甘露寡糖调节畜禽肠道健康机制研究进展

■殷运菊 马 杰 陈清华* 王兴吉

（1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南 长沙 410128；2.山东隆科特酶制剂有限公司，山东 沂水 276400）

大量生产实践证明少量抗生素的使用可以带来巨大的生产效益，这就造成养殖业出现抗生素滥用的现象。而抗生素的滥用会致使畜禽产生耐药性以及食品中抗生素的残留，直接或间接地威胁人类健康。农业农村部宣布2020 年7 月1 日起促生长抗生素将不再作为饲料添加剂使用。因此，寻找理想的抗生素替代物成为行业的热点。甘露寡糖（Mannose oligo⁃saccharides，MOS）作为一种新型饲料添加剂，可将其应用到畜禽生产中以应对当前行业的严峻形势。研究发现，饲喂MOS可改善动物生长性能、增强机体抗氧化能力、提高免疫力以及保护肠道形态和屏障功能。畜禽健康的肠道是保障其健康生长的基础。文章主要从MOS 调控肠道健康的机制进行综述，为其在畜禽生产中的应用及推广提供参考。

1 MOS的来源及其特性

MOS是来源于酵母细胞壁外层的寡糖之一；又称甘露低聚糖，甘露糖分子通过葡萄糖苷键与葡萄糖连接。MOS 主要通过生物降解法从植物中获取，此外，还可以通过蒸汽爆破预处理棕榈仁饼（palm kernel cake，PKC）后，用β-甘露聚糖酶水解甘露聚糖来获取。MOS因其单糖组成、糖苷键链接位置及链接方式不同，使得MOS种类繁多且其理化性质和生物学功能也存在差异。酵母细胞壁来源的MOS 主链主要通过α-1，6糖苷键连接，而侧链则通过α-1，2和α-1，3键连接。MOS结构的研究方法主要有化学分析法、仪器分析法、生物学分析法等。化学分析方法（如高碘酸氧化法、水解法、Smith降解法、甲基化反应等）具有快速准确、操作方便及灵敏度高等优点，因此是寡糖结构分析的一种重要手段。MOS具有稳定的结构，能在一定的高温和生理pH条件下保持其功能和结构完整。MOS易溶于极性溶剂（如水等），但不溶于有机溶剂（如乙醇、乙醚和丙酮等）；在MOS水溶液中添加有机溶剂会出现沉淀或结晶。MOS黏度会随温度的升高而下降，当pH在3.0～9.0范围内时，MOS的黏度较为稳定。

2 MOS对宿主肠道形态的影响

长而完整的绒毛、浅的隐窝和低的更新率是评定肉鸡消化道健康的重要标准。较长的绒毛和较浅的隐窝为营养物质的吸收提供了更大的表面积，而较低的更新率使肠道细胞能够有效地促进酶的产生和成熟。研究发现，饲粮中补充MOS 增加了家禽小肠的绒毛高度，降低隐窝深度，增加绒毛高度和隐窝深度比，增加空肠和回肠杯状细胞数量。促进小肠绒毛上皮细胞成熟。杯状细胞的增加，促进胃肠道黏液和黏液蛋白的分泌，从而形成防御屏障，能为宿主抵御内源性和外源性刺激物和微生物的附着及入侵起着积极作用，同时改善营养物质的吸收能力。Cheng 等（2018）在日粮中添加250 mg/kg的MOS能有效改善肉鸡生长性能（ADG、ADFI和饲料转化率）；ADG值的提高是由于MOS 对营养物质的消化率、肠道微生物学和屏障完整性、氧化状态和动物免疫力的促进作用。因此，在饲粮中添加MOS 可以有效减轻受各种不利因素（如热应激）引起的动物的肠道形态学损伤。

