粪菌移植技术在养猪生产中的研究进展

◆作者：顾婕

◆单位：华南农业大学动物科学学院

粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）作为一种可以重塑肠道菌群的治疗方式，将健康个体捐赠粪便微生物群落移植到患病个体肠道中，使肠道微生物菌群的组成和功能正常或改变。在现阶段人类医学的研究应用中，粪菌移植现状基本定义在治疗复发性难治性梭状芽孢杆菌感染（clostridioides difficile infection，CDI），因其被写入美国药品监督管理指南后有效性得到验证。目前的研究热点除了治疗CDI 以外的适应症，也不少文献报道治疗炎性肠疾病（IBD），如克罗恩病（CD）、溃疡性结肠炎（UC）、肠易激综合征（IBS）等。也有研究报道可以治疗肝脏疾病、血液疾病、甚至精神疾病。随着FMT 的在人类中的成功案例越来越多，科学家也开始尝试在动物生产中进行试验。关于动物养殖中使用FMT技术的研究较少，本文根据现有的文章进行整合，为未来的技术研究提供参考价值。

1 FMT 国内外发展简史

粪菌移植历史悠久, 关于起源并没有统一的说法。

在中国，公元4 世纪的东晋时期，记录了食物中毒严重腹泻的患者口服健康人粪便悬浮液治疗成功的案例；16 世纪的明朝李时珍在《本草纲目》使用发酵粪治疗严重腹泻、发烧、疼痛,呕吐。而在国外，人类医学临床应用FMT 技术最早在1958 年，美国外科医生Ben Eiseman 成功治疗4 例伪膜性肠炎患者。经过50多年的发展累积，直到2013 荷兰科学家Els van Nood 的第一篇应用FMT 治疗CDI 的文章才真正受到科学家的关注。2013 年发展至今的人类医学中依旧常用于治疗CDI，目前也会用于治疗肠道微生物群内稳态代谢疾病、免疫疾病、胃肠道疾病、甚至精神疾病。

2 FMT 作用机制

粪菌移植技术是指将健康供体的粪便悬浮液注入受治疗者的胃肠道中，使供体肠道内植入并重建健康的功能性菌群的技术。

供体来源可以分为异体和自体两种方式。异体为主流，但是筛选方法比较复杂。自体多为患病前低温保留以供患病后使用。移植的粪菌状态可以分为三种方式，分别为新鲜、发酵和冷冻保存。新鲜粪菌是从粪便中直接获取。发酵本质上是选择性分离培养粪便中菌群。冷冻保存是在新鲜菌群的基础上利用低温保存技术进行存储或异地治疗。粪菌输入可以分为上消化道、中消化道、下消化道三种途径。上消化道主要是口服粪菌胶囊。中消化道主要包括通过鼻肠管、胃镜钳道孔、经皮内镜胃造瘘空肠管,下消化道途径包括结肠镜、灌肠、结肠造瘘口、经内镜肠道植管（TET）等。

在养猪生产中针对断奶仔猪进行粪菌移植，粪便一般取自健康母体。粪菌的移植状态除去远距离运输需要的冷冻保存外，发酵粪便目前阶段对菌群的选择技术难度太大（移植菌群的种类和数量）和不可控因素较多（粪便中的有毒有害因子研究较少）故而选择新鲜粪便。而口服灌喂比较其他方法在养猪生产中更便捷。因此，在试验中，最常见的是使用新鲜粪便制成悬浮液对断奶仔猪进行口服灌胃的方法。

3 FMT 在养猪生产现状

仔猪断奶期间伴随着消化道组织形态的变化和微生物的变化，而肠道微生物的变化对仔猪发育阶段有重要的影响。早期断奶导致肠道屏障的损害，免疫系统的紊乱，最终会导致仔猪死亡或生长迟缓。FMT 技术在养猪生产中的作用有：促进肠道屏障的建立，减少仔猪腹泻率，改善仔猪生产性能，增加仔猪对疾病的抵抗能力。目前养猪生产阶段研究集中在添加剂的选择和配合饲料的配方设计，而利用FMT技术可以改变胃肠道微生物群的组成和影响肠道健康，从而起到提高生长性能和饲料转换率的作用，增加经济效益。除此还有一个发展方向是通过益生菌与益生元调节猪肠道微生物用来预防病原体和促进有益细菌丰度。

