丁酸梭菌對(duì)仔豬腸道健康的影響

李玉鵬，李海花，王 倩， 喬家運(yùn)，姚勝寧

（1.天津市畜牧獸醫(yī)研究所，天津 300381；2.天津農(nóng)學(xué)院動(dòng)物科學(xué)與動(dòng)物醫(yī)學(xué)學(xué)院，天津 300384；3.天津師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，天津 300387；4.天津市靜海區(qū)畜牧水產(chǎn)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津301600）

仔豬斷奶后，由于其免疫系統(tǒng)發(fā)育不完全，使仔豬容易產(chǎn)生應(yīng)激，引起腹瀉等，因而仔豬腸道健康一直是研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。丁酸梭狀芽孢桿菌是一種重要的益生菌（Liao等，2015），近幾年來，丁酸梭菌作為飼料添加劑，在治療動(dòng)物腸道疾病，改善動(dòng)物腸道健康狀況等方面的研究取得一定進(jìn)展（田召芳等，2017）。

1 丁酸梭菌的生物學(xué)性狀、生理特性和功能

1.1 丁酸梭菌的生物學(xué)性狀 丁酸梭菌為革蘭氏陽性厭氧菌，在自然環(huán)境中廣泛存在。菌體為直桿狀，也見有彎曲狀，菌體末端膨大呈梭狀[（0.5 ～ 1.7 μm）×（2.4 ～ 7.6 μm）]，單個(gè)或成對(duì)、短鏈，因周生鞭毛，可運(yùn)動(dòng)，偶見有絲狀菌體，內(nèi)生孢子，一定條件下可形成芽孢 （李碧云等，2013），表面菌落形態(tài)直徑為1～3 mm，為圓形或略不規(guī)則，菌落呈白色或奶油色 （王騰浩，2015）。丁酸梭菌最適生長(zhǎng)溫度為25～37℃（王騰浩，2015），對(duì)外界環(huán)境的耐受力較強(qiáng)，耐熱、耐酸。經(jīng)80℃加熱30 min或90℃熱處理10 min后仍能全部存活；90℃加熱20 min后，存活率為95%；100℃加熱5 min后，存活率為30%。其適宜生長(zhǎng)的pH為4.0～9.8，在pH為1.0～5.0時(shí)仍然可以存活（代冰，2011）。

1.2 丁酸梭菌的生理特性和功能 丁酸梭菌是一種有益菌，已作為飼料添加劑在實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，其主要特性有：（1）促進(jìn)機(jī)體腸道內(nèi)雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌的生長(zhǎng)和繁殖，抑制或殺滅腸道內(nèi)條件性致病菌大腸桿菌、腐敗菌等有害菌的生長(zhǎng)和繁殖，減少腸毒素（胺類和硫化氫等有害物質(zhì)）的產(chǎn)生，從而避免各種腸道疾病的發(fā)生；（2）其在動(dòng)物腸道內(nèi)可產(chǎn)生氨基酸、B族維生素和維生素K等多種促生長(zhǎng)因子，促進(jìn)有酸載體，轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸，提高動(dòng)物對(duì)脂肪和蛋白質(zhì)的消化吸收（王騰浩等，2015）；（3）丁酸是該菌的代謝營(yíng)養(yǎng)物之一，可促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞相關(guān)緊密連接蛋白的表達(dá)及組織的再生與修復(fù)；（4）因其是厭氧或者兼性厭氧菌，可耐受體內(nèi)胃液、膽汁酸和消化酶的作用；（5）除了可以抵抗飼料制粒過程中的高溫、高熱，只對(duì)新生霉素、萬古霉素和四環(huán)素等少量抗生素敏感，對(duì)其他多種抗生素具有很強(qiáng)的耐藥性，且配伍禁忌少（王騰浩，2015；王保正等，2007）。

2 丁酸梭菌對(duì)仔豬腸道健康的影響

我國對(duì)丁酸梭菌的研究起步較晚，相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)較少，丁酸梭菌的作用機(jī)理非常復(fù)雜，但隨著研究的不斷深入，已經(jīng)有眾多學(xué)者在不同領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了其不同的作用機(jī)制。我國于2009年批準(zhǔn)丁酸梭菌為新型飼料添加劑，目前其已廣泛應(yīng)用于畜牧生產(chǎn)中（田召芳等，2017；Araki等，2004）。

