ǖ龋?019）。

2.3 丁酸梭菌調(diào)節(jié)腸道模式識(shí)別受體Toll樣受體（TLRs）和NOD樣受體（NLRs）廣泛存在于腸黏膜上皮中，能夠識(shí)別多種病原體（細(xì)菌、病毒、真菌等）和機(jī)體危險(xiǎn)信號(hào)（Elena等，2017；Song-Zhao等，2014；Zambetti等，2014），激活免疫信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，通過(guò)NF-κB和MAPK等信號(hào)通路啟動(dòng)促炎性細(xì)胞因子IL-8和TNF-α等的表達(dá)（Song-Zhao等，2014；Zambetti等，2014）。模式識(shí)別受體如核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域NOD樣受體（NLRs）是腸上皮先天免疫的重要調(diào)節(jié)因子，NLRs家族成員中 的NLRP3、NLRP6和NLRP12等可參與細(xì)胞漿內(nèi)炎性體的組裝，通過(guò)半胱氨酸蛋白水解酶-1（Caspase-1）等信號(hào)通路促進(jìn)白細(xì)胞介素1（IL-1）家族細(xì)胞因子IL-1β、IL-18和IL-33的成熟和分泌（Ruiz等，2017）。適量的促炎性細(xì)胞因子能夠促進(jìn)腸組織損傷部位炎性細(xì)胞的趨化和浸潤(rùn)，有利于免疫細(xì)胞產(chǎn)生抗炎性細(xì)胞因子、一氧化氮和抗菌肽等抗感染物質(zhì)，吞噬和清除病原微生物，促進(jìn)腸組織再生，保護(hù)腸黏膜組織；反之，則可以持續(xù)地?fù)p傷腸細(xì)胞和組織，促使腸道組織異常重構(gòu)，最終導(dǎo)致腸道通透性增加，腸道屏障功能受損。

2.3.1 Toll樣受體（TLRs）TLRs相關(guān)的信號(hào)通路根據(jù)髓樣分化蛋白88（MyD88）分為MyD88依賴性和非依賴性兩種，這兩種通路最終都會(huì)激活核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）蛋白的表達(dá)。TLR-4及其信號(hào)傳導(dǎo)途徑上的相關(guān)分子髓樣分化蛋白-2（MD-2）、MyD88和NF-κB是細(xì)菌脂多糖（LPS）刺激傳導(dǎo)的一種跨膜信號(hào)傳導(dǎo)通路，在介導(dǎo)革蘭氏陰性菌感染的宿主反應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用（Haghjooy-Javanmard等，2018）。體外試驗(yàn)表明，丁酸梭菌脂磷壁酸能夠識(shí)別并激活腸上皮細(xì)胞中的TLR2，通過(guò)髓樣分化因子88的非依賴途徑，促進(jìn)適量IL-6和TNF-α的分泌（Gao等，2012）。單核巨噬細(xì)胞 （MMs）、樹(shù)突細(xì)胞（DCs）等可以通過(guò)其膜表面表達(dá)的TLRs感受入侵病原體的PAMPs刺激后，通過(guò)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，最終由進(jìn)入胞核內(nèi)的NF-κB啟動(dòng)核內(nèi)相關(guān)基因表達(dá)，產(chǎn)生相應(yīng)的mRNA，從而合成細(xì)胞因子，如IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及IFN-γ，最終釋放到胞外（Yang等，2015），引起粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞趨化聚集，毛細(xì)血管通透性的增加，淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)等炎癥反應(yīng)，發(fā)揮早期免疫應(yīng)答的效應(yīng)。丁酸梭菌可以借助細(xì)胞壁及裂解后的菌體成分與相應(yīng)的受體結(jié)合，引起固有免疫反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌磷壁酸可引起HT-29細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，但同時(shí)也增加了炎癥抑制因子的分泌，從而避免由炎性因子的過(guò)度表達(dá)引起的細(xì)胞損傷（Wang等，2016）。在小鼠結(jié)腸炎相關(guān)癌癥模型中，丁酸梭菌miR-200c蛋白調(diào)節(jié)促炎性細(xì)胞因子TNF-α和IL-12的表達(dá)（Xiao等，2017）。用丁酸梭菌飼喂太平洋白蝦后，能夠提高其腸道中Toll樣受體、熱休克蛋白70和一氧化氮的表達(dá)（Duan等，2017）。王柳懿等（2017）研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌提高了斷奶仔豬腸黏膜中TLR2、TLR4和TLR5的表達(dá)水平，促進(jìn)了IL-10、IL-8和TNF-α的分泌，激活了仔豬腸道黏膜免疫反應(yīng)。這些研究目前還僅停留在模式識(shí)別受體和細(xì)胞因子的變化方面，而有關(guān)丁酸梭菌對(duì)仔豬TLRs信號(hào)通路影響的研究尚不系統(tǒng)，仍然需要深入研究。

