丁酸梭菌對腸道健康調(diào)節(jié)作用及應(yīng)用研究進(jìn)展

孫健 喬立東 雷莉輝 關(guān)文怡 （北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院牧醫(yī)系 北京 102442）

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丁酸梭菌對腸道健康調(diào)節(jié)作用及應(yīng)用研究進(jìn)展

孫健 喬立東 雷莉輝 關(guān)文怡 （北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院牧醫(yī)系 北京 102442）

丁酸梭菌是從健康人和動物腸道中分離的一種革蘭氏陽性芽孢桿菌，具有耐熱、耐酸，耐多種抗生素等生物學(xué)的特性。丁酸梭菌在腸道內(nèi)具有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、改善腸道健康，提高動物生長性能及改善肉品質(zhì)等作用，具有良好的應(yīng)用前景。

丁酸梭菌，又名酪酸梭菌，是一種專性厭氧的革蘭氏陽性芽孢桿菌。丁酸梭菌是人和動物腸道的正常菌群，也廣泛的存在于土壤、奶酪和天然酸奶中[1]。丁酸梭菌在室溫在具有良好的耐儲存能力和穩(wěn)定性，對外界惡劣環(huán)境具有較強(qiáng)的抵抗能力，還對體內(nèi)的胃液、膽汁酸和消化液具有較強(qiáng)的抵抗作用。丁酸梭菌對多種抗生素具有很強(qiáng)的耐受能力，只對新生霉素、萬古霉素和四環(huán)素等少數(shù)抗生素敏感。2003年歐盟批準(zhǔn)丁酸梭菌可作為肉雞和斷奶仔豬飼料添加劑。2009年7月我國農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)了丁酸梭菌制劑可作為飼料添加劑使用。2013年將其納入《中國飼料添加劑品種名錄(013)》的《附錄二》中[2]。丁酸梭菌作為飼料添加劑，促進(jìn)有益菌在消化道內(nèi)的定植和增殖、具有抑制有害菌的生長、改善腸道健康、提高動物生長性能及改善肉品質(zhì)等作用[3]。

1 丁酸梭菌對腸道健康的調(diào)節(jié)作用

1.1 抑制有害菌的生長 丁酸梭菌能抑制有害菌的生長，但并不影響有益菌在消化道內(nèi)的定植和增殖。自上世紀(jì)30年代日本人宮入近治發(fā)現(xiàn)此菌以來，做了大量研究，發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌對產(chǎn)毒素的大腸桿菌及各種引起食物中毒的細(xì)菌有極強(qiáng)的拮抗作用，對臨床上急慢性胃腸炎、赤痢、消化不良等消化系統(tǒng)疾病有較好的療效。陳秋紅等人研究發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌對腸道致病菌大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌具較強(qiáng)的抑制作用[4]。唐寶英等人將丁酸梭菌分別與豬大腸桿菌、雞大腸桿菌和雞白痢沙門菌等動物腸道致病菌進(jìn)行了體外共培養(yǎng)基，結(jié)果顯示丁酸梭菌對上述致病菌有拮抗作用[5]。Yang等報道日糧中添加丁酸梭菌可降低肉雞盲腸中大腸桿菌、沙門氏菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量，提高肉雞盲腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量，緩解肉雞的下痢癥狀[6]。曹廣添等人在體外試驗中證明丁酸梭菌能顯著抑制大腸桿菌、沙門氏菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的增殖[7]。

1.2 促進(jìn)益生菌的增殖 丁酸梭菌可促進(jìn)腸道有益菌群(雙歧桿菌、乳酸桿菌)的增殖和發(fā)育。朱曉慧等人將丁酸梭菌分別與乳酸菌、雙歧桿菌和糞桿菌在體外進(jìn)行混合培養(yǎng)，試驗顯示丁酸梭菌可促進(jìn)乳酸菌、雙歧桿菌和糞桿菌活菌含量增加[8]。Hossain等人用丁酸梭菌與枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌制成復(fù)合益生菌飼喂肉雞，屠宰后取回腸和盲腸內(nèi)容物進(jìn)行微生物菌群測定，發(fā)現(xiàn)飼喂后可明顯增加乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量，而且明顯抑制大腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的生長[9]。

