猫肠道微生物研究进展

贺山淞， 简仕燕， 温超宇， 温嘉伟， 匡 涛， 佟敖日给勒， 邓百川

（1.华南农业大学动物科学学院，广东广州 510642；2.广州清科生物科技有限公司，广东广州 510400）

近年来， 肠道微生物受到人们的广泛关注。2007 年美国斥1.15 亿美元正式开展人体微生物组计划， 随后其他各国也相继开启了对猫肠道微生物的研究（成妮妮等，2011）。 研究发现，肠道微生物对宿主的健康和免疫功能起着重要的作用（Canfora 等，2019 ； 郭慧玲等，2015； Round 等，2009），同时发现益生菌作为添加剂可改善动物肠道健康 （Sofia 等，2021； 曲巍等，2017； 李天杰，2016）。

猫作为伴侣动物越来越受青睐，《2020 年中国宠物行业白皮书》 显示，2020 年全国城镇宠物猫数量为4862 万只，较2019 年增长10.2%。基于此， 本文对国内外有关猫肠道微生物的研究以及添加益生菌对猫健康的影响进行简要综述， 以期为进一步探索猫肠道微生物提供参考。

1 猫肠道微生物

肠道微生物被定义为肠道中所有微生物的集合，包括细菌、真菌、原生动物和病毒。 研究表明，哺乳动物肠道中含有1010～1014个微生物， 其中细菌种类达1000 多种（Rosner，2014；Turnbaugh，2007）。肠道微生物在宿主健康和免疫系统中发挥着重要作用， 被称为 “一个被遗落的器官”（O’Hara 等，2006）。 猫作为专性食肉动物，不太依靠肠道微生物提供能量， 主要通过摄取高蛋白动物组织来维持营养（Macdonald 等，1984），但是平衡稳定的肠道微生物对猫的健康十分重要（Deng等，2015）。为了探究猫肠道微生物，人们使用了一系列技术手段。

1.1 传统细菌培养技术 Smith （1965） 和Osbaldistion（1971）利用细菌培养技术分别研究幼猫和成年猫胃肠内容物， 结果发现猫肠道主要菌群包括大肠杆菌、 链球菌、 肠球菌和乳酸杆菌等。Johnston（2001）和Papasouliotis 等（1998）发现健康猫的十二指肠中含有大量厌氧菌， 其中最常见的是拟杆菌和梭菌，同时，患有胃肠道疾病症状的猫巴氏杆菌属、 拟杆菌属和乳酸杆菌属显著减少（P＜0.005）。

虽然细菌培养技术在早期研究中被广泛使用，但其仅能测定菌群中可培养的成分，琼脂培养基的选择性也较差， 同时很容易忽略相同形态的菌落。由于这些局限性，该技术的效率受到很大的影响（Greetham 等，2002；Johnston 等，2001；Papasouliotis 等，1998；Itoh 等，1984；Mitsuoka 等，1982；Osbaldiston 等，1971；Smith 等，1965）。

1.2 分子技术

1.2.1 荧光原位杂交技术 荧光原位杂交技术（FISH） 是通过荧光标记的寡核苷酸探针与细菌细胞中16S rRNA 特异性结合。Inness 等（2007）利用FISH 发现健康猫肠道中的优势属是双歧杆菌属和拟杆菌属，其次是乳酸杆菌-肠球菌亚属，患有炎症性肠病（IBD）猫主要菌群是乳酸杆菌-肠球菌亚属，然后是双歧杆菌属和拟杆菌属等。这说明肠道微生物的改变可能与患IBD 有关。 Jia 等（2011）在幼猫和老年猫的肠道中发现梭状芽孢杆菌、双歧杆菌和乳酸菌是最丰富的菌群，但不同年龄猫的菌群比列有所不同。

与传统细菌培养技术相比，FISH 技术能够定量测定不可培养的细菌， 但是由于FISH 技术工作量大，且只针对特定的细菌群进行设计，所以只能用于小规模研究（Janeczko 等， 2008）。