3 MOS对肠道微生物的影响（见图1）

图1 MOS保护肠道健康示意图

肠道微生物群是一个复杂的生态系统，影响宿主生理的许多方面，包括采食、维生素合成和疾病的发生发展和免疫系统的调节。大量研究表明，肠道微生物与宿主健康状况、代谢类型、营养物质吸收或生产和免疫系统的发育相关，在维持肠道和能量代谢稳态中也有着重要作用。甘露糖敏感型（mannose-sensi⁃tive，MS）1型菌毛显著影响小鼠肠上皮细胞中几种细胞因子的表达和分泌水平，有助于在沙门氏菌入侵期间诱导肠道炎症。同时，MS1型菌毛能使细菌黏附在炎性上皮表面，这为病原体的增殖提供理想环境。MOS能与1型菌毛细菌结合阻断他们在肠道上黏附、定植和感染，使自生菌群能够大量繁殖，达到保护肠道健康的效果。MOS还能促进大鼠肠道发育，增加肠道厚度，在一定程度上能抑制肠道中病原菌的增殖，抵抗病原菌的入侵。因肠道中的胰淀粉酶不能消化MOS分子中的糖苷键，MOS进入后肠道后可作为有益菌生长繁殖所需的营养物质，因此补充MOS 能增加乳酸菌的数量和双歧杆菌的相对丰度。Dev等（2020）在日粮中加入0.2%的MOS后可以观察到肉鸡盲肠中有益菌群数量明显增加，其原因是MOS 作为内源性有益菌的底物，能促进病原微生物的竞争性排斥和有益微生物的选择性定殖。

4 MOS通过肠道内容物调节炎症

研究发现，MOS 能促进断奶仔猪大肠中有益菌的增殖，而有益菌群数量的增加可促进肠道短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）的产生，其通过降低肠道pH 抑制有害细菌的生长，同时抑制大肠杆菌等病原菌的致病基因和黏附因子的基因表达，降低病原菌和不耐酸腐败菌对肠组织造成的损伤。SCFA 主要包括乙酸、丙酸、丁酸。乙酸通过激活AMPK/PGC-1α/PPARα通路促进肠道上皮细胞对饮食脂类氧化分解来促进饮食脂类的消耗，进而减少饮食脂类与载脂蛋白结合释放入淋巴液和血液。丁酸是厚壁菌门的主要代谢产物，能被结肠上皮细胞吸收利用，是结肠和盲肠主要的能量来源。此外，丁酸还能抑制肿瘤细胞的增殖分化、调节基因表达、维持肠道内环境稳定，预防结肠炎和结肠癌。Bozkurt 等（2015）在蛋鸡日粮中添加1 g/kg的MOS 显著提高蛋鸡产蛋率和产蛋质量，肠道中有益菌群增加以及MOS 产物SCFA 能促进Ca2+和Mg2+的吸收利用。

5 MOS调控肠道免疫（见图2）

图2 补体级联反应

固有免疫系统通过多种模式识别受体（pattern recognition receptor，PRR）来识别病原相关分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），是抵抗病原体感染的一道防线，能有效清除病原体，保护机体。MOS具有一定的免疫原性，能够刺激动物机体产生免疫应答。MOS还是某些毒素、病毒和真菌细胞等外源抗原的佐剂，并且能与这些外源抗原表面结合，降低抗原的吸收速率，增强抗原的免疫效应，从而增强机体细胞免疫和体液免疫。酵母细胞壁是一种外来抗原物质，而酵母细胞壁的MOS是与病原体结合的成分。Toll 样受体（TLRs）通过PAMPs 识别MOS 并与之结合形成配体-受体复合物；激活TLR信号通路，释放核转录因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）p65活性分子，并通过诱导适应性免疫细胞和固有免疫细胞产生细胞因子抑制促炎免疫反应。

