丁酸梭菌对蛋用仔公鸡肠道菌群、形态结构及黏膜免疫相关细胞的影响
2012-08-30刘亭婷王晓霞刘莉如
刘亭婷 滑 静 王晓霞 刘莉如 海 鹏
(1.北京农学院动物科学技术学院,北京 102206;2.北京农学院生物技术学院,北京 102206;3.北京市昌平区区委,北京 102200;4.新疆农业大学动物科学学院,乌鲁木齐 830052;5.辽宁阜新市动物卫生监督所,阜新 123000)
随着畜牧业现代化的实现,健康养殖理念越来越多地受到关注,而健康养殖的关键就是肠道健康。长期以来,由于抗生素的添加使得畜禽维持短期的健康状态,而这种健康是一种伪健康,不仅导致畜禽肠道有益菌被抑制,菌群平衡被破坏,而且畜禽经常反复接触某种抗生素后会在体内产生抗药性。当饲料中禁止添加抗生素时,如何维持或增强畜禽健康就成为目前研究的重点,尤其是畜禽早期的肠道健康。肠道健康是一门复杂的学科,涉及肠道微生物区系的平衡、宏观和微观结构的完整性和免疫系统的状态等。丁酸梭菌是普遍存在于人和动物肠道内的一种益生菌,已有研究表明丁酸梭菌可以促进肠道有益菌群增殖,丁酸梭菌代谢可以产生丁酸,抑制肠道有害菌生长和繁殖,同时刺激黏膜免疫;丁酸梭菌还可以产生B族维生素、维生素K、叶酸和多种酶类物质等,对机体有重要的生理功能。目前,对该菌的研究主要集中在腹泻、炎症性肠病的防治与预防上,在动物尤其在蛋用仔公鸡生产上应用的研究鲜有报道。本试验在饲粮中添加丁酸梭菌,通过测定蛋用仔公鸡肠道菌群、小肠黏膜结构及黏膜免疫相关细胞分布等来探讨不同丁酸梭菌水平对蛋用仔公鸡肠道健康的影响,为其在家禽生产中的应用提供试验数据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
丁酸梭菌(批次号:S20110309)由浙江惠嘉生物科技有限公司提供,其中活菌数≥1.0×108CFU/g。
1.2 试验设计
试验采用单因子完全随机区组设计,选用1日龄健康海兰褐蛋用仔公鸡240只,平均体重在(39.36 ±0.11)g,随机分成 6 组,每组 4 个重复,每个重复10只鸡,对照组饲喂基础饲粮,抗生素组在基础饲粮中添加150 mg/kg金霉素,试验组饲粮分别在基础饲粮中添加 250、500、750、1 000 mg/kg丁酸梭菌。试验期为42d。试验鸡自由采食和饮水,按常规免疫程序免疫,定期清理打扫鸡舍卫生并消毒。基础饲粮是根据美国NRC(1994)推荐的营养需要配制的玉米-豆粕型基础饲粮,其组成及营养水平见表1。
1.3 饲养管理
试验鸡采用3层笼养,自由采食和饮水,光照、温度和湿度严格按照常规饲养管理要求进行,按照常规免疫程序进行免疫,并定期清扫鸡舍和消毒保持鸡舍清洁卫生。试验期为42d。
1.4 检测指标与方法
1.4.1 肠道菌群
试验鸡于试验的第42天,每个重复随机取1只体重接近平均体重、健康状况较好的蛋用仔公鸡屠宰,无菌条件下取盲肠肠段用棉线将其两端结扎,纱布包好,于-80℃速冻以备大肠杆菌、乳杆菌和双歧杆菌数量的测定,结果用1 g肠道内容物中细菌数量的对数[lg(CFU/g)]表示。
1.4.2 小肠黏膜形态结构
于试验的第42天,每个重复随机取1只体重接近平均体重、健康状况较好的蛋用仔公鸡屠宰,切取十二指肠、空肠和回肠中段各2 cm组织样,生理盐水冲洗干净,分别置于4%多聚甲醛磷酸缓冲液(pH 7.4)和戊二醛磷酸缓冲液(0.1 mol/L,pH 7.4)中,固定48 h。其中多聚甲醛固定的部分肠段常规酒精脱水、石蜡包埋、切片厚5 μm、苏木精-伊红(HE)染色。应用BX51病理图像分析处理系统,每个肠段取5张不连续切片,每张切片选取5个最长肠绒毛测量绒毛的高度、相邻绒毛的隐窝深度及相应黏膜厚度,并计算绒毛高度/隐窝深度(V/C)值,各指标取平均值作为测定数据。戊二醛缓冲液固定的肠段用来做扫描电镜切片,扫描电镜观测肠黏膜表面肠绒毛的变化情况。
表1 基础饲粮组成及营养水平(风干基础)Table 1 Composition and nutrient levels of the basaldiet(air-dry basis) %
1.4.3 小肠黏膜免疫相关细胞数量分布
