貓腸道微生物研究進展

賀山淞， 簡仕燕， 溫超宇， 溫嘉偉， 匡 濤， 佟敖日給勒， 鄧百川

（1.華南農業大學動物科學學院，廣東廣州 510642；2.廣州清科生物科技有限公司，廣東廣州 510400）

近年來， 腸道微生物受到人們的廣泛關注。2007 年美國斥1.15 億美元正式開展人體微生物組計劃， 隨后其他各國也相繼開啟了對貓腸道微生物的研究（成妮妮等，2011）。 研究發現，腸道微生物對宿主的健康和免疫功能起著重要的作用（Canfora 等，2019 ； 郭慧玲等，2015； Round 等，2009），同時發現益生菌作為添加劑可改善動物腸道健康 （Sofia 等，2021； 曲巍等，2017； 李天杰，2016）。

貓作為伴侶動物越來越受青睞，《2020 年中國寵物行業白皮書》 顯示，2020 年全國城鎮寵物貓數量為4862 萬只，較2019 年增長10.2%。基于此， 本文對國內外有關貓腸道微生物的研究以及添加益生菌對貓健康的影響進行簡要綜述， 以期為進一步探索貓腸道微生物提供參考。

1 貓腸道微生物

腸道微生物被定義為腸道中所有微生物的集合，包括細菌、真菌、原生動物和病毒。 研究表明，哺乳動物腸道中含有1010～1014個微生物， 其中細菌種類達1000 多種（Rosner，2014；Turnbaugh，2007）。腸道微生物在宿主健康和免疫系統中發揮著重要作用， 被稱為 “一個被遺落的器官”（O’Hara 等，2006）。 貓作為專性食肉動物，不太依靠腸道微生物提供能量， 主要通過攝取高蛋白動物組織來維持營養（Macdonald 等，1984），但是平衡穩定的腸道微生物對貓的健康十分重要（Deng等，2015）。為了探究貓腸道微生物，人們使用了一系列技術手段。

1.1 傳統細菌培養技術 Smith （1965） 和Osbaldistion（1971）利用細菌培養技術分別研究幼貓和成年貓胃腸內容物， 結果發現貓腸道主要菌群包括大腸桿菌、 鏈球菌、 腸球菌和乳酸桿菌等。Johnston（2001）和Papasouliotis 等（1998）發現健康貓的十二指腸中含有大量厭氧菌， 其中最常見的是擬桿菌和梭菌，同時，患有胃腸道疾病癥狀的貓巴氏桿菌屬、 擬桿菌屬和乳酸桿菌屬顯著減少（P＜0.005）。

雖然細菌培養技術在早期研究中被廣泛使用，但其僅能測定菌群中可培養的成分，瓊脂培養基的選擇性也較差， 同時很容易忽略相同形態的菌落。由于這些局限性，該技術的效率受到很大的影響（Greetham 等，2002；Johnston 等，2001；Papasouliotis 等，1998；Itoh 等，1984；Mitsuoka 等，1982；Osbaldiston 等，1971；Smith 等，1965）。

1.2 分子技術

1.2.1 熒光原位雜交技術 熒光原位雜交技術（FISH） 是通過熒光標記的寡核苷酸探針與細菌細胞中16S rRNA 特異性結合。Inness 等（2007）利用FISH 發現健康貓腸道中的優勢屬是雙歧桿菌屬和擬桿菌屬，其次是乳酸桿菌-腸球菌亞屬，患有炎癥性腸病（IBD）貓主要菌群是乳酸桿菌-腸球菌亞屬，然后是雙歧桿菌屬和擬桿菌屬等。這說明腸道微生物的改變可能與患IBD 有關。 Jia 等（2011）在幼貓和老年貓的腸道中發現梭狀芽孢桿菌、雙歧桿菌和乳酸菌是最豐富的菌群，但不同年齡貓的菌群比列有所不同。

與傳統細菌培養技術相比，FISH 技術能夠定量測定不可培養的細菌， 但是由于FISH 技術工作量大，且只針對特定的細菌群進行設計，所以只能用于小規模研究（Janeczko 等， 2008）。

