甘露寡糖對(duì)動(dòng)物腸道免疫的影響及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

黃超勇，張海波，幸清鳳，廖曉鵬，關(guān)瑋琨，黎力之，郭冬生

（宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，宜春市功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西宜春 336000）

甘露寡糖（MOS）又稱甘露寡聚糖或甘露低聚糖，廣泛存在于瓜兒豆膠、田菁膠、魔芋粉及多種微生物細(xì)胞壁內(nèi)，主要由2～10個(gè)甘露糖或葡萄糖分子經(jīng)-（1,2）、-（1,3）和-（1,6）糖苷鍵連接而成，屬于功能性聚合糖和非消化性寡糖。MOS根據(jù)構(gòu)成的糖單元不同分為半乳葡甘露寡糖、半乳甘露寡糖、純甘露寡糖和葡甘露寡糖，具有調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝物的作用。腸道乳酸桿菌及雙歧桿菌等益生菌在MOS作用下顯著增殖，腸道pH降低，可抑制多種病原微生物生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，維護(hù)動(dòng)物腸道屏障正常生理功能，增強(qiáng)動(dòng)物免疫力。MOS經(jīng)腸道微生物發(fā)酵主要產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs）可作用于核因子B（NF-B）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR）等信號(hào)通路調(diào)控動(dòng)物免疫機(jī)能。鑒于MOS對(duì)腸道菌群及代謝產(chǎn)物生成有重要調(diào)節(jié)作用，其已成為極具應(yīng)用潛力的微生態(tài)制劑。本文主要綜述了MOS介導(dǎo)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對(duì)腸道免疫的影響和在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為MOS合理開(kāi)發(fā)利用提供理論參考。

1 MOS對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

MOS可被雙歧桿菌、乳酸桿菌等腸道益生菌發(fā)酵利用，提高益生菌競(jìng)爭(zhēng)能力，搶占有限營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和黏附位點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，病原菌表面存在能與宿主腸上皮細(xì)胞特異性寡糖配體結(jié)合的外源凝集素，結(jié)合后促使病原菌黏附定植，引發(fā)腸道感染，降低動(dòng)物免疫力。MOS中甘露殘基可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合革蘭氏陰性病原菌表面的甘露糖-凝集素受體，降低沙門氏菌和大腸桿菌等病原菌定植黏附，促進(jìn)病原菌經(jīng)腸道排出。利用0.2% MOS飼喂巴西肉雞21 d后，腸道中雙歧桿菌、乳酸桿菌相對(duì)豐度分別提高31.18%、27.65%，大腸桿菌和沙門氏菌水平分別下降7.75%、6.65%。Yan等發(fā)現(xiàn)，口服100、200 mg/（kg·d）MOS飼喂肥胖小鼠 28 d 后，雙歧桿菌和乳酸桿菌的豐度顯著提高，血清中微生物代謝物SCFAs顯著增加，脫硫弧菌等病原菌豐度顯著降低。MOS增殖的益生菌能上調(diào)黏蛋白基因表達(dá)，促進(jìn)杯狀細(xì)胞黏液分泌，加強(qiáng)細(xì)胞間緊密連接（TJ），且益生菌作為腸道菌群屏障主要成分，菌群密度的提高可促進(jìn)其與腸黏膜緊密結(jié)合，維持機(jī)體腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，增強(qiáng)動(dòng)物免疫力。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加4 kg/t MOS（純度26%）飼喂大西洋鮭魚(yú)42 d后，腸道上皮細(xì)胞更新加快，杯狀細(xì)胞數(shù)量、腸黏液濃度及絨毛膜長(zhǎng)度分別增加25%、46%和16.6%，改善腸上皮屏障功能。利用0.20 g/kg MOS飼喂患有斑疹傷寒沙門氏菌的雛雞后，干酪乳桿菌、植物乳桿菌和糞腸球菌等益生菌數(shù)量顯著增加，大腸沙門氏菌定植率顯著降低，十二指腸和空腸的絨毛高度及表面積增大，顯著提高雛雞采食量和增重。綜上所述，MOS通過(guò)選擇性增強(qiáng)益生菌對(duì)病原菌的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合病原菌表面甘露糖-凝集素受體抑制其定植黏附，改善腸道微生態(tài)，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞、黏液分泌杯狀細(xì)胞增殖，提高腸黏膜間緊密連接水平，增強(qiáng)動(dòng)物腸道免疫功能。

