益生菌对断奶仔猪肠道黏膜屏障功能的调控作用及可能机制

刘伟鑫，张佳鑫，陈继发

（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，江西宜春 336000）

仔猪早期断奶技术可以提高猪场生产效率，但因仔猪消化系统尚未发育成熟，固体饲料对肠道的摩擦增加了肠道上皮细胞脱落，破坏肠道结构，进而降低仔猪对饲粮养分的消化率；同时仔猪肠道屏障功能尚未完善，容易受到病原微生物侵袭，造成肠道菌群紊乱，增加肠道通透性，继而引发一系列危害（Zheng等，2021）。目前，我国已全面禁止在动物饲粮中添加促生长类抗生素，饲用抗生素替代品的研究是动物营养与饲料科学领域研究的热点。益生菌因具有安全、绿色、高效等特点而引起广泛关注。研究表明，益生菌能够维持肠道菌群平衡（Liang等，2021；Shin等，2019），保护肠黏膜结构（Han等，2020；Hu等，2018），调节肠道免疫功能（Fu等，2021；Zhang等，2010），提升肠道健康水平（Betancur等，2020；Wu等，2018），进而可降低断奶应激对其生长性能造成的负面影响。本文综述了益生菌对断奶仔猪肠道健康影响的研究成果，总结了其调控断奶仔猪肠道屏障功能的分子机制，以期为通过营养调控方式改善断奶仔猪肠道健康提供理论依据。

1 益生菌对断奶仔猪肠道机械屏障的调控作用

机械屏障是肠道重要的基础屏障，由黏液凝胶层、肠上皮细胞及细胞间的多种连接等组成。紧密连接是肠上皮细胞间重要的连接方式，主要由闭锁蛋白（occludin）、闭合蛋白（claudins）、闭合小环蛋白（ZO-1）和连接黏附分子等组成，对维持肠上皮细胞极性及调节肠道通透性具有重要作用。研究表明，益生菌可通过促进紧密连接蛋白表达、改善肠道形态结构、降低肠道通透性等途径维护断奶仔猪肠道机械屏障。

1.1 益生菌对断奶仔猪肠道形态结构的影响肠道绒毛位于小肠上皮和固有层向肠腔隆起的指状突起，不仅具有吸收养分的作用，且绒毛摆动还能将病原微生物推开，有效过滤有害因子。研究表明，饲粮添加丁酸梭菌（Han等，2020）、凝结芽孢杆菌（Wu等，2018）、假丝酵母菌（Zhaxi等，2020）、枯草芽孢杆菌（Ding等，2021）等能够显著增加断奶仔猪小肠绒毛高度、降低隐窝深度，提高绒毛高度/隐窝深度值。另外，在产肠毒素性大肠杆菌（ETEC）攻毒下，断奶仔猪小肠绒毛高度显著降低，隐窝深度显著提高，且绒毛高度/隐窝深度值显著降低（柳成东等，2021；Becker等，2020）。而在饲粮中添加凝结芽孢杆菌或口服屎肠球菌NCIMB 10415（王茹，2018）均能够显著缓解ETEC诱导的断奶仔猪肠黏膜结构损伤。

综上，益生菌可改善断奶仔猪肠道形态结构，其可能作用机制如下：（1）与致病菌竞争黏附位点，抑制致病菌对肠道上皮的黏附和定植，进而减少肠黏膜损伤；（2）代谢产生有机酸，降低肠道酸度，抑制病原微生物繁殖，有些短链脂肪酸如丁酸还可为肠上皮细胞损伤修复供能。

1.2 益生菌对断奶仔猪肠道紧密连接蛋白表达的影响 仔猪断奶应激和受到ETEC 等病原微生物侵袭均会降低肠道紧密连接蛋白的表达（李海花等，2021），而在饲粮中添加益生菌可以显著改善这种情况。研究表明，给断奶仔猪每天口服2 mL（1×108cfu/mL）乳酸菌（Hu等，2018）或饲喂含5×1010cfu/kg 罗伊氏乳杆菌LR1 的饲粮（Yi等，2018）或饲喂含1×108cfu/kg 丁酸梭菌ZJU-F1 的饲粮（Fu等，2021）均能够显著上调肠道紧密连接蛋白ZO-1 的表达。在对ETEC 攻毒断奶仔猪的研究发现，直接饲喂解淀粉芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌混合制剂，可显著上调回肠occludin、ZO-1 mRNA 表达量（Betancur等，2020）；灌服含3×109cfu 屎肠球菌菌液显著提高了回肠claudin-1 mRNA 表达水平（王茹，2018）。另外，体外试验发现，用植物乳杆菌处理感染ETEC 的猪肠上皮细胞，ZO-1 和occludin mRNA 表达量在6、24 h 显著上调（李海花等，2021）；研究指出，罗伊氏乳杆菌可能通过调节肌球蛋白轻链激酶（MLCK）信号通路而提高断奶仔猪肠上皮细胞中ZO-1 和occludin 的表达（Yi等，2018）。

