酵母培養(yǎng)物改善單胃動物腸道健康的作用及其可能途徑

劉 明 ，張文曄，韓 慧，鐘儒清，陳 亮，董彥君，張宏福，伊 寶*

（1.動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100193；2.北京中農(nóng)弘科生物技術有限公司，北京 100226；3.陜西石羊農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，陜西西安 710021）

腸道是動物重要的消化器官，也是最大的免疫系統(tǒng)[1]。腸道的主要作用是營養(yǎng)物質(zhì)吸收和免疫防御屏障，健康的腸道能夠保證動物機體高效地消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)，同時有效抵抗病原體的侵襲，從而促進動物的生長和發(fā)育[2]。酵母培養(yǎng)物是指在一定的工藝條件下，酵母菌在特制培養(yǎng)基中通過充分厭氧發(fā)酵后制成的飼用產(chǎn)品，主要由酵母細胞代謝產(chǎn)物、發(fā)酵轉(zhuǎn)化的培養(yǎng)基和酵母細胞等組成[3]。酵母培養(yǎng)物最早被用作反芻動物的蛋白質(zhì)補充料，目前已被廣泛應用于單胃動物生產(chǎn)中。酵母培養(yǎng)物由發(fā)酵后變異的培養(yǎng)基、少量酵母細胞和細胞外代謝產(chǎn)物組成，其成分比較復雜，有效功能性成分包括寡糖、核苷酸、有機酸、小肽、醇類、酶類和其他“未知生長因子”等[2]。近年來研究表明，酵母培養(yǎng)物對動物機體的有益作用主要歸功于其代謝產(chǎn)物對腸道健康的改善[4]。本文對酵母培養(yǎng)物增強單胃動物（主要是豬和禽）腸道免疫、維持腸道形態(tài)結構、促進腸道發(fā)育成熟和改善腸道微生物區(qū)系的作用及其可能的作用途徑進行綜述，為酵母培養(yǎng)物在單胃動物生產(chǎn)中的進一步研究及應用提供參考。

1 酵母培養(yǎng)物在單胃動物腸道健康中的改善作用

分泌型免疫球蛋白A（Secretory Immunoglobulin A，SIgA）存在于腸道黏膜表面，能夠限制細菌的增殖，中和細菌毒素，是腸道黏膜免疫中最主要的效應因子。有研究報道，日糧中添加2.5、5.0、7.5 g/kg 酵母培養(yǎng)物能提高肉雞血清溶菌酶含量，并在21 d 和42 d 提高了十二指腸SIgA 濃度[5]。另外，日糧中添加5 g/kg 酵母培養(yǎng)物顯著提高了斷奶仔豬腸道黏膜中輔助性T 細胞亞群Th1 細胞因子干擾素-γ（IFN-γ）的濃度，進而IFN-γ可以活化巨噬細胞，增強其吞噬作用；同時，斷奶后14 d，對照組仔豬淋巴細胞數(shù)量顯著升高，但是酵母培養(yǎng)物添加組仔豬淋巴細胞數(shù)量沒有顯著變化[6]。因此，酵母培養(yǎng)物可能通過改善腸道黏膜Th1 細胞應答反應來緩解仔豬由斷奶應激引起的免疫應答，增強腸道免疫功能，從而改善腸道健康。

酵母培養(yǎng)物還可以改善腸道結構，保護腸道黏膜，促進腸道發(fā)育。Gao 等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞日糧中添加2.5 g/kg 酵母培養(yǎng)物可以提高十二指腸和空腸的絨隱比（絨毛高度/隱窩深度），對腸道黏膜具有積極作用，從而提高肉雞的生長性能。Zhang 等[7]研究表明，肉雞日糧中添加0.5%的酵母可顯著提高腸道絨毛高度和絨隱比。肖曼等[8]研究表明，添加0.2%酵母培養(yǎng)物顯著提高了愛拔益加肉仔雞十二指腸、空腸和回腸絨毛高度及絨隱比，顯著降低了隱窩深度。