1.2.2 測序技術 在人類和動物的研究中， 桑格技術是最早使用的測序技術之一。 Ritchie 等（2008 ） 利用桑格技術發現常規貓最主要的細菌門是厚壁菌門（68%），隨后是變形菌門（14%）、擬桿菌門（10%）、梭桿菌門（5%）、放線菌門（4%），無特定病原體貓 （SPF） 細菌門主要是厚壁菌門（98%），以及少量的變形菌門和擬桿菌門。 Desai等（2009） 收集室內外貓的糞便樣品， 通過構建cpn 60 基因克隆文庫對其進行測序，結果發現厚壁菌門是優勢菌門， 同時擬桿菌主要存在遠端腸道中。 雖然桑格技術測序讀長較長 （可達1000 bp），準確性高（99.99%），但存在通量低和成本高的缺點，逐漸被第二代測序技術所代替。

第二代測序技術也叫做高通量測序技術，主要有454 焦磷酸測序和Illumina 測序。 Handl 等（2011）利用焦磷酸測序技術測定出貓糞便中主要的細菌門是厚壁菌門（92%）和放線菌門（7.2%），最豐富的細菌屬是梭菌屬。同樣的，Tun 等（2012）發現健康貓糞便菌群中擬桿菌/綠桿菌群門是最主要的細菌門（68%），其次是厚壁菌門（13%）和變形菌門（6%）。Di Sabatino（2019）利用Illmina 全基因組鳥槍法測定14 只健康成年貓糞便微生物，結果顯示細菌優勢門依次為厚壁菌門（34.22%）、擬桿菌門（30.72%）、放線菌門（19.40%）、變形菌門（10.37%）和梭桿菌門（1.08%）。 同時在厚壁菌門中最豐富的是梭菌綱 （20.6%） 和桿菌綱（9.1%）， 擬桿菌門中最豐富的是擬桿菌綱（29.5%）。

Chen 等（2019）利用Illmina HiSeq 測序平均得到233 個操作分類單元（OTUs），其中數量最多的細菌門是厚壁菌門（占OTUs 的61.7%），其次依次為放線菌門（12.42%）、擬桿菌門（7.79%）、梭桿菌門（7.79%）和變形菌門（7.53%），最豐富的科是消化鏈球菌科（16.15%）和梭狀芽孢桿菌科Ⅰ（14.78%）。 梁琳（2019）發現健康貓糞便中優勢細菌門是厚壁菌門（59.31%）、擬桿菌門（24.29%）、變形菌門（7.24%）、放線菌門（16.25%），而腹瀉貓厚壁菌門相對減少（38.89%），變形菌門相對增加（33.17%）。 利用高通量測序技術，楊婧（2020）發現野外豹貓腸道核心菌群同樣是厚壁菌門（52.40%）、 變 形 菌 門 （25.18%）、 放 線 菌 門（9.07%）、擬桿菌門（8.17%）和梭桿菌門（4.74%）。豐度最高的屬是假單胞菌屬13.37%）、 布拉氏菌屬（11.2%）、梭菌屬Ⅰ（9.10%）。

綜上可以發現，和其他哺乳動物類似，健康貓腸道微生物優勢細菌門類主要是厚壁菌門、 放線菌門、擬桿菌門、變形菌門和梭桿菌門，最豐富的屬是梭菌屬和擬桿菌屬。 同時，不同的試驗結果顯示細菌比例不盡相同，這可能和以下因素有關：貓個體差異（年齡、品種、健康狀態等）、貓所處環境（家貓、野貓）、貓的飲食習慣（干糧、濕糧等）、采樣部位（十二指腸、空腸、回腸等）、測定技術（傳統培養技術、分子技術等）。 基于此差異，研究人員需要控制好試驗條件，并選擇合適的分析方法。

1.3 非細菌成分 細菌是貓腸道中最豐富的成分， 除此之外， 有研究發現貓腸道中還存在古細菌、真菌、病毒和原生動物。 Tun 等（2012）利用宏基因組分析發現在貓糞便中存在少量真菌（0.02%）、古 細 菌（0.09%）和 病 毒（0.09%）。 Di Sabatino （2019） 的試驗也發現了少量古細菌（0.77%）、真核生物（0.1%）、病毒（0.07%）。 Handl等（2011）發現貓腸道中的真菌OTUs 都屬于子囊菌門，且真菌種類最多的是酵母菌屬（58%）和曲霉屬（11%）。 目前對貓腸道中真菌等非細菌成分的研究還很少， 對這些成分在腸道中的生理作用知之甚少，需要后續進行深入研究。