综上，益生菌能够上调肠道紧密连接蛋白的表达，维持肠道屏障结构完整性，其可能作用机制如下：（1）干预核转录因子-κB（NF-κB）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路，降低细胞内细胞外调节蛋白激酶（ERK）、c-Jun 氨基末端激酶（JNK）和p38 MAPK 的磷酸化水平，重建促炎因子和抗炎因子间的平衡，缓解促炎因子对紧密连接蛋白如occludin 等基因转录、翻译及蛋白质修饰过程造成的不利影响（刘磊等，2020）；（2）激活p38 MAPK 和ERK 信号通路，使紧密连接复合体重组，促进紧密连接蛋白的表达（Dai等，2011）。

1.3 益生菌对断奶仔猪肠道通透性的影响 断奶应激会损坏仔猪肠道屏障功能，增加肠道通透性，引发致病菌及毒素“移位”。通常肠黏膜屏障受损时，肠道通透性增加，D-乳酸、内毒素、二氨氧化酶大量释放至血液中。研究发现，饲粮添加乳酸菌（Hu等，2018）、丁酸梭 菌ZJU-F1（Fu等，2021）、凝结芽孢杆菌（Wu等，2018）可以显著降低断奶仔猪血清内毒素、D-乳酸含量或二氨氧化酶活性，说明益生菌对断奶应激引发的仔猪肠道通透性增加具有良好改善作用。

2 益生菌对断奶仔猪肠道化学屏障的调控作用

肠道化学屏障主要由肠上皮细胞分泌的黏液、消化液以及肠腔内正常寄生菌产生的抑菌物质构成，具有抵御病原微生物对肠道上皮的侵袭等作用。研究表明，益生菌可通过促进杯状细胞分泌黏蛋白（MUCs）、维持胃肠道最适pH 和增加短链脂肪酸产量等途径调节肠道化学屏障功能。

2.1 益生菌对断奶仔猪肠道黏蛋白表达的影响断奶应激和受到ETEC 等病原微生物的侵袭都会降低断奶仔猪肠道黏蛋白的分泌，而益生菌可促进黏蛋白的表达。研究发现，给断奶仔猪饲喂含丁酸梭菌ZJU-F1 或丁酸梭菌ZJU-F1 与地衣芽孢杆菌混合饲粮，肠道黏蛋白（MUC1、MUC4 和MUC20）mRNA 表达水平显著增加（Fu等，2021）；给宫内发育迟缓断奶仔猪饲喂添加解淀粉芽孢杆菌的饲粮可显著缓解回肠黏膜MUC2 含量降低的现象（Li等，2018）。Mao 等（2016）研究表明，在轮状病毒攻毒断奶仔猪饲粮中添加鼠李糖乳杆菌GG 可显著提高肠道MUC1、MUC2 的含量，有效缓解仔猪腹泻症状。

益生菌促进肠道黏蛋白分泌的可能机制如下：（1）代谢产生或促进短链脂肪酸的分泌，而短链脂肪酸如丁酸可以特异性识别MUC2 启动子内的scfa 响应区域和顺式元件AP1，诱导启动子激活，促进启动子组蛋白H3 和H4 的乙酰化以及MUC2 启动子H3 的甲基化，进而上调MUC2 基因表达（Xiao等，2021）；（2）促进免疫细胞分泌白细胞介素（IL）-4、IL-13 等细胞因子，激活MAPK信号通路，上调MUC2 的表 达（Iwashita等，2003）。

