植物多糖改善腸道健康的作用機(jī)制及甘草多糖在生產(chǎn)上的應(yīng)用

■潘夢(mèng)穎張 才*李元曉孫成振

(1.河南科技大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，河南洛陽(yáng) 471023；2.河南省動(dòng)物福利與健康養(yǎng)殖國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，河南洛陽(yáng) 471023)

腸道是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收的關(guān)鍵場(chǎng)所，與動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育和疾病產(chǎn)生息息相關(guān)。一旦腸道結(jié)構(gòu)被破壞或腸道內(nèi)菌群失衡，會(huì)導(dǎo)致消化功能紊亂，產(chǎn)生代謝疾病、炎癥性腸病及腸癌等（Ding 等，2019；Mirza等，2017）。在動(dòng)物生產(chǎn)中，為了提高生長(zhǎng)性能和預(yù)防疾病，會(huì)使用抗生素來(lái)保障腸道健康，但是過(guò)量使用抗生素會(huì)出現(xiàn)抗生素殘留、病原微生物出現(xiàn)耐藥性，這一問(wèn)題成為對(duì)公共健康的最大威脅之一（Mcclelland等，2022；Capita等，2019）。為減少抗生素不合理使用造成的危害，2020 年開(kāi)始，我國(guó)禁止在飼料生產(chǎn)中添加抗生素，尋找抗生素的替代品已成為重要的研究課題（朱正鵬等，2020）。

多糖（polysaccharide）具有較高生物活性、低副作用、低毒等特點(diǎn)，在動(dòng)物生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用（Song 等，2020）。其中植物多糖具有抗氧化、改善代謝、促進(jìn)生長(zhǎng)、提高免疫力、降低疾病發(fā)生率等多種生物活性（Ghasemian-Yadegari等，2019；Li等，2019；陳圣陽(yáng)等，2016；楊玲等，2019）。植物多糖與腸道菌群二者之間相互作用，腸道微生物消化多糖，多糖為腸道菌群提供能量，植物多糖可以通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群、代謝物和腸道組織形態(tài)改善動(dòng)物健康狀態(tài)（Liu等，2022；Fu等，2022；Sun等，2022）。甘草（Glycyrrhiza uralensis）作為傳統(tǒng)中藥，具有多種生物活性，可用于治療脾胃虛弱、發(fā)熱咳嗽、潰瘍等疾病，其提取物廣泛應(yīng)用于食品業(yè)、保健品和醫(yī)藥領(lǐng)域。目前涉及植物多糖及甘草提取物的研究很多，對(duì)植物多糖生物學(xué)功能和對(duì)禽類的應(yīng)用與影響方面較廣泛，研究甘草提取物也多為黃酮類和三萜類皂苷成分，甘草多糖的報(bào)道較少，本文主要綜述了植物多糖改善腸道健康的作用機(jī)制，重點(diǎn)從調(diào)節(jié)微生物的組成、微生物的代謝產(chǎn)物、改善腸道屏障三個(gè)視角闡述了其改善機(jī)制，并對(duì)甘草多糖在改善腸道和動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行闡述，以期為甘草多糖后續(xù)應(yīng)用提供參考。

1 植物多糖改善腸道健康的作用機(jī)制

1.1 微生物的組成調(diào)節(jié)腸道生理功能

腸道是代謝和物質(zhì)交換的場(chǎng)所，對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要意義。微生物群在代謝功能中有著重要作用，其中70%以上的微生物群生活在宿主的胃腸道中，腸道菌群的結(jié)構(gòu)可以反映動(dòng)物的消化和吸收能力（Pascale 等，2018）；維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定并促進(jìn)宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟（Fang等，2019；Lozupone等，2012）；在吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和動(dòng)物健康生長(zhǎng)中起著重要作用。