酵母培養(yǎng)物能夠調(diào)節(jié)微生物菌群，改善腸道生態(tài)環(huán)境。日糧中添加酵母培養(yǎng)物可顯著降低保育豬盲腸內(nèi)大腸桿菌數(shù)量[6]、蛋雞盲腸大腸桿菌屬和沙門氏菌屬的數(shù)量[9]及提高白來航雞盲腸中乳酸桿菌屬的相對含量[10]，同時可提高肉雞瘤胃球菌屬、丙酸菌屬、鞘氨醇單胞菌屬、雙歧桿菌屬和擬桿菌屬數(shù)量，顯著降低腸桿菌科數(shù)量[11]。酵母培養(yǎng)物對單胃動物腸道健康的影響研究見表1。

2 酵母培養(yǎng)物改善腸道健康的可能作用途徑

酵母培養(yǎng)物可能是通過其功能性成分提高腸道免疫功能、優(yōu)化腸道結構及改善腸道內(nèi)環(huán)境來改善腸道健康，是甘露寡糖、有機酸、核苷酸、小肽、酶類、其他營養(yǎng)代謝產(chǎn)物和“未知生長因子”等協(xié)同作用的結果。

2.1 增強腸道免疫的可能作用途徑 大量研究表明，酵母培養(yǎng)物對提高腸道免疫能力具有積極作用，進而可以提高機體的抵抗力。Toll 樣受體（Toll-like Receptors，TLRs）是參與非特異性免疫的一類重要蛋白質(zhì)分子，也是連接非特異性免疫和特異性免疫的橋梁。微生物相關分子模式（Microbe-associated Molecular Patterns，MAMPs）是微生物表面存在的一些保守分子，有研究發(fā)現(xiàn)，酵母細胞壁的成分甘露聚糖和葡聚糖作為酵母的MAMPs 與腸相關淋巴組織（GALT）中免疫細胞上的模式識別受體（TLRs）結合，釋放出免疫效應分子（如β-防御素（AVBD），Cathelicidins 等）激活免疫防御反應（如吞噬作用、替代補體反應和凝集反應等），進而調(diào)節(jié)機體的免疫反應[16]。Shashidhara 等[16]研究指出，日糧中添加0.5 g/kg 和1.0 g/kg 甘露寡糖均可顯著提高肉雞對傳染性法氏囊病病毒的抗體反應，且顯著增強后代體內(nèi)對傳染性法氏囊的母體抗體效價。熊阿玲[17]研究發(fā)現(xiàn)，肉雞日糧中添加甘露寡糖可上調(diào)腸道TLR2和TLR4的基因表達量，且0.3 g/kg 和0.9 g/kg 甘露寡糖分別對回腸和盲腸TLR2mRNA 表達上調(diào)作用效果最佳；0.6 g/kg甘露糖對回腸TLR4mRNA 表達上調(diào)作用效果最為明顯；0.3 g/kg 和0.6 g/kg 甘露寡糖分別對21 日齡肉雞回腸Cath-B1、AVBD9mRNA 表達上調(diào)作用效果最好；0.9 g/kg 甘露寡糖對肉雞42 日齡回腸AVBD9mRNA 以及盲腸Cath-B1mRNA 表達上調(diào)作用效果最好。說明適宜水平的甘露寡糖可不同程度提高肉雞回腸和盲腸TLRs的表達，進而上調(diào)AVBD 和Cathelicidins 家族抗菌肽的表達而提高肉雞天然免疫防御功能[18]。

酵母菌中含有豐富的核苷酸，日糧中添加酵母可以作為有效的核苷酸添加途徑。核苷酸可保護小腸細胞免受自由基的攻擊，改善機體的免疫應答，且能降低小腸炎癥發(fā)生率。參與免疫的大部分細胞不能合成足夠的核苷酸，補充外源核苷酸能夠維持免疫系統(tǒng)的正常功能。

