益生菌在犬貓上的應用研究進展

劉凱莉，羅建威，岳 珂，陳 盼，何彥鋒，解靜菲，徐婷婷，林露茜，黃淑成

（1.河南農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院，河南 鄭州 450002；2.南陽市心糧寵物食品有限公司，河南 南陽 473000）

動物腸道微生物區(qū)系是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，與宿主存在著一種互惠互利的關系，以各種形式參與動物機體的生理活動， 腸道微生物區(qū)系對維持宿主健康發(fā)揮重要作用。正常情況下，腸道微生物保持動態(tài)平衡， 保護宿主動物免于疾病的發(fā)生；當微生物群發(fā)生紊亂時，腸道微生態(tài)的平衡狀態(tài)會被打破，影響動物健康，甚至引發(fā)各種疾病。在檢測感染豬圓環(huán)病毒仔豬的空腸菌群過程中發(fā)現(xiàn)，菌群的平衡狀態(tài)被破壞，有益菌的數(shù)量明顯減少，有害菌數(shù)量增加［1］。 益生菌具有安全性高、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)點， 可作為日糧添加劑及臨床藥物，對寵物保健、疾病預防和治療發(fā)揮作用，也是減少抗生素用量的良好生物添加劑。 由于益生菌獨特的生理功能， 目前已被廣泛應用于各個領域，包括醫(yī)療業(yè)、畜牧養(yǎng)殖業(yè)、食品加工業(yè)等。尤其在人類醫(yī)療保健領域， 益生菌作為微生態(tài)制劑可用于胃腸道疾病、糖尿病、幼兒疾病、癌癥等多種疾病的預防和治療［2］。 筆者對益生菌的定義和分類進行了概述， 闡述了益生菌在宿主體內(nèi)發(fā)揮益生作用的機制， 綜述了益生菌在犬貓上的應用研究進展， 以期為進一步闡明益生菌與宿主動物的相互作用機制、 擴大益生菌在犬貓上的應用范圍提供參考。

1 益生菌概述

1.1 益生菌的定義

“益生菌”一詞源于希臘語，本意是“對生命有益”［3］。 1857 年，法國微生物學家巴斯德研究了酒變酸的原因，發(fā)現(xiàn)了乳酸菌［4］。 研究表明，乳酸菌可以抑制腸道內(nèi)有害菌的定植和生長， 維持腸道內(nèi)正常菌群的平衡， 乳酸菌生理功能的證實使乳酸菌發(fā)酵制品開始被應用［5］。 益生菌的第一個定義是1965 年由Lilly 等［6］提出的：益生菌為由細菌產(chǎn)生的能夠促進其他細菌生長的物質。 1989 年Fuller［7］將益生菌重新定義為：益生菌是額外補充的活性微生物，能改善腸道菌群的平衡，對宿主的健康有益。 2001 年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織和世界衛(wèi)生組織對益生菌的定義是需要攝入足夠的量，才能對宿主的健康產(chǎn)生積極影響的一大類活的微生物，這一定義是目前被廣泛接受的益生菌定義。

中國古代就有對益生菌的記載，《肘后備急方》中記載有用健康人的糞便治療疾病的案例［8］。夜明砂、晚蠶砂、五靈脂始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》《名醫(yī)別錄》，是典型的動物類糞便藥物［9］。 研究發(fā)現(xiàn)，五靈脂中含有高豐度的產(chǎn)短鏈脂肪酸有益菌，如擬桿菌、梭桿菌等，與促進腸道健康密切相關。 雖然上述味藥未收錄在《中國藥典》中，但因其獨特的治療效果仍然在臨床中廣泛應用［10］。

1.2 益生菌的分類

益生菌種類繁多，分布廣泛，主要來源于宿主腸道， 具有調節(jié)胃腸道功能、 改善機體消化和吸收、提高機體免疫力等功效。 目前，常用的益生菌大體上可分為五類， 包括乳酸桿菌類、 雙歧桿菌類、芽孢桿菌類、革蘭陽性球菌類和酵母菌類。

