家禽腸道菌群對機體免疫功能影響的研究進(jìn)展

漢可欣，郭怡，姜美盈，漢麗梅

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)與醫(yī)學(xué)學(xué)院，遼寧 沈陽 110866）

腸道作為機體消化、吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所，不僅能夠直接參與機體的消化、吸收，還可參與機體的免疫調(diào)節(jié)，抵御致病微生物的侵襲。近年來，有關(guān)腸道菌群的研究不斷深入，人們對于腸道菌群在人類及動物健康中所發(fā)揮的重要作用認(rèn)識更加深入。腸道微生物不僅影響宿主營養(yǎng)代謝，甚至影響自身免疫功能，對致病微生物如病毒、細(xì)菌等入侵產(chǎn)生拮抗或促進(jìn)作用。文章就腸道菌群構(gòu)成的腸道微生態(tài)系統(tǒng)與家禽免疫功能的關(guān)系進(jìn)行綜述，為腸道微生物對宿主健康影響的相關(guān)研究及家禽常見疫病防控和健康養(yǎng)殖提供參考。

1 家禽腸道菌群特征

1.1 維持菌群平衡對家禽健康的重要意義

腸道菌群構(gòu)成腸道微生態(tài)系統(tǒng)，其構(gòu)造復(fù)雜，數(shù)量龐大。腸道菌群通過與宿主間進(jìn)行相互作用維持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，腸道菌群的微生物穩(wěn)態(tài)與機體的健康狀態(tài)密切相關(guān)。家禽腸道微生物數(shù)量遠(yuǎn)超家禽體細(xì)胞總量[1]，微生物群在與宿主之間進(jìn)行長期的相互作用中發(fā)生一系列的適應(yīng)性變化，對調(diào)節(jié)宿主生理生化反應(yīng)，加快其吸收營養(yǎng)物質(zhì)的速度，提高機體免疫力等方面具有重要意義[2-3]。

家禽消化道中存在龐大且穩(wěn)定的微生物群落，只有保障菌群的多樣性以及穩(wěn)定性，才能夠確保家禽腸道微生物平衡[4]。腸道菌群不僅能夠?qū)е聽I養(yǎng)代謝性疾病、慢性病、自身免疫病等，還可有效拮抗或促進(jìn)病毒、細(xì)菌或寄生蟲等傳染疾病的發(fā)生[5]，其中病毒感染可使機體腸道菌群組成與豐度顯著改變，而當(dāng)腸道菌群變化后可直接影響機體生理功能，不利于機體健康[6]。

腸道菌群在家禽免疫系統(tǒng)發(fā)育以及穩(wěn)態(tài)方面具有重要作用。正常情況下，動物機體腸道菌群與宿主間保持相對穩(wěn)定的動態(tài)平衡，菌群結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，促進(jìn)宿主腸道健康。當(dāng)內(nèi)外因素發(fā)生變化影響引起腸道菌群出現(xiàn)異常時，打破機體腸道內(nèi)部的微生態(tài)平衡狀況，影響機體的免疫與腸道功能，引起代謝紊亂及疾病，對機體健康造成嚴(yán)重威脅[7]。菌群失衡可通過調(diào)節(jié)家禽的細(xì)胞免疫應(yīng)答影響疫苗的免疫功能，一般情況下，注入疫苗后，其誘導(dǎo)的免疫應(yīng)答多為體液免疫，產(chǎn)生特異性抗體、記憶性B淋巴細(xì)胞。因此，當(dāng)菌群對B細(xì)胞分化、成熟進(jìn)行調(diào)控后，加之抗體的功能，可對注入疫苗的效果造成直接影響，如機體出現(xiàn)腸道菌群紊亂時，可能會影響滅活流感疫苗作用[8-9]。

1.2 家禽腸道菌群免疫特征

正常腸道菌群和家禽抗病能力能夠隨著家禽日齡不斷增長，雛雞的腸道菌群愈發(fā)成熟，可增強家禽腸道的競爭性保護(hù)力。雞腸道菌群具有免疫屏障作用，腸道菌群與腸道免疫屏障可以相互作用。腸道黏膜屏障主要包括物理屏障和化學(xué)屏障，其中化學(xué)屏障黏膜構(gòu)成腸道免疫系統(tǒng)，腸道菌群可借助代謝產(chǎn)物及免疫，刺激動物調(diào)節(jié)腸道免疫系統(tǒng)的功能。腸道菌群的形成是在阻止共生細(xì)菌穿越腸上皮屏障轉(zhuǎn)移的腸道免疫反應(yīng)中產(chǎn)生作用[10]，腸道菌群與家禽生理功能相適應(yīng)而建立，參與機體營養(yǎng)代謝，調(diào)節(jié)腸道功能，并通過形成生物被膜等方式形成免疫屏障，輔助保證家禽腸道健康。

