豬腸道微生物組成、影響因素及其對重要經(jīng)濟性狀的影響研究進展

李卓君，陳春香，鐘小菊，高 軍

(1.南昌大學(xué)撫州醫(yī)學(xué)院，撫州 344000；2.江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，豬遺傳改良與養(yǎng)殖技術(shù)國家重點實驗室，南昌 330045)

微生物是動物機體的重要組成部分。據(jù)估計，哺乳動物腸道內(nèi)微生物數(shù)量多達(dá)1014個，有500～1 000個物種[1]。腸道是機體消化食物、吸收營養(yǎng)的主要場所，也是最大的免疫器官，70%的免疫細(xì)胞來自于腸道[2]。作為人體最主要的微生物棲息地，腸道微生物“訓(xùn)導(dǎo)”腸黏膜表面免疫系統(tǒng)的建立，促進腸道發(fā)育，維持腸道免疫系統(tǒng)的健康，在宿主的新陳代謝和免疫功能等方面起著不可替代的作用[3-7]。正常情況下，腸道微生物組保持著動態(tài)的平衡，一旦這個相對穩(wěn)定狀態(tài)被各種因素打破，將可能導(dǎo)致宿主產(chǎn)生各種疾病[8]。豬是人類成功馴化的重要家畜種類，也是主要的消費肉類來源。研究豬腸道微生物組對改善其經(jīng)濟性狀具有重要意義。同時，豬的生理、食性、器官大小等方面與人相似，因此是人類醫(yī)學(xué)研究的良好哺乳動物模型[9]。腸道微生物基因集研究表明，有96%的功能通路同時存在于人和豬的腸道微生物基因集中，表明豬也是研究腸道菌群的重要模式動物[10]。作者綜述了影響豬腸道微生物組成的因素，并系統(tǒng)回顧了豬腸道微生物組成及其功能的研究進展，以期為今后更深入、全面地進行研究提供思路。

1 豬腸道微生物組成

宿主腸道中的微生物組成并不是一成不變的，而是受宿主體內(nèi)或體外環(huán)境影響處于動態(tài)變化中，但也有一些微生物物種在不同生理狀態(tài)下、不同個體間或同一個體不同生命階段中始終存在。Holman等[11]對20項基于16S rRNA基因測序的豬腸道菌群研究數(shù)據(jù)集進行分析發(fā)現(xiàn)，接近85%的基因序列屬于厚壁菌門和擬桿菌門；在屬水平上，普氏菌屬、梭菌屬、異普氏菌屬、瘤胃球菌屬和RC9在99%的糞便樣本中存在，此外梭菌屬、布勞特氏菌屬、乳桿菌屬、普氏菌屬、瘤胃球菌屬、羅氏菌屬、RC9和罕見小球菌屬在90%的腸道樣本中存在，并將這些微生物定義為豬的核心腸道菌群。Wang等[12]對287份來自法國、丹麥和中國的豬糞便樣品進行宏基因組測序，結(jié)果顯示，變形菌門、厚壁菌門和放線菌門占腸道菌群近95%；在屬水平上，埃希氏菌屬、擬桿菌屬、叢毛單胞菌屬、鏈霉菌屬和乳桿菌屬等為最優(yōu)勢的腸道菌群。