腸道微生物的組成改變可能使人類和動(dòng)物產(chǎn)生多種疾?。∟akamoto等，2017；Yu等，2017；Daillère等，2016）。然而受動(dòng)物機(jī)體表型、年齡、生理情況、遺傳背景、養(yǎng)殖環(huán)境、飼糧成分、喂養(yǎng)方式等多種因素的影響，腸道菌群的組成也會(huì)不同。通常而言，若動(dòng)物的遺傳背景、養(yǎng)殖環(huán)境和方式一致，影響腸道菌群的關(guān)鍵則是飼糧的組成（Yin等，2018；Duan等，2019）。許多飼糧添加劑都可以改善動(dòng)物腸道菌群，例如：飼料中添加丁酸鈉可以調(diào)節(jié)肉雞盲腸微生物群和腸道免疫相關(guān)基因表達(dá)，使腸道微生物菌群的豐度和多樣性升高，更好地維持了腸道微生態(tài)平衡，正常生理功能得到了保障，腸道健康狀況得到了改善，提升了肉雞的生產(chǎn)性能（Bortoluzzi等，2017）。多糖作為一種天然飼料補(bǔ)充劑，通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群，或增加碳水化合物活性酶（carbohydrate-active enzymes, CAZy）的基因表達(dá)量、生成短鏈脂肪酸來(lái)調(diào)節(jié)動(dòng)物機(jī)體代謝，進(jìn)而改善動(dòng)物健康（黃媛媛等，2022）。多糖可以改變腸道微生物的多樣性和數(shù)量，促進(jìn)益生菌增殖，減少有害菌（Li 等，2020；Di 等，2018），腸道不同部位的菌群有一定的變化，不同種類的多糖結(jié)構(gòu)也不相同，所以不同種類的多糖能夠促進(jìn)腸道不同部位菌群的生長(zhǎng)（Xu等，2013；Tan等，2018）。許多植物多糖都可以改善腸道菌群，秋葵多糖、枸杞多糖和蒲公英多糖可顯著提高小鼠腸道雙歧桿菌和乳酸菌豐度，降低擬桿菌屬、腸球菌屬的豐度（Gao 等，2018；王瑩等，2021）。黑木耳多糖（Zhao 等，2020；Zhao 等，2019）、肉蓯蓉多糖（Zeng 等，2019）、霍山石斛多糖（Xie 等，2018）都可以降低小鼠厚壁菌門/擬桿菌門的值，增加擬桿菌等有益菌屬豐度，降低致病菌豐度。

1.2 影響微生物的代謝產(chǎn)物，調(diào)節(jié)腸道生理功能

腸道微生物可以通過(guò)產(chǎn)生有益的代謝物和促進(jìn)免疫調(diào)節(jié)功能來(lái)對(duì)宿主腸道的生理功能產(chǎn)生積極影響（Fan 等，2020）。腸道微生物能夠?qū)⒉荒鼙粰C(jī)體直接消化吸收的多糖轉(zhuǎn)化為單糖，反應(yīng)生成可吸收的短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）和其他代謝物[主要包括甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）等]（Yu 等，2018）。在腸道菌群作用下，產(chǎn)生的SCFA主要是乙酸鹽（醋酸鹽）、丙酸鹽、丁酸鹽等生物活性分子，乙酸、丙酸主要來(lái)自于擬桿菌門代謝活動(dòng)，丁酸則主要來(lái)自于厚壁菌門代謝活動(dòng)（Levy 等，2016）。這些SCFA 不但可以作為宿主的主要能源，還可以作為信號(hào)分子直接向腸道受體發(fā)送信號(hào)（Levy 等，2016；Kimura 等，2014），將動(dòng)物體內(nèi)腸道微生物的代謝活動(dòng)與能量穩(wěn)態(tài)聯(lián)系起來(lái)（Kimura等，2013）。此外，SCFA能維持上皮屏障功能、促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，為結(jié)腸提供能量并預(yù)防結(jié)腸炎和結(jié)直腸癌，調(diào)節(jié)基因表達(dá)（Pryde等，2002；Pajak等，2007；Hamer等，2010）。

