鼠李糖乳桿菌抗炎機(jī)制及其在防治家畜疾病中的應(yīng)用前景

單 強(qiáng),王 雪,朱要宏,王九峰

(中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物醫(yī)學(xué)院,北京 100193)

抗生素是目前防治家畜疾病的重要手段,隨著抗生素的濫用,導(dǎo)致致病菌耐藥性增加,畜禽產(chǎn)品中抗生素殘留等問題,對食品安全和疾病防治帶來了巨大挑戰(zhàn)。中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部在2021年10月21日印發(fā)了《全國獸用抗菌藥使用減量化行動方案(2021—2025年)》,因此尋找潛在的抗生素替代物防治致病菌的感染是迫切需要的。隨著益生菌防治家畜疾病方面研究的深入,越來越多種類的益生菌被發(fā)現(xiàn),而乳酸菌仍然是益生菌的主要群體。乳酸菌具有免疫活性,可用作飼料補(bǔ)充劑來預(yù)防奶牛乳房炎[1]。我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布的《飼料添加劑品種目錄(2013)》中規(guī)定乳酸乳桿菌可以作為飼料添加劑添加在養(yǎng)殖動物的飼料中(附表1)。乳酸菌屬細(xì)菌大多數(shù)是從人類腸道、口腔和泌尿生殖道中分離出來,其中鼠李糖乳桿菌可以抑制各種細(xì)菌病原體的生長并防止黏附[2]。本文就鼠李糖乳桿菌在動物疾病防治方面進(jìn)行闡述,為開發(fā)鼠李糖乳桿菌作為抗生素替代物在家畜疾病防治和食品安全的應(yīng)用中提供參考。

1 鼠李糖乳桿菌

鼠李糖乳桿菌(Lactobacillusrhamnosus)是革蘭陽性菌,屬于乳桿菌屬鼠李糖亞種,兼性厭氧,耐酸,適合生長的pH在5.5～6.2,最適生長溫度在30～40 ℃,培養(yǎng)在MRS培養(yǎng)基中。鼠李糖乳桿菌多見于人和動物的腸道內(nèi)容物、糞便及生殖道內(nèi),也出現(xiàn)在牛奶及乳制品中,其中研究較多的益生菌菌株鼠李糖乳桿菌GR-1(LGR-1)和鼠李糖乳桿菌GG(LGG)分別分離自一名健康白人女性的遠(yuǎn)端尿道和一名健康志愿者糞便樣本,兩者在蛋白的分泌和編碼基因有著一定的差別(表1)[2-3]。

表1 LGR-1與LGG的區(qū)別Table 1 Difference between LGR-1 and LGG

國內(nèi)外大量研究證明鼠李糖乳桿菌具有黏附黏膜表面、抑制病原體生長、破壞生物膜、產(chǎn)生生物表面活性劑和調(diào)節(jié)免疫的能力[4-9]。而在研究中不僅鼠李糖乳桿菌單獨(dú)使用有著良好的動物疾病防治效果,還在與其他益生菌聯(lián)合使用中發(fā)揮很好的作用[10](表2)。鼠李糖乳桿菌GR-1是研究最多的女性陰道益生菌菌株,在家畜的應(yīng)用研究方面,大多數(shù)集中在防治奶牛的疾病中。研究發(fā)現(xiàn)LGR-1可以保護(hù)緊密連接蛋白,調(diào)控線粒體自噬途徑,介導(dǎo)MAPK信號通路,抑制NF-κB相關(guān)的通路蛋白的表達(dá)、K+外排、活性氧(reactive oxygen species, ROS)累積、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞焦亡,進(jìn)而有效防治多種致病菌引起的奶牛乳房炎和奶牛子宮內(nèi)膜炎[11-19]。

