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摘要:仔豬腸道健康與仔豬的生長性能息息相關。腸道微生物在對營養物質的消化吸收、維護仔豬腸道屏障的完整性和刺激腸黏膜免疫的發育方面發揮著重要的作用。斷奶仔豬腸道內有害菌的大量增殖，破壞了仔豬腸道的菌群平衡，引發仔豬腹瀉。因此，盡早建立穩定的微生物群對于維護仔豬腸道健康顯得尤為重要。本文通過不同方法干預仔豬腸道微生物的建立進行了綜述，并分析比較了各方法的利弊，旨在為廣大養殖戶提供理論依據。

關鍵詞:微生態制劑;丁酸鈉;斷奶仔豬;腸道健康

動物胃腸道不僅在營養物質的消化吸收方面起著重要的作用，而且在免疫、內分泌，神經調節中也發揮著不可或缺的作用。棲息在動物腸道的微生物數量龐大，是體細胞和生殖細胞總數的10倍，在機體代謝和免疫調節中發揮著重要作用，因此，腸道也被認為是機體“遺忘的免疫器官”［1］。由此可見，動物腸道健康是保障動物正常生長發育的前提。然而幼齡仔豬腸道發育不健全，再加上斷奶應激，使得仔豬常常出現食欲減退，消化功能紊亂，從而導致腸道屏障功能受損，腸絨毛萎縮，隱窩深度增加，出現腹瀉，最終表現為生長抑制。仔豬除消化系統發育不健全導致腹瀉外，另一個重要的原因是幼齡仔豬腸道還未建立穩定的微生物群［2］。研究表明，仔豬斷奶前后，胃內pH值由3上升到5，胃內乳酸桿菌數量顯著下降，大腸桿菌成為了優勢菌屬，進而導致仔豬腹瀉［3］。由此可見，腸道微生物群對于維護腸道健康具有重要的作用，盡早建立穩定的微生物群體可在很大程度上刺激仔豬腸黏膜免疫的發育，增強機體免疫機能，抵抗外來病原菌的侵入，促進腸道健康。

1微生物促進腸道養分的吸收

1.1對碳水化合物代謝的影響

小腸是動物消化吸收營養物質的重要場所，腸道微生物將宿主攝入的碳水化合物發酵產生乳酸，可降低宿主對能量的吸收和利用，還可促進腸道蠕動，促進營養物質在腸道中的轉運，減少營養物質在小腸中的滯留時間［4］。而在大腸內，微生物可將宿主不能分解利用粗纖維以及非淀粉多糖發酵產生短鏈脂肪酸，為宿主提供能量［5］。研究表明，短鏈脂肪酸還可作為信號配體調節機體代謝，促進腸上皮細胞的增殖、分化，刺激腸上皮細胞對水、鈉的吸收，加快結腸血流量，增加腸絨毛高度，維持腸黏膜上皮結構的完整，促進腸道健康［6］。

1.2對蛋白質代謝的影響

攝入的蛋白質進入腸道被小腸消化成小肽和氨基酸后，并不能完全被腸上皮細胞吸收利用，此時，腸道微生物在蛋白質的代謝過程中發揮了重要的作用。有研究指出，豬小腸缺乏分解代謝如蘇氨酸脫氫酶、組氨酸脫羧酶和苯丙氨酸羥化酶等必需氨基酸的酶，而棲息在小腸內的微生物對飼糧中氨基酸的代謝發揮了作用，經腸道微生物分解產生的氨基酸可被腸細胞吸收利用，促進腸道對蛋白質的代謝［7］。此外，腸道微生物還可利用腸道產生的副產物氨來合成菌體蛋白，為宿主提供優質的蛋白原料。

1.3對維生素和礦物元素代謝的影響

研究表明，腸道微生物可合成維生素B、K，其中雙歧桿菌可合成多種B族維生素，脆弱桿菌和大腸桿菌可合成維生素K［8］。由此可見，腸道微生物可緩解宿主維生素B和K的缺乏癥。動物體一般對礦物元素的吸收利用率很低，但微生物產生的代謝產物與機體內礦物元素結合，可大大提高礦物元素在宿主的吸收效率。研究表明，腸道微生物代謝產生的有機酸，可促進后腸鈣、磷的吸收。因此，有機礦物元素將逐漸取代無機礦物元素。