2 MOS介導(dǎo)SCFAs產(chǎn)生影響腸道免疫功能

腸道菌群降解MOS生成SCFAs，主要包括乙酸、丙酸和丁酸等。提高SCFAs水平可抑制NF-B通路，并上調(diào)表達(dá)，抑制病原微生物繁殖及促炎因子生成，調(diào)控腸道免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，利用6 g/kg MOS灌胃小鼠77 d后，腸道中雙歧桿菌、乳酸桿菌豐度顯著升高，放線菌門豐度顯著降低，乙酸、丙酸、丁酸含量顯著提高。SCFAs通過(guò)降低組蛋白去乙?；福℉DAC）活性，下調(diào)p65 mRNA表達(dá)，抑制IL-6、IL-12及腫瘤壞死因子-（TNF-）等炎性細(xì)胞因子分泌，減弱炎癥反應(yīng)。Duan等發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加400 mg/kg MOS飼喂仔豬28 d后，回腸乳酸桿菌含量增加，盲腸大腸桿菌相對(duì)豐度降低，p65 mRNA表達(dá)下調(diào)，免疫球蛋白（Ig）A和IL-10含量分別提高0.55 mg/kg、1.80 ng/L，白細(xì)胞介素（IL）-4和TNF-水平分別降低4.2、3.22 ng/L。飼糧中添加1 g/kg MOS飼喂大鼠44 d后，雙歧桿菌和乳酸桿菌相對(duì)豐度顯著提高，干擾素（IFN-）、IL-1β、TNF-水平降低，緩解機(jī)體炎癥損傷。

MOS促進(jìn)腸道微生物產(chǎn)生SCFAs后，還可激活mTOR通路，輔助性T細(xì)胞17（Th17）生成增加，抑制炎性細(xì)胞因子分泌，緩解腸道炎癥。Zhu等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加400 mg/（kg·d）MOS飼喂小鼠84 d后，表達(dá)上調(diào)，腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）磷酸化受抑制，IL-6分泌量顯著降低，提高了動(dòng)物免疫機(jī)能。利用6 g/kg MOS飼喂石斑魚(yú)72 d后，上調(diào)了雷帕霉素靶標(biāo)（TOR）和Toll樣受體（）3基因表達(dá)，下調(diào)了凋亡相關(guān)基因，降低了核因子B激酶（IK）和Caspase-3活性，減緩細(xì)胞凋亡。同時(shí)，SCFAs含量增加可抑制外周血單核細(xì)胞（PBMCs），減少TNF-分泌，誘導(dǎo)結(jié)腸T細(xì)胞分化，增強(qiáng)翼狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子（Foxp3）活性，起到抗炎效果。Yan等發(fā)現(xiàn)，利用0.10% MOS飼喂肉雞14 d后，盲腸中雙歧桿菌相對(duì)豐度增加，大腸桿菌和沙門氏菌含量降低，PBMCs水平顯著提高及其吞噬作用顯著增強(qiáng)。

此外，丁酸作為HDAC抑制劑，可促進(jìn)叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子3位點(diǎn)上組蛋白H3乙?；?，表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）分化，抑制脂多糖（LPS）激活NLRP3炎性小體，顯著降低凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白、IL-1等炎性因子活性；丁酸鹽通過(guò)與羥基羧酸受體2（HCA2）結(jié)合，促使巨噬細(xì)胞和結(jié)腸樹(shù)突細(xì)胞分泌IL-10、胞質(zhì)乙醛脫氫酶1抗體（Aldh1a），誘導(dǎo)產(chǎn)生Treg，增強(qiáng)腸道免疫機(jī)能。利用2 g/kg MOS飼喂湖羊羔羊21 d后，柔嫩梭菌群、真桿菌和棕色瘤胃球菌豐度顯著提高，丁酸含量增加20.17 mmol/L，和表達(dá)上調(diào)，機(jī)體免疫力增強(qiáng)。Tatiana等發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加1.50 g/kg MOS飼喂肉牛7 d后，丁酸鹽含量提高1.06%，總SCFAs提高2.70%，血漿中血清淀粉樣蛋白A降低27.74 μg/mL，TNF-、IL-1、IL-6等促炎因子含量顯著降低?？傊?，MOS促進(jìn)SCFAs產(chǎn)生：一方面，可降低HDAC活性，抑制NF-кB通路，上調(diào)mTOR通路，促進(jìn)Th17生成，降低IL-4、IL-6、IL-12及TNF-等下游炎性因子濃度，緩解腸道炎癥反應(yīng)；另一方面，SCFAs可抑制PBMCs分泌TNF-、IL-1和IL-6等促炎因子，誘導(dǎo)結(jié)腸T細(xì)胞增殖分化，增強(qiáng)動(dòng)物腸道免疫功能。

