益生菌在犬猫上的应用研究进展

刘凯莉，罗建威，岳 珂，陈 盼，何彦锋，解静菲，徐婷婷，林露茜，黄淑成

（1.河南农业大学动物医学院，河南 郑州 450002；2.南阳市心粮宠物食品有限公司，河南 南阳 473000）

动物肠道微生物区系是一个复杂的生态系统，与宿主存在着一种互惠互利的关系，以各种形式参与动物机体的生理活动， 肠道微生物区系对维持宿主健康发挥重要作用。正常情况下，肠道微生物保持动态平衡， 保护宿主动物免于疾病的发生；当微生物群发生紊乱时，肠道微生态的平衡状态会被打破，影响动物健康，甚至引发各种疾病。在检测感染猪圆环病毒仔猪的空肠菌群过程中发现，菌群的平衡状态被破坏，有益菌的数量明显减少，有害菌数量增加［1］。 益生菌具有安全性高、不易产生耐药性等优点， 可作为日粮添加剂及临床药物，对宠物保健、疾病预防和治疗发挥作用，也是减少抗生素用量的良好生物添加剂。 由于益生菌独特的生理功能， 目前已被广泛应用于各个领域，包括医疗业、畜牧养殖业、食品加工业等。尤其在人类医疗保健领域， 益生菌作为微生态制剂可用于胃肠道疾病、糖尿病、幼儿疾病、癌症等多种疾病的预防和治疗［2］。 笔者对益生菌的定义和分类进行了概述， 阐述了益生菌在宿主体内发挥益生作用的机制， 综述了益生菌在犬猫上的应用研究进展， 以期为进一步阐明益生菌与宿主动物的相互作用机制、 扩大益生菌在犬猫上的应用范围提供参考。

1 益生菌概述

1.1 益生菌的定义

“益生菌”一词源于希腊语，本意是“对生命有益”［3］。 1857 年，法国微生物学家巴斯德研究了酒变酸的原因，发现了乳酸菌［4］。 研究表明，乳酸菌可以抑制肠道内有害菌的定植和生长， 维持肠道内正常菌群的平衡， 乳酸菌生理功能的证实使乳酸菌发酵制品开始被应用［5］。 益生菌的第一个定义是1965 年由Lilly 等［6］提出的：益生菌为由细菌产生的能够促进其他细菌生长的物质。 1989 年Fuller［7］将益生菌重新定义为：益生菌是额外补充的活性微生物，能改善肠道菌群的平衡，对宿主的健康有益。 2001 年联合国粮食及农业组织和世界卫生组织对益生菌的定义是需要摄入足够的量，才能对宿主的健康产生积极影响的一大类活的微生物，这一定义是目前被广泛接受的益生菌定义。

中国古代就有对益生菌的记载，《肘后备急方》中记载有用健康人的粪便治疗疾病的案例［8］。夜明砂、晚蚕砂、五灵脂始载于《神农本草经》《名医别录》，是典型的动物类粪便药物［9］。 研究发现，五灵脂中含有高丰度的产短链脂肪酸有益菌，如拟杆菌、梭杆菌等，与促进肠道健康密切相关。 虽然上述味药未收录在《中国药典》中，但因其独特的治疗效果仍然在临床中广泛应用［10］。

1.2 益生菌的分类

益生菌种类繁多，分布广泛，主要来源于宿主肠道， 具有调节胃肠道功能、 改善机体消化和吸收、提高机体免疫力等功效。 目前，常用的益生菌大体上可分为五类， 包括乳酸杆菌类、 双歧杆菌类、芽孢杆菌类、革兰阳性球菌类和酵母菌类。

1.2.1 乳酸杆菌类

如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、拉曼乳杆菌等。乳酸杆菌可促进肠道对蛋白质、乳糖和钙等营养物质的消化吸收， 并能产生多种维生素为宿主所利用，同时，还具有抑制肠道内腐败菌和致病菌繁殖，降低血氨和血中胆固醇含量，维持肠道内菌群平衡的整肠作用［11］。