1.2.1 乳酸桿菌類

如嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、拉曼乳桿菌等。乳酸桿菌可促進腸道對蛋白質、乳糖和鈣等營養(yǎng)物質的消化吸收， 并能產(chǎn)生多種維生素為宿主所利用，同時，還具有抑制腸道內(nèi)腐敗菌和致病菌繁殖，降低血氨和血中膽固醇含量，維持腸道內(nèi)菌群平衡的整腸作用［11］。

1.2.2 雙歧桿菌類

如長雙歧桿菌、短雙歧桿菌、卵形雙歧桿菌、嗜熱雙歧桿菌等。 雙歧桿菌的代謝產(chǎn)物主要包括乳酸、乙酸等，可改善機體pH 值，提高磷、鐵、鈣的利用率，可對腸道黏膜產(chǎn)生刺激，激活腸道黏膜的免疫系統(tǒng)，提高腸道黏膜的抗感染能力［12］。

1.2.3 芽孢桿菌類

如枯草芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌等。芽孢桿菌生存能力較強， 產(chǎn)生的抗菌物質一般具有廣譜殺菌活性， 抑菌機理主要是通過生物奪氧、 菌群調整、生物拮抗、提高免疫功能和增強酶活性等作用抵御腸道不良環(huán)境［13］。 如枯草芽孢桿菌在代謝過程中可產(chǎn)生抑菌物質抗菌肽， 能夠抑制鏈球菌、大腸桿菌、沙門菌等有害菌的生長［14］。

1.2.4 革蘭陽性球菌類

如糞鏈球菌、乳球菌、嗜熱鏈球菌等。 革蘭陽性球菌細胞壁較厚，肽聚糖含量豐富，具有良好的機械屏障和抑菌作用。 糞鏈球菌能夠產(chǎn)生細菌素等抑菌物質，改善腸道微循環(huán)［15］。嗜熱鏈球菌可以維持黏膜屏障功能，減少細菌移位、免疫刺激和相關炎癥的發(fā)生［16］，同時還能產(chǎn)生β-半乳糖苷酶，有助于乳糖消化。

1.2.5 酵母菌類

如釀酒酵母菌屬。 釀酒酵母菌屬于兼性厭氧菌，在進入動物胃腸道后，可以消耗胃腸道內(nèi)的氧氣，造成厭氧環(huán)境，促進有益菌群的繁殖，改善動物消化道微生態(tài)平衡［17］。 釀酒酵母菌在畜禽上應用廣泛，可作為益生菌或發(fā)酵菌劑使用，用于飼料原料的發(fā)酵，可提高飼料營養(yǎng)價值。

2 益生菌作用機制

2.1 改善腸道菌群結構

動物腸道內(nèi)存在大量的微生物菌群， 能夠促進動物機體生長的菌群是有益菌， 對動物機體生長起到負面作用的菌群則為有害菌。正常情況下，腸道菌群內(nèi)部保持著動態(tài)平衡， 從而維持機體的健康狀態(tài)。若有害菌群數(shù)量增加，則菌群的動態(tài)平衡遭到破壞， 引起菌群失調， 繼而引發(fā)一系列疾病，影響動物健康［18］。動物腸道內(nèi)的菌群大部分為厭氧菌，致病菌大多是需氧菌或兼性厭氧菌，如果腸道環(huán)境發(fā)生改變， 氧濃度的升高能夠為致病菌的生長和繁殖創(chuàng)造條件，造成腸道微生態(tài)失衡［19］。益生菌到達腸道后，一方面可快速定植，抑制有害菌的生長，提高腸道中有益菌的數(shù)量；另一方面，益生菌的生長代謝會大量消耗腸道內(nèi)的氧氣，使氧濃度下降，恢復腸道菌群的平衡狀態(tài)，增強腸道對致病菌的抑制能力。此外，益生菌還可以通過搶占腸道附植位點從而阻斷有害菌的定植， 發(fā)揮調節(jié)腸道菌群結構的作用［20］。