MOS促进肠道有益菌的增殖，而有益菌作为一种良好的免疫激活剂，能有效提高抗干扰素和巨噬细胞的活性，通过产生抗体和增强巨噬作用等刺激免疫细胞，激发机体体液免疫和细胞免疫，促进免疫器官发育及淋巴细胞增殖，从而增强机体的免疫功能。MOS可以刺激肠道分泌甘露糖结合蛋白（mannose-bind⁃ing protein，MBP），MBP 也称为甘露糖结合凝集素（mannose binding lectin，MBL），是存在于血清中的Ca2+依赖型凝集素。MBL 能与病原体（如细菌、病毒等）表面的甘露糖等糖基受体结合发挥调理吞噬作用，调节机体的固有免疫应答过程。当MBL 与合适的碳水化合物结合并识别多种病原微生物，与其表面的甘露糖残基和（或）N-乙酰葡萄糖胺结合，引起甘露糖分子构象发生改变后再与巨噬细胞表面胶原样区（collagen-like region，CLR）相关受体结合，进一步激活巨噬细胞。巨噬细胞分泌IL-2，而IL-2 具有强大的T细胞生长因子作用，能促使T细胞增殖和分化。因此，巨噬细胞分泌的细胞因子能连接先天免疫和适应性免疫。此外，甘露糖分子构象的改变还能激活MBL 相关丝氨酸蛋白酶（MBL associated serine proteases，MASPs），从而触发补体级联反应产生C5b6789n 复合物，即膜攻击复合体（membrane at⁃tack complex，MAC）（见图2），它会破坏局部磷脂双分子层并形成亲水性孔道，调理吞噬作用或增强炎症细胞的吸引和活化来清除病原微生物。MBL 在炎症等紧急状态下其浓度迅速在血液和局部组织中增加。它不仅能发挥先天免疫的作用，还能与自身免疫细胞结合，调节获得性免疫应答及局部炎症反应。Liu 等（2018）在仔猪饲粮中添加0.2%的MOS 能增加白细胞和淋巴细胞数量，在感染猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）的病猪饲粮中添加MOS能增加中性粒细胞数量；表明摄入MOS 可能通过与免疫细胞的碳水化合物受体相互作用而导致与免疫细胞的系统接触，从而促使免疫细胞数量快速增加。

6 在畜禽生产中的应用（见表1）

表1 MOS在畜禽生产中的应用

目前，MOS在畜禽生产中的应用已有广泛研究（见表1）。Wang等（2016）研究发现，日粮中添加0.5 g/kg的MOS能缓解炎症带来的肠道损伤；并通过降低肝脏中TLR4 和TNF-α的含量，增强其免疫力。Duan 等（2019）在母猪饲粮中添加400 mg/kg 的MOS，发现其后代空肠黏膜中分泌型IgA 含量显著提高，促炎细胞因子的含量显著降低。关于MOS在反刍动物生产中的应用鲜有报道，大多为生长性能和瘤胃参数的研究。Ghosh 等（2012）研究发现，在饲粮中添加4 g/（头·d）MOS，杂交小牛平均体重、采食量、饲料转化率都有所增加，且MOS组粪便评分显著低于对照组。Tatiana等（2018）发现在饲粮中添加1.5 g/kg可降低瘤胃液中NH3浓度，提高瘤胃液的酸碱度和短链脂肪酸的总浓度。

7 小结

MOS 是从植物和微生物中提取的一类新型抗原活性物质，国内外已将其作为饲料添加剂广泛用于饲料工业。甘露寡糖通过影响宿主肠道形态、菌群结构、微生物多样性以及能刺激巨噬细胞分泌细胞因子，促进T细胞的增殖分化调控肠道免疫。但关于甘露寡糖与其他配伍添加剂在畜禽生产中的应用的相关研究较少，针对畜禽各阶段饲料中甘露寡糖的添加量需要进一步明确，使其免疫效果更加安全高效。在当前禁抗的严峻形势下，应当充分利用甘露寡糖等饲料资源，同时研发新型有效的饲料添加剂，合理进行资源配置，推动甘露聚糖在畜禽生产中的应用以及养殖业中的快速发展。