■劉夢瑤 陽田恬 閆曉松 程 強(qiáng) 陳霈瑤 張 靜 華正昌 張日俊*

（1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，動物 營養(yǎng)學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193；2.吉林省公主嶺市獸藥飼料監(jiān)察所，吉林 公主嶺 136100）

動物和人類胃腸道擁有一個獨(dú)特、復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，包括數(shù)萬億細(xì)菌、古細(xì)菌、真菌和病毒[1]。這種微生物群落從出生起就存在于腸道中，在人類和動物生理健康的發(fā)展和維護(hù)中起著至關(guān)重要的作用。雙歧桿菌（Bifidobacterium）作為最早定植于動物腸道中的微生物，是一種革蘭氏陽性、無芽孢、無運(yùn)動、過氧化氫酶陰性、厭氧或微需氧細(xì)菌[2]，可以幫助動物體從食物中吸收營養(yǎng)，并合成氨基酸、有機(jī)酸、維生素、細(xì)菌素等供機(jī)體利用[3]；可以提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率，降低飼養(yǎng)成本[4]；可以將細(xì)菌產(chǎn)生的毒素加以代謝、轉(zhuǎn)化，減少對動物體的毒害[5]；能夠維持機(jī)體健康，提高生產(chǎn)性能[6]。腸道菌群和宿主存在著互利共生的關(guān)系[7]，對維持機(jī)體健康、保證正常生產(chǎn)性能具有重要作用。

近年來，人們意識到益生菌的生存能力不是其發(fā)揮健康益處的先決條件，越來越多的研究人員開始關(guān)注細(xì)菌衍生的生物活性物質(zhì)[8]。與活益生菌相比，死菌或益生菌衍生的生物活性物質(zhì)代表了一種更安全的變體，因其具有保質(zhì)期長、精確給藥和對宿主有明確影響等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注[9]。文章旨在總結(jié)雙歧桿菌后生素的益生功能，為其在畜牧生產(chǎn)中發(fā)揮營養(yǎng)保健作用提供理論依據(jù)。

1 雙歧桿菌后生素

雙歧桿菌（Bifidobacterium）占動物腸道微生物群的3%[10]，屬于功能性食品中最常用的細(xì)菌[11]。益生菌療法是指通過攝入有益菌和其代謝產(chǎn)物來改善腸道微生態(tài)環(huán)境的治療方法[12]。當(dāng)益生菌到達(dá)小腸和大腸并定植時，其益生效果顯著，這表明益生菌的益生效果取決于細(xì)菌的代謝活性[13]。益生菌、益生元或合生元的許多益生功能取決于微生物組分和細(xì)菌代謝的最終產(chǎn)物，如短鏈脂肪酸（SCFA）等[13]，這些低分子量的生物活性物質(zhì)統(tǒng)稱為“后生素”[14]。后生素（postbiotics）是指失活的菌體細(xì)胞、細(xì)菌代謝或裂解產(chǎn)生的細(xì)菌素、肽聚糖、脂磷壁酸、維生素、有機(jī)酸、表層蛋白（如金葡菌的A蛋白、A鏈球菌的M蛋白等）和分泌蛋白（如酶、抗體、激素等），對宿主發(fā)揮益生作用的混合物[15-16]。機(jī)體攝入的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)胃腸道中的微生物厭氧發(fā)酵后產(chǎn)生的代謝物質(zhì)具有抗癌、抗氧化、抗炎、抑菌和免疫調(diào)節(jié)等活性（見圖1）[14]，最新的研究強(qiáng)調(diào)了微生物群、宿主、后生素和被激活的代謝途徑的關(guān)鍵作用。

圖1 細(xì)菌定植腸道合成的代謝物質(zhì)及其生理效應(yīng)[14]

大多數(shù)益生菌制劑，尤其是在保質(zhì)期結(jié)束后，產(chǎn)生大量代謝物的同時還含有大量死亡和損傷的微生物。而這些微生物代謝物和死亡的菌體細(xì)胞對宿主生理依舊有很大的影響[17]。