1.4.3.1 上皮内淋巴细胞
石蜡切片进行常规HE染色后,光镜下可观察上皮内淋巴细胞形态分布。小肠各肠段分别取5张切片,每张切片选取5个最长肠绒毛,统计肠绒毛相同部位单位(相同)面积视野内上皮内淋巴细胞的数量。
1.4.3.2 杯状细胞
部分十二指肠、空肠和回肠的切片进行糖原及多糖高碘酸-Schiff氏液(PAS)染色,可显示小肠上皮杯状细胞。应用光学显微镜观察,每个肠段取5张切片,每张切片选取5个最长肠绒毛,统计单个绒毛相同部位单位面积视野内杯状细胞的数量及变化,各指标取平均值作为测定数据。
1.4.3.3 免疫球蛋白A(IgA)阳性物质
小肠的切片按常规免疫组织化学抗生蛋白链菌素生物素复合体法(SABC)染色。石蜡切片常规脱蜡至水,用3%H2O2封闭内源性酶10 min和5%牛血清白蛋白(BSA)封闭液室温下作用20 min后,滴加羊抗鸡 IgA 单抗(1∶500倍稀释),4℃过夜;磷酸盐缓冲液(PBS)洗涤后,加生物素标记兔抗羊免疫球蛋白G(IgG)二抗,室温下20 min;PBS洗涤后,滴加链霉亲和素-过氧化物酶复合物试剂,37℃ 20 min,增敏二氨基联苯胺(DAB)显色,脱水、透明、封片。阴性对照组染色用PBS代替一抗。光镜下观察IgA阳性物质的数量及分布,并应用BX51病理图像分析处理系统统计小肠黏膜单位面积内IgA阳性物质的有效数量。
1.5 数据统计和处理
所有试验数据均用Excel进行初步处理,应用SPSS 17.0软件进行统计分析,用单因素方差分析(one-way ANOVA)比较各组间相关指标的差异,采用最小显著级差法对差异显著的数据进行多重比较。试验数据均以平均值±标准误表示。
2 结果
2.1 肠道菌群
试验结束时,对蛋用仔公鸡盲肠中几项微生物指标的检测结果如表2所示。由此可以看出,42日龄时,各试验组蛋用仔公鸡的盲肠内大肠杆菌数均小于对照组,其中750 mg/kg丁酸梭菌组与1 000 mg/kg丁酸梭菌组的盲肠内大肠杆菌数与对照组和抗生素组相比显著降低(P<0.05),分别比对照组降低了11.70%、14.01%,分别比抗生素组降低了 9.23%、11.61%。42日龄时,除250 mg/kg丁酸梭菌组外,其他各试验组盲肠内乳杆菌数量均显著高于对照组和抗生素组(P<0.05),其中1 000 mg/kg丁酸梭菌组的盲肠内乳杆菌数量最高,分别比对照组和抗生素组增加了6.05%、2.15%。42日龄时,与对照组相比,各试验组盲肠内双歧杆菌数量随丁酸梭菌添加量的增加而呈现增加的趋势,但差异不显著(P>0.05)。
表2 丁酸梭菌对蛋用仔公鸡盲肠菌群的影响Table 2 Effects of Clostridium butyricum on cecal flora of egg-laying male chicks lg(CFU/g)
2.2 小肠黏膜形态结构
2.2.1 小肠黏膜的光镜观察
经HE染色后,各组动物小肠肠壁层次分明,对照组的黏膜结构基本完整,偶见肠绒毛顶端脱落现象,有的绒毛较细,排列不紧密。与对照组相比,各试验组和抗生素组蛋用仔公鸡肠黏膜结构较为完整,层次分明,肠黏膜上皮表面的纹状缘结构清晰,肠绒毛排列较紧密。各组的小肠黏膜上皮细胞轮廓清晰,排列紧密,染色鲜明。柱状细胞呈高柱状,单层排列,胞浆丰富,胞核椭圆形,位于细胞基部。杯状细胞呈现高脚状,分散在柱状细胞之间,染色鲜明(图1)。
2.2.2 小肠黏膜的扫描电镜观察
扫描电镜观察显示,对照组的小肠黏膜表面肠绒毛结构较完整,但肠绒毛排列不整齐,绒毛之间间距大,绒毛呈叶片状,绒毛顶端椭圆形,表面有长短不一、纵横交错的沟痕。而各试验组的肠绒毛排列较整齐,与对照组相比较宽厚,肠绒毛密度大、间距较小,表面沟痕大部分与肠绒毛纵轴近似垂直,沟痕多且更加明显,微绒毛纹状缘排列紧密(图2)。
图1 对照组与1 000 mg/kg丁酸梭菌组空肠的黏膜结构Fig.1 Jejunum mucosal structure of control group and 1 000 mg/kg Clostridium butyricum group
