丁酸梭菌的研究及应用进展

吴媛媛

（四川省水产学校，成都 611730）

1 丁酸梭菌的生物学功能

1.1 调节胃肠道微生态平衡

丁酸梭菌能分泌维生素和生长因子等促进肠道有益菌群增殖，同时产生抗菌肽和有机酸等抑制有害菌群生长，优化胃肠道菌群结构，且有机酸是肠壁细胞的能量来源，对肠道上皮组织的再生和修复具有重要的意义。曹广添等将丁酸梭菌分别与大肠杆菌、乳酸杆菌等联合培养，与单独培养比，有益菌丰度均增加，而病原菌数量均降低[1]。Kuroiwa 等报道，丁酸梭菌能产生生物活性分子，促进双歧杆菌、乳酸菌、粪杆菌等肠道有益菌群增殖[2]。朱晓慧等将丁酸菌发酵提取物分别与双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和粪链球菌共培养后，3种活菌丰度均提高[3]。肖英平等在肉鸡日粮中添加丁酸梭菌可增加盲肠中产短链脂肪酸菌群的丰度[4]。同时，丁酸梭菌还可分泌淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶和半纤维素酶等，其降解的中间产物被双歧杆菌等益生菌群利用，促进有益菌的生长繁殖，维持肠道健康。Zhang等发现，丁酸梭菌可优化断奶仔猪肠道菌群结构，提高肠道中挥发性脂肪酸的含量，并提升小肠中益生菌群丰度[5]。Taka⁃hashi 等认为，丁酸梭菌产生的丁酸、乙酸可预防和治疗出血性大肠杆菌感染的小鼠，在体内外体均能抑制出血性大肠杆菌的生长，证实丁酸梭菌可降低肉鸡坏死性肠炎的发病率和缓解相关症状[6-7]。此外，丁酸梭菌可通过调控肠组织中紧密连接蛋白Occludin 和ZO-1 等蛋白表达，从而改善肠黏膜通透性，缓解疾病相关症状，维持肠道健康；具有定植占位效应，能在肠黏膜表面形成伪膜，占据肠道上皮细胞黏附位点，抑制肠道内有害菌和腐败菌的定植和入侵，丁酸梭菌提取物脂磷壁酸能抑制大肠杆菌在肠上皮细胞的附着[8-10]。上述研究均表明，丁酸梭菌能促进有益菌生长，抑制致病菌的增殖，维持肠道菌群平衡，预防肠道疾病的发生。

1.2 调控机体免疫反应

丁酸梭菌具有双向免疫调节能力，不仅能促进机体免疫器官发育，激活机体免疫应答，提高机体免疫力，还能抑制机体炎症反应。刘亭婷等在仔鸡日粮中添加丁酸梭菌，发现丁酸梭菌组鸡的脾脏指数、血清中IgG 和C3 的含量均高于对照组，胸腺和法氏囊指数有上升趋势[11]。李可等研究发现，丁酸梭菌能提高仔鸡脾脏和法氏囊指数，尤其提高母鸡的脾脏指数[12]。Han等研究表明，丁酸梭菌还能提高肉鸡血清中IgM的含量，并能与植物乳酸杆菌产生协同效应[13]。贾聪慧等研究表明，丁酸梭菌可提高肉鸡血清中IgA含量，且与抗生素相比效果更佳[14]。Yang研究发现，丁酸梭菌在第2周时就能提高肉鸡血清中IgA 和IgG 的含量，而在第3 周时才能提高肉鸡血清中IgM 的含量[15]。王柳懿等发现，丁酸梭菌能促进断奶仔猪回肠组织中TLR2/4、接头蛋白MyD88 和负调控因子的表达量，且血清中IL-8含量呈上升趋势[16]。此外，丁酸梭菌能通过抑制NF-kB 信号通路，调控下游基因表达，抑制炎性细胞因子IL-6 和TNF-α的表达，从而抑制机体炎症反应[17]。Gao 等和Kanai 等则认为丁酸梭菌可通过激活人肠上皮细胞中TLR2介导的MyD88 信号通路，诱导巨噬细胞产生抗炎性细胞因子IL-10，来达到抗炎的效果[18-19]。

1.3 促生长作用

丁酸梭菌可通过分泌益生物质，维持肠道健康，调控肠道平衡，增强宿主免疫，提高饲料转化率和抗病性，达到促进机体生长的作用。贾聪慧等报道，丁酸梭菌能提高肉鸡体重、平均日增重和平均日采食量，并认为这与增强机体免疫功能有关[14]。李玉鹏等试验证实，丁酸梭菌能提高断奶仔猪的日增重，且料重比降低5.26%，并表明这与改善肠道菌群和肠道屏障功能有关[6]。Takahashi等发现，丁酸梭菌可通过增强机体免疫，改善肠道菌群结构来提高肉鸡和断奶仔猪的日增重和饲料转化率，促进机体生长[8]。此外，丁酸梭菌还可改善机体胴体性状，提高肉品质[12]。

