甘露寡糖对动物肠道免疫的影响及其在动物生产中的应用研究进展

黄超勇，张海波，幸清凤，廖晓鹏，关玮琨，黎力之，郭冬生

（宜春学院生命科学与资源环境学院，江西省高等学校硒农业工程技术研究中心，宜春市功能农业与生态环境重点实验室，江西宜春 336000）

甘露寡糖（MOS）又称甘露寡聚糖或甘露低聚糖，广泛存在于瓜儿豆胶、田菁胶、魔芋粉及多种微生物细胞壁内，主要由2～10个甘露糖或葡萄糖分子经-（1,2）、-（1,3）和-（1,6）糖苷键连接而成，属于功能性聚合糖和非消化性寡糖。MOS根据构成的糖单元不同分为半乳葡甘露寡糖、半乳甘露寡糖、纯甘露寡糖和葡甘露寡糖，具有调节肠道菌群及其代谢物的作用。肠道乳酸杆菌及双歧杆菌等益生菌在MOS作用下显著增殖，肠道pH降低，可抑制多种病原微生物生长，调节肠道菌群结构，维护动物肠道屏障正常生理功能，增强动物免疫力。MOS经肠道微生物发酵主要产生短链脂肪酸（SCFAs）可作用于核因子B（NF-B）、雷帕霉素靶蛋白（mTOR）等信号通路调控动物免疫机能。鉴于MOS对肠道菌群及代谢产物生成有重要调节作用，其已成为极具应用潜力的微生态制剂。本文主要综述了MOS介导肠道菌群及其代谢产物对肠道免疫的影响和在畜牧生产中的应用，以期为MOS合理开发利用提供理论参考。

1 MOS对肠道菌群的调节作用

MOS可被双歧杆菌、乳酸杆菌等肠道益生菌发酵利用，提高益生菌竞争能力，抢占有限营养物质和黏附位点。研究发现，病原菌表面存在能与宿主肠上皮细胞特异性寡糖配体结合的外源凝集素，结合后促使病原菌黏附定植，引发肠道感染，降低动物免疫力。MOS中甘露残基可竞争性结合革兰氏阴性病原菌表面的甘露糖-凝集素受体，降低沙门氏菌和大肠杆菌等病原菌定植黏附，促进病原菌经肠道排出。利用0.2% MOS饲喂巴西肉鸡21 d后，肠道中双歧杆菌、乳酸杆菌相对丰度分别提高31.18%、27.65%，大肠杆菌和沙门氏菌水平分别下降7.75%、6.65%。Yan等发现，口服100、200 mg/（kg·d）MOS饲喂肥胖小鼠 28 d 后，双歧杆菌和乳酸杆菌的丰度显著提高，血清中微生物代谢物SCFAs显著增加，脱硫弧菌等病原菌丰度显著降低。MOS增殖的益生菌能上调黏蛋白基因表达，促进杯状细胞黏液分泌，加强细胞间紧密连接（TJ），且益生菌作为肠道菌群屏障主要成分，菌群密度的提高可促进其与肠黏膜紧密结合，维持机体肠道内环境稳态，增强动物免疫力。研究发现，饲粮中添加4 kg/t MOS（纯度26%）饲喂大西洋鲑鱼42 d后，肠道上皮细胞更新加快，杯状细胞数量、肠黏液浓度及绒毛膜长度分别增加25%、46%和16.6%，改善肠上皮屏障功能。利用0.20 g/kg MOS饲喂患有斑疹伤寒沙门氏菌的雏鸡后，干酪乳杆菌、植物乳杆菌和粪肠球菌等益生菌数量显著增加，大肠沙门氏菌定植率显著降低，十二指肠和空肠的绒毛高度及表面积增大，显著提高雏鸡采食量和增重。综上所述，MOS通过选择性增强益生菌对病原菌的竞争优势，并结合病原菌表面甘露糖-凝集素受体抑制其定植黏附，改善肠道微生态，促进肠上皮细胞、黏液分泌杯状细胞增殖，提高肠黏膜间紧密连接水平，增强动物肠道免疫功能。

2 MOS介导SCFAs产生影响肠道免疫功能

肠道菌群降解MOS生成SCFAs，主要包括乙酸、丙酸和丁酸等。提高SCFAs水平可抑制NF-B通路，并上调表达，抑制病原微生物繁殖及促炎因子生成，调控肠道免疫反应。研究发现，利用6 g/kg MOS灌胃小鼠77 d后，肠道中双歧杆菌、乳酸杆菌丰度显著升高，放线菌门丰度显著降低，乙酸、丙酸、丁酸含量显著提高。SCFAs通过降低组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性，下调p65 mRNA表达，抑制IL-6、IL-12及肿瘤坏死因子-（TNF-）等炎性细胞因子分泌，减弱炎症反应。Duan等发现，饲粮中添加400 mg/kg MOS饲喂仔猪28 d后，回肠乳酸杆菌含量增加，盲肠大肠杆菌相对丰度降低，p65 mRNA表达下调，免疫球蛋白（Ig）A和IL-10含量分别提高0.55 mg/kg、1.80 ng/L，白细胞介素（IL）-4和TNF-水平分别降低4.2、3.22 ng/L。饲粮中添加1 g/kg MOS饲喂大鼠44 d后，双歧杆菌和乳酸杆菌相对丰度显著提高，干扰素（IFN-）、IL-1β、TNF-水平降低，缓解机体炎症损伤。