從胃腸道分泌物中分離的LGG是目前研究最多的益生菌菌株,在奶牛、水牛和家豬上都有研究。當(dāng)LGG單獨(dú)飼喂給犢牛時,有利于犢牛瘤胃發(fā)育和早期斷奶,使瘤胃中的細(xì)菌群落組成多樣化并在腸道轉(zhuǎn)運(yùn)中存活下來,調(diào)節(jié)瘤胃和腸道微生物的平衡[20-22]。而用LGG進(jìn)行體內(nèi)乳房治療具有由體細(xì)胞數(shù)(somatic cell count, SCC)評估的短暫的促炎活性,并且能夠在接種6 d后改變牛奶的微生物群,但還需要更適宜的方法才能在體內(nèi)使用[23]。當(dāng)荷斯坦?fàn)倥２墒澈悬S曲霉毒素B1的飼料時,用LGG可以促進(jìn)糞便中毒素的排出,減少胃腸道對毒素的吸收,減輕了毒素的肝毒性作用[24]。LGG可以通過保護(hù)緊密連接蛋白、維持腸上皮屏障完整性,調(diào)節(jié)TLR表達(dá),抑制MAPK和NF-κB信號通路,減弱NLRP6,降低炎性細(xì)胞因子表達(dá),加速致病菌的清除,減少致病菌在空腸中定植和易位到肝臟、脾臟和血液中,改善腸道的組織病理學(xué)變化和腸道屏障功能,調(diào)節(jié)腸道菌群,增強(qiáng)腸道抗體防御來減輕家豬胃腸道的炎癥損傷和致病菌感染[25-32]。在仔豬日糧中添加LGG后,可以改善生長性能,促進(jìn)仔豬腸道固有層的早期B細(xì)胞分化和發(fā)育,調(diào)節(jié)腸道菌群,降低腹瀉率,增強(qiáng)腸黏膜的生物、物理和免疫屏障[33-35]。當(dāng)斷奶仔豬被豬輪狀病毒感染引起胃腸炎后,LGG可以抑制病毒增殖并改善空腸黏膜屏障功能[36]。而給用人類輪狀病毒感染豬建立的腸胃炎模型飼喂LGG后,能夠抑制不受控制的自噬和腸道損傷,并預(yù)防上皮損傷,對改善輪狀病毒腹瀉具有中等療效[37-38]。LGG能夠改善人輪狀病毒感染的人源腸道菌群移植后的新生仔豬腸道微生物群,增強(qiáng)疫苗免疫原性和保護(hù)功效[39]。當(dāng)日糧被脫氧雪腐鐮刀菌烯醇污染后,LGG可以減輕毒素誘導(dǎo)斷奶仔豬的腸道損傷,減輕毒素引起的不良反應(yīng)和腎臟抗氧化系統(tǒng)的損害,緩解Sirt3表達(dá)的降低,改善線粒體超微結(jié)構(gòu)異常和線粒體功能障礙[40-41],且鼠李糖乳桿菌RC007也能降低脫氧雪腐鐮刀菌烯醇引起斷奶仔豬組織學(xué)改變、促炎反應(yīng)、MAP激酶的細(xì)胞旁通透性和磷酸化[42]。

在研究中發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌LGG分泌的胞外多糖也有很好的益生作用,可通過Bax/Bcl-2和Keap1/Nrf2信號通路有效緩解H2O2引起豬腸上皮細(xì)胞的氧化損傷和細(xì)胞凋亡并上調(diào)細(xì)胞內(nèi)緊密連接相關(guān)蛋白[43]。鼠李糖乳桿菌ATCC 7469能夠保護(hù)被大腸桿菌破壞的豬腸上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白[44]。鼠李糖乳桿菌LB1可以減少大腸桿菌引起的仔豬腹瀉、氧化應(yīng)激和死亡,調(diào)節(jié)血液細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生化指標(biāo),提高豬的免疫能力和抗氧化應(yīng)激能力,恢復(fù)腸道完整性[45]。鼠李糖乳桿菌HN001可以通過增加分泌過敏原特異性IFN-γ的外周血單個核細(xì)胞的頻率以及由過敏原特異性細(xì)胞的IL-10來有效緩解豬蛔蟲過敏原引起的斷奶仔豬過敏,且減輕早產(chǎn)仔豬壞死性小腸結(jié)腸炎嚴(yán)重程度[46-47]。