2.3.2 NOD樣受體（NLRs）NLRs是仔 豬先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，充當(dāng)細(xì)胞內(nèi)受體，檢測(cè)病原體和組織損傷引起的內(nèi)因性分子加工，其中的NLRP3、NLRP6和NLRP12作為腸道炎癥的負(fù)反饋因子在小腸中高度表達(dá)，且在維持黏膜屏障功能、炎癥穩(wěn)態(tài)和微生物的共生平衡中發(fā)揮重要的作用（林巧衛(wèi)等，2019；李玉鵬等，2017；Chen等，2014）。Li等（2018）研究表明，在致病性大腸桿菌攻毒的試驗(yàn)仔豬飼糧中補(bǔ)充丁酸梭菌，能保護(hù)腸道的完整性，且通過(guò)抑制非鱗狀細(xì)胞獨(dú)立性，降低腸道NLRP3信號(hào)通路中相關(guān)促炎性細(xì)胞因子的表達(dá)。NLRP6缺陷小鼠與野生型小鼠相比，致病菌可以穿透小鼠更深的上皮隱窩，加重腸上皮損傷 （Wlodarska等，2014）。NLRP12缺陷型小鼠感染減毒疫苗株鼠疫菌后，血清中IL-1β和IL-18減少，脾臟細(xì)菌載量增加，小鼠死亡率也增加 （Vladimer等，2012）。由此可見(jiàn)，NLRPs在維持腸道菌群平衡、促進(jìn)腸黏膜修復(fù)、提高腸道屏障和黏膜免疫功能中發(fā)揮著重要作用。目前，關(guān)于益生菌調(diào)節(jié)仔豬腸道NLRPs方面研究的報(bào)道非常少。Wu等（2016）用鼠李糖乳桿菌處理原代牛乳腺上皮細(xì)胞后，發(fā)現(xiàn)該菌能夠致弱致病性大腸桿菌誘導(dǎo)的NLRP3炎性體的活化，降低IL-1β和IL-18的mRNA表達(dá)，減輕了細(xì)胞損傷。Li等（2018）研究發(fā)現(xiàn)，用丁酸梭菌飼喂斷奶仔豬能夠提高腸黏膜NLRP3和NLRP6的mRNA表達(dá)水平，同時(shí)抑制ETEC K88誘導(dǎo)的NLRP3及其下游信號(hào)通路Caspase-1等相關(guān)基因的表達(dá)。由此表明，這些分子在維持宿主-病原體相互作用和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用。但是，有關(guān)丁酸梭菌對(duì)NLRPs信號(hào)通路影響的研究還鮮見(jiàn)更深入、更系統(tǒng)的報(bào)道，仍然需要繼續(xù)深入研究。

3 存在的問(wèn)題

盡管目前在丁酸梭菌的特征、營(yíng)養(yǎng)作用及畜禽飼糧中的應(yīng)用效果等方面已經(jīng)開(kāi)展過(guò)較深入的研究，但是仍存在一些問(wèn)題有待解決：（1）丁酸梭菌調(diào)節(jié)腸道屏障方面的研究仍較少；（2）丁酸梭菌調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫通路方面的研究尚不系統(tǒng)；（3）對(duì)丁酸梭菌調(diào)節(jié)致病性大腸桿菌等有害菌感染仔豬腸道損傷的分子機(jī)制認(rèn)識(shí)不透徹等。