乳杆菌属益生菌在家畜疾病防治中的应用

2023-01-05崔省委赵清梅余永涛

甘肃畜牧兽医 2022年6期

汪雪，陈颖，崔省委，赵清梅，余永涛*

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2.北方民族大学生物科学与工程学院，宁夏银川 750021）

益生菌是具有生理活性的活菌，当被机体经过口服或其他给药方式摄入适当数量后，能够定植于宿主并改善宿主微生态平衡，从而发挥有益作用，主要包括乳杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、芽孢杆菌属与肠杆菌属、布拉式酵母菌等中的一些有益菌。乳杆菌属益生菌能够抑制动物肠道病原菌生长，维持肠道菌群平衡，刺激和调节机体免疫应答，减少疾病发生，提高动物生产性能。目前，乳杆菌已广泛应用于畜禽养殖中，通常作为饲料添加剂来使用。一方面，可以提高饲料转化效率和动物的生长性能；另一方面，可以预防或治疗动物的胃肠道疾病。除此之外，乳杆菌还具有无耐药性、无毒副作用、无残留等优点[1]，作为饲料添加剂能够减少抗生素使用或替代抗生素，是缓解或解决抗生素大量使用导致的药物残留和耐药性等问题的重要工具之一[2]。本文重点围绕乳杆菌属益生菌的分类、功能及其作用机制、在家畜疾病防治中的应用等进行了综述，以期为乳杆菌在家畜疾病防治中的研究和应用提供参考。

1 乳杆菌属益生菌的分类

乳杆菌属益生菌属于厚壁菌门（Firmicutes）芽孢杆菌纲（Bacilli）乳杆菌目（Lactobacillales）乳杆菌科（Lactobacillaceae）乳杆菌属（Lactobacillus）。Beijerinck（1901）首次对乳杆菌进行了描述。随着研究的深入，一些乳杆菌属的新种或菌株被发现，但也有一些之前被归类于乳杆菌属的种或菌株被重新划分到其他属中。目前乳杆菌属包括2 0 0余个种。其中在动物生产中广泛应用的乳杆菌有植物乳杆菌（L.plantarum）、干酪乳杆菌（L.casei）、罗伊氏乳杆菌（L.reuteri）、嗜酸乳杆菌（L.acidophilus）、发酵乳杆菌（L.fermentum）、德氏乳杆菌（L.delbrucckii）、鼠李糖乳杆菌（L.rhamnosus）和嗜淀粉乳杆菌（L.amylophilus）等。

2 乳杆菌属益生菌的功能及作用机制

2.1 乳杆菌属益生菌的功能

乳杆菌属益生菌是最主要的益生菌类群之一，很早以前人们就开始应用乳杆菌进行食品发酵，其生物学功能一直是人们研究的热点。研究表明，乳杆菌能够抑制肠道致病菌生长，维持肠道菌群平衡，还可以刺激和调节免疫应答，减少疾病的发生，提高动物的生产性能。

2.1.1乳杆菌属益生菌能够抑制病原菌的生长和繁殖余意等[3]研究发现发酵乳杆菌B44可以抑制变异链球菌生物膜的形成和菌株生长，从而减少龋病的发生，保持口腔健康。尹杨燕等[4]对从雏鸡粪便中分离的植物乳杆菌进行了抑菌试验，发现该菌能够有效抑制大肠杆菌和沙门氏菌的生长。曹海鹏等[5]从肠道黏膜中筛选出1株植物乳杆菌，发现其对金黄色葡萄球菌、大肠埃希氏菌和鼠伤寒沙门氏菌等均具有较强的抑制作用，其发酵上清液对上述3种病原菌的最大抑菌圈直径分别为44.7 mm、23.1 mm和31.8 mm。