图2 1000 mg/kg丁酸梭菌组鸡空肠黏膜绒毛形状与对照组比较Fig.2 Comparison of mucosal villus shape of 1 000 mg/kg Clostridium butyricum group with that of control group
2.3 丁酸梭菌对小肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响
2.3.1 丁酸梭菌对十二指肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响
表3显示丁酸梭菌对十二指肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响,从表中可以看出,750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000mg/kg丁酸梭菌组十二指肠的绒毛高度显著高于对照组和抗生素组(P<0.05),其中以750 mg/kg丁酸梭菌组最高,比对照组高了26.00%,比抗生素组高了7.86%,其次是1 000 mg/kg丁酸梭菌组,这2个试验组之间差异不显著(P>0.05)。6个组中,V/C值最大的是1 000 mg/kg丁酸梭菌组,与除750 mg/kg丁酸梭菌组外的其他各组差异显著(P<0.05);250 mg/kg丁酸梭菌组和500 mg/kg丁酸梭菌组V/C值显著高于对照组(P<0.05),但与抗生素组相比差异不显著(P>0.05),这2组之间差异也不显著(P>0.05)。对照组的黏膜厚度的值最小,但仅与1 000mg/kg丁酸梭菌组相比差异显著(P<0.05),其他各组之间差异不显著(P>0.05)。各组肌层厚度之间差异不显著(P>0.05),但试验组随丁酸梭菌添加量的增加,基层厚度增加。
表3 丁酸梭菌对蛋用肉仔公鸡十二指肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响Table 3 Effects of Clostridium butyricum on villus height,V/C value and thickness of mucosa and muscular layer ofduodenum of egg-laying male chicks
2.3.2 丁酸梭菌对空肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响
表4显示丁酸梭菌对空肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响,从表中可以看出,各试验组与抗生素组的空肠绒毛高度与对照组相比显著增加(P<0.05),750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组与抗生素组相比差异显著(P <0.05),分别比抗生素组高了 11.97%、15.82%,这 2 组之间差异不显著(P >0.05)。750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组的V/C值与对照组相比显著增大(P<0.05),与抗生素组相比差异不显著(P>0.05),除250 mg/kg丁酸梭菌组外,其他各试验组之间V/C值差异不显著(P>0.05)。各试验组的黏膜厚度均比对照组显著增厚(P<0.05),其中黏膜厚度最大的是1 000mg/kg丁酸梭菌组,比对照组增加了27.90%。除250 mg/kg丁酸梭菌组外,其他各试验组与抗生素组相比黏膜厚度也显著增加(P<0.05)。对于肌层厚度,各组之间差异不显著(P>0.05)。
表4 丁酸梭菌对蛋用肉仔公鸡空肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响Table 4 Effects of Clostridium butyricum on villus height,V/C value and thickness of mucosa and muscular layer of jejunum of egg-laying male chicks