天然多糖可以對(duì)動(dòng)物體內(nèi)的代謝和代謝物進(jìn)行調(diào)節(jié)，以控制體內(nèi)的各種代謝過(guò)程。在腸道菌群的酵解作用下，產(chǎn)生的乙酸等短鏈脂肪酸，可以通過(guò)降低腸道pH影響腸道環(huán)境；也可以轉(zhuǎn)化為CO2、氫氣（H2）、CH4等次生代謝物，進(jìn)一步被吸收利用并影響能量或物質(zhì)代謝過(guò)程，改善宿主的健康狀況（Ping 等，2020）。研究發(fā)現(xiàn)，菊粉、β-葡聚糖和低聚果糖類多糖可以增加丁酸含量；鼠李糖、鼠李半乳甘露聚糖類多糖可以增加丙酸含量；果聚糖、α-葡聚糖和阿拉伯糖基木聚糖類多糖增加乙酸含量（黃媛媛等，2022）。仙人掌莖多糖可以增強(qiáng)小鼠免疫力并通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)提高新陳代謝及改善腸道健康，從而改善小鼠健康（Liu 等，2022）。Gao 等（2018）研究證明，秋葵多糖可以提高昆明小鼠結(jié)腸內(nèi)乙酸、丙酸和丁酸濃度。Deng 等（2020）在Ⅱ型糖尿病大鼠中，對(duì)魔芋葡甘露聚糖的理化性質(zhì)、降糖作用及機(jī)制進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)它能改善6種糖尿病相關(guān)代謝產(chǎn)物。

1.3 改善了腸道屏障和免疫功能

腸道是消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并參與循環(huán)代謝的關(guān)鍵場(chǎng)所，同時(shí)也是防止外來(lái)微生物、致病菌、病毒等危害機(jī)體的物質(zhì)進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)的天然屏障。腸道的四大屏障包括：上皮細(xì)胞為主的機(jī)械屏障（Khoshbin等，2020）、腸液、消化液及黏液層為主的化學(xué)屏障（Paone等，2020），內(nèi)源性細(xì)菌構(gòu)成的生物屏障和免疫細(xì)胞、免疫因子構(gòu)成的免疫屏障（張德明等，2022）。腸道屏障受損會(huì)致使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)消化吸收發(fā)生紊亂，免疫功能低下，并引發(fā)各種疾病。一方面，植物多糖把腸道微生物作為媒介來(lái)改善免疫功能，研究證明乳酸桿菌等益生菌可使緊密連接蛋白的表達(dá)量提升，改善仔豬腸道屏障功能（Wang等，2018）；也可以通過(guò)微生物代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸來(lái)調(diào)節(jié)腸道功能和免疫功能，短鏈脂肪酸具有抗炎和維持腸道屏障功能的作用（Liu 等，2021）。另一方面，植物多糖直接通過(guò)調(diào)控核因子-κB、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶、轉(zhuǎn)錄激活因子等信號(hào)通路來(lái)增強(qiáng)腸道屏障的相互聯(lián)系并發(fā)揮各屏障的生理功能，有利于腸道結(jié)構(gòu)和功能發(fā)育，維持動(dòng)物腸道內(nèi)微生物的動(dòng)態(tài)平衡，提升動(dòng)物生長(zhǎng)性能和免疫功能（毛欣雨等，2022）。

陳丹等（2020）以免疫抑制小鼠為模型，研究茶樹(shù)花水提物及其多糖對(duì)免疫調(diào)節(jié)及腸道微生物活性的影響，結(jié)果表明可以調(diào)節(jié)小鼠的腸道菌群和以乙酸和正丁酸為主的SCFAs含量，且改善腸道健康是茶樹(shù)花多糖調(diào)控宿主免疫反應(yīng)的關(guān)鍵途徑。秋葵多糖也能夠提高結(jié)腸內(nèi)乙酸、丙酸和丁酸等短鏈脂肪酸含量，乙酸可以為腸上皮細(xì)胞提供能量并調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活性（Al-Lahham 等，2010）；丙酸可以降低肝臟脂肪酸含量并改善胰島素敏感性（Li 等，2020）；丁酸可以依靠緊密連接蛋白和黏蛋白去保障屏障的完整性（Schulthess 等，2019）。Roselli 等（2022）在潰瘍性結(jié)腸炎（ulcer colitis，UC）腸道細(xì)胞的體外模型中研究了低聚半乳糖（galacto-oligosccharides，GOS）的抗炎活性，發(fā)現(xiàn)GOS 能夠抵消葡聚糖硫酸鈉（dextran sulfate sodium salt，DSS）對(duì)細(xì)胞通透性的不利影響。黃芪多糖、黨參多糖的聯(lián)合使用可以減輕結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸黏膜損傷（Tang 等，2021）；木耳多糖也可以減輕小鼠結(jié)腸炎（Zhao 等，2020）。Szx 等（2019）證明霍山石斛多糖可以調(diào)節(jié)小鼠腸道黏膜結(jié)構(gòu)，促進(jìn)β-防御素、黏蛋白-2與免疫球蛋白A（sIgA）的分泌和表達(dá)，增強(qiáng)化學(xué)屏障。Liao 等（2020）證明黃芪多糖可以改善雛鴨腸道黏膜形態(tài)，增加黏膜免疫細(xì)胞數(shù)量，促進(jìn)腸道細(xì)胞因子和sIgA 的分泌。不同的多糖還可以改善不同部位腸道的功能，魔芋葡甘露聚糖能夠增強(qiáng)結(jié)腸完整性（Deng 等，2020）；黃芪多糖和低聚木糖共同作用可以增加十二指腸糖皮質(zhì)激素（glucocorticoid，GCS）數(shù)量、改善回腸形態(tài)（Wang等，2020）；秋葵多糖（Gao等，2018）可以增加結(jié)腸黏膜和肌層厚度，縮短胃腸道通過(guò)時(shí)間。此外，Wu 等（2017）研究證明猴頭菇多糖能提高腸道的絨毛高度/隱窩深度值，增加動(dòng)物腸道的表面積。