2微生物與免疫的關系

腸黏膜屏障是腸黏膜免疫發揮作用的重要結構基礎，是宿主抵御微生物和有害物質的第一道防線，由腸黏膜上皮細胞、細胞間緊密連接與菌膜組成，可有效阻止細菌穿透黏膜進入深部組織。分泌型免疫球蛋白A(secretoryimmunoglobulinA，sIgA)在腸黏膜免疫中發揮重要作用。腸道微生物被認為是宿主主要的抗原來源物，可刺激腸黏膜細胞分泌sIgA，活化抗原遞呈通路，激活腸黏膜免疫細胞因子與免疫應答等。正常環境下飼養的動物因與外界環境接觸，胃腸道已建立穩定的微生物群，其腸道黏膜免疫系統發育更趨于完善［9］。但棲息在腸道中的微生物群體中既包括有益菌(如乳酸桿菌，雙歧桿菌等)，也包括有害菌(如大腸桿菌等)，機體免疫系統需連續不斷地在對共生體的耐受力和對病原菌的免疫之間維持一個平衡。這種平衡主要通過小分子代謝產物或群體感應等化學信號進行細胞內和細胞間的通信。

2.1通過細菌群體直接調節機體免疫反應例如分段絲狀細菌(segmentedfilamentousbacteria，SFB)可誘導Th17的成熟［10］。Th17細胞可產生細胞因子IL－17和IL－22，促進抗菌肽的產生和組織修復，增強對檸檬酸桿菌感染的抗性［11－12］。樹突細胞(dendriticcells，DC)感應細菌產生的ATP也可促進Th17細胞的產生，進而促進Th17誘導性細胞因子IL－6和IL－23的表達［12］。

2.2通過代謝產物間接調節機體免疫反應腸道內梭菌代謝產生的乙酸和丙酸可通過激活G蛋白偶聯受體43通路(protein－coupledreceptor43，GPR43)，進而激活調節型T細胞(regulatoryTcells，Treg)。Treg是一群可抑制機體免疫反應的細胞群，可通過直接接觸抗原或分泌抗炎因子，降低機體免疫反應;另外Treg還可抑制淋巴細胞的增殖，從而保護機體免受抗原的影響，在腸道炎癥中發揮關鍵作用［13－14］。微生物代謝產物丁酸一方面可通過抑制組蛋白去乙酰化酶的活性(histonedeacetylase，HDAC)上調叉頭翼狀螺旋轉錄因子(forkhead/wingedhelixtran-scriptionfactor，Foxp3)的表達，Foxp3是CD4+CD25+Treg細胞的特異性標志，可調控Treg發揮正常功能，進而誘導幼稚型T細胞轉化為Treg［15］。另一方面通過抑制HDAC的活性，調節免疫因子的表達，調節機體免疫反應。大量研究表明，微生物代謝產物乙酸、丙酸和丁酸可促進Treg細胞的分化以及抗炎因子IL－10和TGF－β等的分泌，發揮抗炎效應，尤其以丁酸作用最為明顯［16］。Chang等［17］在骨髓來源巨噬細胞上的試驗發現，丁酸抑制HDAC的表達并下調促炎因子的表達。Xiong等［18］在體內試驗中也發現，丁酸可增加宿主防御肽(hostdefensepeptides，HDPs)基因啟動子區域組蛋白3賴氨酸9的乙酰化水平，促進HDPs的表達，發揮抗菌和抗炎效應。