2.3.3 丁酸梭菌对回肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响
表5显示丁酸梭菌对回肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响,从表中可以看出,750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组绒毛高度与对照组相比差异显著,分别比对照组高了21.10%、20.79%(P <0.05);各试验组与抗生素组相比差异不显著(P>0.05),各试验组之间差异不显著(P>0.05)。对于V/C值的比较,仅1 000 mg/kg丁酸梭菌组与对照组和抗生素组差异显著(P<0.05),分别比对照组和抗生素组增加了40.43%和 33.12%;除 1 000 mg/kg丁酸梭菌组外,其他各试验组之间差异不显著(P>0.05)。与对照组相比,500 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组的黏膜厚度显著增加(P<0.05);各试验组与抗生素组相比差异不显著(P>0.05),各试验组之间差异也不显著(P>0.05)。各组肌层厚度没有显著差异(P>0.05),但随丁酸梭菌添加量的增加有增厚的趋势。
表5 丁酸梭菌对蛋用肉仔公鸡回肠绒毛高度、V/C值、黏膜厚度和肌层厚度的影响Table 5 Effects of Clostridium butyricum on villus height,V/C value and thickness of mucosa and muscular layer of ileum of egg-laying male chicks
2.4 黏膜免疫
2.4.1 丁酸梭菌对小肠上皮内淋巴细胞数量及分布的影响
经HE染色后,光镜下观察,上皮内淋巴细胞分散在小肠绒毛的上皮细胞之间,多位于上皮细胞基侧膜附近,少数位于上皮核层和顶层,上皮内淋巴细胞以小型细胞为主,胞核大且呈圆形,深染,胞浆少。固有层内也有淋巴细胞分布。
图3 1000 mg/kg丁酸梭菌组空肠上皮内淋巴细胞Fig.3 Intraepithelial lymphocyte in jejunum of 1 000 mg/kg Clostridium butyricum group
丁酸梭菌对小肠上皮内淋巴细胞数量的影响见表6,各组十二指肠上皮内淋巴细胞的数量差异不显著(P>0.05)。750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组空肠上皮内淋巴细胞的数量与对照组相比显著增加(P<0.05),分别比对照组增加了24.05%、25.32%,与抗生素组相比无显著差异(P>0.05),各试验组之间也无显著差异(P>0.05)。试验组中,750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组回肠上皮内淋巴细胞的数量与对照组相比显著增加(P<0.05),分别比对照组增加了15.28%、15.44%,与抗生素组相比无显著差异(P>0.05),各试验组之间也无显著差异(P>0.05)。从表中还可看出,不同的肠段上皮内淋巴细胞的数量也有所不同,各组上皮内淋巴细胞数量由十二指肠向回肠逐渐减少。
2.4.2 丁酸梭菌对小肠杯状细胞数量及分布的影响
经PAS染色后,杯状细胞散在分布于上皮细胞间,高脚杯状,顶部胞质为大量糖原颗粒拥塞而膨隆,底部纤细,有小而深染的不规则核与少量嗜碱性胞质。PAS染色呈桃红色阳性反应。
表6 丁酸梭菌对蛋用仔公鸡小肠中上皮内淋巴细胞数量变化的影响Table 6 Effects of Clostridium butyricum on the change of intraepithelial lymphocyte number in small intestine of egg-laying male chicks