在很多的研究中,發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌與其他的菌株或者添加劑配合也可以達(dá)到很好的治療效果。日糧中添加LGG和植物乳桿菌JL01可以減少琥珀酸和棕櫚酸的積累,增加TCDA和DHA的積累來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子水平,增強(qiáng)斷奶仔豬的免疫力來減輕斷奶應(yīng)激[48]。LGG和可可粉的組合對仔豬的糞便微生物群的組成和功能有影響[49]。鼠李糖乳桿菌32和丙酸桿菌P63可以增加瘤胃纖維素酶的活性,減少CH4的排放[50]。

由鼠李糖乳桿菌CECT278、乳酸片球菌CECT5915和羅伊乳桿菌DSM20016組成的乳酸菌組合能夠調(diào)節(jié)陰道內(nèi)的致病環(huán)境,減少子宮內(nèi)膜中大腸桿菌的數(shù)量或無基底組織炎癥,降低感染標(biāo)志物B-防御素和MUC1表達(dá)來緩解大腸桿菌引起的奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞炎性損傷和經(jīng)產(chǎn)奶牛的炎癥發(fā)生[51-52]。同樣,由鼠李糖乳桿菌CECT278、乳酸片球菌CECT5915、羅伊乳桿菌DSM20016和清酒乳桿菌DSM20100組成的乳酸菌組合能夠使促炎細(xì)胞因子IL-8和IL-1β的表達(dá)顯著下降,緩解大腸桿菌引起的奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞炎性損傷[53]。

2 鼠李糖乳桿菌的作用機(jī)理

2.1 調(diào)節(jié)微生物菌群平衡

所有哺乳動物體內(nèi)都共生著對宿主的正常形態(tài)和功能至關(guān)重要的微生物菌群[54]。微生物群穩(wěn)態(tài)可以保持腸道微生物群在宿主代謝和功能中的重要作用[55]。腸道中的微生態(tài)系統(tǒng)維持著微生物菌群與其宿主在不同發(fā)育階段的動態(tài)生理性組合,在環(huán)境發(fā)生變化時,將引起腸道菌群失調(diào)癥[10]。腸道微生物群組成的改變主要取決于各種遺傳、營養(yǎng)和環(huán)境因素,而當(dāng)其發(fā)生改變時會引起腸道通透性、消化和代謝以及免疫反應(yīng)的改變[56]。

腸道微生物菌群平衡的改變會導(dǎo)致胃腸道和代謝疾病的發(fā)生[56]。LGR-1有助于重建健康陰道菌群,抑制大腸菌群的生長,從而預(yù)防復(fù)發(fā)性尿路感染[57]。其被多次證實(shí)可以維持陰道微生物群并干擾異常微生物群[2]。Zhang等[20]在斷奶前向新生犢牛飼喂LGG使瘤胃中的細(xì)菌群落組成多樣化,并調(diào)節(jié)瘤胃和腸道微生物的平衡。在乳房內(nèi)注射滅活的LGG能夠在接種6 d后輕微改變牛奶的微生物群[23]。LGG可以有效緩解大腸桿菌K88感染導(dǎo)致的仔豬腹瀉,其可能與調(diào)節(jié)腸道菌群有關(guān)[29]。在試驗(yàn)第八天給灌服腸道型沙門菌4,[5],12:i:-后導(dǎo)致斷奶仔豬腸道菌群紊亂,而LGG提前給藥一周后使重組微生物-微生物相互作用,并改變回腸微生物群及其相關(guān)的特異性CD3-CD19-T-bet+IFNγ+/-細(xì)胞亞群穩(wěn)態(tài)[31]。焦連國[35]研究發(fā)現(xiàn)沙門菌感染會使仔豬胃腸道菌群形成一個以普雷沃菌科NK3B31族群為中心的網(wǎng)絡(luò)互作菌,而LGG會減弱沙門菌引起的普雷沃菌科NK3B31族群豐度的增加,并協(xié)同增加了梭桿菌屬、動物乳桿菌及丙酸桿菌屬的豐度。崔志文[3]在仔豬出生后灌服鼠李糖乳桿菌LR6001能夠通過促進(jìn)腸道微生態(tài)平衡,增強(qiáng)腸黏膜物理屏障、化學(xué)屏障以及免疫屏障功能來改善腸道健康促進(jìn)仔豬斷奶前后的生長并減少腹瀉。鼠李糖乳桿菌可以有效調(diào)節(jié)微生物菌群平衡,從而抑制有害菌的生長,預(yù)防疾病的產(chǎn)生。