1.2.2 双歧杆菌类

如长双歧杆菌、短双歧杆菌、卵形双歧杆菌、嗜热双歧杆菌等。 双歧杆菌的代谢产物主要包括乳酸、乙酸等，可改善机体pH 值，提高磷、铁、钙的利用率，可对肠道黏膜产生刺激，激活肠道黏膜的免疫系统，提高肠道黏膜的抗感染能力［12］。

1.2.3 芽孢杆菌类

如枯草芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌等。芽孢杆菌生存能力较强， 产生的抗菌物质一般具有广谱杀菌活性， 抑菌机理主要是通过生物夺氧、 菌群调整、生物拮抗、提高免疫功能和增强酶活性等作用抵御肠道不良环境［13］。 如枯草芽孢杆菌在代谢过程中可产生抑菌物质抗菌肽， 能够抑制链球菌、大肠杆菌、沙门菌等有害菌的生长［14］。

1.2.4 革兰阳性球菌类

如粪链球菌、乳球菌、嗜热链球菌等。 革兰阳性球菌细胞壁较厚，肽聚糖含量丰富，具有良好的机械屏障和抑菌作用。 粪链球菌能够产生细菌素等抑菌物质，改善肠道微循环［15］。嗜热链球菌可以维持黏膜屏障功能，减少细菌移位、免疫刺激和相关炎症的发生［16］，同时还能产生β-半乳糖苷酶，有助于乳糖消化。

1.2.5 酵母菌类

如酿酒酵母菌属。 酿酒酵母菌属于兼性厌氧菌，在进入动物胃肠道后，可以消耗胃肠道内的氧气，造成厌氧环境，促进有益菌群的繁殖，改善动物消化道微生态平衡［17］。 酿酒酵母菌在畜禽上应用广泛，可作为益生菌或发酵菌剂使用，用于饲料原料的发酵，可提高饲料营养价值。

2 益生菌作用机制

2.1 改善肠道菌群结构

动物肠道内存在大量的微生物菌群， 能够促进动物机体生长的菌群是有益菌， 对动物机体生长起到负面作用的菌群则为有害菌。正常情况下，肠道菌群内部保持着动态平衡， 从而维持机体的健康状态。若有害菌群数量增加，则菌群的动态平衡遭到破坏， 引起菌群失调， 继而引发一系列疾病，影响动物健康［18］。动物肠道内的菌群大部分为厌氧菌，致病菌大多是需氧菌或兼性厌氧菌，如果肠道环境发生改变， 氧浓度的升高能够为致病菌的生长和繁殖创造条件，造成肠道微生态失衡［19］。益生菌到达肠道后，一方面可快速定植，抑制有害菌的生长，提高肠道中有益菌的数量；另一方面，益生菌的生长代谢会大量消耗肠道内的氧气，使氧浓度下降，恢复肠道菌群的平衡状态，增强肠道对致病菌的抑制能力。此外，益生菌还可以通过抢占肠道附植位点从而阻断有害菌的定植， 发挥调节肠道菌群结构的作用［20］。

2.2 促进营养物质的消化与吸收

益生菌进入动物机体后可产生维生素、氨基酸等营养物质， 不仅为机体的生长提供多种营养，还能够增强肠道对蛋白质、钙、镁等营养物质的吸收［21］。 此外，肠道中的有益菌在生长繁殖过程中能够产生多种酶，从而降解动物日粮中的脂肪、蛋白质等物质，促进营养物质被动物消化吸收。 研究发现，干酪乳杆菌和粪肠球菌能刺激猪肠道中可分泌蛋白酶和淀粉酶的微生物生长繁殖，从而提高猪消化道中相关酶的活性，促进猪的生长［22］。 另一方面，营养物质的消化与吸收主要在小肠完成，小肠绒毛高度和隐窝深度反映了动物肠道消化和吸收营养物质的能力。 绒毛高度的增加和隐窝深度的减少能够增加营养物质与肠道接触的表面积，提高小肠对营养物质的消化吸收能力。 崔锦等［23］研究表明，日粮中添加丁酸梭菌、凝结芽孢杆菌和酿酒酵母菌发酵物能够显著提高肠绒毛高度、减少隐窝深度，提高肠道吸收营养物质的能力。