盡管腸道微生物組成一直在變化，但豬腸道微生物組成在豬的不同生長階段表現(xiàn)出一定的規(guī)律性演變。研究表明，仔豬出生后，微生物以一定的先后順序迅速在腸道中定植，在出生后12 h，結(jié)腸內(nèi)容物中的細(xì)菌數(shù)高達(dá)109～1010/g，以兼性厭氧菌為主；在出生后48 h，專性厭氧菌成為優(yōu)勢菌群，其組成超過細(xì)菌總數(shù)的90%[13]。其主要原因是，仔豬出生后，最早獲得腸道菌群的方式是口服產(chǎn)道內(nèi)及環(huán)境中微生物，并通過胃腸道迅速傳播。在出生48 h后，腸道內(nèi)首次出現(xiàn)了乳汁，繼而專性厭氧菌大量繁殖并成為優(yōu)勢菌群，這種優(yōu)勢將持續(xù)整個哺乳期。Zhao等[14]分析了1、2、3和6月齡豬腸道微生物在門水平上的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)在各個發(fā)育階段最占優(yōu)勢的均為厚壁菌門；擬桿菌門從1月齡的5.1%下降到2月齡的0.9%，隨后在3、6月齡又呈上升趨勢，該結(jié)果與人腸道微生物中厚壁菌門/擬桿菌門的比例隨年齡變化趨勢一致[15]，擬桿菌門主要在消化碳水化合物中發(fā)揮作用，而厚壁菌門的增加則與脂肪沉積相關(guān)。在多樣性方面，Wang等[16]分析不同日齡仔豬糞便樣品發(fā)現(xiàn)，盡管胎糞微生物(第0天)載量低，但其具有較高的多樣性，這些微生物可能作為播種菌群推動腸道菌群定植；到第11天多樣性明顯下降，到第20天又顯著上升，說明腸道微生物在前10 d并不是全部都能成功定植，而第20天受到斷奶應(yīng)激和固體食物添加的影響，斷奶后進入保育期，固體食物的添加使菌群多樣性總體呈上升趨勢；直到4～6月齡(育肥期)，隨著飼糧配比的穩(wěn)定，腸道微生物多樣性趨于穩(wěn)定。

除了不同生長時期，在不同腸道部位，由于腸道蠕動程度、氧氣含量、抗菌肽和pH的差異，豬腸道微生物組成也存在較大差異。不同腸段氧氣含量不同，導(dǎo)致小腸中主要富集需氧菌或兼性厭氧菌，大腸中主要富集厭氧菌[14]。研究發(fā)現(xiàn)，3月齡小豬回腸內(nèi)微生物組成與盲腸、結(jié)腸和糞便中的菌群組成存在顯著差異?；啬c中的微生物有95%屬于厚壁菌門，厭氧桿菌和Turicibacter則是最豐富的細(xì)菌屬；而盲腸、結(jié)腸和糞便中的微生物組成相似，在門水平上以厚壁菌門和擬桿菌門為主，2個門的菌的相對豐度高達(dá)90%以上，而豐度較高的菌屬是普雷沃氏菌、顫桿菌和琥珀酸弧菌[17-18]。Zhang等[19]通過16S rRNA基因測序的方法繪制了仔豬不同腸段腸腔和黏膜的微生物圖譜，其中厚壁菌門和變形菌門是回腸的優(yōu)勢菌，但它們在腸腔和黏膜中的占比有所不同，在腸腔中占95%，而在黏膜中占80%；腸腔中厚壁菌門和變形菌門，以及黏膜上的變形菌門從小腸到大腸都是顯著減少的，而擬桿菌門從小腸到大腸則明顯增加，在腸腔中相對豐度從1.69%增加到40%以上，在黏膜中則從9%增加到30%左右。此外，該研究通過網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，普雷沃氏菌科和瘤胃球菌科、毛螺菌科和韋榮球菌科為腸腔微生物網(wǎng)絡(luò)的核心菌，而普雷沃氏菌科、腸桿菌科、丙桿菌確定為黏膜微生物網(wǎng)絡(luò)的核心菌。Chen等[20]采用宏基因組測序分析了回腸、盲腸和糞便中核心菌群(在90%以上個體中存在)組成情況，發(fā)現(xiàn)10個菌種(瑞特乳酸桿菌、約氏乳酸桿菌、淀粉乳酸桿菌、瘤胃菌屬、大腸桿菌、普氏菌屬、脆弱擬桿菌屬、豬鏈球菌、考拉桿菌和腸道沙門氏菌)在3個腸道部位都屬于核心菌(相對豐度位列前20%)，有16個菌種其相對豐度只在其中一個腸道部位中位列前20，表明同一種細(xì)菌在不同腸道部位的相對豐度存在顯著差異；同時還檢測到3個在回腸和5個在盲腸內(nèi)容物中特異的核心菌種。因此，了解豬腸道共生微生物在宿主不同腸道部位的豐度情況非常重要，因為腸段特異性共生微生物與宿主消化代謝、免疫互作密切相關(guān)，可以為通過基于調(diào)控特定腸道部位微生物組成促進豬生長發(fā)育、飼料利用率等重要經(jīng)濟性狀提供重要理論支撐。此外，不同腸道部位共生微生物圖譜也為快速定位并解析微生物移位導(dǎo)致慢性炎癥等其他疾病提供數(shù)據(jù)支撐。