1.2.2 测序技术 在人类和动物的研究中， 桑格技术是最早使用的测序技术之一。 Ritchie 等（2008 ） 利用桑格技术发现常规猫最主要的细菌门是厚壁菌门（68%），随后是变形菌门（14%）、拟杆菌门（10%）、梭杆菌门（5%）、放线菌门（4%），无特定病原体猫 （SPF） 细菌门主要是厚壁菌门（98%），以及少量的变形菌门和拟杆菌门。 Desai等（2009） 收集室内外猫的粪便样品， 通过构建cpn 60 基因克隆文库对其进行测序，结果发现厚壁菌门是优势菌门， 同时拟杆菌主要存在远端肠道中。 虽然桑格技术测序读长较长 （可达1000 bp），准确性高（99.99%），但存在通量低和成本高的缺点，逐渐被第二代测序技术所代替。

第二代测序技术也叫做高通量测序技术，主要有454 焦磷酸测序和Illumina 测序。 Handl 等（2011）利用焦磷酸测序技术测定出猫粪便中主要的细菌门是厚壁菌门（92%）和放线菌门（7.2%），最丰富的细菌属是梭菌属。同样的，Tun 等（2012）发现健康猫粪便菌群中拟杆菌/绿杆菌群门是最主要的细菌门（68%），其次是厚壁菌门（13%）和变形菌门（6%）。Di Sabatino（2019）利用Illmina 全基因组鸟枪法测定14 只健康成年猫粪便微生物，结果显示细菌优势门依次为厚壁菌门（34.22%）、拟杆菌门（30.72%）、放线菌门（19.40%）、变形菌门（10.37%）和梭杆菌门（1.08%）。 同时在厚壁菌门中最丰富的是梭菌纲 （20.6%） 和杆菌纲（9.1%）， 拟杆菌门中最丰富的是拟杆菌纲（29.5%）。

Chen 等（2019）利用Illmina HiSeq 测序平均得到233 个操作分类单元（OTUs），其中数量最多的细菌门是厚壁菌门（占OTUs 的61.7%），其次依次为放线菌门（12.42%）、拟杆菌门（7.79%）、梭杆菌门（7.79%）和变形菌门（7.53%），最丰富的科是消化链球菌科（16.15%）和梭状芽孢杆菌科Ⅰ（14.78%）。 梁琳（2019）发现健康猫粪便中优势细菌门是厚壁菌门（59.31%）、拟杆菌门（24.29%）、变形菌门（7.24%）、放线菌门（16.25%），而腹泻猫厚壁菌门相对减少（38.89%），变形菌门相对增加（33.17%）。 利用高通量测序技术，杨婧（2020）发现野外豹猫肠道核心菌群同样是厚壁菌门（52.40%）、 变 形 菌 门 （25.18%）、 放 线 菌 门（9.07%）、拟杆菌门（8.17%）和梭杆菌门（4.74%）。丰度最高的属是假单胞菌属13.37%）、 布拉氏菌属（11.2%）、梭菌属Ⅰ（9.10%）。

综上可以发现，和其他哺乳动物类似，健康猫肠道微生物优势细菌门类主要是厚壁菌门、 放线菌门、拟杆菌门、变形菌门和梭杆菌门，最丰富的属是梭菌属和拟杆菌属。 同时，不同的试验结果显示细菌比例不尽相同，这可能和以下因素有关：猫个体差异（年龄、品种、健康状态等）、猫所处环境（家猫、野猫）、猫的饮食习惯（干粮、湿粮等）、采样部位（十二指肠、空肠、回肠等）、测定技术（传统培养技术、分子技术等）。 基于此差异，研究人员需要控制好试验条件，并选择合适的分析方法。

1.3 非细菌成分 细菌是猫肠道中最丰富的成分， 除此之外， 有研究发现猫肠道中还存在古细菌、真菌、病毒和原生动物。 Tun 等（2012）利用宏基因组分析发现在猫粪便中存在少量真菌（0.02%）、古 细 菌（0.09%）和 病 毒（0.09%）。 Di Sabatino （2019） 的试验也发现了少量古细菌（0.77%）、真核生物（0.1%）、病毒（0.07%）。 Handl等（2011）发现猫肠道中的真菌OTUs 都属于子囊菌门，且真菌种类最多的是酵母菌属（58%）和曲霉属（11%）。 目前对猫肠道中真菌等非细菌成分的研究还很少， 对这些成分在肠道中的生理作用知之甚少，需要后续进行深入研究。