3 MOS在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 MOS在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用 在豬飼糧中添加適量MOS可優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，抑制病原微生物繁殖，改善動(dòng)物腸道健康。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加1 000 mg/kg MOS飼喂仔豬28 d后，腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌數(shù)分別提高0.08、0.24 CFU/g，大腸桿菌數(shù)降低0.20 CFU/g。在仔豬飼料中添加0.2% MOS可降低腸道菌群中沙門氏菌和大腸桿菌比例，改善仔豬腹瀉。同時(shí)，MOS具有促進(jìn)機(jī)體免疫細(xì)胞分裂、提高抗體水平、增強(qiáng)動(dòng)物免疫機(jī)能的作用。Davis等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.3% MOS飼喂斷奶仔豬21 d后，淋巴細(xì)胞含量提高7.9×10/μL，平均抗體水平增長(zhǎng)12.17%，抑制了IL-1、IL-6和TNF-等促炎因子分泌，可緩解炎癥反應(yīng)。MOS應(yīng)用于豬生產(chǎn)中還可提高機(jī)體生長(zhǎng)速率，改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。Tang等發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.2% MOS飼喂斷奶仔豬17 d后，血清中生長(zhǎng)激素和類胰島素生長(zhǎng)因子-1濃度顯著提高，眼肌中胰島素樣生長(zhǎng)因子表達(dá)上調(diào)，仔豬生長(zhǎng)速率加快。利用2 g/kg MOS飼喂仔豬31 d后，干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)、粗纖維消化率分別提高2.80%、5.00%、1.60%，鈣、磷攝取利用率分別增加7.1%、9.6%，回腸中蘇氨酸、賴氨酸和蛋氨酸吸收效率分別提高12.30%、5.20%、3.60%，飼料轉(zhuǎn)化率提高20.16%。

3.2 MOS在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用 MOS具有調(diào)節(jié)反芻動(dòng)物胃腸道微生物區(qū)系、提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝率的作用。利用2% MOS飼喂灘羊60 d后，顯著提高了普雷沃氏菌和瘤胃球菌科NK4A214豐度，乙酸濃度顯著增加。研究發(fā)現(xiàn)，灘羊日糧中添加2% MOS飼喂30 d后，干物質(zhì)及中性洗滌纖維消化率分別提高2.99%、14.56%，SCFAs提高8.57 mmol/L，灘羊日增重提高5.27 g/d。同時(shí)，MOS可以增加益生菌豐度，提高機(jī)體免疫球蛋白分泌量，增強(qiáng)反芻動(dòng)物免疫力。飼糧中添加5 g/kg MOS飼喂?fàn)倥?1 d后，糞便中雙歧桿菌豐度增加1.0CFU/g，大腸桿菌豐度降低0.16 CFU/g，血清IgA和IgG分泌量分別增加12.28%、8.63%，日增重提高56.35 g/d。利用5 g/（頭·d）MOS飼喂娟荷育成牛60 d后，血清IgG和IgA水平分別增長(zhǎng)8.87、5.14 μg/mL，IFN-及總免疫蛋白含量分別提高57.87、9.85 ng/L。此外，補(bǔ)充MOS還可改善奶牛氮利用率、產(chǎn)奶量及乳品質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加60 g/（頭·d）MOS飼喂荷斯坦奶牛21 d后，瘤胃SCFAs分泌量增長(zhǎng)13.22 mmol/L，尿素氮含量降低22.28%，產(chǎn)奶量增加0.17 kg/d，乳脂率和乳蛋白率分別提高3.38%、1.87%。