2 雙歧桿菌及其后生素的益生功能

2.1 調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡

維持腸道微生態(tài)平衡可以調(diào)節(jié)黏膜免疫系統(tǒng)并防止病原體定植。研究表明，葡聚糖硫酸鈉（DSS）改變了小鼠的腸道菌群結(jié)構(gòu)，使得變形菌門（Proteobacteria）的相對豐度增加了10倍以上。對腸道菌群的研究報道了變形菌（Proteobacteria），尤其是腸桿菌科（Enterobacteriaceae）在炎癥性腸病（IBD）患者中的含量增加，而雙歧桿菌S24-7的豐度與結(jié)腸炎的發(fā)病率呈負(fù)相關(guān)[18]。一項(xiàng)關(guān)注雙歧桿菌胞外多糖對腸道菌群影響的體外研究表明，雙歧桿菌胞外多糖促進(jìn)了熱球菌門（Phylum Deinococcus Thermus）的生長[19]。Carlos 等[20]對小鼠灌服牛奶雙歧桿菌懸液后，收集小鼠的結(jié)腸內(nèi)容物進(jìn)行16S rRNA 基因序列分析，發(fā)現(xiàn)厚壁菌門（Phylum Firmicutes）的豐度顯著增加，沙雷氏菌（Serratia Biziosp.）的相對豐度也有所上升。綜上，雙歧桿菌可以調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，預(yù)防腸道炎癥疾病的發(fā)生。

2.2 豐富營養(yǎng)物質(zhì)

雙歧桿菌可以代謝未消化的食物殘渣（如寡糖和低聚糖），并利用宿主黏蛋白或透明質(zhì)酸。碳水化合物代謝基于獨(dú)特的己糖發(fā)酵途徑，果糖-6-磷酸鹽磷酸酮酶（Fructose-6-phosphate phosphoketolase，F(xiàn)6PPK）將果糖-6-磷酸從葡萄糖轉(zhuǎn)化為果糖-4-磷酸，導(dǎo)致短鏈脂肪酸——乙酸和乳酸的形成。除了SCFA，雙歧桿菌還能產(chǎn)生抗氧化劑、共軛亞油酸、多酚、B族和K族維生素以及某些被稱為羊毛硫抗生素的細(xì)菌素等生物活性物質(zhì)[21]。B 族維生素由8 種水溶性維生素組成，在合成代謝和分解代謝反應(yīng)中起著輔酶的作用[22]。雙歧桿菌在腸道定植后，會合成B族維生素和其他維生素供宿主吸收。研究發(fā)現(xiàn)每克雙歧桿菌細(xì)胞干重中含VB1100 mg、VB22.5 mg；每升雙歧桿菌培養(yǎng)液中含VB125～250 mg、VB2210 mg、VB6100 mg、葉酸25 μg、尼克酸400 μg[23]。短雙歧桿菌CCFM1025在氨基酸、碳水化合物和脂肪酸的代謝途徑中較為活躍，L-半胱氨酸、L-蛋氨酸、甘露醇和18-羥基油酸產(chǎn)量較高，其代謝產(chǎn)生的L-抗壞血酸、谷胱甘肽和泛素等抗氧化化合物質(zhì)可能對不產(chǎn)生共軛亞油酸的菌株具有主要保護(hù)作用[24]。因此，雙歧桿菌可以通過代謝產(chǎn)生各種短鏈脂肪酸、B族維生素和抗氧化化合物來豐富日糧營養(yǎng)成分。