图4 1 000 mg/kg丁酸梭菌组空肠杯状细胞Fig.4 Goblet cells in jejunum of 1 000 mg/kg Clostridium butyricum group
由表7可知,同一肠段但不同组间杯状细胞数量分布有差异,试验组中,750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组十二指肠杯状细胞的数量与对照组相比显著增加(P<0.05),均比对照组增加了45.90%,与抗生素组相比无显著差异(P>0.05)。各试验组中,750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组十二指肠杯状细胞数量最多,均比250 mg/kg丁酸梭菌组显著增加(P<0.05),但这 2组之间差异不显著(P>0.05)。各试验组中仅1 000 mg/kg丁酸梭菌组空肠杯状细胞数量显著高于对照组和抗生素组(P<0.05),分别比对照组和抗生素组高了30.61%、24.27%。750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组回肠杯状细胞的数量与对照组相比显著增加(P<0.05),分别比对照组高了33.64%、39.09%。1 000 mg/kg丁酸梭菌组回肠杯状细胞的数量与抗生素组相比显著增加(P<0.05),同时也显著高于250 mg/kg丁酸梭菌组(P<0.05),除1 000 mg/kg丁酸梭菌组外,其他各试验组之间差异不显著(P>0.05)。不同的肠段杯状细胞的数量也有所不同,各组杯状细胞数量由十二指肠向回肠逐渐增多。
2.4.3 丁酸梭菌对小肠黏膜IgA阳性物质有效数量及分布的影响
免疫组织化学染色的结果表明,IgA浆细胞分散于小肠绒毛固有层、肠腺周围,IgA浆细胞呈圆形或椭圆形,细胞质呈阳性反应,为深棕色,细胞核呈阴性反应。IgA浆细胞向肠腔分泌的阳性反应物分布于绒毛表面和固有层,免疫组织化学染色后也呈阳性反应,因此该试验统计的是IgA浆细胞和IgA的阳性反应物。
表7 丁酸梭菌对蛋用仔公鸡小肠中杯状细胞数量变化的影响Table 7 Effects of Clostridium butyricum on the change of goblet cell number in small intestine of egg-laying male chicks
图5 对照组与1 000 mg/kg丁酸梭菌组空肠黏膜IgA阳性物质Fig.5 IgA positive material in jejunum of control group and 1 000 mg/kg Clostridium butyricum group
由表8可以看出,1 000 mg/kg丁酸梭菌组的十二指肠IgA阳性物质有效数量最多,达到66.75个,显著高于对照组(P<0.05),但与抗生素组相比差异不显著(P>0.05),各试验组之间差异不显著(P>0.05)。500 mg/kg丁酸梭菌组、750 mg/kg丁酸梭菌组、1000 mg/kg丁酸梭菌组空肠的IgA阳性物质有效数量均显著高于对照组(P<0.05),分 别 比 对 照 组 高 了 18.84%、18.84%、21.26%,但与抗生素组相比没有显著差异(P>0.05),4个试验组之间的差异也不显著(P>0.05)。各组回肠IgA阳性物质有效数量无显著差异(P>0.05),仅随丁酸梭菌添加量升高呈增加趋势。
表8 丁酸梭菌对蛋用仔公鸡小肠黏膜IgA阳性物质有效数量及分布的影响Table 8 Effects of Clostridium butyricum on the number anddistribution of IgA positive material in small intestine of egg-laying male chicks 个
3 讨论
3.1 肠道菌群