2 影響豬腸道微生物組成的因素

豬腸道微生物組成隨著宿主的生長、環(huán)境的變化及飼糧改變、用藥等發(fā)生變化。影響腸道微生物組成的因素可以歸納為4類：①宿主因素，主要包括腸道部位、年齡和生長階段、宿主遺傳(品種)和性別等；②管理和環(huán)境因素，如斷奶、飼養(yǎng)模式、豬舍環(huán)境等；③飼料因素，主要包括飼料類型、成份、能量、蛋白質(zhì)含量和氨基酸平衡等；④抗生素使用和添加劑，如抗生素、益生菌、益生元、精油和有機酸等。作者主要歸納了宿主遺傳、飼糧、性別、環(huán)境、抗生素和益生菌等因素對豬腸道微生物組成的影響。

2.1 遺傳背景

越來越多的證據(jù)表明，宿主遺傳因素對豬腸道微生物組成有一定影響[21-23]。Chen等[24]研究發(fā)現(xiàn)，全同胞個體間的腸道微生物組成比不相關(guān)個體間具有更高的相似性，且與腸道中微生物類群組成和豐度相關(guān)的宿主基因的功能主要與代謝、免疫功能和應(yīng)答及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。通過對比相同飼養(yǎng)環(huán)境、相同日齡的杜洛克豬、長白豬和大白豬的腸道微生物組成發(fā)現(xiàn)，在厚壁菌門和擬桿菌門的占比方面，同一品種豬的比例更為相似，不同品種豬間差異明顯，如厚壁菌門的占比在杜洛克豬、長白豬和大白豬的糞便樣品中分別為39.63%、45.55%和42.02%，擬桿菌門占比分別為57.01%、47.64%和51.38%[25]；在金華豬糞便微生物組成分析中，厚壁菌門和擬桿菌門占比分別為70.4%和14.4%[26]。Yang等[27]比較了8個品種的豬腸道微生物組成，發(fā)現(xiàn)外來豬種大白豬、約克夏豬和杜洛克豬的腸道菌群有較高的相似性，而中國地方豬種巴馬香豬、二花臉豬和小梅山豬的腸道微生物組成有一定的相似性，除小梅山豬外，中國地方豬種腸道微生物總數(shù)和16S rRNA拷貝數(shù)均高于國外豬種；與杜洛克母豬相比，梅山豬母豬和二花臉母豬腸道菌群的細(xì)菌總數(shù)，厚壁菌門、擬桿菌門和硫酸鹽還原菌的數(shù)量均較高。此外，楊柳等[28]還對比了榮昌豬、長白豬和杜洛克豬3個品種豬糞便中腸道微生物的變化，發(fā)現(xiàn)不同品種間腸道優(yōu)勢菌群呈現(xiàn)較大差異，且腸道微生物群落結(jié)構(gòu)與品種因素密切相關(guān)。

