益生菌對豬腸道菌群的調控作用

2017-03-29 16:35:55 點擊：

張董燕* 季海峰徐煒玲趙國先

（1.河北農業大學動物科技學院，河北保定 071001；

2.北京市農林科學院畜牧獸醫研究所，北京 100089）

摘要本文綜述了豬腸道菌群的建立合分布、益生菌對腸道菌群的調控作用以及益生菌制劑的合理應用。

關鍵字豬腸道菌群益生菌

隨著腸道微生態學的發展，人們逐漸認識到益生菌對于維持動物腸道菌群平衡發揮著重要作用。本文綜述了豬腸道菌群的建立合分布、益生菌對腸道菌群的調控作用以及益生菌制劑的合理應用等問題，旨在為益生菌的研究及相關產品開發提供知識儲備。

1 豬腸道菌群的建立及分布

仔豬出生時腸道內是無菌的，分娩時由于受到母體產道、糞便及環境微生物的影響，在出生后的3~4 h，腸道內開始檢出大腸桿菌和鏈球菌。兼性厭氧菌作為第一批在仔豬腸道定植的菌株。在初生24 h之后，大腸桿菌和鏈球菌菌數達到最大值。48 h仔豬腸道內開始出現可以在微氧環境中生存的乳酸桿菌；72 h專性厭氧菌、擬桿菌開始在腸內定植。仔豬體內的菌群發育情況因個體差異而有所不同。其種類和數量隨動物年齡、食物、宿主對細菌、細菌與細菌之間相互作用而發生變化，這種變化存在整個生命過程中，并維持動態平衡，形成正常菌群。一般認為仔豬從出生到斷奶后腸道菌的組成一直在發生連續的變化，直到育肥期才趨于平衡。在育肥期豬的腸道內至少發現有30多個屬、100多種細菌（顧君華和王欣，2003）。

初生仔豬胃內pH為5，幾小時后降為3~4，5周時為2~3，其后相對穩定，因此耐酸菌和兼性厭氧菌為優勢菌，主要為乳桿菌和鏈球菌。小腸液是弱堿性混濁液體，pH值為8.2~8.7，十二指腸中的膽鹽能抑制其中的細菌數目，因此，十二指腸內細菌數目較少，到達空腸和回腸后數目和種類逐漸增多。在豬的空腸和回腸內容物中，以乳酸桿菌和雙歧桿菌為優勢菌群，其次是消化球菌、腸球菌、小梭菌和葡萄球菌。大腸pH 接近中性，是豬消化道微生物活動的主要場所。其中盲腸和結腸是細菌定值最大部位，主要由厭氧菌組成，如擬桿菌以及大量的革蘭氏陽性菌。嚴格厭氧菌包括無芽孢菌（如真桿菌、雙歧桿菌、鏈球菌、消化鏈球菌、消化球菌等）和產芽孢菌（如梭菌、槌形菌等）（張名濤等，2003）。而兼性厭氧菌比厭氧菌少10~100倍，常見的兼性厭氧菌有鏈球菌和乳酸桿菌。

2 益生菌對豬腸道菌群的調控作用

2.1 抑制病原菌的作用

2.1.1 與病原菌競爭黏附位點和營養

黏附能力通常被認為是病原菌的一種重要的毒性因子（Firday和Falkow，1997），致病菌與腸道黏膜表面受體結合粘附于腸道黏膜，是其定植并產生臨床癥狀的前提條件。因此，許多益生菌可以通過與致病菌競爭腸上皮微絨毛上的脂質和蛋白質上的相同復合糖（glycoconjugate）受體來達到阻止致病菌的定植（李樹鵬和趙獻軍，2004）。而營養的競爭發生在小腸上皮細胞，主要是由于益生菌能夠搶先吸收利用小腸上皮細胞內的營養物質進行生存和繁殖，抑制有害菌在消化道的增殖。

研究表明，益生菌可以黏附于微絨毛的刷狀緣和黏膜層而不被腸蠕動沖走，并且參與其與致病菌之間生存與繁殖的時空競爭、定居部位競爭以及營養競爭，限制致病菌群的生存繁殖。Jin（1996a和1996b）報道乳酸菌可競爭性地抑制病原菌對腸粘膜的粘附，從而降低病原菌對宿主的侵害。Muralidhara等（1997）給剛出生的仔豬飼喂乳酸桿菌可以減少大腸桿菌的數目，試驗結果證明糞便中乳酸桿菌與大腸桿菌的比例達到1280:1，而沒有飼喂乳酸桿菌組，其比例為2:1，此比例的提高可以保護動物抵抗腸致病性大腸桿菌的侵襲，預防腹瀉。