2 甘草多糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)

甘草多糖是一種雜多糖，主要分為脹果甘草多糖、光果甘草多糖、烏拉爾甘草多糖（朱韻辰等，2021），不同來(lái)源的甘草多糖的單糖組分不同，但都是以葡萄糖、半乳糖、甘露糖、鼠李糖和阿拉伯糖為主（張銘儒等，2022）。甘草多糖分子結(jié)構(gòu)上特點(diǎn)包括：高度分枝，具有柱狀、環(huán)狀或者近似螺旋的糖鏈結(jié)構(gòu)（孫潤(rùn)廣等，2006），糖鏈與結(jié)合蛋白之間以—O—鍵進(jìn)行連接（史坤，2008）。

早在20世紀(jì)90年代，Shimizu等（1992）采用受控的Smith 降解、有限的水解、限制水解甘草多糖，研究結(jié)果證明，以β-1,3-D-半乳糖組成的主鏈為核心結(jié)構(gòu)，主鏈上帶有側(cè)鏈，側(cè)鏈由半乳糖殘基組成的。孫潤(rùn)廣等（2006）通過(guò)原子力顯微鏡觀察甘草多糖的形態(tài)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)甘草多糖的核心結(jié)構(gòu)組成主要有以下三種：葡萄糖作為主鏈的單一結(jié)構(gòu)，由α-(1,4)糖苷鍵進(jìn)行連接；1,3-D-半乳糖作為主鏈，主鏈上某單元連接一個(gè)側(cè)鏈分支，分支由1,6-半乳糖殘基構(gòu)成或主鏈上所有單元6位連接側(cè)鏈分支，側(cè)鏈由α-1,5-L-阿拉伯糖殘基構(gòu)成。不同來(lái)源的甘草多糖之間也存在差異，野生甘草多糖兩個(gè)組分的相對(duì)分子量分別為0.1 ku和34.1 ku；栽培甘草多糖相對(duì)分子量為25.1、212.0 ku，單糖的主要組分仍是甘露糖和葡萄糖（何培新等，2016）。

多糖的生物活性主要取決于分子結(jié)構(gòu)，主鏈單元、糖苷鍵、支鏈類型及聚合度、頂端構(gòu)型等都可以影響活性。甘草多糖的結(jié)構(gòu)與生物活性也存在關(guān)聯(lián)性。帕麗達(dá)·阿不力孜等（2018）以脹果甘草中活性果膠多糖為研究對(duì)象，研究構(gòu)效關(guān)系，發(fā)現(xiàn)體外免疫和抗腫瘤活性的表達(dá)與結(jié)構(gòu)中的鼠李糖和中性糖支鏈、半乳糖醛酸核心和糖醛酸基團(tuán)等活性片段存在相關(guān)性。