2.2 益生菌对断奶仔猪肠道pH、短链脂肪酸含量的影响 哺乳期间由于乳汁发酵产生乳酸可一定程度上维持仔猪胃肠道的酸性环境，断奶后胃肠道乳酸含量降低，且仅有的少量乳酸被饲粮蛋白质等缓冲，使得断奶仔猪消化道pH 升高，影响消化酶的分泌及活性。研究发现，饲粮添加1.0 g/kg复合益生菌（植物乳杆菌、戊糖片球菌、枯草芽孢杆菌、丁酸梭菌和酵母菌及其培养物）能够显著降低断奶仔猪空肠和十二指肠pH（陈振等，2017）；添加植物乳杆菌显著降低了断奶仔猪盲肠和结肠pH，显著提高了盲肠和结肠中丁酸、乳酸的含量（李雪莉，2017）；Fu 等（2021）报道，给断奶仔猪饲喂含丁酸梭菌ZJU-F1 或丁酸梭菌ZJU-F1 与地衣芽孢杆菌混合饲粮显著提高了仔猪盲肠丁酸、丙酸、乙酸和总酸水平。

3 益生菌对断奶仔猪肠道微生物屏障的调控作用

3.1 益生菌对断奶仔猪肠道菌群结构及微生物多样性的影响 仔猪由哺乳期过渡到断奶期肠道菌群结构发生变化，微生物多样性降低（Frese等，2015）。研究发现，拟杆菌门、厚壁菌门和软壁菌门是断奶仔猪的主要细菌门，给断奶仔猪饲喂含5×108cfu/kg 丁酸梭菌的饲粮，肠道微生物ACE 和Chao 指数显著升高，巨球型菌属、瘤胃菌科NK4A214 和普雷沃氏菌科UCG-003 相对丰度显著增加，而瘤胃菌科_UCG-005 相对丰度显著降低（Liang等，2021）；Yang 等（2021）报道，口服假丝酵母菌及其培养物显著提高了断奶仔猪盲肠乳酸杆菌科和瘤胃球菌科相对丰度。Shin 等（2019）研究表明，饲粮添加植物乳杆菌JDFM LP11 显著提高了断奶仔猪粪便菌群α 多样性，显著提高了厚壁菌门和螺旋体门相对丰度；Wang 等（2021）研究发现，给断奶仔猪饲喂地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌混合液，显著提高了肠道菌群Simpson 指数，增加了拟杆菌门和瘤胃球菌科相对丰度，降低了布劳特氏菌属和梭菌属相对丰度。上述研究表明，饲粮添加益生菌能够改善断奶仔猪肠道菌群结构，提高肠道微生物多样性。

3.2 益生菌对断奶仔猪肠道特定微生物的影响研究发现，饲粮添加凝结芽孢杆菌显著增加了断奶仔猪结肠双歧杆菌数量（Fu等，2021）；添加丁酸梭菌和粪肠球菌显著提高了断奶仔猪肠道丁酸梭菌含量（Wang等，2019）；添加枯草芽孢杆菌DSM32315 显著增加了仔猪回肠芽孢杆菌和双歧杆菌数量（Tang等，2019）；给断奶仔猪连续1 周灌胃1×1011cfu/mL 鼠李糖乳杆菌显著增加了粪便乳酸杆菌和双歧杆菌数量，显著降低了粪便大肠杆菌数量（Li等，2012）。此外，益生菌对ETEC诱发的断奶仔猪肠道菌群紊乱有显著调节作用。Pan 等（2017）研究表明，ETEC 攻毒下断奶仔猪肠道大肠杆菌数量显著增加，乳酸杆菌数量显著减少，而补饲地衣芽孢杆菌和酿酒酵母可与ETEC竞争肠黏膜黏附位点，竞争性排除ETEC，显著提高肠道乳酸杆菌数量，降低大肠杆菌数量；师丽刚（2020）报道，给ETEC 攻毒断奶仔猪饲喂复合益生菌制剂（乳酸杆菌、双歧杆菌、肠粪球菌、酵母菌）显著降低了仔猪肠道大肠杆菌含量，提高了乳酸杆菌和双歧杆菌含量。

上述研究表明，益生菌能够调节断奶仔猪肠道微生物平衡，其可能作用机制如下：（1）与致病菌竞争黏附位点和有机底物，抑制或阻断病原菌的黏附和定植（Pan等，2017）；（2）与致病菌争夺肠腔内养分和氧气，抑制其生长繁殖，促进有益菌增殖；（3）代谢产生的细菌素、有机酸等物质可直接杀灭或抑制致病菌（Wang等，2018）。