2.3 抑菌功能

研究表明雙歧桿菌對革蘭氏陰性病原菌存在以下幾種抑制機(jī)制，包括通過產(chǎn)生有機(jī)酸降低局部pH、未解離的有機(jī)酸分子的抑制作用、對營養(yǎng)物質(zhì)的競爭、對黏附位點(diǎn)的競爭、對宿主免疫的刺激[25]以及特定抗菌物質(zhì)的產(chǎn)生[26-27]。雙歧桿菌通過抗定植來防止胃腸道的病原菌定植，與其他腸道微生物協(xié)同消化不能被宿主酶消化的多糖，并向周圍環(huán)境分泌細(xì)菌素，這些細(xì)菌素被歸類為一般公認(rèn)的安全級肽（generally recognized safe，GRAS）[28]。雙歧桿菌（BifidobacteriumB1、BifidobacteriumB2）產(chǎn)生的抗菌物質(zhì)對革蘭氏陰性病原菌具有抗菌活性[29]，且在3 ℃和-18 ℃下仍能保持抗菌活性，在pH為5～7的環(huán)境下穩(wěn)定、耐熱并顯示出殺菌作用[30]。有機(jī)酸，特別是乙酸和乳酸，對革蘭氏陰性菌有很強(qiáng)的抑制作用，然而，還有少數(shù)學(xué)者認(rèn)為有機(jī)酸的產(chǎn)生是雙歧桿菌具有抑菌活性的唯一因素[31]。但也有人提出菌液中的其他物質(zhì)也可能具有活性，如細(xì)胞裂解物可以治療由微生物引起的呼吸道感染[32]。綜上所述，雙歧桿菌通過產(chǎn)生有機(jī)酸、細(xì)菌素和抗菌化合物發(fā)揮抑菌作用。

2.4 抗氧化功能

生物體新陳代謝產(chǎn)生過多的活性氧（ROS）會攻擊細(xì)胞內(nèi)的生物大分子，導(dǎo)致細(xì)胞氧化損傷，進(jìn)而引發(fā)多種疾病[33]。研究表明，益生菌及其后生素對宿主氧化還原狀態(tài)的調(diào)節(jié)是通過益生菌分泌肽螯合金屬離子來實(shí)現(xiàn)的[34]。雙歧桿菌作為腸道中重要的有益菌，能夠清除機(jī)體產(chǎn)生的氧自由基，減少氧自由基對機(jī)體造成的損害[23]。雙歧桿菌A7R5的發(fā)酵上清液可以顯著抑制血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)的活性氧水平的增加和過氧化氫酶（CAT）活性的增加，有助于降低心血管疾病的發(fā)生[35]。動物雙歧桿菌的發(fā)酵上清液和胞內(nèi)提取物在體外能有效清除羥自由基和超氧陰離子自由基，同時增強(qiáng)小鼠的抗氧化能力[36]。此外，通過對雙歧桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素在自由基清除活性方面的研究，評估了其潛在的抗氧化活性[28]。由此可知，雙歧桿菌后生素能抑制活性氧水平的提高，有效清除各種自由基，增強(qiáng)宿主的抗氧化能力。

