腸道微生物區(qū)系對斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能的調(diào)節(jié)作用研究進展

陳 逸，董 麗，喻禮懷

（揚州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚州 225009）

腸道黏膜是仔豬體內(nèi)最大的黏膜免疫器官，而仔豬腸道微生物區(qū)系和腸道黏膜免疫的相互作用機制非常復(fù)雜。斷奶仔豬腸道中一些微生物的數(shù)量在發(fā)生變化，例如腸道食糜中的乳酸菌數(shù)量級從 1×107～9cfu/g 下降至 8.5×106～7cfu/g 左右，并且此前處于腸道中優(yōu)勢地位的厭氧菌群也出現(xiàn)不同程度的減少，同時，由飼料攜帶的外源菌開始入侵，使仔豬腸道內(nèi)的大腸桿菌、沙門菌等致病菌數(shù)量增加；仔豬斷奶后1～3周內(nèi)，仔豬腸道開始適應(yīng)飼料，微生物區(qū)系開始重新排列，并逐漸形成新的平衡（姜春陽等，2016；李德發(fā)，2003）。腸道微生物刺激了腸道黏膜免疫的正常發(fā)育，實現(xiàn)了對斷奶仔豬腸道黏膜免疫的調(diào)節(jié)作用（王文娟，2005）。

1 斷奶仔豬腸道黏膜免疫的特點

1.1 腸道黏膜免疫 腸道黏膜免疫是動物體最重要的自身免疫行為之一，主要由腸相關(guān)淋巴組織（GALT）構(gòu)成，GALT主要由誘導(dǎo)位點和效應(yīng)位點產(chǎn)生效用，而正常腸道之所以能夠?qū)⒋罅康募毦坝泻ξ镔|(zhì)有效地局限于腸道中，就是因為腸道黏膜免疫系統(tǒng)通過誘導(dǎo)位點和效應(yīng)位點的細胞共同發(fā)揮生理效應(yīng)，從而實現(xiàn)有效的、多層次的免疫防護功能。仔豬在斷奶后，腸道黏膜會直接接觸到外界抗原，此時腸道黏膜免疫開始發(fā)揮效應(yīng)，腸道黏膜中的派爾集合淋巴結(jié)（PP結(jié)）通過其表面的一層褶皺細胞M識別出抗原，并將其轉(zhuǎn)移至巨噬細胞處加工處理后傳遞給Th細胞，Th細胞激活B細胞，被激活的B細胞重新回到腸道黏膜固有層，在T細胞的輔助下，分化、增殖出大量的SIgA，發(fā)揮其生理功效，進行完整的腸道黏膜免疫過程。

1.2 斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能的特點 仔豬斷奶后其腸道黏膜免疫功能處于一個不穩(wěn)定的狀態(tài)，不同斷奶日齡的仔豬其腸道黏膜免疫功能都不盡相同。早期斷奶會導(dǎo)致仔豬腸道黏膜損傷、DC功能紊亂，腸道黏膜免疫系統(tǒng)中的細胞因子分泌發(fā)生變化，導(dǎo)致T淋巴細胞亞群數(shù)量的改變，主要表現(xiàn)為腸道黏膜Th1型促炎性細胞因子分泌過多（孫麗華等，2009），導(dǎo)致腸道黏膜形態(tài)發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為腸絨毛變短和隱窩深度增加（Boudry 等 2004；Mccracken 等，1999；Pluske 等，1997）；同時，早期斷奶后的仔豬，其腸上皮細胞緊密連接蛋白Occludin的mRNA表達量有所下降，從而造成腸道黏膜通透性增強，但是這種紊亂一般是暫時性的，隨著斷奶后期仔豬腸道微生物區(qū)系趨于穩(wěn)定，腸道黏膜免疫功能逐漸正常。

較于初生仔豬與成年豬，斷奶仔豬的腸道黏膜免疫功能介于二者之間最不穩(wěn)定，其主要區(qū)別在于腸道黏膜免疫細胞的發(fā)育程度，初生仔豬腸黏膜丕氏結(jié)濾泡和T細胞區(qū)域尚未發(fā)育成熟，腸絨毛中幾乎沒有CD4+T淋巴細胞的表達 （孫麗華等，2009），仔豬斷奶后自身腸道黏膜免疫因子迅速變化，激發(fā)腸道黏膜免疫功能，但這種尚不完全的變化同時導(dǎo)致了仔豬腸道黏膜免疫細胞功能的紊亂，一般至斷奶后期逐漸緩解。