1.4 抗逆性强

丁酸梭菌对胃肠道以及贮存和加工运输过程中的高温、高压、酸性、机械摩擦等各种恶劣环境均有很强的耐受性。刘磊等将丁酸梭菌在人工胃液和肠液中作用3 h 后，其存活率均＞90%，并发现其最高胆盐浓度为0.4%，经肠道消化酶混合液处理198 min 后的存活率仍为47.17%，表明其对胃肠道环境有较好的耐受性[20]。贾丽楠等发现，丁酸梭菌经85 ℃处理7.5 min，0.4 MPa 处理5 min 后，其存活率分别为46.35%、101.74%，表明其能耐受饲料加工过程中的高温、高压环境[21]。此外，丁酸梭菌对头孢立新、氨基糖苷类等十多类抗生素均不敏感，仅对新生霉素、万古霉素等少数抗生素敏感[22]。因此，丁酸梭菌可与部分抗生素联合使用，降低抗生素的副作用。表明丁酸梭菌是一类开发潜力巨大、应用前景广阔的益生菌种。

2 在动物生产中的应用研究

2.1 在家畜方面的应用

丁酸梭菌在家畜方面主要应用于猪，其能改善猪肠道菌群结构，维持肠道屏障完整，激活机体免疫，增进消化，促进生长，而鲜见其他哺乳类相关报道。王柳懿等研究表明，断奶仔猪日粮中添加丁酸梭菌5×1011cfu·kg-1能提高回肠组织TLR2/4、MyD88、Tollip 和Bcl3 的表达量，提升血清中IL-8和TNF-α的含量，激活机体免疫应答[16]。李玉鹏等研究表明，断奶仔猪日粮中添加丁酸梭菌5×105cfu·g-1能提高日增重、降低料重比，促进空肠组织NOD样受体蛋白、封闭蛋白1和紧密连接蛋白2的表达量，并能提高肠道中乳酸杆菌丰度，而降低大肠杆菌含量，认为其能提高仔猪小肠屏障功能，增强免疫和改善肠道菌群平衡，促进仔猪生长[6]。刘婷婷等报道，断奶仔猪饲料中添加谷氨酰胺1%与丁酸梭菌复合物500 mg·kg-1可提高仔猪断奶平均日增重、血清中补体水平和溶菌酶活性、小肠绒毛高度以及盲肠中乳酸菌和双歧杆菌含量，降低大肠杆菌丰度[23]。王腾浩研究发现，6 株猪源丁酸梭菌能分泌有益物质，提高断奶仔猪消化酶活性，缓解LPS对肠道的损伤、抑制细胞凋亡和炎性细胞因子合成、促进紧密连接蛋白表达，提高血清免疫球蛋白含量和补体水平，改善肠道菌群结构，从而提高仔猪生长性能，并认为能替代抗生素使用[24]。

2.2 在家禽方面的应用

日粮中添加丁酸梭菌，不仅可提高肉鸡日增重、饲料转化率，改善肠道菌群结构和屏障功能，还可有效预防肠炎的发生，提高肉鸡的免疫力、抵抗力，促进生长，改善鸡肉品质。肖英平等采用高通量测序技术分析了丁酸梭菌对肉鸡盲肠菌群结构的影响，发现丁酸梭菌具有降低硬壁菌门丰度、增加拟杆菌门丰度的功能，肉鸡盲肠中短链脂肪酸生成菌如粪栖杆菌、别样杆菌和类杆菌属等丰度升高，而毛螺菌属、理研菌属和链球菌属等丰度降低，并可降低肉鸡的料肉比[4]。王政等研究发现，酪酸菌能抑制LPS 诱导的TLR5 的高水平表达，从而降低IL-1β和IL-6的分泌，并提高白羽肉鸡空肠绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度的比值，改善肠道屏障，促消化，降低料重比，提高白羽肉鸡生长性能[25]。在饲料中添加适量的丁酸梭菌，肉鸡血清中IgM 和肠道内容物中挥发性脂肪酸含量得到提高[13]。盲肠内容物的pH 和盲肠的相对长度降低，空肠黏膜中的碱性磷酸酶活性增加，表明丁酸梭菌改善了肉鸡免疫和肠道屏障功能[26]。杜云平等在日粮中添加丁酸梭菌能增加肉鸡生产性能，同时发现丁酸梭菌能较好的预防小鸡的肠炎[27]。李可等研究表明，丁酸梭菌能提高肉仔鸡的免疫器官指数和胸肌率，并降低腹脂率和胸肌的滴水损失率及蒸煮损失率，从而促进肉仔鸡免疫器官发育，改善肉鸡肉品质，提高胴体性状[12]。

3 发展方向与前景

丁酸梭菌不仅有类似乳酸菌调节肠道微生态平衡的作用，还具有芽孢杆菌样的抗逆性，在养殖业中有着广阔的应用前景。但丁酸梭菌因单位发酵液芽孢数的得率较低，从而成本高，导致其在养殖业中应用不多。因此需筛选优势菌种、优化培养条件，降低应用成本。同时，丁酸梭菌对不同年龄段的动物效果不同，需开展大量的试验，探明其对不同年龄阶段或动物的适宜使用剂量和方法。此外，丁酸梭菌与乳酸菌、双歧杆菌等多种益生菌存在协同效应，但仍需通过试验来确定菌种的比例。随着丁酸梭菌的广泛应用，其作用机理也需进一步研究。