有研究表明，在日糧中添加芽孢桿菌、葡萄糖氧化酶、天然益生元菊粉等飼料添加劑或營養(yǎng)成分，可調(diào)節(jié)宿主腸道菌群的組成以及豐度，提高宿主十二指腸以及空場絨毛的高度/隱窩深度，提高能量利用率，還可改善腸道消化功能，增強腸道免疫屏障功能，提高其生長性能[11]。宿主的免疫防御屏障與共生菌群之間存在互惠關(guān)系，能夠相互作用，同時借助反饋信號調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，維持生物以及上皮物理屏障分隔。腸道菌群也可與腸道其他共生菌協(xié)同調(diào)節(jié)機體免疫能力，免疫活性不僅可增強局部免疫功能，更利于調(diào)節(jié)整體免疫功能，從而提升整體抗體水平，有效抑制病原微生物的生長發(fā)展。由此可見，腸道菌群與免疫屏障的關(guān)系對畜禽健康生長和生產(chǎn)意義重大。

2 腸道菌群對家禽腸道免疫作用的影響

腸道菌群與家禽機體免疫屏障能夠相互作用，其相互作用的機制復(fù)雜。禽類屬于卵生動物，其獲取腸道菌群的最初途徑，與哺乳動物存在較大差別。其中，哺乳動物出生時會與陰道中的微生物接觸，但破殼而出的雛雞腸道內(nèi)為無菌環(huán)境，免疫系統(tǒng)并未發(fā)育完全[12]。隨后在日糧、日齡、飼養(yǎng)環(huán)境等綜合因素的影響下，從外界環(huán)境中帶入細(xì)菌，其腸道內(nèi)出現(xiàn)大量的細(xì)菌定植，逐步建立復(fù)雜且穩(wěn)定的微生物區(qū)系，促進(jìn)全身免疫系統(tǒng)的形成[8]。大量微生物棲息于動物的腸道內(nèi)，形成腸道特有的微生態(tài)系統(tǒng)，在長期進(jìn)化發(fā)展后，腸有關(guān)淋巴組織對正常存在的共生菌固有炎癥處于低反應(yīng)狀態(tài)，從而處于防御狀態(tài)，利于維持動物腸道的穩(wěn)定[13]。正常雞成熟腸道菌群體系建立后，外來入侵的病原菌無法有效接近腸黏膜上的附著位點，會隨糞便排泄。家禽嗦囊上皮表面的優(yōu)勢菌群主要為乳酸桿菌，能夠產(chǎn)生大量乳酸；小腸主要進(jìn)行食物的消化和吸收，定植菌以兼性厭氧菌居多，其中乳桿菌屬為優(yōu)勢菌群[14]。盲腸中細(xì)菌的種類和數(shù)量最多，以厭氧菌為主，梭菌屬、乳桿菌屬等厭氧菌為優(yōu)勢菌群。正常雞成熟腸道菌群與營養(yǎng)吸收聯(lián)系密切，正常腸道菌群參與機體物質(zhì)代謝以及營養(yǎng)的轉(zhuǎn)化與合成，可能產(chǎn)生多種酶以及維生素，利于營養(yǎng)物質(zhì)的分解、吸收與轉(zhuǎn)化，提升飼料的轉(zhuǎn)化率，促進(jìn)動物生長，保證家禽健康。