2.1.2 產生抑制病原菌生長的物質

乳酸菌通過自身以及代謝產物與其它的微生物之間的相互作用，調整菌群之間的關系，維持和保證微環境中微生物群最佳優勢組合以及這種組合的相對穩定。某些乳酸桿菌和鏈球菌可產生細菌素（bacterin）、過氧化氫、二氧化碳、有機酸等（Robinson和Tamime，1990；Mishra和Lambert，1996），它們在體外具有抑制沙門氏菌（Salmonella）、志賀氏菌（Shigella）、葡萄球菌（Staphylococcus）、變形菌（Proteus）、假單胞菌（Pseudomonas）和大腸埃希氏菌（E.coli）屬細菌生長的作用（Gilliland和Speck，1977；Ozbas和Aytae，1995）。

如乳酸乳球菌產生的Nisin細菌素可抑制鏈球菌、葡萄球菌及梭狀芽孢桿菌的生長，嗜酸乳桿菌產生的分子量為3 500的肽能抑制大腸桿菌DNA的合成，乳酸桿菌產生的細菌素可以特異性地抑制革蘭陽性菌（Alakomi等，2000）等；嗜酸乳桿菌、乳酸乳桿菌等可產生過氧化氫抑制葡萄球菌（Staphylococcus）的生長繁殖，使有益菌在細菌的種間競爭中占優勢。

Williams指出，在母豬日糧中添加益生菌可增加腸道內揮發性有機酸和細菌發酵終產物的產量，為母豬提供更多的能量，有助于母豬養分利用和產奶量的增加（杜晉平，2002）。張國龍等（1994）在35日齡斷奶仔豬日糧中添加0.2%~0.4%的蠟樣芽孢桿菌產品，糞便中大腸桿菌總數明顯降低。

2.2 對腸道的營養作用

益生菌能直接產生多種營養物質如維生素、氨基酸、短鏈脂肪酸、促生長因子等，參與動物體的新陳代謝，有的微生物在動物體內生長繁殖時能合成核黃素、泛酸、葉酸、VB_l2等B族維生素，參與機體某些重要的代謝反應。益生菌產生的揮發性脂肪酸為大腸粘膜代謝提供了能源，也使腸道pH值和氧化還原電勢降低，有利于礦物質鈣、鐵、鎂、鋅等的吸收（楚渠和彭云武，2004）。

給豬飼喂益生菌后，能夠使小腸粘膜皺裂增多，絨毛長度增加，粘膜隱窩加深，小腸吸收面積增大，從而更加充分的吸收和轉化飼料，以提高生產性能。

2.3 免疫作用

2.3.1 益生菌與體液免疫

SIgA是黏膜體液免疫的主要效應因子，它能預防腸道蛋白酶的分解,形成黏膜上的抗體。它經腸黏膜上皮細胞釋放到腸腔內與腸黏膜表面的正常菌群混合存在，其在外分泌液中以雙鏈和四鏈的形式存在，具有多鏈性、粘膜親和性與抵抗蛋白酶作用的特性，比單鏈IgA更有抗原結合力，與IgA和IgG相比，SIgA可以從空間構象上阻止病毒的附著，從而中和細菌毒素，限制細菌的繁殖，維持腸道內的正常菌群平衡，在局部抗感染過程中起關鍵作用（李樹鵬和趙獻軍，2004）。當SIgA抗體分泌增強時，提高免疫識別力，并誘導T、B淋巴細胞和巨噬細胞等產生細胞因子，通過淋巴細胞再循環而活化全身免疫系統，從而增強機體的免疫功能。乳酸桿菌的代謝物和整個細胞等抗原物質能通過M細胞進入PP，激活Th2細胞，產生大量的IL-5，而IL-5是有效的IgA產生因子，能激活PP生發中心的B細胞，使其轉化為漿細胞，在生產Ig的過程中向IgA 轉化，從而使得SIgA水平上升。