2 腸道微生物對斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能的調(diào)節(jié)作用

2.1 斷奶仔豬腸道微生物區(qū)系的組成 腸道中微生物種類繁雜，斷奶后更是受到外源抗體的影響，仔豬腸道中的微生物以兼性厭氧菌以及專性厭氧菌等多種微生物共存的形式在逐漸趨于穩(wěn)定。但即使是同一頭仔豬，它不同腸段內(nèi)的微生物種類也是不同的，研究表明小腸前段主要定植兼性厭氧菌，例如乳酸桿菌、鏈球菌、雙歧桿菌及腸桿菌等；盲腸部分則主要定植以革蘭氏陰性菌為主的專性厭氧菌；大腸部分則出現(xiàn)多菌共存的現(xiàn)象，其中主要是乳桿菌屬、鏈球菌屬、梭菌屬等。禹慧明等（2000）試驗表明，健康的斷奶仔豬腸道從十二指腸到結(jié)腸，雙歧桿菌、乳桿菌、葡萄球菌、沙門氏菌、大腸桿菌、類桿菌、梭菌、腸球菌八種細菌的數(shù)量都隨著腸段的后移而逐漸增加（禹慧明等，2000）。

2.2 腸道微生物對斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能的調(diào)節(jié)作用 為發(fā)揮腸道微生物在斷奶仔豬腸道健康中的重要調(diào)節(jié)作用，深入了解腸道微生物對斷奶仔豬腸道黏膜免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用及其機理顯得尤為重要。腸道黏膜免疫功能受黏膜形態(tài)、免疫球蛋白A分泌量及部分細胞因子分泌量的影響較大，腸道微生物就是調(diào)節(jié)這些變量的重要因素（表 1）。

表1 斷奶仔豬腸道微生物的變化對腸道黏膜免疫功能的影響

試驗表明，斷奶后仔豬腸道內(nèi)pH升高，會導(dǎo)致腸道內(nèi)乳酸桿菌數(shù)量減少，大腸桿菌數(shù)量增加，同時大腸桿菌的數(shù)量越多，就會造成乳酸菌數(shù)量的進一步減少。劉輝等（2015）認為，乳酸菌對斷奶仔豬免疫能力的發(fā)育可能具有良好的促進作用，乳酸菌能夠有效地刺激仔豬產(chǎn)生抗體，這些抗體再與病原菌產(chǎn)生交叉免疫反應(yīng)，從而抵御病原菌的感染，另外，乳酸桿菌還能促進損傷的腸道黏膜上皮修復(fù)，防止致病菌在腸上皮細胞間移位，抑制致病菌或條件性致病菌的生長，維持腸道固有菌群，保證溶菌酶、蛋白分解酶的分泌 （黃回等，2005）。乳酸桿菌的減少會對斷奶仔豬免疫功能的發(fā)育產(chǎn)生不利影響，可能會抑制低分子質(zhì)量肽的產(chǎn)生，進而影響腸道免疫系統(tǒng)功能的發(fā)育。趙志賢（2013）通過測量斷奶應(yīng)激對仔豬腸道菌群數(shù)量的變化發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬各腸段類桿菌、大腸桿菌、梭菌等病原菌數(shù)量明顯提高，雙歧桿菌、乳桿菌等有益菌數(shù)量降低，其試驗分析表明，雙歧桿菌可以作為非特異性免疫調(diào)節(jié)因子，通過細菌本身或細胞壁成分刺激并激活宿主免疫細胞，使其產(chǎn)生促分裂因子，促進吞噬細胞活力，雙歧桿菌數(shù)量的減少則會降低巨噬細胞的活性，影響腸道免疫系統(tǒng)的活化，進而影響斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能。而大腸桿菌、沙門氏菌等致病菌的數(shù)量在仔豬斷奶后逐漸增多，給仔豬帶來致病可能性的同時也伴隨著DC功能被活化，刺激了SIgA的分泌。但腸球菌、類桿菌、雙歧桿菌等菌群數(shù)目減少，也造成了SIgA分泌量的減少，由此可見斷奶后仔豬腸道黏膜免疫功能紊亂的現(xiàn)象也就不難解釋了。試驗表明，仔豬斷奶后腸道內(nèi)可能存在腸產(chǎn)毒素大腸桿菌（ETEC K88），如果不加以控制，則可能降低斷奶仔豬十二指腸和空腸的絨毛高度，提高隱窩深度，并降低空腸道黏膜中緊密連接蛋白ZO-1和Occludin的表達量，提高血漿內(nèi)毒素含量，使得斷奶仔豬腸道黏膜通透性增加。