2.2 促進營養(yǎng)物質的消化與吸收

益生菌進入動物機體后可產(chǎn)生維生素、氨基酸等營養(yǎng)物質， 不僅為機體的生長提供多種營養(yǎng)，還能夠增強腸道對蛋白質、鈣、鎂等營養(yǎng)物質的吸收［21］。 此外，腸道中的有益菌在生長繁殖過程中能夠產(chǎn)生多種酶，從而降解動物日糧中的脂肪、蛋白質等物質，促進營養(yǎng)物質被動物消化吸收。 研究發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌和糞腸球菌能刺激豬腸道中可分泌蛋白酶和淀粉酶的微生物生長繁殖，從而提高豬消化道中相關酶的活性，促進豬的生長［22］。 另一方面，營養(yǎng)物質的消化與吸收主要在小腸完成，小腸絨毛高度和隱窩深度反映了動物腸道消化和吸收營養(yǎng)物質的能力。 絨毛高度的增加和隱窩深度的減少能夠增加營養(yǎng)物質與腸道接觸的表面積，提高小腸對營養(yǎng)物質的消化吸收能力。 崔錦等［23］研究表明，日糧中添加丁酸梭菌、凝結芽孢桿菌和釀酒酵母菌發(fā)酵物能夠顯著提高腸絨毛高度、減少隱窩深度，提高腸道吸收營養(yǎng)物質的能力。

2.3 改善腸道屏障功能

益生菌可以與腸道細胞共同作用， 恢復腸道通透性、刺激黏液產(chǎn)生和促進黏膜再生，維持黏膜屏障完整性和腸道機械屏障功能［24］。此外，益生菌的代謝產(chǎn)物，如細菌素、酸性物質等也可形成一道化學屏障，抵御致病菌的入侵。腸黏膜由腸道上皮細胞及固有層組成， 腸道上皮細胞中的杯狀細胞分泌黏蛋白形成黏液層，抵御致病菌的入侵［25］。另外，細胞間的緊密連接蛋白可調節(jié)物質的轉運，當緊密連接蛋白的分子和基因的表達量下降， 會引起功能和結構的破壞，進而損傷腸道黏膜屏障，導致動物發(fā)生腸道疾病。 緊密連接蛋白主要由跨膜蛋白occludin、claudins 和細胞質蛋白ZO-1 蛋白等組成，不僅能夠阻止病原微生物進入機體，也允許營養(yǎng)物質、 離子和水進入體內(nèi)以調節(jié)腸道通透性［26］。研究發(fā)現(xiàn)，羅伊氏乳桿菌LR1 可以通過激活Toll 樣受體2（TLR-2）增加仔豬腸道中的緊密連接蛋白表達，從而增強腸道機械屏障功能［27］。干酪乳桿菌可增加杯狀細胞數(shù)目， 從而使黏液層變厚以防止致病菌進入。 雙歧桿菌的表層蛋白可以與腸道表面的糖蛋白結合， 從而抑制其他病原菌在腸道的定植［28］。