表2 鼠李糖乳桿菌的功能與應(yīng)用

(轉(zhuǎn)下頁 Carried forward)(續(xù)表2 Continued)

2.2 維持上皮細(xì)胞完整性

腸道、陰道、子宮內(nèi)膜和乳腺上皮細(xì)胞的完整性對維持健康至關(guān)重要。當(dāng)上皮細(xì)胞被破壞或破裂時,外表面上的微生物會進(jìn)入組織和血流,從而引發(fā)疾病[9]。上皮細(xì)胞頂端表面的黏液層為微生物提供了很大的障礙,而下一道防線就是上皮細(xì)胞之間的緊密連接,其將內(nèi)膜的頂端和基底外側(cè)隔開[58]。上皮細(xì)胞損傷后細(xì)菌穿透到下面的基質(zhì),往往會引起細(xì)胞損傷和細(xì)胞溶解并引發(fā)炎癥反應(yīng)(圖1)[58]。緊密連接蛋白的上調(diào)可能有助于限制炎癥過程或病原體對上皮造成的損傷[9]。有研究發(fā)現(xiàn),益生菌的關(guān)鍵作用是通過調(diào)節(jié)上皮屏障功能、刺激上皮細(xì)胞之間的緊密連接、維持上皮細(xì)胞的完整性和誘導(dǎo)黏液產(chǎn)生來發(fā)揮作用的[59]。Shan等[11]研究發(fā)現(xiàn)LGR-1能夠保護(hù)被蠟樣芽胞桿菌破壞的奶牛乳腺上皮細(xì)胞間緊密連接的完整性和緊密連接蛋白ZO-1和Occludin的表達(dá)。Zhang等[44]用鼠李糖乳桿菌ATCC 7469增加了產(chǎn)腸毒素大腸桿菌感染豬腸上皮細(xì)胞破壞的ZO-1和Occludin蛋白的表達(dá),從而增強(qiáng)屏障功能并限制病原體入侵。LGG預(yù)處理通過上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)來顯著增強(qiáng)LPS破壞的仔豬腸道屏障。同樣,LGG胞外多糖也是通過上調(diào)細(xì)胞間緊密連接相關(guān)蛋白來緩解H2O2造成豬腸上皮細(xì)胞的損傷[43]。緊密連接結(jié)構(gòu)對于維持細(xì)胞的完整性,防止炎癥的產(chǎn)生起著重要的作用,鼠李糖乳桿菌及其分泌的多糖能夠通過保護(hù)緊密連接結(jié)構(gòu)緩解病原體引起的炎癥及損傷。

A.P.抗菌肽;APP.急性期蛋白 AMP.Antimicrobial peptides;APP.Acute phase proteins圖1 炎癥的發(fā)展(子宮內(nèi)膜炎)[58]Fig.1 Development of inflammation(endometritis)[58]