3 腸道微生物對斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能的調(diào)節(jié)作用機制

腸道微生物是斷奶仔豬腸道黏膜免疫的重要調(diào)節(jié)因子，當(dāng)斷奶仔豬腸道受到外界有害菌入侵時，機體開始啟動腸道黏膜免疫系統(tǒng)，腸道黏膜免疫系統(tǒng)的激活主要依賴于一類模式識別受體的激活，即腸道細胞表達大量的病原識別受體，主要包括胞外的Toll樣受體（TLRs）和胞內(nèi)的NOD樣受體（NLRs），通過識別、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、級聯(lián)反應(yīng)、刺激效應(yīng)因子表達路徑來發(fā)揮作用，其能夠識別微生物不同的病原相關(guān)分子模式（PAMPs），包括微生物相關(guān)分子模式（MAMPs）和損傷相關(guān)分子模式（DAMPs），通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路分子啟動MyD88產(chǎn)生級聯(lián)反應(yīng)來刺激不同效應(yīng)分子的表達，在腸道黏膜免疫中發(fā)揮作用 （Cerutti等，2008；Cortha～Csy等，2007）。

斷奶后，仔豬腸道內(nèi)乳酸桿菌和雙歧桿菌的數(shù)量均明顯減少，李亞杰等（2006）試驗表明，乳酸桿菌有誘導(dǎo)細胞核因子κB（NF-κB）介導(dǎo)反應(yīng)的能力，NF-κB可活化腸腔Toll樣受體，從而有序地定植在腸上皮表面，構(gòu)成有層次的厭氧菌菌膜，并與其他厭氧菌一起構(gòu)成膜菌群 （李亞杰等，2006），同時，被活化的Toll樣受體分子可以有效地刺激腸道黏膜激活淋巴細胞、增加抗菌肽的分泌量、促進淋巴細胞因子（IL-2、IL-10、TNF-α）分泌（劉輝等，2015）。而由于斷奶導(dǎo)致的仔豬腸道內(nèi)部乳酸菌數(shù)量的減少，造成腸道黏膜上皮表面共生的微生物減少，從而腸道黏膜隱窩處起始部位的菌群密度就會相對減少，此時，激活隱窩內(nèi)上皮細胞對Toll樣受體分子的識別功能就會相對減弱，以致于仔豬機體固有免疫應(yīng)答減弱，則PP細胞分泌的抗菌肽就會減少，可能會造成外源病原菌過量，斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能減弱（TIML，2001）。正常情況下，雙歧桿菌可以有效黏附于斷奶仔豬腸道黏膜表面并形成穩(wěn)定的菌群，其菌體抗原通過刺激腸道黏膜淋巴結(jié)，激活免疫細胞因子產(chǎn)生特異性抗體的同時，還可以激活巨噬細胞的β-半乳糖苷酶活性，促進巨噬細胞活性，進一步激活NOD樣受體分子活化。

除有益菌外，斷奶仔豬腸道內(nèi)還存在不少致病菌，大腸桿菌和沙門氏菌菌體抗原被DC識別，DC表面的Toll樣受體作為載體使得大腸桿菌和沙門氏菌活化DC，被活化的DC誘導(dǎo)T細胞增殖，同時促使B細胞分泌SIgA，通過傳入淋巴血管遷移至MLN，誘導(dǎo)Th細胞增殖，從而刺激了NOD受體的活化（Rimold等，2005），當(dāng)致病菌達到一定的數(shù)量或引起炎癥反應(yīng)的時候，腸道固有層的巨噬細胞、淋巴細胞、樹突狀細胞等則通過TLRs識別DAMPs，產(chǎn)生相應(yīng)的黏膜反應(yīng)抵抗炎癥。

4 總結(jié)與展望

深入揭示不同的腸道微生物種類及其調(diào)控機制，尤其是腸道菌群與腸道黏膜免疫之間的調(diào)控機制，研究通過調(diào)控腸道特定菌群，最大潛力地發(fā)揮腸道先天性免疫功能，對維護斷奶仔豬的健康、提高其生產(chǎn)性能與畜產(chǎn)品安全十分重要。因此，利用現(xiàn)代營養(yǎng)與免疫學(xué)、分子生物學(xué)等研究手段，對腸道菌群的代謝利用途徑、免疫調(diào)控機制和基因的表達機制等做深入的研究，將是未來的重點發(fā)展方向。