2 犬猫肠道菌群的异同

根据前人的研究可知， 犬和猫的肠道优势菌门都是厚壁菌门和拟杆菌门（表1）。 同时，放线菌门在猫肠道中所占的比例要高于犬， 而梭杆菌门在犬肠道中所占比例要高于猫。 由于犬猫肠道微生物存在差异， 人们不能随意将犬猫的饮食与肠道调节混为一谈，需要针对犬、猫肠道微生物的差异来制定方案。

表1 犬猫肠道菌群比例%

3 影响猫肠道微生物的因素

3.1 年龄 在人类肠道微生物研究中已发现，肠道菌群的变化和人体年龄有关， 肠道菌群从人体出生时开始在肠道定居， 再到中年时期的相对稳定， 最后到老年时多样性下降（Kumar 等，2016；Yatsunenko 等，2012）。 关于年龄对猫肠道微生物的影响也有相关研究。 Deusch 等（2015）采集不同周龄时的粪便来检测， 结果显示， 随着年龄的增长，双歧杆菌属和乳酸杆菌属显著下降，拟杆菌属和普氏菌属极显著上升（P＜0.00008），同时发现年龄是与微生物改变有显著相关的唯一因素。Masuoka 等（2017）发现断奶前幼猫的肠杆菌科和肠球菌显著要高于其他年龄段 （P＜0.05）。 与Masuoka 等（2017）试验结果相似，Bermingham 等（2018）发现随着年龄的增长，肠道微生物中乳酸杆菌和双歧杆菌相对丰度降低， 普雷沃氏菌和巨球孢菌相对丰度增加。 虽然上述几项试验结果都显示出年龄对于猫肠道微生物的改变有一定的关联，但是和人类年龄与肠道微生物的研究一样，同样存在个体差异、环境和饮食习惯等干扰因素，具体原因需进一步证实。

3.2 饮食 已有研究证明饮食对人类肠道微生物的改变起着关键作用 （Bibbo 等，2016；Wu 等，2011）。饲料的营养成分和含量对动物的胃肠道功能、微生物组成和代谢物有显著影响（Grzeskowiak等，2015）。 因此众多学者展开了对猫粮中不同营养成分含量（蛋白质、纤维素）对猫肠道微生物影响的研究。 Lubbs 等（2009）研究结果发现，相对于饲喂中蛋白含量组（MP，34.34%粗蛋白质）的猫，饲喂高蛋白含量组（HP，53.88%粗蛋白质）猫粪中双歧杆菌浓度显著减少， 产气荚膜梭菌显著增多（P＜0.05），同时发现HP 组的微生物多样性有所增加。同样的，Vester 等（2009）结果显示，喂食HP组的小猫双歧杆菌、 大肠杆菌和乳酸杆菌含量显著低于MP 组（P=0.02）。 Hooda 等（2012）在幼猫上饲喂不同蛋白水平日粮， 结果发现微生物组成同样存在显著差异。

除了蛋白质水平， 日粮中纤维组成和含量同样能够影响猫肠道微生物组成。有研究表明，猫的后肠中会发生大量的微生物发酵， 其中的脂肪酸含量甚至与反刍动物相当， 这表明猫具有发酵纤维的能力（Brosey 等，2000）。 Barry 等（2010）利用3×3 拉丁方方案， 分别在猫粮中添加4%的纤维素、低聚果糖和果胶，结果发现，与其他两组相比，添加低聚果糖组粪便中双歧杆菌浓度显著增高（P=0.006），同时产气荚膜梭菌极显著降低（P＜0.001）。 果胶组与其他两组相比，大肠杆菌和乳酸杆菌显著增高（P＜0.05）。 Butowski 等（2019）发现，饮食生肉的猫肠道中梭菌占主导地位，而在生肉中添加纤维后， 消化链球菌科是猫肠道中的优势细菌。 Wernimont 等（2019）研究发现，与低纤维组相比，高纤维组的猫消化球菌属、琥珀弧菌属和肠球菌属显著降低，布拉氏菌属、拟杆菌属和血尿杆菌显著增加（P＜0.05）

