丁酸梭菌对肠道健康调节作用及应用研究进展

2019-02-12孙健乔立东雷莉辉关文怡北京农业职业学院牧医系北京102442

山东畜牧兽医 2019年1期

孙健乔立东雷莉辉关文怡（北京农业职业学院牧医系北京 102442）

孙健乔立东雷莉辉关文怡（北京农业职业学院牧医系北京 102442）

丁酸梭菌是从健康人和动物肠道中分离的一种革兰氏阳性芽孢杆菌，具有耐热、耐酸，耐多种抗生素等生物学的特性。丁酸梭菌在肠道内具有调节肠道菌群平衡、改善肠道健康，提高动物生长性能及改善肉品质等作用，具有良好的应用前景。

丁酸梭菌，又名酪酸梭菌，是一种专性厌氧的革兰氏阳性芽孢杆菌。丁酸梭菌是人和动物肠道的正常菌群，也广泛的存在于土壤、奶酪和天然酸奶中[1]。丁酸梭菌在室温在具有良好的耐储存能力和稳定性，对外界恶劣环境具有较强的抵抗能力，还对体内的胃液、胆汁酸和消化液具有较强的抵抗作用。丁酸梭菌对多种抗生素具有很强的耐受能力，只对新生霉素、万古霉素和四环素等少数抗生素敏感。2003年欧盟批准丁酸梭菌可作为肉鸡和断奶仔猪饲料添加剂。2009年7月我国农业部批准了丁酸梭菌制剂可作为饲料添加剂使用。2013年将其纳入《中国饲料添加剂品种名录(013)》的《附录二》中[2]。丁酸梭菌作为饲料添加剂，促进有益菌在消化道内的定植和增殖、具有抑制有害菌的生长、改善肠道健康、提高动物生长性能及改善肉品质等作用[3]。

1 丁酸梭菌对肠道健康的调节作用

1.1 抑制有害菌的生长丁酸梭菌能抑制有害菌的生长，但并不影响有益菌在消化道内的定植和增殖。自上世纪30年代日本人宫入近治发现此菌以来，做了大量研究，发现丁酸梭菌对产毒素的大肠杆菌及各种引起食物中毒的细菌有极强的拮抗作用，对临床上急慢性胃肠炎、赤痢、消化不良等消化系统疾病有较好的疗效。陈秋红等人研究发现丁酸梭菌对肠道致病菌大肠杆菌、沙门氏菌和志贺氏菌具较强的抑制作用[4]。唐宝英等人将丁酸梭菌分别与猪大肠杆菌、鸡大肠杆菌和鸡白痢沙门菌等动物肠道致病菌进行了体外共培养基，结果显示丁酸梭菌对上述致病菌有拮抗作用[5]。Yang等报道日粮中添加丁酸梭菌可降低肉鸡盲肠中大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌的数量，提高肉鸡盲肠中双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，缓解肉鸡的下痢症状[6]。曹广添等人在体外试验中证明丁酸梭菌能显著抑制大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌的增殖[7]。

1.2 促进益生菌的增殖丁酸梭菌可促进肠道有益菌群(双歧杆菌、乳酸杆菌)的增殖和发育。朱晓慧等人将丁酸梭菌分别与乳酸菌、双歧杆菌和粪杆菌在体外进行混合培养，试验显示丁酸梭菌可促进乳酸菌、双歧杆菌和粪杆菌活菌含量增加[8]。Hossain等人用丁酸梭菌与枯草芽孢杆菌和乳酸杆菌制成复合益生菌饲喂肉鸡，屠宰后取回肠和盲肠内容物进行微生物菌群测定，发现饲喂后可明显增加乳酸菌和双歧杆菌的数量，而且明显抑制大肠杆菌和产气荚膜梭菌的生长[9]。

1.3 维持肠道正常的形态结构肠道是消化和吸收营养物质的重要场所，肠绒毛高度越高则肠上皮细胞的数量越多，肠上皮细胞数量越多，则小肠对营养物质的吸收能力越强。隐窝是肠绒毛根部向固有层下陷形成的管状小管腔，隐窝变浅，说明肠上皮细胞的成熟率上升，吸收能力增强。若隐窝变深则说明机体代谢增强，维持需要增多，生产性能低。因此，绒毛高度与隐窝深度的比值很好地反应小肠的功能情况。郑有秀等人通过试验证明断奶仔猪饲粮添加丁酸梭菌不仅显著提高空肠绒毛高度，还可显著提高空肠绒毛高度与隐窝深度的比值[10]。刘婷婷等人研究发现在蛋鸡饲粮中添加不同浓度的丁酸梭菌均可显著增加十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度以及绒毛高度与隐窝深度的比值[11]。

1.4 维护肠黏膜健康肠道黏膜是动物体内是具有保护作用的组织学屏障。丁酸梭菌可加速肠黏膜上皮细胞的生长和幼畜肠道发育成熟。有研究表明，丁酸梭菌对抗生素导致的肠道黏膜完整性损坏、绒毛破坏、上皮细胞肿胀脱落等症状有明显的修复作用[3]。刘婷婷等人研究发现在蛋鸡饲粮中添加不同浓度的丁酸梭菌均可显著增加了空肠黏膜厚度[11]。丁酸梭菌的代谢产物丁酸除了能够为肠道上皮细胞提供能量外，还具有直接的免疫调控功能，能增强肠道上皮细胞的增殖和分化，提高肠道屏障功能，对维护黏膜健康有一定的作用。

