微生態(tài)制劑對家禽腸道健康影響的研究進展

溫家姝 胡彩虹 崔世豪 董信陽*

(1.浙江大學動物科學學院飼料科學研究所，浙江省飼料與動物營養(yǎng)重點實驗室，杭州 2310058；2.中南百草原集團有限公司，湖州 2313300)

家禽的生產性能直接影響家禽養(yǎng)殖業(yè)的經濟效益，而腸道作為家禽消化和吸收營養(yǎng)物質的主要場所，其健康程度關系著家禽的健康水平和生產性能[1]。腸道不僅是營養(yǎng)物質消化吸收的主要場所，還具有十分重要的防御功能。腸道內環(huán)境失衡會導致一系列腸道疾病，腸腔內細菌和毒素潛入腸道的幾率升高，感染、炎癥等問題加劇，阻礙營養(yǎng)物質的消化吸收，引起動物生產性能降低甚至死亡[2]。為了維持家禽健康和提高其產品的品質，生產中往往會通過改良飼糧配比的方式促進家禽對營養(yǎng)物質的消化吸收及轉化合成。微生態(tài)制劑(microecological agents)作為一種綠色環(huán)保的飼料添加劑，其改善腸道健康效果明顯，具有巨大的利用價值。本文將綜述微生態(tài)制劑在改善家禽腸道健康方面的研究進展，以期為微生態(tài)制劑的深入研究提供參考。

1 微生態(tài)制劑

微生態(tài)制劑是指被攝入動物體內并且能夠有效參與腸道微生態(tài)平衡、調節(jié)微生物區(qū)系、促進腸道消化吸收和轉化等生理功能，可以提高動物生產性能的一類活的微生物培養(yǎng)物的總稱。微生態(tài)制劑被分為3類：益生菌(probiotics)、益生元(prebiotics)和合生元(synbiotic)。

益生菌是指被攝入體內后對宿主(如動物或人類)有正面效益的具有生物活性的微生物，其中廣泛應用于家禽養(yǎng)殖業(yè)的有乳酸菌類、丁酸梭菌類、芽孢桿菌類等。研究表明，益生菌能夠有效促進腸道健康，加強腸道免疫功能；益生菌作為免疫系統(tǒng)的調節(jié)物質，在炎癥和抗炎反應時維持腸道內平衡[3]。

益生元是指一類不被宿主消化吸收卻能夠選擇性地促進體內有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的碳水化合物的小片段，被認為是腸道微生物菌群的“肥料”，最常用的益生元有低聚果糖(fructo-oligosaccharide，F(xiàn)OS)、低聚反式半乳糖(transgalacto-sacchorides，TOS)、菊粉、低聚木糖(xylooligosaccharides，XOS)等。益生元通過選擇性刺激腸道內微生物的活性對宿主產生有益的影響，從而改善腸道健康[4]。

合生元是將益生菌和益生元聯(lián)合使用，共同發(fā)揮二者益生作用的一類復合微生態(tài)制劑[5]。

2 微生態(tài)制劑對家禽腸道健康的影響

2.1 微生態(tài)制劑對家禽腸道物理屏障的影響

腸黏膜屏障包含物理屏障、化學屏障、免疫屏障和微生物屏障(圖1)。腸道物理屏障是腸腔與內環(huán)境之間的第1道防線，由黏液凝膠層、腸上皮細胞(intestinal epithelial cell，IEC)和細胞間的連接所組成。細胞間的連接從頂端到基膜依次為緊密連接(tight junction)、黏附連接(adherence junction)、橋粒(desmosome)和縫隙連接(gap junction)。緊密連接是細胞間最基本的結構形式。緊密連接蛋白主要有閉鎖蛋白(Occludin)、閉合蛋白(Claudin)和連接黏附分子(junctional adhesion molecule，JAM)3種完整的跨膜蛋白和閉合小環(huán)蛋白(zonula occludens，ZO)等。在家禽中，關于Claudin-1、Claudin-2、Claudin-3、Claudin-5、Claudin-16、ZO-1和ZO-2以及Occludin等的研究較多，研究中多以十二指腸、空腸、回腸的形態(tài)指標來反映腸道物理屏障的完整情況[6]，如絨毛高度(villus height)、隱窩深度(crypt depth)以及絨毛高度與隱窩深度的比值(villus height/crypt depth，V/C)。絨毛高度越高，隱窩深度越淺，表明小腸對營養(yǎng)物質的利用率越高，越有利于家禽的生長發(fā)育[7]。