2.1.2乳杆菌属益生菌在机体免疫调节中发挥重要作用Engevik等[6]研究发现，给急性结肠炎的TNBS小鼠模型注射罗伊氏乳杆菌分泌的代谢物或灭活的菌体，能够促进小鼠树突状细胞IL-10的产生，显著改善组织学评分，结肠细胞因子mRNA、血清细胞因子的表达，促进树突状细胞的成熟。尤秀等[7]研究发现，用不同浓度的瑞士乳杆菌LZ-R-5和戊糖乳杆菌LZ-R-17处理RAW264.7细胞，可显著提高细胞的吞噬能力及其酸性磷酸酶活性（P＜0.05），促进NO、TNF-α、IL-6、IL-1β和IL-10等细胞因子的释放，具有较好的免疫调节作用。

2.1.3乳杆菌属益生菌在维持胃肠道稳态中发挥重要作用Wang Y等[8]用含有罗伊氏乳杆菌的饲料饲喂结肠炎小鼠模型后发现，小鼠肠道内具有促炎作用的细菌比例显著降低，还可防止结肠黏膜中核心微生物群中有益菌的减少，增加盲肠中乳杆菌和双歧杆菌的相对丰度。J Yin等[9]用鼠李糖乳杆菌TR08治疗脓毒症小鼠，发现TR08治疗组小鼠肠道菌群的丰度和多样性明显优于败血症组，且有益细菌增加。M Tijeras等[10]研究发现，发酵乳杆菌CECT5716可提高艾克曼氏菌和拟杆菌的丰度，降低丹毒菌和梭菌等潜在致病菌的丰度，从而维持胃肠道稳态，改善小鼠肥胖。

2.2 乳杆菌属益生菌的作用机制

研究表明，乳杆菌可通过占位性物理屏障和增强黏膜屏障来抑制致病菌、刺激树突状细胞调节机体先天性和适应性免疫系统、分泌生物活性代谢物、调节肠道和中枢神经系统等多种机制来影响家畜健康。

乳杆菌属益生菌可通过多种方式对肠上皮细胞产生有益影响。乳杆菌不仅可以通过改变肠道微环境，产生大量的有机酸来抑制致病菌生长，还可以通过产生胞外多糖、过氧化氢和细菌素等抑菌蛋白来抑制或杀伤致病菌[11]。乳杆菌属益生菌在厌氧或兼性厌氧的环境下大量繁殖，与家畜黏膜上皮细胞紧密结合形成“占位”性保护，且通过增加顶端紧密连接的细胞间完整性来维持肠道渗透性。在与肠道上皮细胞的联合作用下，乳杆菌会刺激肠上皮杯状细胞，使杯状细胞产生大量黏液来抑制致病菌侵入肠上皮[12]。

乳杆菌属益生菌可刺激机体产生先天性免疫应答，通过激活PI3K/Akt和NF-κB信号通路，抑制促炎细胞因子TNF-α和IL-1β的分泌，促进抗炎因子IL-10的分泌[13]。固有层树突状细胞（LP）可通过树突与肠腔内的有益菌接触，然后通过M细胞介导的胞吞作用将其导入肠腔内。根据益生菌菌株的类型，它们既可以通过产生IL-12、IL-1b和TNF-a来诱导免疫激活信号，又可通过刺激抗炎细胞因子IL-10和TGF-b水平来触发耐受信号。在IL-10/TGF-b富集的细胞因子环境下，树突状细胞和巨噬细胞可增强诱导调节性T细胞（iTreg）的生成，平衡效应T细胞和调节性T细胞在机体的中比例，维持外周免疫耐受[14]。

3 乳杆菌属益生菌在动物疾病防治中的应用

3.1 乳杆菌属益生菌在猪疾病预防中的应用

3.1.1在仔猪上的应用仔猪消化系统不完善，消化吸收能力弱，加之断奶应激，很容易导致日粮摄入量降低和病原易感性增加，腹泻率升高，甚至造成死亡。许多研究表明乳杆菌可缓解断奶应激，提高仔猪免疫力和抗氧化能力，促进肠道健康[15]。MD等[16]研究发现给仔猪饲喂2×108 CFU/g的植物乳杆菌和罗伊氏乳杆菌能显著降低腹泻发生率，降低粪便评分，显著提高球蛋白水平。R Landen等[17]研究表明嗜酸乳杆菌可改善仔猪生长性能、营养消化和肠道平衡，减少断奶猪的NH3排放。Zhang等[18]研究表明鼠李糖乳杆菌CG可维持仔猪肠道微生物群平衡和调节肠道先天免疫反应，控制肠道感染。