3不同干預手段對斷奶仔豬腸道發育、菌群結構和免疫的影響

相較于胃腸道建立起穩定腸道微生物的成年動物，幼齡仔豬腸道菌群結構存在著較大差異，且不太穩定，極易受到外界環境(如溫度變化、病原菌、斷奶等)的影響，引發仔豬腹瀉，甚至導致死亡。幼齡動物消化道發育不完善，對飼糧中的養分消化能力較差，通過營養手段調節腸道菌群結構過程緩慢，而通過外源性菌群或代謝產物直接干預仔豬腸道菌群結構，可使幼齡動物快速建立穩定的微生物群。因此，近年來，研究者們已經將目標建立在仔豬出生至斷奶期間仔豬腸道菌群結構的建立上，常用的微生態制劑主要有乳酸桿菌、芽孢桿菌、糞腸球菌、丁酸梭菌等，微生物代謝產物主要是丁酸應用最為廣泛。

3.1早期微生態制劑干預對仔豬腸道發育、菌群結構和免疫的影響

3.1.1乳酸桿菌仔豬斷奶后，胃分泌胃酸的能力較弱，胃內pH值由斷奶前的3上升到5，促進了大腸桿菌等病原菌的大量增殖，導致仔豬腹瀉［3］。因此，通過外源添加益生菌可在一定程度上改善仔豬腸道微生物結構。大量研究表明乳酸桿菌發揮抗菌作用是由于乳酸桿菌在腸道中可代謝產生大量的乳酸，降低腸道內pH值，適宜于一些耐酸性環境的有益菌的增殖，從而抑制有害菌的生長，改善腸道菌群結構。Hou等［19］給新生仔豬灌服羅伊氏乳桿菌I5007增加了腸道內乳酸的濃度，降低了腸道內pH值，并增加了仔豬回腸和結腸有益菌的相對豐度，降低了有害菌大腸桿菌的相對豐度。Takahashi等［20］也發現，在仔豬日糧中添加植物乳酸桿菌可增加仔豬整個腸道乳酸桿菌的數量。陳麗仙等［21］發現采用乳酸桿菌配制而成的益生菌制劑可減少腸道好氧菌的數量，增加厭氧菌、雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量。此外，乳酸桿菌的抗菌效應可能還與乳酸桿菌在腸道中產生的H2O2、細菌素等抗菌性物質有關。乳酸桿菌在腸道中代謝產生大量的乳酸，當機體pH值下降到一定程度還可刺激腸道細胞的分裂，促進腸細胞生長，促進腸道發育。乳酸桿菌在腸道還能分泌某種物質(如分裂蛋白激酶)，可通過特異的信號通路促進腸道上皮細胞的生長［22］。楊鳳娟等［23］給新生仔豬灌喂豬源羅伊氏乳桿菌I5007，結果發現，羅伊氏乳桿菌I5007可顯著增加仔豬十二指腸絨毛的高度，提高空腸二糖酶的活性，同時促進仔豬腸上皮細胞緊密連接蛋白的表達，對于改善腸道屏障功能具有重要的作用。此外，乳酸桿菌還可激活巨噬細胞和樹突狀細胞，抑制促炎因子TNF－α等的分泌，并促進IgA的表達，緩解炎癥，但是不同的乳酸桿菌對調節樹突狀細胞應答的效果不同［24－25］。Mizumachi等［26］發現乳酸桿菌可增加斷奶仔豬血清中IgM和IgG的濃度，降低TNF－α的濃度。張董燕等［27］在仔豬日糧中添加不同水平的豬源羅伊氏乳酸桿菌，當添加到0.50%時可顯著提高仔豬的生長性能，降低仔豬血清中白球比，提高血清干擾素γ的含量，提高了機體免疫力。綜上所述，早期乳酸桿菌干預能改善仔豬的腸道菌群結構，腸道菌群結構的建立還可促進腸細胞的生長，刺激腸黏膜免疫系統的發育，增強仔豬腸道屏障功能，促進腸道健康。但乳酸桿菌對酸、抗生素等的耐受力不強，必須含有一定量的活菌數才能發揮效果，而飼料在制粒的過程中經過高溫處理，乳酸桿菌在飼料中的有效含量大大減少，大大減弱了乳酸桿菌在腸道中發揮的作用。