动物的肠道是一个复杂的微生态系统,肠道内的微生物对于动物的营养、免疫、生理功能的发挥以及疾病防治等都发挥着重要的影响。据报道,肠道占优势的菌群为双歧杆菌、乳酸杆菌及拟杆菌,其次为消化球菌及弯曲杆菌等厌氧菌。肠道中,盲肠内细菌的种类丰富和数量多,且以厌氧菌为主,总菌数达1011个/g。虽然目前对鸡盲肠微生物微生态学的研究远没有反刍动物瘤胃和猪后肠微生物微生态学的研究深入,但是研究鸡盲肠内容物中微生物的正常肠道菌群变化,对防治肠道感染疾病具有很高的实用价值[1-2]。
唐宝英等[3]在双歧杆菌、嗜酸乳酸杆菌和粪链球菌的培养基中加入相同比例的丁酸梭菌发酵提取物,室温培养24 h,结果表明3种菌的活菌含量分别比对照组提高了 24.00%、42.57%和6.76%,这说明丁酸梭菌能够促进有益菌的增殖。体内试验也有相同的研究结果,赵熙等[4]通过动物试验和人体试食试验对丁酸梭菌活菌制剂对肠道菌群的影响进行研究发现,受试对象肠道内的双歧杆菌数量极显著增加,乳酸杆菌数量显著增加,说明丁酸梭菌活菌制剂具有一定的增殖肠道内有益菌和抑制有害菌的作用。以上研究结果与本试验的研究结果相一致,可以表明丁酸梭菌可以促进有益菌增殖并抑制有害菌生长从而调节肠道内菌群的平衡,改善肠道微生态环境。究其原因可能是丁酸梭菌代谢可产生淀粉酶,淀粉酶水解淀粉和碳水化合物生成的低聚糖更容易被双歧杆菌和乳酸菌所利用,而且丁酸梭菌生长速度快,能够产生大量丁酸、乳酸等有机酸,使肠道pH降低,不利于有害菌生长。
3.2 小肠黏膜结构
肠道是机体消化、吸收的重要的场所,一个保持完整性的健康肠道可以确保有价值的饲料营养成分得到完全的消化和吸收。小肠的正常结构尤其是绒毛高度、隐窝深度及V/C值等是衡量小肠消化吸收功能的重要指标。肠绒毛作为小肠的重要组成部分,在吸收营养物质上尤为重要,其强有力的、有规律的摆动还可以排斥有害菌群的定植。而且,指状肠绒毛形态与肠上皮细胞数量显著相关,当绒毛变高变宽时,肠上皮细胞数量增多,与营养物质的接触和吸收面积增大,对养分的吸收能力增强,反之,绒毛短、窄,吸收面积则小,对养分的吸收能力降低。隐窝是绒毛基部的上皮下陷至固有层形成的管状结构,它的深度反映了细胞生产率,细胞从隐窝基部不断向绒毛顶部迁移、分化,形成有吸收能力的细胞,从而补充绒毛上皮的正常脱落。当这一过程减慢时,隐窝基部的细胞生成率降低,隐窝变浅,说明肠上皮细胞的成熟率上升,吸收能力增强。如果隐窝变深则说明机体的组织代谢增快,维持需要增加,生产性能降低。所以,V/C值可以很好地反映小肠的功能情况,比值上升,黏膜改善,消化吸收能力增强,生长发育快;比值下降,可能黏膜受损,消化吸收能力降低[5-7]。而黏膜的厚薄与营养物质的吸收和转运过程有关,进而影响小肠的吸收的功能。
相关的研究表明[8],丁酸梭菌对于断奶仔猪的小肠形态有明显的改善功能,断奶第7天,与对照组相比,丁酸梭菌可以显著增加回肠绒毛高度。当丁酸梭菌与谷氨酰胺连用时,断奶第7、14天,与对照组相比,复合组的十二指肠绒毛高度有显著地提高,隐窝深度显著变浅。在本试验的研究中,也有相一致的结果,1 000 mg/kg丁酸梭菌组的添加效果较为理想,能够使各个肠段的绒毛高度、V/C值、黏膜厚度都显著高于对照组,1 000 mg/kg丁酸梭菌组与对照组相比,使十二指肠的绒毛高度增加了22.77%,V/C值增加了55.50%,黏膜厚度增加了19.98%;空肠绒毛高度增加24.47%,V/C值增加35.34%,黏膜厚度增加27.90%;回肠的绒毛高度增加了20.79%,V/C值增加了40.43%,黏膜厚度增加了20.33%。这说明丁酸梭菌对蛋用仔公鸡的小肠形态具有改善作用,增强了消化吸收功能,可以促进蛋用仔公鸡的生产发育。丁酸梭菌产生这一效果的原因,可能是丁酸梭菌的主要代谢产物为丁酸,丁酸是肠道上皮组织细胞再生和修复的主要营养物质,对肠道上皮组织的再生和修复有重要作用。
3.3 黏膜免疫
肠道不仅是消化、吸收营养物质的重要场所,还是机体最大的免疫器官,发挥重要的免疫功能,肠道黏膜就是抵御病原微生物进入体内、防止机体感染的第一道屏障,包括机械屏障、生物屏障、化学屏障、免疫学屏障和肠黏膜固有层筛等部分[9-11]。其中,肠黏膜机械屏障和免疫学屏障具有重要的作用。肠黏膜上皮结构的完整性与肠黏膜机械屏障功能密切相关,免疫学屏障则主要由免疫球蛋白、免疫细胞、细胞因子等共同构成,而免疫细胞又包括淋巴细胞、杯状细胞和肥大细胞等。上皮内淋巴细胞位于肠绒毛上皮细胞之间,在黏膜免疫系统中最先接触抗原,它不仅参与免疫反应,还能通过伪足与上皮细胞接触,加速上皮细胞的再生,在肠道黏膜中起着重要的免疫作用[12]。