4 益生菌对断奶仔猪肠道免疫屏障的调控作用

4.1 益生菌对断奶仔猪肠道炎性因子表达的影响 Fu 等（2021）研究表明，丁酸梭菌ZJU-F1 可通过调节Toll 样受体（TLR）2/髓样分化因子88（MyD88）/NF-κB 信号通路，显著提高抗炎因子（IL-4、IL-10）mRNA 表达水平，促进抗菌肽的分泌，激活肠道特异性免疫；Wang 等（2019）研究发现，给断奶仔猪饲喂添加丁酸梭菌或粪肠杆菌的饲粮，空肠TLR4、MyD88 和NF-κB 蛋白的表达量显著降低。Fu 等（2021）报道，饲粮添加凝结芽孢杆菌显著降低了断奶仔猪肠道IL-1β 和TNFα mRNA 表达水平。Shin 等（2019）通过回肠RNA测序发现，断奶仔猪饲喂添加植物乳杆菌JDFM LP11 的饲粮后，回肠免疫相关基因（BPI、RSAD2、SLPI、LUM、OLFM4、DMBT1 和C6）表达量显著下调，表明肠道炎症减轻。另外，益生菌对致病菌、脂多糖（LPS）诱发的断奶仔猪肠道促炎因子异常表达具有显著抑制作用，能降低肠道炎症反应。Wang 等（2019）报道，添加丁酸梭菌和粪肠球菌可以显著降低LPS 应激下断奶仔猪空肠TLR4、MyD88、NF-κB 的蛋白表达水平，表明其可能通过调节TLR4 信号通路缓解LPS 诱导的炎症反应。Li 等（2012）研究表明，鼠李糖乳杆菌显著降低了大肠杆菌K88 引起的断奶仔猪空肠TLR4、IL-8 和回肠β-防御素2 mRNA 表达水平的显著提高。另外，Qiao 等（2020）体外研究发现，唾液乳杆菌可通过阻断NF-κB、MAPK 信号通路来抑制IL-1β、IL-8 和TNF-α 的产生，缓解大肠杆菌k88诱导的IPEC-J2 细胞炎症反应。

综上所述，益生菌可通过干预TLR/NF-κB 或MAPK 信号通路，调节炎性因子表达，缓解断奶仔猪肠道炎症，其可能作用机制如下：益生菌可降低肠道大肠杆菌、沙门氏菌等致病菌数量，减少LPS产生；而致病菌、LPS 分别是TLR2、TLR4 免疫监视的主要对象，这意味着与TLR 特异性结合的配体减少，进而TLR 被激活的概率降低，最终其下游信号通路受到抑制。

4.2 益生菌对断奶仔猪肠道免疫球蛋白和抗菌肽含量的影响 益生菌可促进断奶仔猪肠道免疫球蛋白和抗菌肽的分泌，增强肠黏膜免疫。Wang等（2019）研究发现，植物乳酸杆菌可通过识别TLR2，激活ERK1/2、JNK 和c-jun/c-fos 信号通路，诱导断奶仔猪肠道宿主防御肽（HDP）的表达和分泌。研究指出，断奶仔猪口服2×108cfu/mL 乳酸杆菌（Hu等，2018）或饲喂添加5×1010cfu/kg罗伊氏乳杆菌LR1 的饲粮（Yi等，2018），显著提高了肠道分泌型免疫球蛋白A（sIgA）含量。另外，Zhang 等（2010）研究表明，口服鼠李糖乳杆菌能显著提高ETEC 攻毒下断奶仔猪空肠和回肠sIgA浓度，改善肠道免疫性能。综上，益生菌可通过调控免疫相关信号通路、调节肠道免疫因子表达、促进sIgA 和抗菌肽分泌等途径维护断奶仔猪肠道免疫屏障。

5 小结

益生菌对致病菌、LPS、轮状病毒等病原体攻毒下断奶仔猪肠黏膜屏障具有显著保护作用；同时，添加益生菌能够改善断奶仔猪肠道形态结构，促进肠上皮细胞紧密连接蛋白和黏蛋白表达，调节肠道菌群结构，增强肠黏膜免疫，是一种有效的断奶仔猪肠道健康调节剂。但目前益生菌对断奶仔猪肠道屏障功能的调控机制还有待深入研究，可借助现代分子生物学和多组学技术研究益生菌调节肠黏膜屏障的分子机制。还可深入探讨其对机体养分代谢的影响与肠道菌群的内在联系，亦可研究益生菌及其代谢产物对仔猪肠道菌群的调控与肠黏膜免疫的互作机制。此外，新型益生菌制剂的开发、益生菌的配比应用以及益生菌代谢产物的定点追踪与宿主细胞功能之间的联系仍将是今后研究的重点。