Intestinal lumen：腸腔；Stirred mucus layer：外黏液層；Unstirred mucus layer：內黏液層；Epithelium：上皮細胞；Water and electrolytes：水和電解質；Apical junctional complex：緊密連接復合體；Desmosome：橋粒；Lamina propria：固有層；Cytokines：細胞因子；Chemokines：趨化因子；Proteases：蛋白酶；Immunoglobulins：免疫球蛋白；Innate and adaptive immunity：先天免疫和適應性免疫；B lymphocyte：B淋巴細胞；Plasma cell：等離子體細胞；Dendritic cell：樹突狀細胞；Mast cell：肥大細胞；T lymphocyte：T淋巴細胞；Macrophage：巨噬細胞；Eosinophil：嗜酸性粒細胞；Goblet cell：杯狀細胞；Transcellular pathway：(跨)細胞通路；Neurotransmitters：神經遞質；Intestinal microbiota：腸道菌群；Antomicrobial peptides：抗菌肽；Digestive enzymes：消化酶；Microvilli：微絨毛；M cell：微褶皺細胞；Paracellular pathway：細胞旁通路；IEL：腸道上皮內淋巴細胞intraepithelial lymphocyte；Enterocyte：腸細胞；Nervous system：神經系統(tǒng)；Smooth muscle：平滑肌；Intestinal microbiota：腸道微生物區(qū)系。

2.1.1 益生菌對家禽腸道物理屏障的影響

大量研究證實，益生菌有利于維護家禽腸道物理屏障的完整性，改善腸道形態(tài)。Xu等[9]發(fā)現(xiàn)飼糧中添加200 mg/kg凝結芽孢桿菌增加了肉雞十二指腸V/C。解淀粉芽孢桿菌制劑也能夠增加十二指腸、空腸和回腸的V/C，維持腸道物理屏障的完整性。Jiang等[10]報道，飼糧中添加益生菌能夠顯著提高肉雞十二指腸、回腸絨毛高度。酵母培養(yǎng)物(yeast culture，YC)是指在特定工藝條件控制下由酵母菌在特定的培養(yǎng)基上經過充分的厭氧發(fā)酵后形成的微生態(tài)制劑。飼糧中添加0.3% YC后，蛋雞腸道中緊密連接蛋白Occludin和Claudin-1表達量增加[11]。此外，乳酸菌對乳鴿腸道具有類似的作用效果。研究表明，飼喂乳酸菌后乳鴿回腸和十二指腸絨毛高度、V/C增加[12]。袁文華等[13]在親鴿飼糧中添加了丁酸梭菌和乳酸菌，結果發(fā)現(xiàn)親鴿和乳鴿腸道形態(tài)都得到改善，該結果可以解釋為丁酸梭菌的代謝產物——丁酸，有利于腸道上皮細胞的增殖，并構成了適宜乳酸菌生存的物理環(huán)境，進而維持有益菌群平衡，保持腸道屏障完整。與其研究結果相類似，謝鵬等[14]向親鴿飼糧中添加枯草芽孢桿菌后有效提高了乳鴿腸道絨毛高度，降低了隱窩深度，增大絨毛表面積，說明枯草芽孢桿菌能夠間接促進乳鴿腸道絨毛的發(fā)育，提高其吸收營養(yǎng)物質的效率。