MOS促进肠道微生物产生SCFAs后，还可激活mTOR通路，辅助性T细胞17（Th17）生成增加，抑制炎性细胞因子分泌，缓解肠道炎症。Zhu等研究发现，饲粮中添加400 mg/（kg·d）MOS饲喂小鼠84 d后，表达上调，腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）磷酸化受抑制，IL-6分泌量显著降低，提高了动物免疫机能。利用6 g/kg MOS饲喂石斑鱼72 d后，上调了雷帕霉素靶标（TOR）和Toll样受体（）3基因表达，下调了凋亡相关基因，降低了核因子B激酶（IK）和Caspase-3活性，减缓细胞凋亡。同时，SCFAs含量增加可抑制外周血单核细胞（PBMCs），减少TNF-分泌，诱导结肠T细胞分化，增强翼状螺旋转录因子（Foxp3）活性，起到抗炎效果。Yan等发现，利用0.10% MOS饲喂肉鸡14 d后，盲肠中双歧杆菌相对丰度增加，大肠杆菌和沙门氏菌含量降低，PBMCs水平显著提高及其吞噬作用显著增强。

此外，丁酸作为HDAC抑制剂，可促进叉头样转录因子3位点上组蛋白H3乙酰化，表达上调，诱导调节性T细胞（Treg）分化，抑制脂多糖（LPS）激活NLRP3炎性小体，显著降低凋亡相关斑点样蛋白、IL-1等炎性因子活性；丁酸盐通过与羟基羧酸受体2（HCA2）结合，促使巨噬细胞和结肠树突细胞分泌IL-10、胞质乙醛脱氢酶1抗体（Aldh1a），诱导产生Treg，增强肠道免疫机能。利用2 g/kg MOS饲喂湖羊羔羊21 d后，柔嫩梭菌群、真杆菌和棕色瘤胃球菌丰度显著提高，丁酸含量增加20.17 mmol/L，和表达上调，机体免疫力增强。Tatiana等发现，饲粮中添加1.50 g/kg MOS饲喂肉牛7 d后，丁酸盐含量提高1.06%，总SCFAs提高2.70%，血浆中血清淀粉样蛋白A降低27.74 μg/mL，TNF-、IL-1、IL-6等促炎因子含量显著降低。总之，MOS促进SCFAs产生：一方面，可降低HDAC活性，抑制NF-кB通路，上调mTOR通路，促进Th17生成，降低IL-4、IL-6、IL-12及TNF-等下游炎性因子浓度，缓解肠道炎症反应；另一方面，SCFAs可抑制PBMCs分泌TNF-、IL-1和IL-6等促炎因子，诱导结肠T细胞增殖分化，增强动物肠道免疫功能。

3 MOS在畜牧生产中的应用

3.1 MOS在猪生产中的应用 在猪饲粮中添加适量MOS可优化肠道菌群结构，抑制病原微生物繁殖，改善动物肠道健康。研究发现，饲粮中添加1 000 mg/kg MOS饲喂仔猪28 d后，肠道中乳酸杆菌和双歧杆菌数分别提高0.08、0.24 CFU/g，大肠杆菌数降低0.20 CFU/g。在仔猪饲料中添加0.2% MOS可降低肠道菌群中沙门氏菌和大肠杆菌比例，改善仔猪腹泻。同时，MOS具有促进机体免疫细胞分裂、提高抗体水平、增强动物免疫机能的作用。Davis等研究发现，饲粮中添加0.3% MOS饲喂断奶仔猪21 d后，淋巴细胞含量提高7.9×10/μL，平均抗体水平增长12.17%，抑制了IL-1、IL-6和TNF-等促炎因子分泌，可缓解炎症反应。MOS应用于猪生产中还可提高机体生长速率，改善动物生产性能。Tang等发现，饲粮中添加0.2% MOS饲喂断奶仔猪17 d后，血清中生长激素和类胰岛素生长因子-1浓度显著提高，眼肌中胰岛素样生长因子表达上调，仔猪生长速率加快。利用2 g/kg MOS饲喂仔猪31 d后，干物质、粗蛋白质、粗纤维消化率分别提高2.80%、5.00%、1.60%，钙、磷摄取利用率分别增加7.1%、9.6%，回肠中苏氨酸、赖氨酸和蛋氨酸吸收效率分别提高12.30%、5.20%、3.60%，饲料转化率提高20.16%。