2.5 免疫調(diào)節(jié)功能

雙歧桿菌的細(xì)胞壁成分和細(xì)胞質(zhì)提取物具有免疫刺激特性，激活細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)和體液免疫反應(yīng)。雙歧桿菌的純化細(xì)胞壁上清液和無細(xì)胞提取物通過肌動蛋白絲的形成、液泡的發(fā)育和細(xì)胞因子的產(chǎn)生引起巨噬細(xì)胞的快速活化[37]。雙歧桿菌的細(xì)胞壁大部分由肽聚糖組成，肽聚糖可占細(xì)胞壁表面的30%～70%。短雙歧桿菌的肽聚糖可引起T細(xì)胞向Th1分化和樹突細(xì)胞的成熟[38]。據(jù)報道，從短雙歧桿菌、青春雙歧桿菌和長雙歧桿菌中獲得的肽聚糖可抑制腫瘤細(xì)胞系（如HT-1376、SNUC2A 或DLD-1）的增殖[39]。對RAW 264.7細(xì)胞系的研究表明，雙歧桿菌細(xì)胞壁制劑誘導(dǎo)腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素-6 和一氧化氮的產(chǎn)生[40]。細(xì)菌極性脂質(zhì)（糖脂和磷脂）顯示出高度的多樣性和結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。雙歧桿菌極性脂質(zhì)被宿主Toll 樣受體1（toll-like receptor1，TLR1）、Toll 樣受體2（toll-like receptor2，TLR2）和Toll 樣受體6（toll-like receptor6，TLR6）識別。TLR2受體在大多數(shù)細(xì)菌表面抗原的識別中起著重要作用[如脂類、脂磷壁酸（LTA）和肽聚糖]，但只有以異二聚體的形式TLR1/TLR2 或TLR2/TLR6 才能識別脂蛋白和脂肽[41]，從而促進(jìn)免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的啟動。雙歧桿菌產(chǎn)生的胞外多糖能夠增加其對腸道細(xì)胞系的黏附，影響外周血單核細(xì)胞（PBMC）的增殖和細(xì)胞因子的產(chǎn)生[42]。此外，研究表明，在大多數(shù)情況下，高分子量的中性胞外多糖能夠抑制促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，而小分子量的胞外多糖或酸性胞外多糖具有免疫刺激特性[43]。因此，雙歧桿菌后生素通過促進(jìn)淋巴細(xì)胞的分化、降低炎癥因子的表達(dá)和抑制腫瘤細(xì)胞的增殖來增強(qiáng)機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)功能。

2.6 調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)

微生物群-腸道-大腦軸是一個雙向通信系統(tǒng)，通過宿主神經(jīng)、免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)（N-I-S system）發(fā)揮作用，因此，腸道菌群成為抑郁癥疾病治療最具吸引力的方向之一[9]。研究表明短雙歧桿菌CCFM1025含有較多編碼糖基水解酶(GHs)的基因，具有較強(qiáng)的碳水化合物利用能力和腸道內(nèi)環(huán)境適應(yīng)性[44]。CCFM1025 改變了長期應(yīng)激小鼠的腸道微生物群，并提高小鼠合成脂肪酸和色氨酸的能力，產(chǎn)生高水平的神經(jīng)代謝物（如黃嘌呤、色氨酸、短鏈脂肪酸等），從而減輕應(yīng)激誘導(dǎo)的抑郁小鼠的抑郁樣行為和神經(jīng)異常[45]。研究發(fā)現(xiàn)乳雙歧桿菌M8能減少小鼠全腦的Aβ斑塊，并保護(hù)腸道微生態(tài)平衡，減輕APP/PS1 小鼠的認(rèn)知功能障礙。此外，雙歧桿菌還可以減少大鼠大腦中死亡細(xì)胞的數(shù)量，上調(diào)乙酰膽堿水平，提高神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性，降低阿爾茨海默癥的發(fā)病率[46]。綜上所述，雙歧桿菌通過合成高水平的神經(jīng)代謝物、上調(diào)乙酰膽堿水平提高神經(jīng)系統(tǒng)興奮性，具有一定的調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)的功能。

3 雙歧桿菌及其后生素在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

雙歧桿菌制劑可以調(diào)節(jié)仔豬腸道微生態(tài)平衡，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，改善斷奶應(yīng)激。嬰兒雙歧桿菌IM1和乳雙歧桿菌BPL6對斷奶仔豬腸道健康有積極的促進(jìn)作用?？诜雰弘p歧桿菌CECT7210 和乳雙歧桿菌BPL6復(fù)合菌發(fā)酵液能減少仔豬糞便中鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella Typhimurium）的排泄量，降低直腸溫度，改善腸道絨毛高度和隱窩深度的比值（V/C），對斷奶仔豬的腸道健康有積極促進(jìn)作用。此外，受試動物還表現(xiàn)出自愿采食量的增加與腹瀉率的降低現(xiàn)象，雙歧桿菌良好的發(fā)酵狀況以及通過增加雙歧桿菌IEL的數(shù)量可以刺激腸道免疫系統(tǒng)[47]。兩歧雙歧桿菌-唾液乳桿菌二聯(lián)菌經(jīng)胃腸道消化代謝后，能夠顯著提高斷奶仔豬血清中甲狀腺過氧化氫酶（TPO）、白蛋白（ALB）和球蛋白（GLB）的含量（P＜0.05），極顯著降低血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶（ALT）的含量（P＜0.01），極顯著提高仔豬血清中免疫球蛋白A（IgA）、免疫球蛋白G（IgG）和免疫球蛋白M（IgM）的含量（P＜0.001），改善仔豬早期的斷奶應(yīng)激[48]。

