丁酸梭菌对仔猪肠道健康的影响

2020-12-18李玉鹏李海花乔家运姚胜宁

中国饲料 2020年7期

李玉鹏，李海花，王倩，乔家运，姚胜宁

（1.天津市畜牧兽医研究所，天津 300381；2.天津农学院动物科学与动物医学学院，天津 300384；3.天津师范大学生命科学学院，天津 300387；4.天津市静海区畜牧水产业发展服务中心，天津301600）

仔猪断奶后，由于其免疫系统发育不完全，使仔猪容易产生应激，引起腹泻等，因而仔猪肠道健康一直是研究的热点和难点。丁酸梭状芽孢杆菌是一种重要的益生菌（Liao等，2015），近几年来，丁酸梭菌作为饲料添加剂，在治疗动物肠道疾病，改善动物肠道健康状况等方面的研究取得一定进展（田召芳等，2017）。

1 丁酸梭菌的生物学性状、生理特性和功能

1.1 丁酸梭菌的生物学性状丁酸梭菌为革兰氏阳性厌氧菌，在自然环境中广泛存在。菌体为直杆状，也见有弯曲状，菌体末端膨大呈梭状[（0.5 ～ 1.7 μm）×（2.4 ～ 7.6 μm）]，单个或成对、短链，因周生鞭毛，可运动，偶见有丝状菌体，内生孢子，一定条件下可形成芽孢（李碧云等，2013），表面菌落形态直径为1～3 mm，为圆形或略不规则，菌落呈白色或奶油色（王腾浩，2015）。丁酸梭菌最适生长温度为25～37℃（王腾浩，2015），对外界环境的耐受力较强，耐热、耐酸。经80℃加热30 min或90℃热处理10 min后仍能全部存活；90℃加热20 min后，存活率为95%；100℃加热5 min后，存活率为30%。其适宜生长的pH为4.0～9.8，在pH为1.0～5.0时仍然可以存活（代冰，2011）。

1.2 丁酸梭菌的生理特性和功能丁酸梭菌是一种有益菌，已作为饲料添加剂在实际生产中广泛应用，其主要特性有：（1）促进机体肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌的生长和繁殖，抑制或杀灭肠道内条件性致病菌大肠杆菌、腐败菌等有害菌的生长和繁殖，减少肠毒素（胺类和硫化氢等有害物质）的产生，从而避免各种肠道疾病的发生；（2）其在动物肠道内可产生氨基酸、B族维生素和维生素K等多种促生长因子，促进有酸载体，转运氨基酸，提高动物对脂肪和蛋白质的消化吸收（王腾浩等，2015）；（3）丁酸是该菌的代谢营养物之一，可促进肠道上皮细胞相关紧密连接蛋白的表达及组织的再生与修复；（4）因其是厌氧或者兼性厌氧菌，可耐受体内胃液、胆汁酸和消化酶的作用；（5）除了可以抵抗饲料制粒过程中的高温、高热，只对新生霉素、万古霉素和四环素等少量抗生素敏感，对其他多种抗生素具有很强的耐药性，且配伍禁忌少（王腾浩，2015；王保正等，2007）。

2 丁酸梭菌对仔猪肠道健康的影响

我国对丁酸梭菌的研究起步较晚，相关产品的研发较少，丁酸梭菌的作用机理非常复杂，但随着研究的不断深入，已经有众多学者在不同领域发现了其不同的作用机制。我国于2009年批准丁酸梭菌为新型饲料添加剂，目前其已广泛应用于畜牧生产中（田召芳等，2017；Araki等，2004）。

2.1 丁酸梭菌对仔猪生长性能的影响断奶应激常引起仔猪胃肠道生理、免疫和微生物的改变，造成肠道功能紊乱（Moeser等，2017）。丁酸梭菌能够提高仔猪抗应激能力、饲料转化率和生长性能等（Zong 等，2019；Hayakawa 等 2016；Italy，2011）。研究表明，添加0.2%的丁酸梭菌能显著提高断奶后至转群时仔猪的平均增重，且料重比降低0.08%，差异显著（王保正等，2007）。Chen等（2018）研究表明，丁酸梭菌有降低断奶仔猪料重比的趋势。李玉鹏等（2017）研究表明，利用添加丁酸梭菌的饲粮饲喂断奶仔猪，同样提高了试验组断奶仔猪的生长性能，断奶仔猪的ADG和ADFI均有所提高，且料重比降低5.26%。综上所述，添加丁酸梭菌的饲粮在保证仔猪原有营养水平的同时，可促进仔猪的营养供应和吸收，进而提高仔猪生长性能。

2.2 丁酸梭菌对仔猪肠道形态的影响肠道黏膜是具有保护作用的组织学屏障。小肠绒毛高度和隐窝深度是反映动物消化吸收能力的重要指标，而绒隐比则综合反映了黏膜的完整性和消化吸收能力。王腾浩（2015）研究表明，丁酸梭菌能够保护断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度减少并增加绒隐比，修复因断奶造成的仔猪肠道损伤。Chen等（2018）研究表明，丁酸梭菌能够增加十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度和空肠的绒隐比。郑有秀等（2018）研究表明，饲粮中添加丁酸梭菌能够显著提高断奶仔猪空肠绒毛高度和绒隐比。上述研究表明，丁酸梭菌能够改善断奶仔猪肠道结构。