2.1 丁酸梭菌對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能的影響 斷奶應(yīng)激常引起仔豬胃腸道生理、免疫和微生物的改變，造成腸道功能紊亂（Moeser等，2017）。丁酸梭菌能夠提高仔豬抗應(yīng)激能力、飼料轉(zhuǎn)化率和生長(zhǎng)性能 等 （Zong 等 ，2019；Hayakawa 等 2016；Italy，2011）。研究表明，添加0.2%的丁酸梭菌能顯著提高斷奶后至轉(zhuǎn)群時(shí)仔豬的平均增重，且料重比降低0.08%，差異顯著（王保正等，2007）。Chen等（2018）研究表明，丁酸梭菌有降低斷奶仔豬料重比的趨勢(shì)。李玉鵬等（2017）研究表明，利用添加丁酸梭菌的飼糧飼喂斷奶仔豬，同樣提高了試驗(yàn)組斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能，斷奶仔豬的ADG和ADFI均有所提高，且料重比降低5.26%。綜上所述，添加丁酸梭菌的飼糧在保證仔豬原有營(yíng)養(yǎng)水平的同時(shí)，可促進(jìn)仔豬的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和吸收，進(jìn)而提高仔豬生長(zhǎng)性能。

2.2 丁酸梭菌對(duì)仔豬腸道形態(tài)的影響 腸道黏膜是具有保護(hù)作用的組織學(xué)屏障。小腸絨毛高度和隱窩深度是反映動(dòng)物消化吸收能力的重要指標(biāo)，而絨隱比則綜合反映了黏膜的完整性和消化吸收能力。王騰浩（2015）研究表明，丁酸梭菌能夠保護(hù)斷奶仔豬十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度減少并增加絨隱比，修復(fù)因斷奶造成的仔豬腸道損傷。Chen等（2018）研究表明，丁酸梭菌能夠增加十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度和空腸的絨隱比。鄭有秀等（2018）研究表明，飼糧中添加丁酸梭菌能夠顯著提高斷奶仔豬空腸絨毛高度和絨隱比。上述研究表明，丁酸梭菌能夠改善斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)。

2.3 丁酸梭菌對(duì)仔豬血清細(xì)胞因子的影響 適度的炎癥反應(yīng)有利于機(jī)體清除病原體，過度的炎癥反應(yīng)則會(huì)引起組織損傷，甚至危及生命，因此，機(jī)體炎癥反應(yīng)和抗炎癥反應(yīng)總是處于平衡的狀態(tài)中。例如，IL-1β是炎癥早期最早分泌的一種促炎性細(xì)胞因子，能夠促進(jìn)組織局部炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，減輕或加重組織炎性損傷狀態(tài)，在炎癥反應(yīng)激活和調(diào)控的全過程中發(fā)揮重要作用。IL-10是一種抗炎性細(xì)胞因子，能夠有效抑制促炎性細(xì)胞因子的分泌，減輕機(jī)體炎癥反應(yīng)，發(fā)揮一定的免疫刺激和調(diào)節(jié)作用，幫助益生菌順利定植腸道，從而為益生菌發(fā)揮一系列的益生作用提供前提條件（高全新，2012）。研究表明，丁酸梭菌能夠激活動(dòng)物機(jī)體免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，維持動(dòng)物健康，識(shí)別并激活Toll樣受體2，調(diào)節(jié)適量的抗炎性因子IL-10、促炎性細(xì)胞因子IL-8、IL-18和腫瘤壞死因子-α（TNF-α）的分泌，以抵抗病原菌的感染，并維持免疫自穩(wěn)（Li等，2018；李玉鵬等，2017；王柳懿，2017）。耿正穎等（2018）研究表明，丁酸梭菌能夠顯著降低仔豬血清中TNF-α和IL-6含量，顯著提高IL-4含量。同時(shí)，李玉鵬等（2017）研究表明，丁酸梭菌可提高血清中抗炎性細(xì)胞因子IL-10含量。因此，飼糧中添加丁酸梭菌后能夠調(diào)節(jié)仔豬的炎癥反應(yīng)，對(duì)仔豬產(chǎn)生益生作用。

