丁酸梭菌的研究及應(yīng)用進(jìn)展

吳媛媛

（四川省水產(chǎn)學(xué)校，成都 611730）

1 丁酸梭菌的生物學(xué)功能

1.1 調(diào)節(jié)胃腸道微生態(tài)平衡

丁酸梭菌能分泌維生素和生長因子等促進(jìn)腸道有益菌群增殖，同時產(chǎn)生抗菌肽和有機酸等抑制有害菌群生長，優(yōu)化胃腸道菌群結(jié)構(gòu)，且有機酸是腸壁細(xì)胞的能量來源，對腸道上皮組織的再生和修復(fù)具有重要的意義。曹廣添等將丁酸梭菌分別與大腸桿菌、乳酸桿菌等聯(lián)合培養(yǎng)，與單獨培養(yǎng)比，有益菌豐度均增加，而病原菌數(shù)量均降低[1]。Kuroiwa 等報道，丁酸梭菌能產(chǎn)生生物活性分子，促進(jìn)雙歧桿菌、乳酸菌、糞桿菌等腸道有益菌群增殖[2]。朱曉慧等將丁酸菌發(fā)酵提取物分別與雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和糞鏈球菌共培養(yǎng)后，3種活菌豐度均提高[3]。肖英平等在肉雞日糧中添加丁酸梭菌可增加盲腸中產(chǎn)短鏈脂肪酸菌群的豐度[4]。同時，丁酸梭菌還可分泌淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶和半纖維素酶等，其降解的中間產(chǎn)物被雙歧桿菌等益生菌群利用，促進(jìn)有益菌的生長繁殖，維持腸道健康。Zhang等發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌可優(yōu)化斷奶仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高腸道中揮發(fā)性脂肪酸的含量，并提升小腸中益生菌群豐度[5]。Taka?hashi 等認(rèn)為，丁酸梭菌產(chǎn)生的丁酸、乙酸可預(yù)防和治療出血性大腸桿菌感染的小鼠，在體內(nèi)外體均能抑制出血性大腸桿菌的生長，證實丁酸梭菌可降低肉雞壞死性腸炎的發(fā)病率和緩解相關(guān)癥狀[6-7]。此外，丁酸梭菌可通過調(diào)控腸組織中緊密連接蛋白Occludin 和ZO-1 等蛋白表達(dá)，從而改善腸黏膜通透性，緩解疾病相關(guān)癥狀，維持腸道健康；具有定植占位效應(yīng)，能在腸黏膜表面形成偽膜，占據(jù)腸道上皮細(xì)胞黏附位點，抑制腸道內(nèi)有害菌和腐敗菌的定植和入侵，丁酸梭菌提取物脂磷壁酸能抑制大腸桿菌在腸上皮細(xì)胞的附著[8-10]。上述研究均表明，丁酸梭菌能促進(jìn)有益菌生長，抑制致病菌的增殖，維持腸道菌群平衡，預(yù)防腸道疾病的發(fā)生。

1.2 調(diào)控機體免疫反應(yīng)