2.3 丁酸梭菌对仔猪血清细胞因子的影响适度的炎症反应有利于机体清除病原体，过度的炎症反应则会引起组织损伤，甚至危及生命，因此，机体炎症反应和抗炎症反应总是处于平衡的状态中。例如，IL-1β是炎症早期最早分泌的一种促炎性细胞因子，能够促进组织局部炎性细胞浸润，减轻或加重组织炎性损伤状态，在炎症反应激活和调控的全过程中发挥重要作用。IL-10是一种抗炎性细胞因子，能够有效抑制促炎性细胞因子的分泌，减轻机体炎症反应，发挥一定的免疫刺激和调节作用，帮助益生菌顺利定植肠道，从而为益生菌发挥一系列的益生作用提供前提条件（高全新，2012）。研究表明，丁酸梭菌能够激活动物机体免疫系统，增强机体免疫力，维持动物健康，识别并激活Toll样受体2，调节适量的抗炎性因子IL-10、促炎性细胞因子IL-8、IL-18和肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的分泌，以抵抗病原菌的感染，并维持免疫自稳（Li等，2018；李玉鹏等，2017；王柳懿，2017）。耿正颖等（2018）研究表明，丁酸梭菌能够显著降低仔猪血清中TNF-α和IL-6含量，显著提高IL-4含量。同时，李玉鹏等（2017）研究表明，丁酸梭菌可提高血清中抗炎性细胞因子IL-10含量。因此，饲粮中添加丁酸梭菌后能够调节仔猪的炎症反应，对仔猪产生益生作用。

2.4 丁酸梭菌对仔猪肠道微生物的影响有益微生物在动物肠道中起着重要作用，在动物体内保持着微生物菌群的动态平衡。仔猪刚出生时消化道是无菌的，在出生后到断奶的过程中，消化道各个部位逐渐被各种细菌所占据，但菌群还未达到应有的平衡，在饲料中添加益生菌可改善仔猪生长性能和调节肠道微生物平衡（Araki等，2004）。乳酸杆菌为厌氧菌，成为优势菌群后会消耗胃肠道内的大部分氧气，同时调节胃肠道pH，使得病原微生物无法繁殖生长。梁明振等（2013）研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加丁酸梭状芽孢杆菌，可降低肠道pH和提高肠道内丁酸梭状芽孢杆菌和乳酸杆菌的含量，降低大肠杆菌的含量。李玉鹏等（2017）研究表明，添加丁酸梭菌后的饲粮可显著提高空肠和回肠中乳酸杆菌的数量，显著降低回肠中大肠杆菌的数量，有助于益生菌成为优势菌群，缓解断奶应激给仔猪带来的伤害。

2.5 丁酸梭菌对仔猪肠道屏障功能的影响近年来，益生菌对肠道屏障功能的影响已经引起广泛关注。肠道屏障功能由机械屏障、化学屏障、免疫屏障和生物屏障共同构成，屏障由单层肠上皮细胞通过紧密连接蛋白结合形成，能够防止有害微生物、抗原和毒素从肠腔进入血液。肠上皮细胞间的紧密连接可以调节肠道屏障的通透性和维持上皮结构的完整性，紧密连接蛋白的正常表达对于机体的生存至关重要（Li等，2018）。 Zos、occludin和claudins被认为是主要的紧密连接蛋白（Li等，2018）。饲粮中添加丁酸梭菌可刺激肠道上皮细胞繁殖，提高肠道上皮中紧密连接相关蛋白 ZO-1、ZO-2、claudin-1、claudin-3 和 occludin的表达，有利于机体发挥肠道屏障功能（Zong等，2019；Li等，2018；李玉鹏等，2017）。 D-乳酸是细菌发酵的代谢物，二胺氧化酶（DAO）主要来源于肠黏膜，肠黏膜通透性增加时，血液中D-乳酸含量升高，DAO活性增高，因此，D-乳酸和DAO通常作为检测肠黏膜通透性的重要指标。Li等（2018）研究表明，丁酸梭菌能够降低仔猪血液中D-乳酸和DAO含量。庞敏等（2016）研究表明，饲粮中添加500 mg/kg丁酸梭菌，能够显著降低断奶仔猪第14天血清中D-乳酸含量。因此，饲粮中添加丁酸梭菌能够提高断奶仔猪肠道屏障功能。

2.6 丁酸梭菌对仔猪免疫功能的影响丁酸梭菌既具有直接的营养功能，又能刺激动物肠黏膜免疫反应，增强机体免疫力，改善动物健康状况（Chen 等，2018；王腾浩，2015）。 TLRs可通过天然刺激免疫应答进而提高获得性免疫反应。王柳懿等（2017）研究表明，丁酸梭菌能够提高Toll样受体 2（TLR2）和 Toll样受体 4（TLR4）在仔猪回肠中的表达，使机体处于免疫激活状态，从而改善仔猪健康状况。耿正颖等（2018）研究表明，饲粮中添加丁酸梭菌能够显著提高仔猪免疫球蛋白G（IgG）的含量。郑有秀等（2018）研究表明，饲粮中添加丁酸梭菌能够显著提高断奶仔猪血清中免疫球蛋白A（IgA）和IgG的含量。上述研究表明，丁酸梭菌能够提高仔猪机体免疫力。