杨慧[13]以小鼠为试验对象,研究益生菌对其黏膜结构和黏膜免疫的影响,结果表明,益生菌可以增加小鼠肠道内上皮内淋巴细胞的数量。同时还有报道,上皮内淋巴细胞数量的增加可能代表机体黏膜免疫力的增强[14]。在本试验研究中,750 mg/kg丁酸梭菌组和1 000 mg/kg丁酸梭菌组对小肠上皮内淋巴细胞数量的影响较明显,这2个试验组空肠和回肠的上皮内淋巴细胞数量显著高于对照组,分别比对照组高了 20.05%、25.32%。这与杨慧[13]的试验结果相一致,说明丁酸梭菌可以显著提高蛋用仔公鸡小肠上皮内淋巴细胞数量,增强肠黏膜免疫水平。本试验还可以看出,从十二指肠到回肠,小肠上皮内淋巴细胞数量逐渐减少,这一分布规律与相关报道相一致[15-16]。
小肠绒毛上的杯状细胞是一种典型的糖蛋白分泌细胞,分泌的黏蛋白释入管腔内成为润滑性黏液覆盖在小肠黏膜表面,形成接触外部环境的屏障,对上皮有保护作用[17]。黏液层如同分子筛,选择性的排斥大分子物质,氨基酸等小分子物质则可以自由通过,同时黏液能够保护上皮表面不受细菌、病毒及水解酶的侵害。但黏液的黏性要保持一定的平衡,如果平衡破坏,将影响小肠的正常生理功能。而且,杯状细胞分泌的黏蛋白与柱状细胞分泌的复合糖蛋白组成肠道黏膜上皮细胞表面的细胞衣,细胞衣的糖蛋白和细胞膜的蛋白质和脂质可以结合牢固,捕获微生物,是潜在致病原的重要物理屏障。此外有研究表明杯状细胞可能在肠黏膜损伤后的重建过程中起关键作用[18-19]。
在本试验研究中,1 000 mg/kg丁酸梭菌组饲喂效果明显,十二指肠、空肠、回肠的杯状细胞数量均显著高于对照组,分别比对照组高了45.90% 、30.61%、39.09%。1 000 mg/kg 丁酸梭菌组空肠、回肠的杯状细胞数量还显著高于抗生素组,分别比抗生素组提高了24.27%、22.40%。这说明丁酸梭菌可以显著提高蛋用仔公鸡小肠杯状细胞数量,更好的发挥免疫屏障作用,保护机体免受外界病原微生物的侵害。
在肠道黏膜免疫系统起着中心作用的是分泌型免疫球蛋白A(sIgA),在肠道分泌物中含量丰富,浆细胞分泌的IgA经过肠上皮细胞或在细胞间隙内与上皮细胞产生的分泌片段结合形成sI-gA,它参与体液免疫,可以防止病原微生物的入侵,同时在调节肠道菌群方面也发挥着重要作用[20]。有研究表明,机体sIgA有调节多层黏膜防御体系的能力,第1层在肠腔,通过sIgA排除抗原;第2层在上皮细胞内,清除细胞内病原体等;第3层在黏膜固有层,sIgA通过分泌途径排出抗原到肠腔[21]。
本试验表明,蛋用仔公鸡饲喂不同水平的丁酸梭菌与对照组相比,都可以使小肠黏膜中IgA阳性物质的有效数量有一定地增加,在十二指肠中,1 000 mg/kg丁酸梭菌组比对照组显著高了17.11%,空肠中 750 mg/kg丁酸梭菌组与1 000 mg/kg丁酸梭菌组也显著高于对照组,分别比对照组提高18.84%、21.26%。回肠中,各组之间差异不显著,但随丁酸梭菌添加量的增加IgA阳性物质的有效数量呈增加趋势。综上可知,丁酸梭菌可以增强肠道黏膜的抵抗力,提高机体免疫力,添加量以1 000 mg/kg为佳。
4 结论
①丁酸梭菌能够增加乳杆菌和双歧杆菌的数量,降低大肠杆菌的数量,1 000 mg/kg丁酸梭菌组调节菌群的效果好于其他组。这说明,丁酸梭菌可以促进有益菌增殖并抑制有害菌生长从而调节肠道内菌群的平衡,改善肠道微生态环境。
②饲粮中添加丁酸梭菌能显著改善蛋用仔公鸡小肠黏膜上皮细胞的形态结构,黏膜厚度、绒毛高度、V/C值等相关指标,同时也增加了黏膜上皮淋巴细胞、杯状细胞及IgA阳性物质的数量。且1 000 mg/kg丁酸梭菌组的效果好于其他组,增强了消化吸收能力,从而维护了肠道正常的黏膜屏障功能,提高了免疫水平。
③综上可知,丁酸梭菌能够促进生长发育,维持肠道健康,在本试验条件下,最适宜的添加水平为1 000 mg/kg。
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