3 甘草多糖在改善腸道及動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用

甘草多糖和其他植物多糖相似，都具有促生長(zhǎng)、抗炎、抗氧化、抗腫瘤（馬璐等，2020；李建房等，2022）、增強(qiáng)免疫、改善腸道健康和提高腸道營(yíng)養(yǎng)吸收的作用（黃靜，2020）。在健康肉雞的飼糧中添加不同劑量甘草多糖，發(fā)現(xiàn)飼糧添加500 mg/kg組、1 000 mg/kg組在提高肉雞平均日增重、降低料重比、提高生產(chǎn)性能方面最明顯，同時(shí)甘草多糖能夠提高免疫器官指數(shù)，提高免疫球蛋白和細(xì)胞因子濃度（陳文彬，2022）。以斷奶仔豬為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)甘草多糖可以降低仔豬死亡率，改善仔豬皮毛發(fā)育狀況，提高仔豬生長(zhǎng)性能、血液參數(shù)和免疫力健康狀況（Li等，2022）。

甘草多糖能夠通過(guò)調(diào)節(jié)腸道微生物及其代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)腸道功能去提高動(dòng)物生產(chǎn)性能。董永軍等（2012）發(fā)現(xiàn)甘草多糖被肉雞腸道內(nèi)細(xì)菌消化利用后，雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益細(xì)菌大量繁殖。乳酸桿菌可以增強(qiáng)腸道屏障效應(yīng)（Li等，2017）并產(chǎn)生有助于維持腸道健康和調(diào)節(jié)免疫功能的乳酸（Sun等，2022）；釋放膽汁鹽水解酶，降低膽汁鹽的活性，減少脂質(zhì)吸收并影響腸道功能（Joyce 等，2014；Yao 等，2018）。雙歧桿菌能改善短鏈脂肪酸產(chǎn)率和碳水化合物利用率（Turroni 等，2016）；例如長(zhǎng)雙歧桿菌可以將阿拉伯木聚糖代謝為乙酸鹽（Rivière 等，2015）。Zhang 等（2018）證明甘草多糖能調(diào)節(jié)腸道菌群并抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，腸桿菌屬、瘤胃菌屬、瘤胃梭菌屬、毛螺菌科等可能是腸道微生物的潛在靶標(biāo)。此外，硒化甘草多糖能夠增加雛雞空腸、回腸及盲腸中脂肪酶、淀粉酶、胰蛋白酶含量，提升十二指腸的消化酶含量和活性，增強(qiáng)消化吸收（武夢(mèng)麗等，2021），還能夠通過(guò)改善十二指腸、空腸和回腸的隱窩深度和絨毛高度來(lái)促進(jìn)雛雞腸道發(fā)育（王虹等，2021）。在斷奶仔豬飼糧中添加甘草多糖，進(jìn)一步證實(shí)甘草多糖能夠增加盲腸微生物菌群的豐富度與多樣性，提高厚壁菌門相對(duì)豐度，降低變形菌門相對(duì)豐度；促進(jìn)乳桿菌屬等有益菌的生長(zhǎng)，減少大腸埃希氏菌屬、志賀氏菌屬等有害菌的生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，改善腸道健康（趙鵬力，2022）。

甘草多糖可以通過(guò)提高腸黏膜組織緊密蛋白ZO-1 表達(dá)量，降低腸道的通透性，改善機(jī)械屏障，預(yù)防腸道炎癥（李發(fā)榮等，2020）。黃靜等（2020）以感染產(chǎn)腸毒素大腸桿菌的仔豬為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)感染后腸道上皮細(xì)胞受損，降低細(xì)胞活力，甘草多糖可通過(guò)抑制Toll 樣受體2（TLR2）等受體來(lái)抑制促炎因子的表達(dá)，減少腸道上皮細(xì)胞炎癥，維持細(xì)胞正?；盍?。在肉雞飼糧中添加甘草多糖，證明甘草多糖可以促進(jìn)腸黏膜sIgA 的分泌，小腸絨毛高度增加，隱窩深度變淺，V/C 值升高，明顯改善了小腸的腸道形態(tài)（陳文彬，2022）。

4 結(jié)語(yǔ)

在全面禁止畜牧生產(chǎn)過(guò)程中添加抗生素的環(huán)境下，植物多糖作為抗生素的替代品，可與腸道及菌群相互作用，改善動(dòng)物健康狀態(tài)。甘草多糖作為植物多糖的一種，可以通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子、腸道微生物群及其代謝物、保護(hù)腸黏膜屏障來(lái)改善動(dòng)物健康，為助力畜牧生產(chǎn)和防治腸道疾病提供新的解決方案，具有廣闊應(yīng)用前景。