1.3 維持腸道正常的形態(tài)結(jié)構(gòu) 腸道是消化和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的重要場所，腸絨毛高度越高則腸上皮細(xì)胞的數(shù)量越多，腸上皮細(xì)胞數(shù)量越多，則小腸對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力越強(qiáng)。隱窩是腸絨毛根部向固有層下陷形成的管狀小管腔，隱窩變淺，說明腸上皮細(xì)胞的成熟率上升，吸收能力增強(qiáng)。若隱窩變深則說明機(jī)體代謝增強(qiáng)，維持需要增多，生產(chǎn)性能低。因此，絨毛高度與隱窩深度的比值很好地反應(yīng)小腸的功能情況。鄭有秀等人通過試驗證明斷奶仔豬飼糧添加丁酸梭菌不僅顯著提高空腸絨毛高度，還可顯著提高空腸絨毛高度與隱窩深度的比值[10]。劉婷婷等人研究發(fā)現(xiàn)在蛋雞飼糧中添加不同濃度的丁酸梭菌均可顯著增加十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度以及絨毛高度與隱窩深度的比值[11]。

1.4 維護(hù)腸黏膜健康 腸道黏膜是動物體內(nèi)是具有保護(hù)作用的組織學(xué)屏障。丁酸梭菌可加速腸黏膜上皮細(xì)胞的生長和幼畜腸道發(fā)育成熟。有研究表明，丁酸梭菌對抗生素導(dǎo)致的腸道黏膜完整性損壞、絨毛破壞、上皮細(xì)胞腫脹脫落等癥狀有明顯的修復(fù)作用[3]。劉婷婷等人研究發(fā)現(xiàn)在蛋雞飼糧中添加不同濃度的丁酸梭菌均可顯著增加了空腸黏膜厚度[11]。丁酸梭菌的代謝產(chǎn)物丁酸除了能夠為腸道上皮細(xì)胞提供能量外，還具有直接的免疫調(diào)控功能，能增強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞的增殖和分化，提高腸道屏障功能，對維護(hù)黏膜健康有一定的作用。

1.5 對腸道的免疫調(diào)節(jié)作用 腸道是機(jī)體最大的免疫器官，淋巴器官和與其相關(guān)淋巴黏膜組織構(gòu)成了機(jī)體腸道的免疫防御系統(tǒng)。大量實驗表明，丁酸梭菌能夠激活人或動物機(jī)體免疫系統(tǒng)，機(jī)理尚不明確，但丁酸梭菌的代謝產(chǎn)物丁酸刺激腸道黏膜免疫活性及對腸道微生態(tài)的調(diào)節(jié)都一定程度上起到促進(jìn)免疫的功能。Murayama等證實口服丁酸梭菌可以激活多細(xì)胞系黏膜免疫系統(tǒng)活性并顯示出輔助抗霍亂毒素活性[12]。劉亭婷在蛋用仔公雞的飼料中添加適量的丁酸梭菌，其血清免疫球蛋白G和血清補(bǔ)體C3含量均顯著提高[13-14]。

1.6 為腸道提供營養(yǎng)物質(zhì) 丁酸梭菌在后腸發(fā)酵后的主要代謝產(chǎn)物是丁酸，而丁酸是結(jié)腸上皮細(xì)胞的能量代謝和正常生長主要的營養(yǎng)物質(zhì)，能量供應(yīng)的不充分是導(dǎo)致結(jié)腸炎的主要因素之一，而結(jié)腸上皮細(xì)胞70%能量一般是從丁酸鹽中獲得。丁酸梭菌在腸道內(nèi)能合成B族維生素和維生素K等物質(zhì)，同時也能促進(jìn)維生素E的吸收，增強(qiáng)動物機(jī)體的抗病能力，具有重要的保健作用。丁酸梭菌合成的維生素種類比較豐富，這些維生素可提高飼料利用率和動物生產(chǎn)性能。丁酸梭菌在腸道內(nèi)可產(chǎn)生多種能幫助機(jī)體消化的酶類，在這些酶系的作用下，日糧中纖維和果膠的降解中間產(chǎn)物可被雙歧桿菌等乳酸菌利用，促進(jìn)乳酸菌增殖，最終降解產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸被機(jī)體吸收利用。