2.3 改善肠道屏障功能

益生菌可以与肠道细胞共同作用， 恢复肠道通透性、刺激黏液产生和促进黏膜再生，维持黏膜屏障完整性和肠道机械屏障功能［24］。此外，益生菌的代谢产物，如细菌素、酸性物质等也可形成一道化学屏障，抵御致病菌的入侵。肠黏膜由肠道上皮细胞及固有层组成， 肠道上皮细胞中的杯状细胞分泌黏蛋白形成黏液层，抵御致病菌的入侵［25］。另外，细胞间的紧密连接蛋白可调节物质的转运，当紧密连接蛋白的分子和基因的表达量下降， 会引起功能和结构的破坏，进而损伤肠道黏膜屏障，导致动物发生肠道疾病。 紧密连接蛋白主要由跨膜蛋白occludin、claudins 和细胞质蛋白ZO-1 蛋白等组成，不仅能够阻止病原微生物进入机体，也允许营养物质、 离子和水进入体内以调节肠道通透性［26］。研究发现，罗伊氏乳杆菌LR1 可以通过激活Toll 样受体2（TLR-2）增加仔猪肠道中的紧密连接蛋白表达，从而增强肠道机械屏障功能［27］。干酪乳杆菌可增加杯状细胞数目， 从而使黏液层变厚以防止致病菌进入。 双歧杆菌的表层蛋白可以与肠道表面的糖蛋白结合， 从而抑制其他病原菌在肠道的定植［28］。

2.4 免疫调节作用

肠道免疫系统主要由分布在肠黏膜上的免疫细胞和免疫分子进行调节， 能防止外来病原体入侵，阻止大分子抗原物质进入，保持肠道完整性，同时参与机体全身免疫调节， 肠道免疫功能失调会导致消化道疾病甚至全身疾病［29］。 益生菌对宿主免疫系统也有一定调节作用， 如刺激免疫器官生长发育、增强肠道巨噬细胞吞噬活性等。肠道上皮细胞能够通过模式识别受体特异性地识别病原体，抑制病原体繁殖［30-31］。 对双歧杆菌A6 改善结肠炎小鼠肠道黏膜损伤的机制进行研究发现，预先口服动物源双歧杆菌A6 能够减少Th2 促炎细胞因子的分泌，维持Th1/Th2 细胞平衡，恢复肠黏膜的免疫屏障功能［32］。 Pace 等［33］研究发现鼠李糖乳杆菌可以促进T 淋巴细胞的转化， 预防或者缓解过敏性疾病和免疫性疾病。 李莲红等［34］研究表明，黑羽蛋鸡日粮中添加唾液乳酸杆菌SNK-6 可通过调节TLR 介导的信号通路激活肠道免疫，增强肠道黏膜免疫功能，同时，可显著提高蛋鸡盲肠扁桃体NF-κB mRNA 表达水平， 有上调TLR-2、TLR-4 mRNA 表达的趋势。

3 益生菌在犬猫上的应用

3.1 预防和治疗犬猫肠道疾病

肠道疾病是犬猫最常见的疾病类型之一，临床症状以腹泻较多见。 引起肠道疾病的原因很多，包括细菌、病毒、寄生虫感染及食物不耐受等，对犬猫健康造成不利影响。 临床中治疗肠道疾病的主要手段是使用抗菌药物，但不合理或大剂量使用抗菌药物易使病原菌产生耐药性，破坏正常肠道微生物群［35］。 许多研究表明，益生菌对预防和治疗犬猫肠道疾病具有一定效果［36-38］。 在益生菌治疗细菌性腹泻的研究中发现，益生菌可以通过拮抗、排斥、免疫调节等作用抵御致病菌对胃肠道的损害［39］。 大肠杆菌是引起幼龄动物腹泻的常见致病菌，研究表明酵母菌能够抑制大肠杆菌感染引起的炎性反应［40］。 可能的机制是通过降解病原体毒素、干扰病原体黏附、调节正常微生物群、释放分泌性免疫球蛋白和调节细胞因子水平改善肠道功能［41］。 刘鲜姣［42］研究发现，口服某品牌犬猫益生菌（含双歧杆菌、粪肠球菌、乳酸杆菌及肠黏膜修复因子）能够调理细菌性腹泻和病毒性腹泻对肠道造成的损伤，还能明显改善便秘和慢性肠炎。