2.4 免疫調節(jié)作用

腸道免疫系統(tǒng)主要由分布在腸黏膜上的免疫細胞和免疫分子進行調節(jié)， 能防止外來病原體入侵，阻止大分子抗原物質進入，保持腸道完整性，同時參與機體全身免疫調節(jié)， 腸道免疫功能失調會導致消化道疾病甚至全身疾病［29］。 益生菌對宿主免疫系統(tǒng)也有一定調節(jié)作用， 如刺激免疫器官生長發(fā)育、增強腸道巨噬細胞吞噬活性等。腸道上皮細胞能夠通過模式識別受體特異性地識別病原體，抑制病原體繁殖［30-31］。 對雙歧桿菌A6 改善結腸炎小鼠腸道黏膜損傷的機制進行研究發(fā)現(xiàn)，預先口服動物源雙歧桿菌A6 能夠減少Th2 促炎細胞因子的分泌，維持Th1/Th2 細胞平衡，恢復腸黏膜的免疫屏障功能［32］。 Pace 等［33］研究發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌可以促進T 淋巴細胞的轉化， 預防或者緩解過敏性疾病和免疫性疾病。 李蓮紅等［34］研究表明，黑羽蛋雞日糧中添加唾液乳酸桿菌SNK-6 可通過調節(jié)TLR 介導的信號通路激活腸道免疫，增強腸道黏膜免疫功能，同時，可顯著提高蛋雞盲腸扁桃體NF-κB mRNA 表達水平， 有上調TLR-2、TLR-4 mRNA 表達的趨勢。

3 益生菌在犬貓上的應用

3.1 預防和治療犬貓腸道疾病

腸道疾病是犬貓最常見的疾病類型之一，臨床癥狀以腹瀉較多見。 引起腸道疾病的原因很多，包括細菌、病毒、寄生蟲感染及食物不耐受等，對犬貓健康造成不利影響。 臨床中治療腸道疾病的主要手段是使用抗菌藥物，但不合理或大劑量使用抗菌藥物易使病原菌產(chǎn)生耐藥性，破壞正常腸道微生物群［35］。 許多研究表明，益生菌對預防和治療犬貓腸道疾病具有一定效果［36-38］。 在益生菌治療細菌性腹瀉的研究中發(fā)現(xiàn)，益生菌可以通過拮抗、排斥、免疫調節(jié)等作用抵御致病菌對胃腸道的損害［39］。 大腸桿菌是引起幼齡動物腹瀉的常見致病菌，研究表明酵母菌能夠抑制大腸桿菌感染引起的炎性反應［40］。 可能的機制是通過降解病原體毒素、干擾病原體黏附、調節(jié)正常微生物群、釋放分泌性免疫球蛋白和調節(jié)細胞因子水平改善腸道功能［41］。 劉鮮姣［42］研究發(fā)現(xiàn)，口服某品牌犬貓益生菌（含雙歧桿菌、糞腸球菌、乳酸桿菌及腸黏膜修復因子）能夠調理細菌性腹瀉和病毒性腹瀉對腸道造成的損傷，還能明顯改善便秘和慢性腸炎。

3.2 提高犬貓免疫力

益生菌能夠與宿主動物的免疫系統(tǒng)互相作用，調節(jié)腸道功能，改善腸道功能紊亂，部分益生菌還可以合成消化酶、維生素、氨基酸等，提高犬貓對食物的消化效率及對營養(yǎng)物質的吸收效率，進而增強機體免疫力，抑制致病菌的生長。益生菌還能通過增強黏膜屏障功能， 調節(jié)細胞因子的產(chǎn)生以及增強吞噬細胞的吞噬能力， 調節(jié)機體免疫系統(tǒng)功能。 通過刺激腸道產(chǎn)生分泌型免疫球蛋白（sIgA），激活CD4+T 細胞和CD8+T 細胞，提高腸道免疫功能，增強腸黏膜屏障功能［43］。 研究發(fā)現(xiàn)，給犬飼喂復合益生菌制劑（植物乳桿菌、 干酪乳桿菌、 動物源雙乳桿菌） 可以明顯提高糞便中sIgA的含量［44］。 Meng 等［45］研究發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌能顯著提高小鼠淋巴細胞的增殖能力和NK 細胞的吞噬能力。孫寧［46］研究發(fā)現(xiàn)，口服高劑量的乳酸菌能夠有效提升犬瘟熱和犬細小病毒的抗體效價水平，并能與疫苗協(xié)同促進抗體的產(chǎn)生，表明乳酸菌能夠促進機體產(chǎn)生免疫應答。另外，給母犬孕期補充益生菌（屎腸球菌和嗜酸乳桿菌）可使血清和初乳中免疫球蛋白濃度升高， 從而增強母犬和幼犬的免疫力［47］。