3 腸道免疫受菌群的影響

3.1 腸道菌群對腸道免疫的促進(jìn)作用

家禽在建立腸道菌群時存在明顯特征。一般情況下，剛出生階段雛雞腸道內(nèi)部并無細(xì)菌，通過空氣、飼料以及飲用水等外界環(huán)境中的細(xì)菌進(jìn)入雛雞體內(nèi)，其中部分細(xì)菌定居于腸道中，經(jīng)長時間的繁殖后，轉(zhuǎn)化為正常菌群，該類菌群在消化道中密度較高，大部分為專性厭氧菌[15]。飼料是影響腸道菌群組成的最大影響因素，包括飼料類型、飼料內(nèi)部碳水化合物、粗纖維以及蛋白質(zhì)含量等，均可影響機體腸道微生物菌群。日齡對家禽腸道菌群組成也具有一定的影響，隨著家禽日齡的不斷增長，其腸道的微生物種類以及數(shù)量也會產(chǎn)生一定的改變[16-17]。

一般情況下，由于腸道具有屏障結(jié)構(gòu)，不會因腸腔之中的細(xì)菌或毒素造成侵襲。家禽腸道內(nèi)部的部分寄生菌主要依賴腸道屏障的保護(hù)效果，該部分優(yōu)勢菌群主要為專性厭氧菌，包括雙歧桿菌與乳酸桿菌等，具備較高的生態(tài)穩(wěn)定性，能夠?qū)ν庠葱灾虏【娜肭忠约澳c黏膜細(xì)胞的侵襲起到有效的抵御作用[18]。腸道免疫屏障是由免疫細(xì)胞以及屏障所形成的防護(hù)網(wǎng)，可對因嚴(yán)重創(chuàng)傷所導(dǎo)致的免疫屏障受損問題進(jìn)行有效防護(hù)，避免機體因腸道菌群移位，產(chǎn)生多器官功能衰竭等問題[19]。腸道菌群定植可促進(jìn)機體淋巴組織發(fā)育，增強機體的非特異性及特異性免疫[20]。

非特異性免疫也稱固有免疫，是機體在面對各類異物時，進(jìn)行識別以及清除的第一道防線，在固有免疫中腸道菌群具有重要意義。腸道菌群也參與特異性免疫[21]，主要由于胃腸黏膜固有層以及周圍淋巴結(jié)中的淋巴組織，如淋巴、樹突狀、巨噬細(xì)胞等，可共同參與腸道免疫應(yīng)答反應(yīng)。其中巨噬細(xì)胞包含：機體骨髓鈣細(xì)胞在發(fā)育成熟后進(jìn)入續(xù)頁中，隨后定位在腸道的單核巨噬細(xì)胞；腸絨毛頂端的小腸巨噬細(xì)胞；腸腔上皮下區(qū)域的大腸巨噬細(xì)胞等，上述細(xì)胞在免疫應(yīng)答過程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。腸道菌群會對B淋巴細(xì)胞的活化與成熟以及免疫球蛋白A（IgA）的抗體反應(yīng)造成影響。與正常條件下的動物相比，無菌動物腸道中，IgA、細(xì)胞黏膜固有層、淋巴細(xì)胞濾泡等數(shù)量更少[22]。腸道菌群能夠抵抗病原菌侵入，在組織重建、新生、更新與轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用[23]。

淋巴細(xì)胞表型存在顯著差異，上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞較為常見，主要位于機體腸上皮細(xì)胞膜表面，具有重要的黏膜免疫防御能力。與外周淋巴細(xì)胞相比，上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞在結(jié)構(gòu)、起源、功能或發(fā)育方面均存在顯著差異。中樞粒細(xì)胞中的初始淋巴細(xì)胞利用血液循環(huán)，與腸道自身的初始淋巴細(xì)胞一同進(jìn)入腔管回流血液循環(huán)[24]。一般情況下，歸巢效應(yīng)部位的腸道固有層或其上皮內(nèi)部會逐步分化、成熟，轉(zhuǎn)變?yōu)橛洃浟馨图?xì)胞，少部分繼續(xù)歸巢并進(jìn)行再循環(huán)。此時，正常的淋巴細(xì)胞歸巢，與腸道淋巴細(xì)胞亞群數(shù)量實現(xiàn)動態(tài)平衡，利于有效維護(hù)屏障功能[25]。