表1 酵母培養(yǎng)物對單胃動物腸道健康的影響

研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加酵母壁多糖可顯著提高仔豬腸道短鏈脂肪酸含量[19]。短鏈脂肪酸通過與腸上皮細胞GPR43（短鏈脂肪酸受體，屬于G 蛋白偶聯(lián)受體C家族）相結合，刺激鉀離子流動，使腸上皮細胞膜形成超極化，激活NLRP3 炎性小體，促進產(chǎn)生白細胞介素18，進而維持腸道黏膜的完整性和穩(wěn)態(tài)[20]；短鏈脂肪酸也能通過識別Toll 樣受體，活化G 蛋白偶聯(lián)受體，抑制組蛋白去乙酰酶活性等調(diào)節(jié)腸上皮細胞及腸黏膜組織內(nèi)不同免疫細胞（如淋巴細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞等）的功能，改變細胞分化、增殖和凋亡，從而調(diào)節(jié)腸黏膜的免疫應答過程[20]。Foxp3 在調(diào)節(jié)機體免疫自穩(wěn)中起關鍵作用。丁酸可促進Foxp3 的表達，增加外周調(diào)節(jié)性T 細胞的產(chǎn)生，抑制腸道黏膜炎癥反應[21]。

2.2 促進腸道發(fā)育、維持腸道形態(tài)結構的可能作用途徑腸道是機體消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所，對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力直接影響動物生產(chǎn)性能，正常的腸道形態(tài)結構是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的重要保障。腸道絨毛高度及表面積、隱窩深度和絨隱比是衡量腸道形態(tài)結構的重要指標。通常，絨毛高度及表面積增加可增大腸道與食物的接觸面積，促進食物消化。絨隱比增加表示機體腸道發(fā)育較快，消化吸收能力強。李玉欣等[22]研究發(fā)現(xiàn)，0.1%和0.2%畢赤酵母甘露寡糖可以增加仔豬空腸絨毛高度和絨隱比，提高腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，顯著提高仔豬日增重。李玉欣等[23]進一步研究發(fā)現(xiàn)，畢赤酵母甘露寡糖有助于提高腸道杯狀細胞數(shù)量，從而提高杯狀細胞的分泌產(chǎn)物（如黏蛋白和三葉肽等）的分泌量。而黏蛋白和三葉肽等分泌量增加會對腸道的穩(wěn)定性和完整性起到保護作用[24]。

核苷酸在機體內(nèi)的合成有從頭合成和補救合成2 條途徑[25]。補救合成途徑是指外源核苷酸、核酸水解產(chǎn)生的自由基與機體內(nèi)的磷酸核糖發(fā)生磷酸核糖化作用而合成相應的核苷酸。與從頭合成途徑相比，補救合成途徑簡單且耗能低，腸黏膜總是優(yōu)先利用補救合成途徑合成核苷酸。動物體快速生長的腸道細胞周轉(zhuǎn)較快，對核苷酸需求較多；且腸道缺乏嘌呤從頭合成所需要的關鍵酶（谷氨酸核糖轉(zhuǎn)移酶），從頭合成核苷酸的能力有限。因此，補充外源核苷酸對腸道的健康發(fā)育尤為重要[26]。日糧中添加酵母培養(yǎng)物可以為機體提供所需的核苷酸，有助于腸上皮細胞的更新和改善，進而促進腸黏膜發(fā)育。核苷酸是組成大分子DNA 和RNA 的單體，參與各種酶及生長因子的代謝，在細胞分裂、分化和發(fā)育過程中有至關重要的作用。外源核苷酸還可以通過影響腸道DNA 和RNA 的含量影響腸道蛋白質(zhì)的合成，提高腸道相關功能蛋白的表達量[27-28]。核苷酸還能夠促進腸道發(fā)育成熟，提高腸道屏障相關基因的表達量，并提高腸道菌群種類和豐度[29]。研究還發(fā)現(xiàn)酵母培養(yǎng)物中核苷酸可能通過提高腸絨毛高度或者通過影響腸細胞分裂分化等促進腸細胞生長、發(fā)育和成熟[27]。此外，酵母培養(yǎng)物中的核苷酸也可以被消化道的各種酶分解成核苷、堿基等易被小腸前部吸收的物質(zhì)，從而促進腸絨毛生長，增加腸壁厚度[29-30]。