益生菌制劑能夠修復腸道因外界因素所造成的損傷。研究顯示，添加不同種類的枯草芽孢桿菌能夠修復感染雞球蟲病的蛋雞空腸黏膜的損傷，促使蛋雞空腸中連接附著分子2(junctional adhesion molecule 2，JAM2)和Occludin表達量升高[15]。夏季高溫環(huán)境導致家禽熱應激的發(fā)生，熱應激破壞家禽腸道形態(tài)結構，包括絨毛斷裂、絨毛高度降低、絨毛面積減小、隱窩加深和黏膜上皮細胞脫落[16]。發(fā)生熱應激時，添加益生菌后7和21日齡肉雞十二指腸絨毛高度增加，7日齡肉雞回腸V/C升高；7日齡肉雞回腸黏膜中Occludin的mRNA表達量升高，結果證明益生菌能夠有效緩解熱應激對腸道物理屏障造成的負面影響[17]。Jiang等[10]報道，益生菌能夠修復因熱應激而導致的肉雞腸道功能受損，通過調節(jié)腸道黏蛋白mRNA和蛋白的表達并加速杯狀細胞的分化來增加杯狀細胞的數(shù)量。另一種解釋稱，益生菌是通過調控皮質酮水平降低過量的促炎因子，從而修復腸道物理屏障損傷的[18]。此外，添加微生態(tài)制劑還能緩解脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)對肉雞腸道造成的損傷。研究表明，飼糧中添加枯草芽孢桿菌可使注射LPS的肉雞的腸道緊密連接蛋白的基因表達量升高，表明腸道屏障功能得以修復[19]。

2.1.2 益生元對家禽腸道物理屏障的影響

有關益生元的研究大多數(shù)體現(xiàn)在不同種類的寡糖如纖維寡糖(cello-oligosaccharide，COS)、多聚木糖和菊粉等對于腸道的影響。Song等[20]研究顯示纖維寡糖增加了肉雞空腸絨毛高度和V/C。一類富含多糖的海藻——滸苔，被證明可對蛋雞的空腸絨毛高度和V/C產生積極的影響[21]。菊粉通過直接降低雞的促炎反應和增強黏膜免疫來減輕硒引起的腸道損傷，具體表現(xiàn)為減輕十二指腸、空腸和回腸的絨毛萎縮和脫落現(xiàn)象[22]。還有研究揭示了菊粉通過提高緊密連接蛋白的基因表達量來增強腸道屏障功能，從而減輕硒對腸道造成的損傷[23]。在蛋雞飼糧中添加低聚木糖，空腸絨毛高度和V/C呈線性增加，十二指腸絨毛高度呈二次增加[24]。

2.1.3 合生元對家禽腸道物理屏障的影響

益生菌和益生元聯(lián)合使用往往會產生更好的效果，有效促進腸道健康。洪奇華等[25]發(fā)現(xiàn)由益生菌和纖維寡糖組成的合生元可有效緩解熱應激對肉雞腸道造成的損傷，結果顯示空腸絨毛高度和V/C升高，空腸跨上皮細胞電阻抗值(trans-epithelium electrical resistant，TER)也升高，TER是評價腸上皮屏障完整性的指標，在一定范圍內，TER越大，表明腸上皮屏障完整性越好。Wu等[26]研究表明，飼糧中添加合生元(低聚果糖和其他有益微生物的混合物)后，能夠有效修復熱應激導致的肉雞十二指腸和回腸形態(tài)受損。

2.2 微生態(tài)制劑對家禽腸道免疫功能的影響

腸相關淋巴樣組織(gut-associated lymphoid tissue，GALT)即免疫屏障，分為組織性淋巴組織及散在于整個腸壁中的淋巴細胞，前者包括腸集合淋巴結和腸系膜淋巴結及較小的孤立淋巴濾泡，后者主要是指微皺褶細胞及散在于黏膜固有層及上皮細胞層內的各種淋巴細胞、樹突狀細胞、肥大細胞等(圖1)。GALT可以分泌多種細胞因子，如干擾素(interferon，IFN)、集落刺激因子(colony stimulating factor，CSF)、白細胞介素(interleukin，IL)、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等，它們能夠殺死病原體并調節(jié)腸道黏膜的免疫功能[27]。腸上皮細胞通過表達免疫識別受體如Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)和NOD樣受體(NOD-like receptor，NLR)等，激活核轉錄因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)和促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)等產生免疫應答[28]。