3.2 在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

雙歧桿菌可以提高家禽的飼料轉(zhuǎn)化率，改善腸道形態(tài)，抑制病原菌生長。在家禽日糧中添加雙歧桿菌可以增加空腸絨毛高度，降低隱窩深度。生長和脂肪沉積與日采食量水平和飼料效率有關(guān)，日糧中添加雙歧桿菌等益生菌可以提高飼料轉(zhuǎn)化率和采食量，增加產(chǎn)蛋量，并由于低膽固醇作用而促進(jìn)生長[49]。

由于飼料禁抗令的發(fā)布，使得畜牧行業(yè)面臨的最大挑戰(zhàn)是在確保產(chǎn)品安全和健康的同時增加產(chǎn)量。益生菌后生素是益生菌培養(yǎng)物的衍生物，被認(rèn)為是免疫刺激劑、抗炎劑、抗氧化劑、抗微生物劑以及生長促進(jìn)劑，成為天然抗生素的替代品[37]。研究表明植物乳桿菌和長雙歧桿菌產(chǎn)生的抗菌化合物具有抑制家禽中大腸桿菌O157∶H7（Escherichia coliO157∶H7）、沙門氏菌（Salmonella）和單核球增多性李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）的潛力，可作為抗生素替代品應(yīng)用于家禽生產(chǎn)，滿足消費(fèi)者對無抗雞肉的需求[50]。

3.3 在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

雙歧桿菌可在反芻動物體內(nèi)產(chǎn)生大量共軛亞油酸（CLA），促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、提高生產(chǎn)性能。短雙歧桿菌LMC520 的耐酸性和膽汁耐受性較好，可作為益生菌在宿主（瘤胃）中發(fā)揮作用。短雙歧桿菌LMC520在瘤胃條件下將15%的乳酸轉(zhuǎn)化為共軛亞油酸（CLA），顯示出較高的CLA 生產(chǎn)活性，并且具有較低的生物氫化活性，可作為反芻動物的功能性益生菌，提高CLA的產(chǎn)量[51]。對從新生犢牛糞便中分離出的三種雙歧桿菌進(jìn)行基因組分析，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌具有分泌大量酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白及其代謝3’-唾液乳糖和乳清的潛力，可幫助宿主進(jìn)行碳水化合物的消化，促進(jìn)犢牛的生長[52]。

后生素是近幾年提出的新概念，由于其具有多種益生功能，使得雙歧桿菌后生素在動物生產(chǎn)中具有很大的應(yīng)用潛力。

4 展望

雙歧桿菌是健康動物體內(nèi)重要的益生菌，畜禽日糧中添加雙歧桿菌可以改善動物腸道微生態(tài)平衡、促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、提高動物生產(chǎn)性能。但益生菌類產(chǎn)品的核心問題是保證細(xì)菌的活性問題，目前制劑生產(chǎn)廠家在菌種篩選、貯存、加工技術(shù)、保藏及飼喂技術(shù)等方面還需要進(jìn)一步的優(yōu)化。而雙歧桿菌后生素可以在體外適宜條件下進(jìn)行發(fā)酵積累，與活菌相比保質(zhì)期長，能夠豐富日糧營養(yǎng)成分，具有抗炎、抗氧化、抑菌、免疫調(diào)節(jié)和神經(jīng)調(diào)節(jié)等功能，具有廣闊的研究空間。