小肽也是酵母培養(yǎng)物的主要組成成分之一，其吸收速度快、耗能低，載體不易飽和，可作為能源底物優(yōu)先被小腸黏膜上皮細胞吸收，促進了腸黏膜組織的快速發(fā)育。王恬等[31]認為，小肽可以促進斷奶仔豬十二指腸食糜乳糖酶、淀粉酶和胰蛋白酶活性的增強。與氨基酸相比，小肽能被機體更有效地吸收，可以作為高效的氨基酸來源，促進機體內(nèi)氨基酸的代謝。Hui 等[32]認為小肽可以促進腸上皮細胞增殖，抑制腸上皮細胞凋亡，起到促進腸道發(fā)育的作用。此外，有研究發(fā)現(xiàn)小肽可以與鈣、鐵、銅、鋅等礦物質(zhì)離子形成螯合物，提高機體對這些金屬元素的吸收[33-35]。

2.3 改善腸道微生物區(qū)系的可能作用途徑 腸道微生物和宿主之間是互惠共生的關系，宿主給腸道微生物提供所需的生存環(huán)境和營養(yǎng)物質(zhì)，腸道菌群對宿主的生理機能以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育具有尤為重要的作用。大量研究表明，腸道菌群失調(diào)會破壞腸道上皮屏障的完整性、損害機體免疫和消化功能[36-37]。汪曉東[38]提出，酵母培養(yǎng)物代謝產(chǎn)生的有機酸能夠降低胃腸道pH，進而促進有益菌的生長繁殖，并抑制病原菌的生長，維持機體消化道微生物穩(wěn)態(tài)。同時，腸道內(nèi)的有害菌（大腸桿菌、沙門氏桿菌等）具有能夠與腸上皮細胞上的甘露糖受體特異性結合的I 型菌毛，而酵母細胞壁含有的甘露寡糖和β-葡聚糖與該受體有相似的結構，能夠競爭性地與I 型菌毛有害菌結合并發(fā)生凝集反應，使其不能在腸道黏膜上黏附和定殖，而被排出體外，從而減少腸道致病菌數(shù)量[39]。甘露寡糖可以被腸道內(nèi)有益菌（雙歧桿菌、乳酸桿菌等）吸收利用，并發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等有機酸，促進其生長和繁殖；而大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌無法利用甘露寡糖[40]。研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加1 g/kg 甘露寡糖顯著降低了蛋雞回腸中大腸桿菌和總細菌的數(shù)量[41]。于桂陽等[42]和段緒東[43]的研究得到相似結果，將0.5～1.0 g/kg、800 mg/kg 甘露寡糖分別應用在肉雞或母豬等的畜禽動物生產(chǎn)中，均能夠抑制大腸桿菌繁殖，促進乳酸桿菌增殖。此外，岳文斌等[44]研究發(fā)現(xiàn)，3 g/kg 甘露寡糖顯著抑制仔豬盲腸和結腸大腸桿菌的生長，同時顯著促進了盲腸乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，進而維持了腸道菌群的平衡。

酵母培養(yǎng)物中的有機酸能夠促進消化道回腸乳酸桿菌和結腸雙歧桿菌的增殖，抑制大腸桿菌和葡萄球菌的增殖。有機酸還可以通過電離產(chǎn)生氫離子降低消化道的pH；或者通過某些酶的作用進入細菌胞內(nèi)從而抑制病原菌的生長和增殖[45-46]，有機酸還能夠提高消化道多種酶的活性。此外，酵母培養(yǎng)物代謝可產(chǎn)生多種酶類，兩者協(xié)同促進腸道中營養(yǎng)物質(zhì)的分解，從而促使腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。同時，王恬等[31]認為小肽能有效誘導消化酶分泌，并提高胰蛋白酶和淀粉酶等消化酶活性。祝平等[47]認為小肽還可減少斷奶后仔豬腸道內(nèi)大腸桿菌和沙門菌的繁殖，增加斷奶仔豬腸道內(nèi)有益菌屬乳酸菌的繁殖，進而優(yōu)化腸道菌群結構。

3 展 望

酵母培養(yǎng)物具有改善腸道免疫、腸道形態(tài)和穩(wěn)定腸道內(nèi)環(huán)境的作用，當今市場上的酵母培養(yǎng)物產(chǎn)品很多，在畜禽生產(chǎn)上也有一定應用，但酵母培養(yǎng)物中功能性成分豐富且復雜，其各個成分是否具有協(xié)同作用仍需探究，而“未知生長因子”的種類及作用機理尚不明確，也需要更進一步研究。