2.3 增強(qiáng)免疫力,抑制炎癥和凋亡發(fā)生

免疫系統(tǒng)失調(diào)是促進(jìn)致病菌感染的重要因素之一,研究發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌可以通過調(diào)節(jié)多個免疫系統(tǒng)信號通路抑制致病菌感染,但不會誘導(dǎo)炎癥以保護(hù)宿主免受炎性損傷[60]。LGG能夠誘導(dǎo)腫瘤壞死因子TNF-α的表達(dá)升高,而對IL-2、IL-12、IL-23和IL-27的表達(dá)沒有影響[61]。LGR-1可以緩解致病菌引起奶牛乳腺上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)、凋亡以及焦亡,從而起到保護(hù)作用[11-13]。而劉寧[16]也研究發(fā)現(xiàn)LGR-1可以緩解化膿隱秘桿菌引起奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞的K+外排而引起的炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。劉佳瑋等[18]和Liu等[19]研究發(fā)現(xiàn)LGR-1通過介導(dǎo)MAPK信號通路,抑制NF-κB相關(guān)通路蛋白的表達(dá)調(diào)節(jié),抑制奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞炎性損傷的發(fā)生。用LPS刺激豬腸上皮細(xì)胞形成腸炎模型,LGG通過調(diào)節(jié)TLR表達(dá),來抑制MAPK和NF-κB信號通路降低炎性細(xì)胞因子表達(dá),進(jìn)而抑制炎癥的發(fā)生,具有免疫調(diào)節(jié)作用[25]。LGG還可以通過抑制NF-κB通路及減弱NLRP6,防止鼠傷寒沙門菌刺激仔豬腸道產(chǎn)生的過度炎癥反應(yīng),并且減少有害菌在空腸中定植和易位到肝臟、脾臟和血液中,部分改善了腸道的組織病理學(xué)變化,降低了空腸和血漿中的IL-8水平以及空腸中的IL-12/23 p40[26,31]。鼠李糖乳桿菌HN001通過增加分泌過敏原特異性IFN-γ的外周血單個核細(xì)胞的頻率以及由過敏原特異性細(xì)胞的IL-10來抑制豬蛔蟲過敏原引起的斷奶仔豬過敏[46]。使用復(fù)合益生菌鼠李糖乳桿菌CECT278、乳酸片球菌CECT5915、羅伊乳桿菌DSM20016和清酒乳桿菌DSM20100可抑制大腸桿菌引起的奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞感染和炎癥的發(fā)生,并調(diào)節(jié)促炎細(xì)胞因子IL-8和IL-1β的表達(dá)顯著下降[53]。鼠李糖乳桿菌可以增強(qiáng)家畜機(jī)體免疫力,在預(yù)防致病菌感染引起的炎癥反應(yīng)和凋亡表現(xiàn)出良好的效果。

2.4 抑制病原體生長和黏附

鼠李糖乳桿菌的一個關(guān)鍵的益生作用是產(chǎn)生乳酸,所產(chǎn)生的乳酸可以使所處環(huán)境的pH降至4.5以下,從而產(chǎn)生了抑制細(xì)菌和病毒等病原體入侵及生長的作用[62]。LGR-1可產(chǎn)生L-乳酸、H2O2和細(xì)菌素類化合物,這些物質(zhì)可以通過改善上皮的屏障功能,抑制泌尿生殖道和腸道病原體來抑制炎癥的產(chǎn)生[6-7]。其產(chǎn)生的特有的乳酸異構(gòu)體也被證明能夠殺死病毒[2]。生物膜是黏附在表面以提供生理優(yōu)勢的生物群落,生物膜為細(xì)菌提供了抗微生物劑和宿主免疫系統(tǒng)的保護(hù),此外還對一些乳酸桿菌產(chǎn)生的防御因子(如乳酸、H2O2和細(xì)菌素)具有抵抗力[63]。當(dāng)病原體的生物膜形成后,很難用傳統(tǒng)抗生素清除,且復(fù)發(fā)率高。而LGR-1是迄今為止唯一能在體外穿透這些生物膜的菌株,可能能夠比抗生素更好地預(yù)防或破壞病原體相關(guān)生物膜,且不會增加耐藥性[64]。LGR-1可以通過抑制生長、減少菌絲分化和抑制生物膜形成相關(guān)基因,抑制非生物表面上白色念珠菌菌株的生物膜形成[65-66]。研究發(fā)現(xiàn)LGR-1還有抑制和破壞陰道加德納菌和陰道阿托波菌生物膜的能力[7]。