3.2 MOS在反刍动物生产中的应用 MOS具有调节反刍动物胃肠道微生物区系、提高营养物质代谢率的作用。利用2% MOS饲喂滩羊60 d后，显著提高了普雷沃氏菌和瘤胃球菌科NK4A214丰度，乙酸浓度显著增加。研究发现，滩羊日粮中添加2% MOS饲喂30 d后，干物质及中性洗涤纤维消化率分别提高2.99%、14.56%，SCFAs提高8.57 mmol/L，滩羊日增重提高5.27 g/d。同时，MOS可以增加益生菌丰度，提高机体免疫球蛋白分泌量，增强反刍动物免疫力。饲粮中添加5 g/kg MOS饲喂犊牛21 d后，粪便中双歧杆菌丰度增加1.0CFU/g，大肠杆菌丰度降低0.16 CFU/g，血清IgA和IgG分泌量分别增加12.28%、8.63%，日增重提高56.35 g/d。利用5 g/（头·d）MOS饲喂娟荷育成牛60 d后，血清IgG和IgA水平分别增长8.87、5.14 μg/mL，IFN-及总免疫蛋白含量分别提高57.87、9.85 ng/L。此外，补充MOS还可改善奶牛氮利用率、产奶量及乳品质。研究发现，日粮中添加60 g/（头·d）MOS饲喂荷斯坦奶牛21 d后，瘤胃SCFAs分泌量增长13.22 mmol/L，尿素氮含量降低22.28%，产奶量增加0.17 kg/d，乳脂率和乳蛋白率分别提高3.38%、1.87%。

3.3 MOS在家禽类生产中的应用 在禽类饲粮中添加MOS可增加益生菌丰度，减少病原菌富集，促进家禽免疫器官发育，提高抗体水平，增强动物免疫机能。Kim等发现，饲粮中添加0.05% MOS饲喂罗斯肉鸡28 d后，回肠乳酸杆菌和双歧杆菌丰度显著提高，大肠杆菌及产气荚膜菌数量显著降低，盲肠鼠伤寒沙门氏菌定值率下降，血清IgG、IgA浓度分别提高0.32、0.05 g/mL，改善了肉鸡免疫防御状态。研究发现，以0.30、0.60、0.90 g/kg MOS饲喂白羽肉仔鸡42 d后均显著提高了肉鸡胸腺、脾脏、肝脏、回肠及盲肠发育程度，且回肠及盲肠中mRNA和mRNA表达显著上调，肠黏膜屏障功能增强。同时，MOS对于肉鸡分泌性免疫球蛋白（sIg）A、sIgG等合成释放也具有显著促进作用。在优化肠道菌群基础上，MOS还可提高动物肠道消化吸收能力，促进家禽生长发育。利用0.10%MOS饲喂樱桃谷鸭42 d后，肠道pH显著下降，乳酸杆菌数提高0.60 CFU/g，大肠杆菌数降低0.84 CFU/g，干物质、粗蛋白质及粗灰分利用率较对照组分别提高5.5%、6.53%及4.06%，耗料重增比降低6.15%，日增重提高4.01 g/d。此外，饲喂MOS对提高禽类产蛋量及蛋品质具有积极作用。Jahanian等发现，以0.10%MOS饲喂单梳白蛋鸡70 d后，鸡蛋中胆固醇及甘油三酯含量分别降低34、243 mg/dL，低密度脂蛋白含量上升13.20 mg/dL，大肠埃希氏杆菌及沙门氏菌含量显著降低，蛋重增加8.10%，鸡蛋总产量提高9.80%。

4 小结与展望

MOS可优化肠道菌群结构，促进益生菌增殖，抑制病原菌定植黏附，提高上皮细胞增殖分化和肠黏膜紧密性，保护机体免受病原菌侵袭。MOS促进SCFAs生成参与免疫调节相关通路：①抑制NF-B通路激活，降低下游炎性因子浓度；②上调表达，促进Th17生成，减少IL-6等炎性细胞因子分泌，缓解肠道炎性损伤；③阻碍PBMCs分泌促炎因子，诱导结肠T细胞增殖分化，增强机体免疫力。MOS作为新型高效的微生态制剂已广泛应用于畜牧领域，目前市场上MOS产品主要来源于酵母细胞壁中磷酸化葡甘露聚糖蛋白复合体，但其生产提纯方式及理化性质均存在差异，补充MOS应根据动物品种及年龄阶段的不同调整剂量及使用方法。目前，MOS在维护肠道健康、调节动物免疫机能、改善畜禽生产性能中具有重要作用。但对于MOS调节肠道免疫机理的相关研究仍处于初级阶段，其是否参与更多动物菌群代谢物调控肠道免疫等问题还需进一步探究。