腸道樹突狀細(xì)胞主要是向外伸出很多長的薄膜狀、梭狀、扁平狀突起，是功能非常強的抗原提呈細(xì)胞，廣泛存在于各種器官以及組織，能夠充分發(fā)揮其免疫應(yīng)答作用[26]。非特異性免疫屏障是家禽腸道的天然屏障結(jié)構(gòu)，具有黏液層的屏障功能。非特異免疫系統(tǒng)能夠有效防止腸道中細(xì)菌在上皮細(xì)胞進(jìn)行定植，保護(hù)腸道的正常通透性作用[27]。此外，免疫球蛋白包裹細(xì)菌可降低細(xì)菌黏膜上皮細(xì)胞的受體移動與結(jié)合的能力，刺激腸道分泌黏液，幫助家禽排泄腸道的細(xì)菌以及霉素[28]。

3.2 腸道菌群對腸道免疫的抑制作用

微生物是與宿主共生關(guān)系的群體，主要包含病菌、細(xì)菌以及真菌幾部分，其中絕大多數(shù)為細(xì)菌[29]。當(dāng)機體處于正常狀況時，腸道菌群中占據(jù)重要比例的為厭氧菌，是氧菌與兼性厭氧菌的百倍之高。腸道菌不僅能夠為機體提供充足的營養(yǎng)與能力，也可參與集體的免疫調(diào)節(jié)及代謝，影響宿主行為。因此，腸道菌群受到外界環(huán)境影響可導(dǎo)致失調(diào)，從而引發(fā)多種疾病[30]。而病毒感染一定程度上會導(dǎo)致禽類動物腸道菌群失調(diào)，可對禽類動物產(chǎn)生有害影響[31]。雞感染馬立克氏病毒時，腸道菌群多樣性會受到影響。由此可見，腸道菌群與病毒感染存在聯(lián)系，對機體的炎癥反應(yīng)、T細(xì)胞以及B細(xì)胞造成影響，感染病毒后會造成腸道菌群失調(diào)，益生菌數(shù)量減少，有害菌數(shù)量增多，一定程度上促進(jìn)病毒感染，不利于機體的健康成長[32-33]。

但腸道菌群對機體內(nèi)的病毒存在雙重效果。腸道菌群能夠?qū)Π滩〉炔《酒鹨欢ǖ挚棺饔茫饕蚴敲庖呒?xì)胞、腸道上皮細(xì)胞介導(dǎo)黏膜免疫，腸道上皮細(xì)胞能夠分泌一定的抗菌蛋白質(zhì)，在腸道覆蓋一層保護(hù)性黏膜，構(gòu)建物理屏障，避免抑菌或腸道菌群出現(xiàn)過度免疫反應(yīng)。但腸道菌群在某種程度上也會加快病毒感染情況，腸道菌群能夠提升細(xì)菌的穩(wěn)定性，提高細(xì)菌與靶細(xì)胞的黏附作用，并對集體內(nèi)部的免疫系統(tǒng)造成抑制，導(dǎo)致靶細(xì)胞增殖。炎癥反應(yīng)會使宿主內(nèi)穩(wěn)態(tài)失衡，細(xì)菌感染導(dǎo)致炎癥雖然可對腸道造成一定損害，但若宿主黏膜免疫能夠與所入侵的病原菌產(chǎn)生拮抗作用，失衡的內(nèi)穩(wěn)態(tài)可在短時間恢復(fù)正常，否則將導(dǎo)致腸道菌群的作用失調(diào)，促進(jìn)病毒的感染[34]。

4 結(jié)論

近年來，我國腸道菌群研究數(shù)量不斷增多，許多學(xué)者對腸道菌群的組成及其多樣性進(jìn)行研究，尤其是腸道菌群與疾病相互作用關(guān)系研究已經(jīng)成為科研熱點。研究成果應(yīng)用于養(yǎng)殖行業(yè)，在增強動物機體免疫力及抵抗病原體感染等方面均產(chǎn)生一定效果。大量研究表明，病原微生物、宿主腸道菌群以及宿主腸道免疫三者關(guān)系的研究對養(yǎng)殖業(yè)動物免疫功能的增強、疾病防控、獸藥研發(fā)、疫病診斷標(biāo)志物篩選等方面的發(fā)展具有重要影響。同時通過有益菌功能的探索及其在動物養(yǎng)殖中的合理應(yīng)用，對保持動物腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)、減少抗生素使用、緩解藥物殘留對環(huán)境及人體的傷害等均具有重大意義。隨著相關(guān)研發(fā)技術(shù)的更新與發(fā)展，對腸道菌群多樣性及對宿主免疫功能的影響研究有望取得更大突破。