3.2 提高犬猫免疫力

益生菌能够与宿主动物的免疫系统互相作用，调节肠道功能，改善肠道功能紊乱，部分益生菌还可以合成消化酶、维生素、氨基酸等，提高犬猫对食物的消化效率及对营养物质的吸收效率，进而增强机体免疫力，抑制致病菌的生长。益生菌还能通过增强黏膜屏障功能， 调节细胞因子的产生以及增强吞噬细胞的吞噬能力， 调节机体免疫系统功能。 通过刺激肠道产生分泌型免疫球蛋白（sIgA），激活CD4+T 细胞和CD8+T 细胞，提高肠道免疫功能，增强肠黏膜屏障功能［43］。 研究发现，给犬饲喂复合益生菌制剂（植物乳杆菌、 干酪乳杆菌、 动物源双乳杆菌） 可以明显提高粪便中sIgA的含量［44］。 Meng 等［45］研究发现，鼠李糖乳杆菌能显著提高小鼠淋巴细胞的增殖能力和NK 细胞的吞噬能力。孙宁［46］研究发现，口服高剂量的乳酸菌能够有效提升犬瘟热和犬细小病毒的抗体效价水平，并能与疫苗协同促进抗体的产生，表明乳酸菌能够促进机体产生免疫应答。另外，给母犬孕期补充益生菌（屎肠球菌和嗜酸乳杆菌）可使血清和初乳中免疫球蛋白浓度升高， 从而增强母犬和幼犬的免疫力［47］。

3.3 提高犬猫生长性能

益生菌对犬猫生长性能提高作用的机制可能是由于其厌氧特性，具有较好的耐酸、耐胆盐和耐高温的抗逆性，从而在肠道中占据优势，抑制需氧致病菌的生长和繁殖， 促进营养物质被机体吸收和利用，从而提高犬猫的生长性能［48］。 一直以来，在畜牧养殖业， 益生菌制剂被添加在饲料中用于提高畜禽生长性能。研究表明，在饲粮中添加不同浓度的复合益生菌制剂能够显著提高白羽肉鸡及云南地方猪的生长性能［49-50］。 近些年，关于益生菌对宠物生长性能的影响也开始被一些学者关注。陈如愿［51］对灌服复合益生菌制剂21 d 幼犬生长性能的研究发现，通过口服复合益生菌制剂能够显著增加幼犬的日增重。 此外，田其真等［52］研究表明，给犬饲喂犬源唾液乳酸杆菌TCSL1 28 d， 试验组犬腹泻率明显下降，体重显著升高，与陆江等［53］的研究结果一致。

3.4 预防和改善犬猫口腔问题

犬猫口腔问题非常普遍， 牙周病是发达国家犬猫最常见的疾病，据统计，76%的犬和68%的猫患有口腔疾病，牙周病占较大的比例［54］。对猫口腔内可培养微生物的研究发现， 在患有牙周病的猫口腔中厌氧革兰阴性杆菌的比例更高， 革兰阴性菌数量增加会破坏肠道正常微生物群， 导致疾病发生。已有研究证实，慢性牙周病与肾脏健康指数有明显的相关性［55］。在人医上，关于益生菌对口腔健康的有益效果研究已被相继报道。 Alanzi 等［56］通过临床试验研究鼠李糖乳杆菌和乳酸双歧杆菌含片对青少年牙龈健康、 牙菌斑和牙周病原的影响表明，与对照组相比，益生菌组的牙龈指数明显降低，菌斑水平受牙龈指数影响明显降低，从而改善牙周健康。近几年，犬猫的口腔健康也越来越受到重视，饮食与犬猫口腔健康有相关性［57］。在日粮及营养补充剂中添加益生菌， 能够保护犬猫口腔中的正常微生物群， 在一定程度上预防和减轻牙周病，保持口腔健康。益生菌通过直接或间接作用抑制口腔中的致病菌繁殖［58］，一方面，益生菌能够使口腔微生物与蛋白质结合形成生物膜， 增强口腔黏膜的屏障作用， 并能与牙周病的病原菌竞争结合位点；另一方面，益生菌可以产生防止口腔粘连的生物表面活性物质，作用于口腔黏膜，从而抑制致病菌的黏附与繁殖［59］。 变形链球菌是引起龋齿的主要致病菌，能够在牙齿表面形成生物膜，大量聚集致病菌损坏牙齿。体外试验发现，发酵乳杆菌B44 能够黏附在口腔中， 与变形链球菌在口腔中竞争结合位点， 抑制变形链球菌牙菌斑生物膜的形成［60］。