2 犬貓腸道菌群的異同

根據前人的研究可知， 犬和貓的腸道優勢菌門都是厚壁菌門和擬桿菌門（表1）。 同時，放線菌門在貓腸道中所占的比例要高于犬， 而梭桿菌門在犬腸道中所占比例要高于貓。 由于犬貓腸道微生物存在差異， 人們不能隨意將犬貓的飲食與腸道調節混為一談，需要針對犬、貓腸道微生物的差異來制定方案。

表1 犬貓腸道菌群比例%

3 影響貓腸道微生物的因素

3.1 年齡 在人類腸道微生物研究中已發現，腸道菌群的變化和人體年齡有關， 腸道菌群從人體出生時開始在腸道定居， 再到中年時期的相對穩定， 最后到老年時多樣性下降（Kumar 等，2016；Yatsunenko 等，2012）。 關于年齡對貓腸道微生物的影響也有相關研究。 Deusch 等（2015）采集不同周齡時的糞便來檢測， 結果顯示， 隨著年齡的增長，雙歧桿菌屬和乳酸桿菌屬顯著下降，擬桿菌屬和普氏菌屬極顯著上升（P＜0.00008），同時發現年齡是與微生物改變有顯著相關的唯一因素。Masuoka 等（2017）發現斷奶前幼貓的腸桿菌科和腸球菌顯著要高于其他年齡段 （P＜0.05）。 與Masuoka 等（2017）試驗結果相似，Bermingham 等（2018）發現隨著年齡的增長，腸道微生物中乳酸桿菌和雙歧桿菌相對豐度降低， 普雷沃氏菌和巨球孢菌相對豐度增加。 雖然上述幾項試驗結果都顯示出年齡對于貓腸道微生物的改變有一定的關聯，但是和人類年齡與腸道微生物的研究一樣，同樣存在個體差異、環境和飲食習慣等干擾因素，具體原因需進一步證實。

3.2 飲食 已有研究證明飲食對人類腸道微生物的改變起著關鍵作用 （Bibbo 等，2016；Wu 等，2011）。飼料的營養成分和含量對動物的胃腸道功能、微生物組成和代謝物有顯著影響（Grzeskowiak等，2015）。 因此眾多學者展開了對貓糧中不同營養成分含量（蛋白質、纖維素）對貓腸道微生物影響的研究。 Lubbs 等（2009）研究結果發現，相對于飼喂中蛋白含量組（MP，34.34%粗蛋白質）的貓，飼喂高蛋白含量組（HP，53.88%粗蛋白質）貓糞中雙歧桿菌濃度顯著減少， 產氣莢膜梭菌顯著增多（P＜0.05），同時發現HP 組的微生物多樣性有所增加。同樣的，Vester 等（2009）結果顯示，喂食HP組的小貓雙歧桿菌、 大腸桿菌和乳酸桿菌含量顯著低于MP 組（P=0.02）。 Hooda 等（2012）在幼貓上飼喂不同蛋白水平日糧， 結果發現微生物組成同樣存在顯著差異。

除了蛋白質水平， 日糧中纖維組成和含量同樣能夠影響貓腸道微生物組成。有研究表明，貓的后腸中會發生大量的微生物發酵， 其中的脂肪酸含量甚至與反芻動物相當， 這表明貓具有發酵纖維的能力（Brosey 等，2000）。 Barry 等（2010）利用3×3 拉丁方方案， 分別在貓糧中添加4%的纖維素、低聚果糖和果膠，結果發現，與其他兩組相比，添加低聚果糖組糞便中雙歧桿菌濃度顯著增高（P=0.006），同時產氣莢膜梭菌極顯著降低（P＜0.001）。 果膠組與其他兩組相比，大腸桿菌和乳酸桿菌顯著增高（P＜0.05）。 Butowski 等（2019）發現，飲食生肉的貓腸道中梭菌占主導地位，而在生肉中添加纖維后， 消化鏈球菌科是貓腸道中的優勢細菌。 Wernimont 等（2019）研究發現，與低纖維組相比，高纖維組的貓消化球菌屬、琥珀弧菌屬和腸球菌屬顯著降低，布拉氏菌屬、擬桿菌屬和血尿桿菌顯著增加（P＜0.05）