丁酸梭菌具有雙向免疫調(diào)節(jié)能力，不僅能促進(jìn)機體免疫器官發(fā)育，激活機體免疫應(yīng)答，提高機體免疫力，還能抑制機體炎癥反應(yīng)。劉亭婷等在仔雞日糧中添加丁酸梭菌，發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌組雞的脾臟指數(shù)、血清中IgG 和C3 的含量均高于對照組，胸腺和法氏囊指數(shù)有上升趨勢[11]。李可等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌能提高仔雞脾臟和法氏囊指數(shù)，尤其提高母雞的脾臟指數(shù)[12]。Han等研究表明，丁酸梭菌還能提高肉雞血清中IgM的含量，并能與植物乳酸桿菌產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)[13]。賈聰慧等研究表明，丁酸梭菌可提高肉雞血清中IgA含量，且與抗生素相比效果更佳[14]。Yang研究發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌在第2周時就能提高肉雞血清中IgA 和IgG 的含量，而在第3 周時才能提高肉雞血清中IgM 的含量[15]。王柳懿等發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌能促進(jìn)斷奶仔豬回腸組織中TLR2/4、接頭蛋白MyD88 和負(fù)調(diào)控因子的表達(dá)量，且血清中IL-8含量呈上升趨勢[16]。此外，丁酸梭菌能通過抑制NF-kB 信號通路，調(diào)控下游基因表達(dá)，抑制炎性細(xì)胞因子IL-6 和TNF-α的表達(dá)，從而抑制機體炎癥反應(yīng)[17]。Gao 等和Kanai 等則認(rèn)為丁酸梭菌可通過激活人腸上皮細(xì)胞中TLR2介導(dǎo)的MyD88 信號通路，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生抗炎性細(xì)胞因子IL-10，來達(dá)到抗炎的效果[18-19]。

1.3 促生長作用

丁酸梭菌可通過分泌益生物質(zhì)，維持腸道健康，調(diào)控腸道平衡，增強宿主免疫，提高飼料轉(zhuǎn)化率和抗病性，達(dá)到促進(jìn)機體生長的作用。賈聰慧等報道，丁酸梭菌能提高肉雞體重、平均日增重和平均日采食量，并認(rèn)為這與增強機體免疫功能有關(guān)[14]。李玉鵬等試驗證實，丁酸梭菌能提高斷奶仔豬的日增重，且料重比降低5.26%，并表明這與改善腸道菌群和腸道屏障功能有關(guān)[6]。Takahashi等發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌可通過增強機體免疫，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)來提高肉雞和斷奶仔豬的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)機體生長[8]。此外，丁酸梭菌還可改善機體胴體性狀，提高肉品質(zhì)[12]。

1.4 抗逆性強

丁酸梭菌對胃腸道以及貯存和加工運輸過程中的高溫、高壓、酸性、機械摩擦等各種惡劣環(huán)境均有很強的耐受性。劉磊等將丁酸梭菌在人工胃液和腸液中作用3 h 后，其存活率均＞90%，并發(fā)現(xiàn)其最高膽鹽濃度為0.4%，經(jīng)腸道消化酶混合液處理198 min 后的存活率仍為47.17%，表明其對胃腸道環(huán)境有較好的耐受性[20]。賈麗楠等發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌經(jīng)85 ℃處理7.5 min，0.4 MPa 處理5 min 后，其存活率分別為46.35%、101.74%，表明其能耐受飼料加工過程中的高溫、高壓環(huán)境[21]。此外，丁酸梭菌對頭孢立新、氨基糖苷類等十多類抗生素均不敏感，僅對新生霉素、萬古霉素等少數(shù)抗生素敏感[22]。因此，丁酸梭菌可與部分抗生素聯(lián)合使用，降低抗生素的副作用。表明丁酸梭菌是一類開發(fā)潛力巨大、應(yīng)用前景廣闊的益生菌種。