3.3 MOS在家禽類生產(chǎn)中的應(yīng)用 在禽類飼糧中添加MOS可增加益生菌豐度，減少病原菌富集，促進(jìn)家禽免疫器官發(fā)育，提高抗體水平，增強(qiáng)動(dòng)物免疫機(jī)能。Kim等發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.05% MOS飼喂羅斯肉雞28 d后，回腸乳酸桿菌和雙歧桿菌豐度顯著提高，大腸桿菌及產(chǎn)氣莢膜菌數(shù)量顯著降低，盲腸鼠傷寒沙門氏菌定值率下降，血清IgG、IgA濃度分別提高0.32、0.05 g/mL，改善了肉雞免疫防御狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，以0.30、0.60、0.90 g/kg MOS飼喂白羽肉仔雞42 d后均顯著提高了肉雞胸腺、脾臟、肝臟、回腸及盲腸發(fā)育程度，且回腸及盲腸中mRNA和mRNA表達(dá)顯著上調(diào)，腸黏膜屏障功能增強(qiáng)。同時(shí)，MOS對(duì)于肉雞分泌性免疫球蛋白（sIg）A、sIgG等合成釋放也具有顯著促進(jìn)作用。在優(yōu)化腸道菌群基礎(chǔ)上，MOS還可提高動(dòng)物腸道消化吸收能力，促進(jìn)家禽生長(zhǎng)發(fā)育。利用0.10%MOS飼喂櫻桃谷鴨42 d后，腸道pH顯著下降，乳酸桿菌數(shù)提高0.60 CFU/g，大腸桿菌數(shù)降低0.84 CFU/g，干物質(zhì)、粗蛋白質(zhì)及粗灰分利用率較對(duì)照組分別提高5.5%、6.53%及4.06%，耗料重增比降低6.15%，日增重提高4.01 g/d。此外，飼喂MOS對(duì)提高禽類產(chǎn)蛋量及蛋品質(zhì)具有積極作用。Jahanian等發(fā)現(xiàn)，以0.10%MOS飼喂單梳白蛋雞70 d后，雞蛋中膽固醇及甘油三酯含量分別降低34、243 mg/dL，低密度脂蛋白含量上升13.20 mg/dL，大腸埃希氏桿菌及沙門氏菌含量顯著降低，蛋重增加8.10%，雞蛋總產(chǎn)量提高9.80%。

4 小結(jié)與展望

MOS可優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)益生菌增殖，抑制病原菌定植黏附，提高上皮細(xì)胞增殖分化和腸黏膜緊密性，保護(hù)機(jī)體免受病原菌侵襲。MOS促進(jìn)SCFAs生成參與免疫調(diào)節(jié)相關(guān)通路：①抑制NF-B通路激活，降低下游炎性因子濃度；②上調(diào)表達(dá)，促進(jìn)Th17生成，減少IL-6等炎性細(xì)胞因子分泌，緩解腸道炎性損傷；③阻礙PBMCs分泌促炎因子，誘導(dǎo)結(jié)腸T細(xì)胞增殖分化，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。MOS作為新型高效的微生態(tài)制劑已廣泛應(yīng)用于畜牧領(lǐng)域，目前市場(chǎng)上MOS產(chǎn)品主要來(lái)源于酵母細(xì)胞壁中磷酸化葡甘露聚糖蛋白復(fù)合體，但其生產(chǎn)提純方式及理化性質(zhì)均存在差異，補(bǔ)充MOS應(yīng)根據(jù)動(dòng)物品種及年齡階段的不同調(diào)整劑量及使用方法。目前，MOS在維護(hù)腸道健康、調(diào)節(jié)動(dòng)物免疫機(jī)能、改善畜禽生產(chǎn)性能中具有重要作用。但對(duì)于MOS調(diào)節(jié)腸道免疫機(jī)理的相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段，其是否參與更多動(dòng)物菌群代謝物調(diào)控腸道免疫等問(wèn)題還需進(jìn)一步探究。