3.1.2在母猪上的应用乳杆菌可改善母猪健康状况，缓解应激，提高其生长性能。张乐等[19]的研究表明给2～4胎次的长白×大白母猪饲喂含有约氏乳杆菌、干酪乳杆菌的复合益生菌，能显著降低（P＜0.01）妊娠期母猪粪便秘结率，提高哺乳母猪背膘损失，仔猪21日龄成活率无显著变化，显著减少仔猪掉队率，降低腹泻频率。Demeckov等[20]研究发现植物乳杆菌PC-81-11-02能促进母猪产仔后肠上皮细胞增殖，降低母猪粪便中的大肠杆菌数量，维持母猪健康状况，缓解应激，提高其生长性能。

3.2 乳杆菌属益生菌在反刍动物疾病预防中的应用

3.2.1在牛疾病中的应用新生犊牛，尤其是1 6±1 1日龄的犊牛最易受到各种因素的作用而发生腹泻，导致死亡率上升，给养殖业造成巨大损失。目前，针对新生犊牛易感疾病以及自身独特的生理特性，已经应用的临床措施主要是采用中药、抗生素以及微生态制剂，特别是乳酸菌类制剂。聂召龙等[21]发现饲喂复合乳酸菌可增加犊牛空肠黏膜厚度，提高回肠绒毛高度/隐窝深度的比值和回肠脂肪酶活性，提高早期断奶牦犊牛的生长性能。Timmerman等[22]研究发现哺乳期犊牛饲喂犊牛专用益生菌（calf-specific probiotic，CSPB）可以改善肠道健康并促进消化，降低犊牛腹泻和呼吸道疾病发病率。

奶牛乳腺炎是造成牧场损失最严重的疾病，一些乳杆菌对致病菌具有抑制作用。如许女等[23]研究发现植物乳杆菌KF1产生的细菌素通过膜孔道渗漏机制对无乳链球菌、表皮葡萄球菌、溶血葡萄球菌等G+菌具有较强的抑菌作用，抑菌直径大于18 mm。KF1细菌素对多重耐药金黄色葡萄球菌生物被膜形成的主要毒力因子具有明显的抑制作用。VALERIA等[24]通过从奶牛到小鼠体内的粪菌移植表明失调的肠道菌群可能是引发乳腺炎的原因之一，口服可恢复肠道菌群功能的益生菌是潜在的治疗策略。

3.2.2在羊疾病中的应用研究表明，乳杆菌具有提高免疫力的作用，从而对疾病产生一定的预防效果。Izuddin WI等[25]研究发现植物乳杆菌RG14可以通过TJP-1和CLDN-1等的上调，提高肠道屏障的完整性。断奶后羔羊补充植物乳杆菌RG14后可促进瘤胃乳头的生长，增强免疫和维持胃肠道健康。Quereda JJ等[26]研究发现将乳酸杆菌S p p注射到羊的阴道中，不仅不会影响羊健康状况或生育能力，而且还可以防止羊泌尿生殖器感染。Matthew R Beck等[27]研究发现，在需要能量补充以提高动物性能的情况下，增加乳酸杆菌发酵植物提取物以提高抗氧化状态，能够缓解羊在哺乳高峰前后期的能量负面平衡。El-Ashker等[28]发现使用乳铁蛋白和乳酸杆菌补充剂的组合可引起Tollip、TLR4、IL-5等基因表达上调，因此LB可用作营养补充剂去增强健康羔羊的免疫能力，预防羔羊一些疾病的发生。