2.2.1 益生菌對家禽腸道免疫功能的影響

腸道中免疫相關細胞的數(shù)量和分布能夠反映腸道免疫功能。研究證明，益生菌通過激活巨噬細胞，增加腸道上皮內淋巴細胞(intraepithelial lymphocyte，IEL)產生的細胞因子和免疫球蛋白(immunoglobulins，Ig)(尤其是IgA)來增強腸道免疫性能[4]。飼喂細菌凝結物后，肉仔雞腸道中IgA陽性細胞數(shù)量增多[9]。飼糧中添加地衣芽孢桿菌(Bacilluslicheniformis)后，蛋雞腸道中肥大細胞的數(shù)量增加，回腸和盲腸中IEL的數(shù)量增加[29]。Zhang等[11]研究表明，飼糧中添加YC后，蛋雞十二指腸和空腸中的β-防御素和抗菌肽基因表達上調，可改善蛋雞腸道免疫功能。Munyaka等[30]研究了YC對肉雞腸道免疫功能的影響，結果表明，肉雞腸道中TLR4、IL-12、IL-10和IFN-γ表達下調。飼糧中添加200 mg/kg凝結芽孢桿菌后，肉仔雞十二指腸中IFN-α、TLR3和黑色素瘤分化相關基因-5(melanoma differentiation-associated gene-5，MDA-5)的水平提高，分泌型免疫球蛋白A(secreted immunoglobulin，sIgA)陽性細胞的數(shù)量增多[9]。

飼糧中補充益生菌可以增強與免疫相關基因的表達?？莶菅挎邨U菌可以修復由LPS刺激引起的肉雞腸道損傷，從而提高黏蛋白(mucin 2，MUC2)的表達，以及在炎癥狀態(tài)下提高緊密連接蛋白和MUC2的mRNA表達。Chen等[31]報道，飼糧中添加枯草芽孢桿菌可降低蛋雞腸道中TLR4、MyD88、NF-κBp65、IL-1β和TNF-α的mRNA表達水平，推測可能通過TLR4、MyD88、NF-κB信號通路抑制促炎性細胞因子釋放，進而維持腸道免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.2.2 益生元對家禽腸道免疫功能的影響

益生元附著在病原體上，充當發(fā)酵底物，增加腸腔的滲透作用，間接刺激巨噬細胞的反應和短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)的產生，從而調節(jié)免疫系統(tǒng)[32]。菊粉可促進家禽腸道中有益菌的增殖、抑制病原菌的生長、刺激SCFA增多和腸道免疫反應[33]。此外，菊粉可通過激活免疫過程中涉及的基因和細胞因子的表達來調節(jié)免疫反應[34]。

2.2.3 合生元菌對家禽腸道免疫功能的影響

甘露寡糖與益生菌的混合物可提高慢性熱應激肉雞的腸道免疫功能[35]。Ashraf等[36]報道，飼糧中添加甘露寡糖和益生菌的混合物改善了熱應激肉雞IEL和杯狀細胞的數(shù)量及分布。

2.3 微生態(tài)制劑對家禽腸道菌群的影響

附著于腸黏膜上的各類腸道菌群共同組成了腸道微生物屏障(圖1)。腸道微生物屏障的穩(wěn)定性有助于家禽腸道內環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和家禽健康。常見的腸道有益菌主要包含乳酸菌和雙歧桿菌等，有害菌以大腸桿菌和沙門氏菌最為多見。盲腸最具菌群多樣性，有利于其消化吸收富含纖維素、淀粉等多糖的飼糧[37]。

2.3.1 益生菌對家禽腸道菌群的影響

飼糧中添加益生菌能夠直接或者間接影響家禽腸道中有益菌和有害菌的數(shù)量及腸道微生物的代謝產物等，維持腸道健康。研究表明，枯草芽孢桿菌的代謝產物通過降低腸道pH和組織病原體增殖，刺激與腸道相關的免疫系統(tǒng)，從而維持腸道健康[38]。以肉鴿為研究對象，在親鴿飼糧中添加枯草芽孢桿菌能顯著降低乳鴿盲腸中大腸桿菌的數(shù)量并提高乳酸桿菌的數(shù)量，從而維持乳鴿腸道菌群平衡，有效避免腸黏膜受到病原菌毒素的侵害，維持腸道健康[12]。Yang等[39]報道，飼喂枯草芽孢桿菌后能夠增加肉雞腸道中乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量，減少大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量；維持腸道菌群多樣性，減少致病菌的附著，提高腸道免疫功能。枯草芽孢桿菌具有提高肉雞腸道菌群香農-維納指數(shù)(Shannon-wiener index)的作用，表明腸道中菌群多樣性增加[40]。Forte等[41]報道，嗜酸乳桿菌和枯草芽孢桿菌聯(lián)合使用會影響腸道微生物組成，促進有益菌的生長繁殖，減少有害菌的存活。飼喂芽孢桿菌的蛋雞盲腸中需氧菌(芽孢桿菌、乳酸桿菌和雙歧桿菌)的數(shù)量升高，大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量降低[19]。Rawski等[42]證明了飼糧中補充益生菌可減少有害菌的繁殖。丁酸梭菌是一類常見的益生菌，Zhan等[43]研究表明，飼糧中添加丁酸梭菌可增加蛋雞盲腸雙歧桿菌的數(shù)量，同時降低大腸桿菌的數(shù)量。推測這是由于丁酸梭菌通過自身代謝產生大量SCFA，與病原體競爭腸道表面的附著位點，抑制病原體的黏附[14]。