3.3 提高犬貓生長性能

益生菌對犬貓生長性能提高作用的機制可能是由于其厭氧特性，具有較好的耐酸、耐膽鹽和耐高溫的抗逆性，從而在腸道中占據(jù)優(yōu)勢，抑制需氧致病菌的生長和繁殖， 促進營養(yǎng)物質被機體吸收和利用，從而提高犬貓的生長性能［48］。 一直以來，在畜牧養(yǎng)殖業(yè)， 益生菌制劑被添加在飼料中用于提高畜禽生長性能。研究表明，在飼糧中添加不同濃度的復合益生菌制劑能夠顯著提高白羽肉雞及云南地方豬的生長性能［49-50］。 近些年，關于益生菌對寵物生長性能的影響也開始被一些學者關注。陳如愿［51］對灌服復合益生菌制劑21 d 幼犬生長性能的研究發(fā)現(xiàn)，通過口服復合益生菌制劑能夠顯著增加幼犬的日增重。 此外，田其真等［52］研究表明，給犬飼喂犬源唾液乳酸桿菌TCSL1 28 d， 試驗組犬腹瀉率明顯下降，體重顯著升高，與陸江等［53］的研究結果一致。

3.4 預防和改善犬貓口腔問題

犬貓口腔問題非常普遍， 牙周病是發(fā)達國家犬貓最常見的疾病，據(jù)統(tǒng)計，76%的犬和68%的貓患有口腔疾病，牙周病占較大的比例［54］。對貓口腔內(nèi)可培養(yǎng)微生物的研究發(fā)現(xiàn)， 在患有牙周病的貓口腔中厭氧革蘭陰性桿菌的比例更高， 革蘭陰性菌數(shù)量增加會破壞腸道正常微生物群， 導致疾病發(fā)生。已有研究證實，慢性牙周病與腎臟健康指數(shù)有明顯的相關性［55］。在人醫(yī)上，關于益生菌對口腔健康的有益效果研究已被相繼報道。 Alanzi 等［56］通過臨床試驗研究鼠李糖乳桿菌和乳酸雙歧桿菌含片對青少年牙齦健康、 牙菌斑和牙周病原的影響表明，與對照組相比，益生菌組的牙齦指數(shù)明顯降低，菌斑水平受牙齦指數(shù)影響明顯降低，從而改善牙周健康。近幾年，犬貓的口腔健康也越來越受到重視，飲食與犬貓口腔健康有相關性［57］。在日糧及營養(yǎng)補充劑中添加益生菌， 能夠保護犬貓口腔中的正常微生物群， 在一定程度上預防和減輕牙周病，保持口腔健康。益生菌通過直接或間接作用抑制口腔中的致病菌繁殖［58］，一方面，益生菌能夠使口腔微生物與蛋白質結合形成生物膜， 增強口腔黏膜的屏障作用， 并能與牙周病的病原菌競爭結合位點；另一方面，益生菌可以產(chǎn)生防止口腔粘連的生物表面活性物質，作用于口腔黏膜，從而抑制致病菌的黏附與繁殖［59］。 變形鏈球菌是引起齲齒的主要致病菌，能夠在牙齒表面形成生物膜，大量聚集致病菌損壞牙齒。體外試驗發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵乳桿菌B44 能夠黏附在口腔中， 與變形鏈球菌在口腔中競爭結合位點， 抑制變形鏈球菌牙菌斑生物膜的形成［60］。