3.1.2芽孢桿菌另一種常用的益生菌芽孢桿菌，其中，在養豬生產中應用最多的是蠟狀芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、納豆芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌，芽孢乳桿菌等。芽孢桿菌大多為需氧菌，可消耗腸道內大量的游離氧，為腸道內乳酸桿菌、雙歧桿菌等厭氧菌提供理想的生存環境，通過降低腸道內pH值抑制有害菌的增殖。蘇勇等［28］給新生仔豬灌喂芽孢乳桿菌S1，結果發現，芽孢乳桿菌S1能緩解仔豬斷奶前后腸道微生物區系的劇烈變化，減輕仔豬的斷奶應激。陳奧運等［29］研究表明，枯草芽孢桿菌與乳酸桿菌聯用可增加斷奶仔豬腸道菌群的多樣性，促進腸道內有益菌的增殖。芽孢桿菌在腸道中可分泌α－淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纖維素酶等多種消化酶，促進飼料在腸道中的消化。此外，還可代謝產生維生素、短鏈脂肪酸、氨基酸等多種營養物質，為腸上皮細胞的生長提供營養物質與能量，促進動物生長。魏立民等［30］探究枯草芽孢桿菌對斷奶仔豬生長性能的影響時發現，添加0.2%枯草芽孢桿菌可顯著提高仔豬的生長性能。辛娜等［31］在斷奶仔豬日糧中添加不同水平的芽孢桿菌，結果發現，添加0.75%的芽孢桿菌可顯著降低胃腸道pH值，提高了十二指腸、空腸的絨毛高度，增加盲腸中揮發性脂肪酸的含量，促進小腸形態發育，促進仔豬健康生長。芽孢桿菌還可刺激機體免疫系統的發育，有效提高機體免疫細胞如巨噬細胞的數量，增強機體免疫能力，減少仔豬腹瀉。祝天龍等［32］研究發現斷奶仔豬飼糧中添加0.5%芽孢桿菌可顯著增加仔豬血清IgA、IgG、補體C3和補體C4的含量。以上研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加芽孢桿菌可改善仔豬腸道菌群組成，增加仔豬腸道菌群的多樣性，緩解有害菌對腸道的侵害，并促進腸道發育，增強機體免疫。芽孢桿菌可形成芽孢，對高溫、干燥、輻射以及化學消毒劑等均有較強的耐受性，添加到飼料中，經飼料工藝加工后，有效含量大大提高，可作為飼料添加劑添加到飼料中。

3.1.3丁酸梭菌近年來丁酸產生菌也逐漸成為飼料行業所關注的菌種。2013年，我國農業部將產丁酸菌列入《飼料添加劑品種目錄(2013)》的附錄2中，與乳酸桿菌、芽孢桿菌等有益菌相比，丁酸梭菌對酸的耐受力更強，且還可與多種抗生素并用，對溫度也具有較強的耐受力，能夠順利經過胃和小腸，到達完全厭氧的回盲結合部、盲腸和結腸進行定植、繁殖和代謝。丁酸梭菌一方面在腸道內將多糖分解成低聚糖，促進腸道內雙歧桿菌、乳酸菌等有益菌的增殖;另一方面產生的代謝產物丁酸等使腸道pH值降低，抑制有害菌的繁殖，從而改善腸道菌群結構。朱曉慧等［33］把丁酸梭菌分別與雙歧桿菌、乳酸菌、糞桿菌進行體外培養時發現，雙歧桿菌、乳酸菌、糞桿菌的數量分別比對照組增加24%、42.57%、6.76%。劉婷婷等［34］探究丁酸梭菌和谷氨酰胺復合劑對斷奶仔豬腸道微生物的影響發現，丁酸梭菌與谷氨酰胺合用可顯著降低仔豬盲腸大腸桿菌的數量，并增加雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量。丁酸梭菌產生的丁酸還可作為腸上皮細胞的能源物質，促進腸上皮細胞的生長，維持腸上皮細胞的完整性。李玉鵬等［35］在斷奶仔豬飼糧中添加丁酸梭菌可顯著上調緊密連接蛋白的表達，增強仔豬腸道屏障功能，仔豬平均日增重與對照組相比提高了7.83%。丁酸梭菌可激活由TLR2介導的NF－κB來誘導炎性因子的產生，調節機體免疫反應。王柳懿等［36］研究發現，丁酸梭菌可激活TLR2/4免疫信號通路，有增加血清中IL－8、TNF－α含量的趨勢，表明丁酸梭菌可激活仔豬免疫反應，提高仔豬的免疫力。此外，丁酸梭菌在腸道代謝過程中產生丁酸、丁酸梭菌素(抗菌肽)、淀粉酶、葉酸等多種維生素、氫氣等還可增強腸黏膜免疫系統的功能。目前，丁酸梭菌還沒有被廣泛應用到飼料生產中，一方面主要是由于丁酸梭菌的生產工藝制約了丁酸梭菌的大批量生產，另一方面，丁酸梭菌在飼料中的有效含量也是限制其被廣泛應用的主要原因。丁酸梭菌的生產和應用還有待進一步研究。