Perdigon等（1991）研究證明干酪乳桿菌能促進腸道分泌免疫球蛋白IgA，增強宿主腸粘膜的腸道粘膜反應。Lessard和Brisson（1987）給斷奶仔豬飼喂乳桿菌后，接種傳染性胃腸炎病毒疫苗，試驗組血清中的特異性抗體IgG水平顯著高于對照組。

2.3.2 益生菌與細胞免疫

研究表明，益生菌能激活腸黏膜中巨噬細胞、T細胞和NK細胞的功能，增強機體免疫應答。活性酵母能夠提高免疫機能可能與其胞壁物質 ( 即β－葡聚糖和磷酸化甘寡糖)和胞內活性肽有關（Indegrrew，1999），β-葡聚糖能提高動物細胞免疫能力，可能歸因于添加后刺激網狀內皮細胞發育，導致巨噬細胞大量增生，后者通過噬菌作用破壞微生物和抗原的入侵（Macdonald，1995）。乳酸菌能夠激活巨噬細胞、B淋巴細胞和NK細胞，增加IL-1、IL-2、IL-6、IL-5，TNF-a等細胞因子的產生量。

雙歧桿菌具有免疫賦活作用，能激活機體免疫系統中N K 細胞和B 淋巴細胞，另外還能激活機體單核巨噬細胞系統，促進巨噬細胞的吞噬和殺菌功能。其機理可能是雙歧桿菌可易位進入血液循環，被單核巨噬細胞吞噬，從而激活單核巨噬細胞系統。

據報道，口服或者腹腔注射乳酸桿菌能明顯提高仔豬巨噬細胞和淋巴細胞的活性，引起白細胞數和血清總蛋白（主要是球蛋白）濃度的提高，增加小腸與結腸粘膜表面抗體的生成，從而有效提高機體的抵抗能力。

3 益生菌制劑的合理應用

3.1 益生菌制劑所使用的微生物菌種及分類

我國目前允許使用的飼料級微生物菌種有15種。優良菌種需具備的條件有：（1）對動物和人體無毒、無害、安全和無副作用；（2）具有存活能力并能進行工業化規模生產；（3）經加工后活菌存活率高、穩定性好；（4）有利于促進宿主的生長發育及提高抗病能力。

目前常用的益生菌種類主要有（1）乳酸菌：乳酸菌（Lactic acid bacteria）是一類可以分解糖類產生乳酸的總稱。目前已發現的這一類菌在細菌分類學上有18個屬，其中有益菌以乳桿菌屬、雙歧桿菌屬為代表，已被證實在臨床上能夠治療和預防人和動物的某些腸道疾病或者起保健作用（黃慶生和王加啟，2002）。（2）芽孢桿菌（Bacillus）：芽孢桿菌是一類好氧菌，在一定條件下產生芽孢。目前使用的菌株有枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、東洋芽孢菌等。（3）酵母菌（yeast）：飼用酵母的種類主要有熱帶假絲酵母、產阮假絲酵母、啤酒酵母、紅色酵母等。

3.2 益生菌制劑的安全性

益生菌安全性評價一般包括病原性、毒性、代謝活性及菌株內在特性作為指標。現在多采用無特定病原和無菌動物來研究菌株的病原性及毒性，關于益生菌代謝活性安全性研究主要集中在它們是否產生氨、胺、吲哚、苯酚、致癌亞膽酸及降解黏膜的酶類上，通過細胞凝集活性來評價細菌表面特性。

雖然目前對益生菌安全性并沒有公認的解釋，但綜合目前對益生菌的研究對益生菌安全性可以獲得如下的認識：益生菌一定不能是致病菌而且不能產生有害物質，菌株不能通過遺傳修飾獲得有害基因或者具有把有害基因轉移的潛力（袁鐵崢和姚斌，2004）。

4 小結

綜上所述，益生菌制劑能夠抑制腸道病原菌的生長與繁殖，從而起到保健和治療的作用。目前，益生菌制劑已廣泛應用于我國養豬生產中，然而大部分主要是益生素制劑對豬的生產性能方面的研究，而關于豬的免疫等方面的報道較少。隨著分子生物學的發展，利用基因工程技術培育出高質量的菌株來提高飼喂效果以及深入研究微生態制劑對豬免疫功能的影響極其作用機制成為今后發展的重點。