致病菌黏附于上皮細(xì)胞主要通過細(xì)胞膜表面的凝集素與細(xì)胞表面的糖結(jié)合受體的結(jié)合。乳酸桿菌能夠競爭抑制多種致病菌的黏附,甚至在致病菌黏附后,其仍可以替換黏附,主要是通過凝集素樣黏附素及蛋白質(zhì)樣細(xì)菌表面分子來發(fā)揮作用。凝集素樣蛋白1(Llp1)作為LGR-1被研究的第一個細(xì)胞壁分子,其在LGR-1的黏附能力中具有潛在作用,還可抑制泌尿生殖道相關(guān)病原體的黏附和生物膜形成[67]。LGR-1 Llp1與一種鞘糖脂GQ1受體結(jié)合,存在于多種上皮細(xì)胞和重要的細(xì)菌凝集素受體上[68]。LGR-1 Llp1可以預(yù)防和破壞尿路中致病性大腸桿菌的生物膜結(jié)構(gòu),并干擾金黃色葡萄球菌菌株與陰道上皮細(xì)胞的黏附[69-70]。

3 鼠李糖乳桿菌在疾病預(yù)防應(yīng)用

3.1 鼠李糖乳桿菌在奶牛乳房炎上的應(yīng)用

乳房炎是一種影響奶牛健康和人類食品安全的疾病,被認(rèn)為是乳制品行業(yè)發(fā)展的最大難題。多年來,抗生素一直是治療乳房炎的主要辦法,然而隨著抗生素的濫用,導(dǎo)致了耐藥菌株的出現(xiàn)和藥物殘留的存在,增加了乳房炎治療的難度和食品安全隱患。乳酸菌可以通過形成保護(hù)性生物膜在乳腺中進(jìn)行定植,從而抑制導(dǎo)致乳房炎的病原體生長來預(yù)防乳房炎的發(fā)生[71]。有研究發(fā)現(xiàn),從牛乳中分離出的Lactococcuslactissubsp.lactisCRL 1655和LactobacillusperolensCRL 1724能夠黏附在乳頭管上皮細(xì)胞并抑制病原體[72]。LGR-1也可以保護(hù)蠟樣芽胞桿菌引起奶牛乳腺上皮細(xì)胞緊密連接結(jié)構(gòu)的損傷和炎癥反應(yīng)[11]。而Li等[12]和Wu等[13]研究發(fā)現(xiàn)LGR-1可以通過調(diào)控線粒體自噬途徑,抑制ROS累積、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡和焦亡來預(yù)防乳房炎的產(chǎn)生。

腸道菌群在宿主的健康中發(fā)揮著重要作用,其代謝產(chǎn)物包括脂多糖和短鏈脂肪酸?？股氐倪^量使用會殺死消化道中的大部分微生物,導(dǎo)致腸道微生物群失衡,破壞腸道中通常存在的生態(tài)系統(tǒng)。腸道菌群失調(diào)后瘤胃中LPS的過量產(chǎn)生會導(dǎo)致瘤胃上皮損傷,從而LPS進(jìn)入血液,一方面損傷了肝功能,另一方面會通過循環(huán)進(jìn)入乳腺,增加血液屏障的通透性并導(dǎo)致乳房炎癥的產(chǎn)生[73]。而由腸道菌群作為發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)生的短鏈脂肪酸對乳房炎癥反應(yīng)具有保護(hù)作用,并有助于維持血乳屏障的功能[73]。在日糧中添加乳酸菌,可能會緩解腸道菌群的失衡,進(jìn)而預(yù)防乳房炎,這為益生菌作為潛在的抗生素替代物提供了理論基礎(chǔ)[20]。