3.1 仔猪微生物肠道屏障

肠道屏障包括物理屏障、化学屏障、免疫屏障和微生物屏障。越来越多的证据表明，肠道菌群的早期定植有助于宿主的健康，并且肠道菌群的组成与免疫系统密切相关，可以促进肠道屏障功能的建立和免疫系统的成熟。以FMT 技术为主的试验中大多为有利的研究，例如通过外源性粪便菌群干预可减轻感染仔猪肠道屏障损伤，增强肠道屏障完整性。

但是有关影响微生物组成的说法并不一致，大多研究显示通过FMT 可以调节肠道菌群组成，干预产后早期肠道微生物组成方向。有研究证明没有显著改变受体肠道菌群，但丰富了与生长性能的提高有关的细菌类群。也有极少研究显示外源性粪便菌群干预会破坏肠道菌群平衡，从而损害肠道健康。

3.2 仔猪腹泻率

由于新生猪肠道发育不完全，肠道菌群处于不稳定状态。同时，其免疫系统发育不够成熟，易受多种病原菌感染，仔猪抵抗力较弱，在这种情况下会发生腹泻进而导致仔猪成活率下降，生长发育迟缓，因此，肠道屏障功能降低和病原体感染增加，与肠道微生物组失衡（代谢异常）有关，这导致了养猪业的重大损失。大部分文章研究结果都是降低仔猪腹泻率。其中有研究说明通过调节肠道菌群治疗产肠毒素大肠杆菌引起的腹泻可能有效。

3.3 仔猪生产性能

生长性能包括平均日采食量（ADFI）、平均日增重（ADG）、饲料转化率（FCE）、剩余采食量（RFI）等参数。大多数研究试验方法是给刚出生的新生仔猪口服母猪粪便微生物，可以改善仔猪生产性能，提高ADG。猜测可能因为移植后健康有效的微生物群会促进完善仔猪肠道屏障，减少腹泻率，因此提高了仔猪消化吸收及免疫能力。但是因为微生物菌群的不同，也出现了导致仔猪体重下降的研究。

3.4 预防工具

FMT 在人类医学已被接受为多种胃肠道疾病的治疗方法，但直到 2017 年，FMT 才被公认是胃肠道以外疾病（例如呼吸道或神经系统疾病）的替代疗法。而在传统养猪生产里，抗生素和其他生长促进剂在食用动物生产中被用作预防药物。目前有研究描述了FMT 作为预防工具用于预防感染两种重要猪病原体的猪圆环病毒相关疾病的有效性。表明该技术在作为疾病预防工具方面有着一定潜力。

4 FMT 在养猪生产面临的挑战

尽管FMT 已经受到越来越多关注，但任何一项新的技术研究在进步中都有其局限性，我们也应该理性思考并积极解决其出现的问题。

FMT 的主体是微生物，猪肠道微生物组由多种因素控制，例如生长环境、健康状况和抗生素的添加量，所以在选取供体的时候应仔细排查外界因素，针对研究目的的不同需要进行仔细筛选。有研究表明遗传因素对个体肠道菌群组成也有影响，而品种间的FMT 引起猪肠道菌群结构变化的研究较少。

在移植过程中需要判断传染病传播风险，首先对供体进行全面的风险评估，估计近期感染疾病的风险，排除可能接触到目前实验室无法识别的其他感染源避免影响试验结果。

大多研究通过粗略筛选粪便后制成悬浮液进行口服灌胃，缺乏对治疗用菌种含量的技术控制。未来的研究方向应该会对不同菌种种类和含量有更系统的规定。这需要大量的研究数据来证明微生物群落对治疗常见病原体背后机制的研究。而这项技术因为供体微生物群不能完全被筛选到理想的微生物群而受限，也存在明显的生物安全性和监管问题，所以应从开发出可以用于靶向治疗的克隆题库出发，不是仅仅推广此项技术。