除了营养成分和含量的不同， 有研究表明猫粮的不同形式也对微生物有一定的影响。Bermingham 等（2013）测定了饲喂干湿粮的猫粪便微生物，结果发现，与喂食湿粮组相比，干粮组中放线菌丰度显著提高， 梭杆菌和变形菌丰度显著降低（P＜0.05）。在属水平上，干粮组乳酸杆菌、巨球形芽孢杆菌和奥尔森氏菌的丰度较高， 而拟杆菌和布拉氏菌的丰度较低。 饮食对猫肠道微生物有显著影响， 但大部分试验研究侧重于短期饮食改变对肠道微生物的影响。 虽然微生物对短期饮食改变能够做出快速反应， 但长期的饮食改变似乎是个体肠道微生物组成的决定因素， 因此需要更多的研究来探索长期饮食改变对猫肠道微生物的影响。

4 益生菌对猫的影响

4.1 益生菌的定义 随着人们对于益生菌研究的不断深入，益生菌的定义也随之改变。“益生菌”一词最初是由Lilly 和Stillwell（1965）用来特指一种纤毛虫原生动物产生的促生长物质， 这些物质可以刺激另一种纤毛虫的生长。 Parker（1974）将益生菌定义为“有助于肠道微生物平衡的生物体和物质”。 随后Fuller（1989）将益生菌重新定义为“一种通过改善宿主动物肠道微生物平衡而对宿主动物有益的活微生物饲料补充物”。2001 年，联合国粮食及农业组织和世界卫生组织的科学家进行了一场关于“益生菌”的辩论，得出的结果之一就是将益生菌定义为：活的微生物，当给予一定数量时，对宿主健康产生益处（Hill 等，2014）。 这个定义现在被人们广泛接受。

4.2 添加益生菌对猫的影响 关于益生菌对宿主有益的作用原理主要有以下几个方面产生抗菌化合物、与潜在病原体争夺营养物和黏附位点、改变微生物代谢、刺激免疫等（Walker 等，2008）。 在宠物中使用益生菌的可能益处包括： 调节免疫系统、调控压力、防止肠道病原体感染、促进生长和发育、 控制过敏性疾病和体重 （Sarowska 等，2013）。

Marshall-Jone 等（2006）试验结果发现，饲喂嗜酸乳杆菌后， 猫粪便中梭菌和粪肠球菌有效减少，血浆内毒素也下降。 Julia 等（2007）发现添加屎肠球菌组的猫CD4+淋巴细胞显著高于对照组（P=0.022），但是其他免疫指标无明显差异。 还有研究发现， 添加SF68 屎肠球菌组的猫腹泻率显著低于对照组。 Garcia-Mazcorro 等（2011）研究多种合生素对健康猫狗的粪便微生物群的影响，结果发现粪便中益生菌的数量有所增加， 而肠道优势细菌群的丰度无显著变化。 Rossi 等 （2018）发现，口服益生菌治疗的腹泻猫慢性肠病指数、粪便一致性评分和黏膜组织学评分显著下降，Cajal 间质细胞显著增加。同时，乳酸菌和拟杆菌数量也显著增加。 Rodrigues 等（2020）试验结果发现，与对照组相比， 添加益生菌组猫粪便中乳酸菌含量均显著升高（P＜0.0001）。

尽管众多研究证明益生菌有益于猫的肠道健康和免疫功能， 但国际上目前没有关于益生菌添加量的最低浓度的规定， 猫粮中益生菌添加量也还未统一。另外，不同益生菌添加方式（喷雾、微胶囊等） 对于益生菌活性的保持也存在差异（Rodrigues 等，2020）。 因此，如何维持益生菌的活性来保证其效果同样值得进一步研究。

5 小结

作为人类的伴侣动物， 研究猫肠道微生物不仅有利于猫的健康及其疾病的防御， 更有利于宠物主人的健康。 虽然目前对于猫肠道微生物的研究进步很大，但对其了解依然处在初级阶段。和人类相似，猫肠道微生物受到多种因素影响，系统研究多种因素对猫肠道的影响， 或许能够找到调理病猫肠道微生物群紊乱的方法， 对猫的健康有重要意义。 益生菌作为一种添加剂广泛应用到动物饲料中， 现有的研究表明益生菌能够增加肠道有益菌的数量，提高动物的免疫力。 然而，对于猫粮中添加益生菌的报道较少， 益生菌的适宜添加量和安全剂量也未明确规定， 因此需要进一步深入的研究。