1.5 对肠道的免疫调节作用肠道是机体最大的免疫器官，淋巴器官和与其相关淋巴黏膜组织构成了机体肠道的免疫防御系统。大量实验表明，丁酸梭菌能够激活人或动物机体免疫系统，机理尚不明确，但丁酸梭菌的代谢产物丁酸刺激肠道黏膜免疫活性及对肠道微生态的调节都一定程度上起到促进免疫的功能。Murayama等证实口服丁酸梭菌可以激活多细胞系黏膜免疫系统活性并显示出辅助抗霍乱毒素活性[12]。刘亭婷在蛋用仔公鸡的饲料中添加适量的丁酸梭菌，其血清免疫球蛋白G和血清补体C3含量均显著提高[13-14]。

1.6 为肠道提供营养物质丁酸梭菌在后肠发酵后的主要代谢产物是丁酸，而丁酸是结肠上皮细胞的能量代谢和正常生长主要的营养物质，能量供应的不充分是导致结肠炎的主要因素之一，而结肠上皮细胞70%能量一般是从丁酸盐中获得。丁酸梭菌在肠道内能合成B族维生素和维生素K等物质，同时也能促进维生素E的吸收，增强动物机体的抗病能力，具有重要的保健作用。丁酸梭菌合成的维生素种类比较丰富，这些维生素可提高饲料利用率和动物生产性能。丁酸梭菌在肠道内可产生多种能帮助机体消化的酶类，在这些酶系的作用下，日粮中纤维和果胶的降解中间产物可被双歧杆菌等乳酸菌利用，促进乳酸菌增殖，最终降解产生的挥发性脂肪酸被机体吸收利用。

2 丁酸梭菌在畜牧业生产中的应用

2.1 提高生产性能丁酸梭菌制成微生态制剂并添加到动物饲料中，可以提高成活率、产蛋率，降低料肉比，提高免疫力。郝永任研制开发的丁酸梭菌、乳酸菌和酵母菌复合的丁酸梭菌制剂用于肉鸡生产，平均增重提高8.28%，料肉比降低5.77%，死淘率降低65%，并且能够提高肉鸡的免疫力[15]。李玉鹏等人在断奶仔猪日粮中添加丁酸梭菌能改善断奶仔猪的生长性能，调节肠道菌群平衡，提高了肠上皮细胞紧密连接相关蛋白的ｍRNA 相对表达水平以及血清中抗炎性细胞因子IL-10的含量，降低了血清中促炎性细胞因子IL-1β的含量，改善了断奶仔猪的肠黏膜屏障功能和机体炎症反应[16]。张彩云等在断奶仔猪的日粮中添加1%丁酸梭菌，显著提高了仔猪的平均日增重，添加3%的丁酸梭菌能显著提高仔猪饲料的转化效率[17]。张秀江等人研究发现仔猪断奶后添加丁酸梭菌能够减少断奶后饲料对仔猪的应激，促进仔猪的健康，提高其抗病性能，降低仔猪腹泻率[18]

2.2 改善肉品质丁酸梭菌可调节动物的脂肪代谢，提高肉品质。赵旭等人报道添加丁酸梭菌可通过改变21日龄肉鸡腿肌脂肪代谢相关酶活性和基因表达来增加肉鸡腿肌肌内脂肪含量[19]。Liao等人研究发现，饲粮中添加丁酸梭菌可显著提高42日龄肉鸡胸肌多不饱和脂肪酸的含量以及多不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比率(多不饱和脂肪酸可形成鸡肉的特征性风味物质，对改善肌肉品质有一定的作用)。另有研究表明，肉鸡饲粮中添加丁酸梭菌可显著降低肌肉的剪切力。丁酸梭菌对畜禽肉品质的改善有一定的作用效果，可能主要与其影响肌内脂肪沉积和多不饱和脂肪酸的含量有关，具体的作用机制还需要进一步的研究[2]。

2.3 用于消化道疾病的治疗在临床上丁酸梭菌被制成微生态制剂用于疾病治疗。丁酸梭菌在日本是一种可用于抗腹泻的益生菌，腹泻患者从试验开始或者中间接受丁酸梭菌治疗，可分别降低9%和5%的腹泻[3]。姚丽等人将丁酸梭菌活菌散与蒙脱石散间隔应用治疗小儿迁延性腹泻的临床治疗，发现疗效显著[20]。抗生素的大量使用可能造成大肠炎、下痢等，宿主肠内的生理环境受到破坏。另有研究表明将丁酸梭菌与抗生素结合使用可以减少抗生素造成的肠道菌群的变化，降低副反应[14]。

丁酸梭菌作为一种新型的益生菌型饲料添加剂，与其他益生菌相比具有良好的耐热和耐酸特性，而且具有较好的稳定性，符合新型微生物饲料添加剂的特点[21]。但丁酸梭菌作为微生物饲料添加剂的研发与应用仍处于发展的初始阶段，作用机制需要更明确的阐述，需要进行更多的试验研究[22]。

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