除了營養成分和含量的不同， 有研究表明貓糧的不同形式也對微生物有一定的影響。Bermingham 等（2013）測定了飼喂干濕糧的貓糞便微生物，結果發現，與喂食濕糧組相比，干糧組中放線菌豐度顯著提高， 梭桿菌和變形菌豐度顯著降低（P＜0.05）。在屬水平上，干糧組乳酸桿菌、巨球形芽孢桿菌和奧爾森氏菌的豐度較高， 而擬桿菌和布拉氏菌的豐度較低。 飲食對貓腸道微生物有顯著影響， 但大部分試驗研究側重于短期飲食改變對腸道微生物的影響。 雖然微生物對短期飲食改變能夠做出快速反應， 但長期的飲食改變似乎是個體腸道微生物組成的決定因素， 因此需要更多的研究來探索長期飲食改變對貓腸道微生物的影響。

4 益生菌對貓的影響

4.1 益生菌的定義 隨著人們對于益生菌研究的不斷深入，益生菌的定義也隨之改變。“益生菌”一詞最初是由Lilly 和Stillwell（1965）用來特指一種纖毛蟲原生動物產生的促生長物質， 這些物質可以刺激另一種纖毛蟲的生長。 Parker（1974）將益生菌定義為“有助于腸道微生物平衡的生物體和物質”。 隨后Fuller（1989）將益生菌重新定義為“一種通過改善宿主動物腸道微生物平衡而對宿主動物有益的活微生物飼料補充物”。2001 年，聯合國糧食及農業組織和世界衛生組織的科學家進行了一場關于“益生菌”的辯論，得出的結果之一就是將益生菌定義為：活的微生物，當給予一定數量時，對宿主健康產生益處（Hill 等，2014）。 這個定義現在被人們廣泛接受。

4.2 添加益生菌對貓的影響 關于益生菌對宿主有益的作用原理主要有以下幾個方面產生抗菌化合物、與潛在病原體爭奪營養物和黏附位點、改變微生物代謝、刺激免疫等（Walker 等，2008）。 在寵物中使用益生菌的可能益處包括： 調節免疫系統、調控壓力、防止腸道病原體感染、促進生長和發育、 控制過敏性疾病和體重 （Sarowska 等，2013）。

Marshall-Jone 等（2006）試驗結果發現，飼喂嗜酸乳桿菌后， 貓糞便中梭菌和糞腸球菌有效減少，血漿內毒素也下降。 Julia 等（2007）發現添加屎腸球菌組的貓CD4+淋巴細胞顯著高于對照組（P=0.022），但是其他免疫指標無明顯差異。 還有研究發現， 添加SF68 屎腸球菌組的貓腹瀉率顯著低于對照組。 Garcia-Mazcorro 等（2011）研究多種合生素對健康貓狗的糞便微生物群的影響，結果發現糞便中益生菌的數量有所增加， 而腸道優勢細菌群的豐度無顯著變化。 Rossi 等 （2018）發現，口服益生菌治療的腹瀉貓慢性腸病指數、糞便一致性評分和黏膜組織學評分顯著下降，Cajal 間質細胞顯著增加。同時，乳酸菌和擬桿菌數量也顯著增加。 Rodrigues 等（2020）試驗結果發現，與對照組相比， 添加益生菌組貓糞便中乳酸菌含量均顯著升高（P＜0.0001）。

盡管眾多研究證明益生菌有益于貓的腸道健康和免疫功能， 但國際上目前沒有關于益生菌添加量的最低濃度的規定， 貓糧中益生菌添加量也還未統一。另外，不同益生菌添加方式（噴霧、微膠囊等） 對于益生菌活性的保持也存在差異（Rodrigues 等，2020）。 因此，如何維持益生菌的活性來保證其效果同樣值得進一步研究。

5 小結

作為人類的伴侶動物， 研究貓腸道微生物不僅有利于貓的健康及其疾病的防御， 更有利于寵物主人的健康。 雖然目前對于貓腸道微生物的研究進步很大，但對其了解依然處在初級階段。和人類相似，貓腸道微生物受到多種因素影響，系統研究多種因素對貓腸道的影響， 或許能夠找到調理病貓腸道微生物群紊亂的方法， 對貓的健康有重要意義。 益生菌作為一種添加劑廣泛應用到動物飼料中， 現有的研究表明益生菌能夠增加腸道有益菌的數量，提高動物的免疫力。 然而，對于貓糧中添加益生菌的報道較少， 益生菌的適宜添加量和安全劑量也未明確規定， 因此需要進一步深入的研究。