2 在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

2.1 在家畜方面的應(yīng)用

丁酸梭菌在家畜方面主要應(yīng)用于豬，其能改善豬腸道菌群結(jié)構(gòu)，維持腸道屏障完整，激活機體免疫，增進(jìn)消化，促進(jìn)生長，而鮮見其他哺乳類相關(guān)報道。王柳懿等研究表明，斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌5×1011cfu·kg-1能提高回腸組織TLR2/4、MyD88、Tollip 和Bcl3 的表達(dá)量，提升血清中IL-8和TNF-α的含量，激活機體免疫應(yīng)答[16]。李玉鵬等研究表明，斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌5×105cfu·g-1能提高日增重、降低料重比，促進(jìn)空腸組織NOD樣受體蛋白、封閉蛋白1和緊密連接蛋白2的表達(dá)量，并能提高腸道中乳酸桿菌豐度，而降低大腸桿菌含量，認(rèn)為其能提高仔豬小腸屏障功能，增強免疫和改善腸道菌群平衡，促進(jìn)仔豬生長[6]。劉婷婷等報道，斷奶仔豬飼料中添加谷氨酰胺1%與丁酸梭菌復(fù)合物500 mg·kg-1可提高仔豬斷奶平均日增重、血清中補體水平和溶菌酶活性、小腸絨毛高度以及盲腸中乳酸菌和雙歧桿菌含量，降低大腸桿菌豐度[23]。王騰浩研究發(fā)現(xiàn)，6 株豬源丁酸梭菌能分泌有益物質(zhì)，提高斷奶仔豬消化酶活性，緩解LPS對腸道的損傷、抑制細(xì)胞凋亡和炎性細(xì)胞因子合成、促進(jìn)緊密連接蛋白表達(dá)，提高血清免疫球蛋白含量和補體水平，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，從而提高仔豬生長性能，并認(rèn)為能替代抗生素使用[24]。

2.2 在家禽方面的應(yīng)用

日糧中添加丁酸梭菌，不僅可提高肉雞日增重、飼料轉(zhuǎn)化率，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)和屏障功能，還可有效預(yù)防腸炎的發(fā)生，提高肉雞的免疫力、抵抗力，促進(jìn)生長，改善雞肉品質(zhì)。肖英平等采用高通量測序技術(shù)分析了丁酸梭菌對肉雞盲腸菌群結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌具有降低硬壁菌門豐度、增加擬桿菌門豐度的功能，肉雞盲腸中短鏈脂肪酸生成菌如糞棲桿菌、別樣桿菌和類桿菌屬等豐度升高，而毛螺菌屬、理研菌屬和鏈球菌屬等豐度降低，并可降低肉雞的料肉比[4]。王政等研究發(fā)現(xiàn)，酪酸菌能抑制LPS 誘導(dǎo)的TLR5 的高水平表達(dá)，從而降低IL-1β和IL-6的分泌，并提高白羽肉雞空腸絨毛高度及絨毛高度與隱窩深度的比值，改善腸道屏障，促消化，降低料重比，提高白羽肉雞生長性能[25]。在飼料中添加適量的丁酸梭菌，肉雞血清中IgM 和腸道內(nèi)容物中揮發(fā)性脂肪酸含量得到提高[13]。盲腸內(nèi)容物的pH 和盲腸的相對長度降低，空腸黏膜中的堿性磷酸酶活性增加，表明丁酸梭菌改善了肉雞免疫和腸道屏障功能[26]。杜云平等在日糧中添加丁酸梭菌能增加肉雞生產(chǎn)性能，同時發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌能較好的預(yù)防小雞的腸炎[27]。李可等研究表明，丁酸梭菌能提高肉仔雞的免疫器官指數(shù)和胸肌率，并降低腹脂率和胸肌的滴水損失率及蒸煮損失率，從而促進(jìn)肉仔雞免疫器官發(fā)育，改善肉雞肉品質(zhì)，提高胴體性狀[12]。

3 發(fā)展方向與前景

丁酸梭菌不僅有類似乳酸菌調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡的作用，還具有芽孢桿菌樣的抗逆性，在養(yǎng)殖業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。但丁酸梭菌因單位發(fā)酵液芽孢數(shù)的得率較低，從而成本高，導(dǎo)致其在養(yǎng)殖業(yè)中應(yīng)用不多。因此需篩選優(yōu)勢菌種、優(yōu)化培養(yǎng)條件，降低應(yīng)用成本。同時，丁酸梭菌對不同年齡段的動物效果不同，需開展大量的試驗，探明其對不同年齡階段或動物的適宜使用劑量和方法。此外，丁酸梭菌與乳酸菌、雙歧桿菌等多種益生菌存在協(xié)同效應(yīng)，但仍需通過試驗來確定菌種的比例。隨著丁酸梭菌的廣泛應(yīng)用，其作用機理也需進(jìn)一步研究。