3.2早期丁酸鈉干預對仔豬腸道發育、腸道菌群和機體免疫的影響

因丁酸在維護腸道菌群結構、腸道發育和腸黏膜免疫方面發揮的重要作用，被作為一種新型綠色添加劑廣泛運用到飼料中。研究表明，丁酸是腸上皮細胞的快速能源物質，腸道發揮生理功能所需的60%～70%的能量來自于丁酸，可刺激腸細胞的增殖、分化，加強腸上皮屏障的完整性，并刺激結腸內水鈉的吸收，產生黏膜修復所需的酶，維持腸道正常功能［37］。飼糧中添加一定量的丁酸鈉可顯著增加小腸的絨毛高度，增強動物消化酶(如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等)的活性。羅海洋等［38］研究發現斷奶仔豬飼糧中添加0.1%丁酸鈉顯著增加了仔豬斷奶后1周十二指腸和回腸的絨毛高度于隱窩深度的比值。王繼鳳等［39］表明丁酸鈉可改善小腸黏膜上皮細胞的形態結構，維持小腸黏膜結構的完整性，改善腸道屏障功能。丁酸屬于弱酸性物質，腸道內丁酸累積，不僅為腸上皮細胞提供了能源，還降低了腸道內pH值，可促進腸道內有益菌的增殖，抑制有害菌的增殖［40］。Castillo等［41］報道，丁酸鈉在不影響斷奶仔豬消化道總菌數的情況下，提高了結腸中乳酸桿菌與大腸桿菌的比值。Xu等［42］給新生仔豬灌喂丁酸鈉溶液發現，在不改變總菌數量的情況下，顯著增加了仔豬胃和結腸的菌群多樣性。丁酸還可作為組蛋白去乙酰化酶HDAC的抑制劑，抑制HDAC的活性，下調促炎因子如IL－6，IL－1β，IFN－γ的表達，減弱機體炎癥反應。Chang等［17］在骨髓來源巨噬細胞上的研究發現，丁酸抑制HDAC的mRNA表達，下調了促炎因子IL－6和TNF－α的表達。Xu等［42］給新生仔豬灌喂丁酸鈉溶液，結果發現丁酸鈉顯著下調了HDAC的表達，下調促炎因子并上調抗炎因子的表達，結果表明早期丁酸鈉干預可刺激腸黏膜免疫系統的發育。由于丁酸的酸臭味，在飼料中添加一般經過加工來掩蓋丁酸的酸臭味，促進仔豬腸道采食。目前市場上應用最多的丁酸產品有包膜丁酸鈉、三丁酸甘油酯、雙鹽緩沖丁酸鈉等。經包被后的丁酸鈉在腸道發揮作用的關鍵在于丁酸的過胃比例以及在后腸的釋放量。

4小結

綜上所述，早期菌群和代謝產物干預可促進仔豬腸道盡早建立穩定的微生物群，并可刺激腸道和腸黏膜免疫的早期發育，抵御外來病原菌的侵害，減少仔豬腹瀉等問題。微生態制劑和丁酸鈉等對于仔豬腸道菌群的建立有明顯的作用，但在實際生產上依然存在諸多限制因素。尋找和研發新型添加劑來改善動物腸道菌群結構還存在很大前景。

作者：徐菊美；范覺鑫；張穎；江書忠；肖淑華 單位：湖南九鼎動物營養研究院有限公司