3.5 预防和改善犬猫肥胖

近些年随着犬猫营养指数升高， 加上多半宠物是室内饲养，尤其是猫，缺乏运动及高蛋白饮食导致肥胖的现象不断增加。 肥胖症是一种多因素综合作用的营养代谢性疾病， 由于机体能量的吸收超过消耗，进而转化成脂肪的贮存，易引起高血压、糖尿病、脂肪肝等疾病［61］。 益生菌被认为具有改善肥胖、 降低胆固醇水平、 缓解炎症的潜在功效，在膳食中添加益生菌、益生元等预防和改善犬猫肥胖症是一种可行的方法［62］。 肠道微生物区系与能量代谢密切相关， 微生物失调可能影响犬猫肥胖形成。 影响能量代谢的肠道微生物主要有拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门及放线菌门等，厚壁菌门大多数是有益菌，变形菌门包括很多病原菌，在肠道中不是优势菌群。 一项研究检测了益生菌菊糖型果聚糖对超重比格犬肠道微生物区系、代谢物和胆汁酸的影响， 发现经过益生菌的干预可以使比格犬肠道的厚壁菌门相对丰度增加， 而变形菌门的相对丰度下降， 表明益生菌能够改变肥胖比格犬胃肠道微生物区系， 增加优势菌群的数量，促进机体的能量代谢［63］。刘静等［64］在探讨肥胖犬粪菌液移植对犬肥胖的影响中建立了由体重、Lee′s 指数和9 分制体况评估（BCS）3 种方法相结合的综合评定法对犬肥胖症进行判定， 研究结果显示， 丁酸梭菌可显著降低灌服肥胖犬粪菌液后的体重、Lee′s 指数和BCS 评分，改善肥胖表型，降低血液中甘油三酯（TG）、胆固醇（CHO）、低密度脂蛋白（LDL-C）水平。 还有研究发现，经植物杆菌K50 处理的高脂饮食小鼠中， 与对照组相比，体重、附睾、肠系膜、皮下脂肪组织以及肝脏的重量显著降低，肝脏的脂肪含量显著降低，脂质代谢、脂肪生成和短链脂肪酸受体相关基因表达显著改善，小鼠肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）等基因和蛋白质表达水平下调，硬壁菌/拟杆菌比例降低，改善了肠道菌群组成［65］。

4 益生菌在犬猫上的应用发展前景

为维护动物源食品及公共卫生安全，2019 年7 月农业农村部发布第194 号公告明确指出：“自2020 年7 月1 日起，饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料。 ”此后，益生菌制剂成为促生长类抗生素的重要替代品。随着宠物行业规模的不断扩大，宠物营养逐渐被重视。国内外多项研究证实，益生菌在改善犬猫胃肠道功能、提高机体免疫力、预防口腔疾病、改善肥胖方面有一定的效果。从发达国家的经验来看， 开发益生菌制剂将是未来宠物健康产业发展的重点。

但目前，益生菌在犬猫中的应用还主要集中在饲料添加剂和功能性保健品上，尚不能作为治疗疾病的专用药。 虽然益生菌的应用前景广泛，但在临床诊疗上的应用还处于初步阶段［66］，一方面， 我国并未针对犬猫制定益生菌的使用标准，不能保证益生菌制剂的安全性和质量； 另一方面，严格讲，益生菌的益生特性必须符合宿主肠道菌群的特点，所以更适合犬猫的益生菌还需要筛选。 因此，未来益生菌在犬猫上的应用要重视产品的安全性和有效性，同时要进一步探索益生菌的作用机制，这对于研发适用于宠物疾病诊疗的专用药物，以及提高治疗效果和安全性具有临床意义［67］。