2 丁酸梭菌在畜牧業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用

2.1 提高生產(chǎn)性能 丁酸梭菌制成微生態(tài)制劑并添加到動物飼料中，可以提高成活率、產(chǎn)蛋率，降低料肉比，提高免疫力。郝永任研制開發(fā)的丁酸梭菌、乳酸菌和酵母菌復(fù)合的丁酸梭菌制劑用于肉雞生產(chǎn)，平均增重提高8.28%，料肉比降低5.77%，死淘率降低65%，并且能夠提高肉雞的免疫力[15]。李玉鵬等人在斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌能改善斷奶仔豬的生長性能，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，提高了腸上皮細(xì)胞緊密連接相關(guān)蛋白的ｍRNA 相對表達(dá)水平以及血清中抗炎性細(xì)胞因子IL-10的含量，降低了血清中促炎性細(xì)胞因子IL-1β的含量，改善了斷奶仔豬的腸黏膜屏障功能和機(jī)體炎癥反應(yīng)[16]。張彩云等在斷奶仔豬的日糧中添加1%丁酸梭菌，顯著提高了仔豬的平均日增重，添加3%的丁酸梭菌能顯著提高仔豬飼料的轉(zhuǎn)化效率[17]。張秀江等人研究發(fā)現(xiàn)仔豬斷奶后添加丁酸梭菌能夠減少斷奶后飼料對仔豬的應(yīng)激，促進(jìn)仔豬的健康，提高其抗病性能，降低仔豬腹瀉率[18]

2.2 改善肉品質(zhì) 丁酸梭菌可調(diào)節(jié)動物的脂肪代謝，提高肉品質(zhì)。趙旭等人報道添加丁酸梭菌可通過改變21日齡肉雞腿肌脂肪代謝相關(guān)酶活性和基因表達(dá)來增加肉雞腿肌肌內(nèi)脂肪含量[19]。Liao等人研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加丁酸梭菌可顯著提高42日齡肉雞胸肌多不飽和脂肪酸的含量以及多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比率(多不飽和脂肪酸可形成雞肉的特征性風(fēng)味物質(zhì)，對改善肌肉品質(zhì)有一定的作用)。另有研究表明，肉雞飼糧中添加丁酸梭菌可顯著降低肌肉的剪切力。丁酸梭菌對畜禽肉品質(zhì)的改善有一定的作用效果，可能主要與其影響肌內(nèi)脂肪沉積和多不飽和脂肪酸的含量有關(guān)，具體的作用機(jī)制還需要進(jìn)一步的研究[2]。

2.3 用于消化道疾病的治療 在臨床上丁酸梭菌被制成微生態(tài)制劑用于疾病治療。丁酸梭菌在日本是一種可用于抗腹瀉的益生菌，腹瀉患者從試驗開始或者中間接受丁酸梭菌治療，可分別降低9%和5%的腹瀉[3]。姚麗等人將丁酸梭菌活菌散與蒙脫石散間隔應(yīng)用治療小兒遷延性腹瀉的臨床治療，發(fā)現(xiàn)療效顯著[20]?？股氐拇罅渴褂每赡茉斐纱竽c炎、下痢等，宿主腸內(nèi)的生理環(huán)境受到破壞。另有研究表明將丁酸梭菌與抗生素結(jié)合使用可以減少抗生素造成的腸道菌群的變化，降低副反應(yīng)[14]。

丁酸梭菌作為一種新型的益生菌型飼料添加劑，與其他益生菌相比具有良好的耐熱和耐酸特性，而且具有較好的穩(wěn)定性，符合新型微生物飼料添加劑的特點[21]。但丁酸梭菌作為微生物飼料添加劑的研發(fā)與應(yīng)用仍處于發(fā)展的初始階段，作用機(jī)制需要更明確的闡述，需要進(jìn)行更多的試驗研究[22]。

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（2018–10–13）

北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學(xué)院技術(shù)研發(fā)與示范推廣基金資助(編號XF-YF-18-13)；北京市教委項目：編號KM201912448003

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