2.3.2 益生元對家禽腸道菌群的影響

大量研究證實，益生元不僅有利于腸道中有益菌的增殖，還可提高腸道中微生物代謝物——SCFA的含量，進而保護腸道健康。Cengiz等[44]研究了持續(xù)14 d飼喂益生元對雛雞腸道菌群的影響，在試驗第7天時發(fā)現(xiàn)，雛雞腸道中大腸桿菌數(shù)量減少、乳酸菌數(shù)量增加。聚甘露糖醛酸鹽(poly-mannuronate，PM)是一種從海藻褐藻中分離出來的藻酸鹽，被認為是較具潛力的益生元。隨著飼糧中PM添加量的升高，雛雞腸道中大腸桿菌數(shù)量減少，乳酸菌數(shù)量增加，乙酸含量升高，腸道內環(huán)境的pH降低，有效阻礙了有害菌的定植[45]。此外，Li等[46]表明，飼糧中添加殼寡糖可以調節(jié)肉雞盲腸菌群組成，增加乳酸菌數(shù)量，降低大腸桿菌數(shù)量，低聚木糖對蛋雞腸道具有相同的作用[24]。

2.3.3 合生元對家禽腸道菌群的影響

合生元對于腸道菌群的作用主要體現(xiàn)在提高有益菌數(shù)量、降低有害菌定植方面，從而實現(xiàn)維護腸道微生態(tài)平衡。飼糧中添加枯草芽孢桿菌和菊粉的混合制劑會降低65～75周齡蛋雞腸道中大腸桿菌的數(shù)量，增加雙歧桿菌和乳酸菌的數(shù)量[47]。由低聚寡糖和枯草芽孢桿菌組成的合生元使肉用鵪鶉腸道中大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量減少，乳酸菌的數(shù)量增加[48]。Mookiah等[49]報道，飼糧中添加合生元后，21日齡肉雞腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量增加，大腸桿菌的數(shù)量減少。

3 小結與展望

目前，關于微生態(tài)制劑在家禽養(yǎng)殖業(yè)中的應用研究已取得很大進展，大量研究已證明了不同種類的益生菌、益生元和合生元的優(yōu)良飼喂效果，文中所提及的微生態(tài)制劑能夠從保持家禽維持腸道屏障完整、提高腸道免疫功能、維持腸道微生物區(qū)系的相對平衡以及對飼糧的消化吸收和轉換利用等多方面保護家禽腸道健康和保持腸道內環(huán)境穩(wěn)定，從而提高家禽的生產性能，有利于家禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展和經濟效益的提高。然而，微生態(tài)制劑在家禽養(yǎng)殖業(yè)中的利用現(xiàn)狀仍存在局限性，例如，對于益生菌制劑種類的選擇過于局限，測定指標較為常規(guī)；有關微生態(tài)制劑在家禽腸道健康的作用機制方面的研究仍需不斷深入，如對于信號通路的研究和相關蛋白表達情況以及在影響微生物多樣性方面仍需探索；微生態(tài)制劑和家禽品種的選擇可多樣化，大量研究都集中在枯草芽孢桿菌、乳酸菌、各類寡糖等上，對于微生態(tài)制劑的探索和創(chuàng)新較少；此外，除雞、鴨外，在家鴿和鵪鶉上的研究較少，應加強研究。相信未來關于作用機制方面的研究會不斷深入，對于動物品種的選取更加多樣化，以期為微生態(tài)制劑應用于家禽業(yè)提供全面的科學理論依據(jù)。