3.2 鼠李糖乳桿菌在奶牛子宮內(nèi)膜炎上的應(yīng)用

健康奶牛在妊娠期間,子宮處于無菌狀態(tài)。而當(dāng)其生產(chǎn)后,外界細(xì)菌經(jīng)松弛的陰門、陰道和擴(kuò)張的子宮頸口進(jìn)入子宮腔內(nèi),且產(chǎn)后子宮內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)豐富,溫度適合細(xì)菌繁殖,進(jìn)而細(xì)菌大量繁殖污染子宮內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生炎癥[74]。在正常情況下,奶牛機(jī)體可以依靠自身清除病原體,進(jìn)行修復(fù),而如果奶牛機(jī)體無法進(jìn)行及時完全的病原體清除后,病原菌進(jìn)行大量繁殖,子宮內(nèi)膜發(fā)生炎性損傷,導(dǎo)致子宮內(nèi)膜炎的發(fā)生[74]。母畜生殖道的微生物感染是不育和死亡的重要原因。子宮內(nèi)膜由一層單柱狀上皮細(xì)胞組成,是母畜生殖道抵御病原體的第一層屏障,覆蓋在含有血管和免疫細(xì)胞以及子宮內(nèi)膜基質(zhì)細(xì)胞基質(zhì)上的黏膜層[75]。子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞位于子宮內(nèi)表面,可與子宮腔直接接觸,是子宮先天性免疫的一部分,發(fā)揮著哨兵的作用[74]。Liu等[15]研究發(fā)現(xiàn)LGR-1可以通過減少由蠟狀芽胞桿菌分泌的毒素在奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞膜表面穿孔引起的K+流出到細(xì)胞外來抑制炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。有研究發(fā)現(xiàn),LGR-1可以有效介導(dǎo)MAPK信號通路調(diào)節(jié)細(xì)胞炎性損傷,抑制NF-κB和MAPK相關(guān)的通路蛋白的表達(dá),減少大腸桿菌誘導(dǎo)的奶牛子宮內(nèi)膜上皮細(xì)胞的細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)[17-19]。而多種益生菌的配合使用也能夠達(dá)到一定的效果。鼠李糖乳桿菌CECT278、乳酸片球菌CECT5915和羅伊乳桿菌DSM20016能夠調(diào)節(jié)陰道內(nèi)的致病環(huán)境,減少子宮內(nèi)膜中大腸桿菌的數(shù)量,降低感染標(biāo)志物B-防御素和MUC1[51-52]。鼠李糖乳桿菌CECT278、乳酸片球菌CECT 5915、羅伊乳桿菌DSM 20016和清酒乳桿菌DSM 20100的益生菌組合能夠調(diào)節(jié)大腸桿菌引起的奶牛子宮內(nèi)膜感染和炎癥,促炎細(xì)胞因子IL-8和IL-1β的表達(dá)顯著下降[53]。

3.3 鼠李糖乳桿菌在仔豬腸胃炎上的作用

研究表明出生前的仔豬腸道處于無菌狀態(tài),而出生后由于接觸到母豬的產(chǎn)道、糞便以及環(huán)境中的微生物后,出現(xiàn)了兼性厭氧菌[35]。隨著仔豬生長中母豬的哺乳和胃腸道中環(huán)境的不同,導(dǎo)致其個體產(chǎn)生明顯差異,體內(nèi)胃腸道的菌群也存在差異,并且這種狀態(tài)由于仔豬腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)育的不成熟,在生長期間,仔豬的腸道菌群一直處于變化狀態(tài),直到育肥期[35,76]。Wang等[34]研究發(fā)現(xiàn)新生仔豬口服LGG通過改善腸黏膜的生物、物理和免疫屏障,來改善斷奶前仔豬的腸道健康。給斷奶仔豬飼喂LGG后,可以調(diào)節(jié)腸道菌群,改善生長性能,降低腹瀉率[35]。鼠李糖乳桿菌不僅可以改善健康仔豬的胃腸道健康,還可以緩解感染病原體的仔豬炎癥發(fā)生。LGG可以抑制NF-κB通路并減弱NLRP6,加速致病菌的清除,防止過度炎癥反應(yīng)來緩解沙門菌引起的仔豬腸道炎癥的發(fā)生[27-28]。大腸桿菌引起的仔豬腸道炎癥也能夠通過LGG調(diào)節(jié)腸道菌群、增強(qiáng)腸道抗體防御和調(diào)節(jié)炎癥細(xì)胞因子來緩解[29]。有研究應(yīng)用LPS進(jìn)行仔豬腸炎造模后,通過LGG的預(yù)防可以減輕腸道炎癥,改善腸道屏障功能,并調(diào)節(jié)受到LPS刺激的仔豬代謝物譜[30]。在早產(chǎn)仔豬感染鼠傷寒沙門菌后,LGG可以通過減少有害菌在空腸中定植和易位到肝臟、脾臟和血液中,部分改善了腸道的組織病理學(xué)變化,降低了空腸和血漿中的IL-8水平以及空腸中的IL-12/23 p40來緩解炎癥反應(yīng)[32]。鼠李糖乳桿菌ATCC 7469可以通過保護(hù)緊密連接蛋白和抗炎作用來緩解大腸桿菌誘導(dǎo)豬腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生的炎癥[44]。鼠李糖乳桿菌LB1也可以減少大腸桿菌引起仔豬腹瀉、氧化應(yīng)激和死亡,調(diào)節(jié)血液細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生化指標(biāo),提高豬的免疫能力和抗氧化應(yīng)激能力,恢復(fù)腸道完整性[45]。