2.4 丁酸梭菌對(duì)仔豬腸道微生物的影響 有益微生物在動(dòng)物腸道中起著重要作用，在動(dòng)物體內(nèi)保持著微生物菌群的動(dòng)態(tài)平衡。仔豬剛出生時(shí)消化道是無菌的，在出生后到斷奶的過程中，消化道各個(gè)部位逐漸被各種細(xì)菌所占據(jù)，但菌群還未達(dá)到應(yīng)有的平衡，在飼料中添加益生菌可改善仔豬生長(zhǎng)性能和調(diào)節(jié)腸道微生物平衡 （Araki等，2004）。乳酸桿菌為厭氧菌，成為優(yōu)勢(shì)菌群后會(huì)消耗胃腸道內(nèi)的大部分氧氣，同時(shí)調(diào)節(jié)胃腸道pH，使得病原微生物無法繁殖生長(zhǎng)。梁明振等（2013）研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加丁酸梭狀芽孢桿菌，可降低腸道pH和提高腸道內(nèi)丁酸梭狀芽孢桿菌和乳酸桿菌的含量，降低大腸桿菌的含量。李玉鵬等（2017）研究表明，添加丁酸梭菌后的飼糧可顯著提高空腸和回腸中乳酸桿菌的數(shù)量，顯著降低回腸中大腸桿菌的數(shù)量，有助于益生菌成為優(yōu)勢(shì)菌群，緩解斷奶應(yīng)激給仔豬帶來的傷害。

2.5 丁酸梭菌對(duì)仔豬腸道屏障功能的影響 近年來，益生菌對(duì)腸道屏障功能的影響已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。腸道屏障功能由機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障共同構(gòu)成，屏障由單層腸上皮細(xì)胞通過緊密連接蛋白結(jié)合形成，能夠防止有害微生物、抗原和毒素從腸腔進(jìn)入血液。腸上皮細(xì)胞間的緊密連接可以調(diào)節(jié)腸道屏障的通透性和維持上皮結(jié)構(gòu)的完整性，緊密連接蛋白的正常表達(dá)對(duì)于機(jī)體的生存至關(guān)重要 （Li等，2018）。 Zos、occludin和claudins被認(rèn)為是主要的緊密連接蛋白（Li等，2018）。飼糧中添加丁酸梭菌可刺激腸道上皮細(xì)胞繁殖，提高腸道上皮中緊密連接相關(guān)蛋白 ZO-1、ZO-2、claudin-1、claudin-3 和 occludin的表達(dá)，有利于機(jī)體發(fā)揮腸道屏障功能（Zong等，2019；Li等，2018；李玉鵬等，2017）。 D-乳酸是細(xì)菌發(fā)酵的代謝物，二胺氧化酶（DAO）主要來源于腸黏膜，腸黏膜通透性增加時(shí)，血液中D-乳酸含量升高，DAO活性增高，因此，D-乳酸和DAO通常作為檢測(cè)腸黏膜通透性的重要指標(biāo)。Li等（2018）研究表明，丁酸梭菌能夠降低仔豬血液中D-乳酸和DAO含量。龐敏等（2016）研究表明，飼糧中添加500 mg/kg丁酸梭菌，能夠顯著降低斷奶仔豬第14天血清中D-乳酸含量。因此，飼糧中添加丁酸梭菌能夠提高斷奶仔豬腸道屏障功能。

2.6 丁酸梭菌對(duì)仔豬免疫功能的影響 丁酸梭菌既具有直接的營(yíng)養(yǎng)功能，又能刺激動(dòng)物腸黏膜免疫反應(yīng)，增強(qiáng)機(jī)體免疫力，改善動(dòng)物健康狀況（Chen 等，2018；王騰浩，2015）。 TLRs可通過天然刺激免疫應(yīng)答進(jìn)而提高獲得性免疫反應(yīng)。王柳懿等（2017）研究表明，丁酸梭菌能夠提高Toll樣受體 2（TLR2）和 Toll樣受體 4（TLR4）在仔豬回腸中的表達(dá)，使機(jī)體處于免疫激活狀態(tài)，從而改善仔豬健康狀況。耿正穎等（2018）研究表明，飼糧中添加丁酸梭菌能夠顯著提高仔豬免疫球蛋白G（IgG）的含量。鄭有秀等（2018）研究表明，飼糧中添加丁酸梭菌能夠顯著提高斷奶仔豬血清中免疫球蛋白A（IgA）和IgG的含量。上述研究表明，丁酸梭菌能夠提高仔豬機(jī)體免疫力。

3 結(jié)語

丁酸梭菌作為一種新型綠色飼料添加劑，能夠改善仔豬健康狀況，減少或替代抗生素的使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。