3.5 預防和改善犬貓肥胖

近些年隨著犬貓營養(yǎng)指數(shù)升高， 加上多半寵物是室內(nèi)飼養(yǎng)，尤其是貓，缺乏運動及高蛋白飲食導致肥胖的現(xiàn)象不斷增加。 肥胖癥是一種多因素綜合作用的營養(yǎng)代謝性疾病， 由于機體能量的吸收超過消耗，進而轉化成脂肪的貯存，易引起高血壓、糖尿病、脂肪肝等疾?。?1］。 益生菌被認為具有改善肥胖、 降低膽固醇水平、 緩解炎癥的潛在功效，在膳食中添加益生菌、益生元等預防和改善犬貓肥胖癥是一種可行的方法［62］。 腸道微生物區(qū)系與能量代謝密切相關， 微生物失調可能影響犬貓肥胖形成。 影響能量代謝的腸道微生物主要有擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門及放線菌門等，厚壁菌門大多數(shù)是有益菌，變形菌門包括很多病原菌，在腸道中不是優(yōu)勢菌群。 一項研究檢測了益生菌菊糖型果聚糖對超重比格犬腸道微生物區(qū)系、代謝物和膽汁酸的影響， 發(fā)現(xiàn)經(jīng)過益生菌的干預可以使比格犬腸道的厚壁菌門相對豐度增加， 而變形菌門的相對豐度下降， 表明益生菌能夠改變肥胖比格犬胃腸道微生物區(qū)系， 增加優(yōu)勢菌群的數(shù)量，促進機體的能量代謝［63］。劉靜等［64］在探討肥胖犬糞菌液移植對犬肥胖的影響中建立了由體重、Lee′s 指數(shù)和9 分制體況評估（BCS）3 種方法相結合的綜合評定法對犬肥胖癥進行判定， 研究結果顯示， 丁酸梭菌可顯著降低灌服肥胖犬糞菌液后的體重、Lee′s 指數(shù)和BCS 評分，改善肥胖表型，降低血液中甘油三酯（TG）、膽固醇（CHO）、低密度脂蛋白（LDL-C）水平。 還有研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)植物桿菌K50 處理的高脂飲食小鼠中， 與對照組相比，體重、附睪、腸系膜、皮下脂肪組織以及肝臟的重量顯著降低，肝臟的脂肪含量顯著降低，脂質代謝、脂肪生成和短鏈脂肪酸受體相關基因表達顯著改善，小鼠腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白介素-1β（IL-1β）等基因和蛋白質表達水平下調，硬壁菌/擬桿菌比例降低，改善了腸道菌群組成［65］。

4 益生菌在犬貓上的應用發(fā)展前景

為維護動物源食品及公共衛(wèi)生安全，2019 年7 月農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布第194 號公告明確指出：“自2020 年7 月1 日起，飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料。 ”此后，益生菌制劑成為促生長類抗生素的重要替代品。隨著寵物行業(yè)規(guī)模的不斷擴大，寵物營養(yǎng)逐漸被重視。國內(nèi)外多項研究證實，益生菌在改善犬貓胃腸道功能、提高機體免疫力、預防口腔疾病、改善肥胖方面有一定的效果。從發(fā)達國家的經(jīng)驗來看， 開發(fā)益生菌制劑將是未來寵物健康產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。

但目前，益生菌在犬貓中的應用還主要集中在飼料添加劑和功能性保健品上，尚不能作為治療疾病的專用藥。 雖然益生菌的應用前景廣泛，但在臨床診療上的應用還處于初步階段［66］，一方面， 我國并未針對犬貓制定益生菌的使用標準，不能保證益生菌制劑的安全性和質量； 另一方面，嚴格講，益生菌的益生特性必須符合宿主腸道菌群的特點，所以更適合犬貓的益生菌還需要篩選。 因此，未來益生菌在犬貓上的應用要重視產(chǎn)品的安全性和有效性，同時要進一步探索益生菌的作用機制，這對于研發(fā)適用于寵物疾病診療的專用藥物，以及提高治療效果和安全性具有臨床意義［67］。