3.4 鼠李糖乳桿菌在中毒病中的應(yīng)用

急性或慢性接觸環(huán)境毒素導(dǎo)致的疾病是一個全球性問題,食物被重金屬和脫氧雪腐鐮刀菌烯醇等污染是一個不容忽視的安全隱患。乳酸桿菌在一種被稱為生物修復(fù)的過程中具有結(jié)合并去除某些重金屬和其他毒素的能力,食用LGR-1可以緩解暴露在重金屬環(huán)境的孕婦血液中鉛和汞水平的升高[77]。研究發(fā)現(xiàn),LGR-1 的吸收特性可以固定鉛和鎘,有效地減少它們在腸上皮的易位體外,從而減少毒素的吸收[78]。鼠李糖乳桿菌可以降低小腸上皮細(xì)胞Caco-2對有機(jī)磷農(nóng)藥的吸收[78]。LGG通過減輕毒素對仔豬腎臟抗氧化系統(tǒng)的損害,緩解Sirt3表達(dá)的降低,改善線粒體超微結(jié)構(gòu)異常和線粒體功能障礙,改善毒素誘導(dǎo)的腸道損傷來減輕脫氧雪腐鐮刀菌烯醇引起的斷奶仔豬腸道損傷[40-41]。鼠李糖乳桿菌RC007可以降低脫氧雪腐鐮刀菌烯醇引起斷奶仔豬的組織學(xué)改變、促炎反應(yīng)、MAP激酶的細(xì)胞旁通透性和磷酸化[42]。LGG也可以增加日糧被黃曲霉毒素B1污染的荷斯坦?fàn)倥＜S便中毒素的排除,減少胃腸道對毒素的吸收,減輕毒素的肝毒性作用[24]。這些研究有望為鼠李糖乳桿菌防治重金屬和毒素在畜牧業(yè)應(yīng)用提供理論支持。

4 小 結(jié)

近年來,隨著對鼠李糖乳桿菌研究的深入,發(fā)現(xiàn)了越來越多適合于應(yīng)用在家畜疾病防治的菌株。鼠李糖乳桿菌可以通過調(diào)節(jié)微生物菌群平衡、維持上皮細(xì)胞完整性、增強(qiáng)免疫力,抑制炎癥和凋亡發(fā)生、抑制病原體生長和黏附等作用來預(yù)防或緩解疾病的發(fā)生和加重。鼠李糖乳桿菌目前在家畜中主要應(yīng)用在乳房炎、子宮內(nèi)膜炎和腸炎,這對于畜牧業(yè)養(yǎng)殖中是很重要的發(fā)現(xiàn)。其可以有效緩解致病菌對家畜機(jī)體的損傷,并且沒有抗生素殘留和致病菌耐藥性的發(fā)生,這些發(fā)現(xiàn)對于鼠李糖乳桿菌未來作為潛在的替抗產(chǎn)品提供了可能。但目前對于鼠李糖乳桿菌在家畜體內(nèi)中的應(yīng)用研究還有待進(jìn)一步的研究和探索。