2.2 飼糧

Rothschild等[29]認(rèn)為，宿主遺傳在決定腸道微生物組成方面的作用非常有限，腸道微生物群平均遺傳率僅為1.9%；生活在同一個家庭中無親緣關(guān)系的個體間菌群組成有顯著的相似性，超過20%的微生物組成的變異可由飲食、藥物和生活方式等環(huán)境因素解釋。然而，在眾多影響豬腸道微生物組成的因素中飼糧是最主要的影響因素，可解釋豬腸道微生物組成變異的35%[16]。Heinritz等[30]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂高纖維低脂飼糧的豬腸道中乳酸桿菌、雙歧桿菌和柔嫩梭菌等有益菌的基因拷貝數(shù)高，所產(chǎn)生的短鏈脂肪酸濃度也高；而飼喂低纖維高脂飼糧的豬腸道中含有豐富的腸桿菌科細(xì)菌。Chen等[31]研究飼糧中不同蛋白質(zhì)含量(12%、15%及18%)對豬腸道菌群組成及生理健康的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，15%粗蛋白質(zhì)組的腸道菌群多樣性最高，回腸和結(jié)腸中有益菌乳酸桿菌科、梭狀芽孢桿菌科、放線菌科和微球菌科比例增加，而鏈球菌科和腸桿菌科比例減少，表明適度限制飼料中蛋白質(zhì)含量可以優(yōu)化回腸和結(jié)腸菌群結(jié)構(gòu)，促進豬的腸道健康，這也驗證了Bikker等[32]發(fā)現(xiàn)的低蛋白水平飼糧能明顯降低腸道中大腸桿菌數(shù)量的研究結(jié)果。另外，多糖(如纖維素)是豬飼料中的一個重要組成部分，主要通過影響豬腸道后端菌群的互作改變微生物群落組成和發(fā)酵終產(chǎn)物，從而調(diào)控豬腸道后端的消化吸收[33-34]。飼糧中氨基酸組成平衡可通過調(diào)節(jié)豬腸道微生物群落的組成來促進腸道發(fā)酵作用，減少豬糞中的未消化蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生的有害臭味化合物(酚類、氨和支鏈脂肪酸等)，降低養(yǎng)豬業(yè)的空氣污染。Recharla等[35]分別對兩組公豬采用2007年韓國飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(舊版)和2012年韓國飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)(良好氨基酸平衡)進行飼喂，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2012組公豬糞便中的短鏈脂肪酸水平高于2007組，而苯酚、對甲苯酚和總氮含量均低于2007組；在微生物組成上，2012組有益的乳酸桿菌(Lactobacillus)增加，致病的梭菌(Clostridium)減少。

2.3 性別

腸道微生物組成也與性別相關(guān)，Xiao等[36]對丹麥公豬、丹麥母豬及閹割公豬的腸道微生物進行比較發(fā)現(xiàn)，飼養(yǎng)在一起的公豬和母豬間腸道微生物組成存在明顯差異，而共同飼養(yǎng)的閹割公豬和母豬之間則沒有差異；在腸道菌群宏基因組功能水平，丹麥公豬與丹麥母豬間鑒定到498個差異的KEGG同源簇(kyoto encyclopedia of genes and genomes orthology，KO)，其中差異最大的是ABC轉(zhuǎn)運體、核糖體和磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)，而閹割公豬和母豬之間只有酮化合物合成酶(polyketide synthase,PksJ)一個KO功能存在差異。He等[37]研究發(fā)現(xiàn)，閹割公豬的糞便微生物組成趨向于母豬，同時還鑒定出與性別相關(guān)的細(xì)菌類群，在公豬中羅氏菌屬、布雷德菌屬和埃希氏桿菌屬的豐度較高，而在母豬中密螺旋體屬和擬桿菌屬的豐度較高。Garcia-Gomez等[38]研究表明，較高水平的睪酮可抑制密螺旋體的生長，而密螺旋體可增加宿主從高纖維食物中攝取營養(yǎng)物質(zhì)的能力；母豬腸道微生物組中密螺旋體豐度和ABC轉(zhuǎn)運體豐度都較高，這可能增加了宿主能量吸收能力，導(dǎo)致宿主脂肪沉積，降低了母豬的飼料利用率。Graef等[39]研究證明，雄性激素相關(guān)代謝物與大腸桿菌和布雷德菌屬豐度呈正相關(guān)，大腸桿菌中的β-葡萄糖醛酸酶能釋放出游離的雄激素以促進機體重吸收，而雄激素與腸道微生物群的相互作用可能會影響宿主的表型，如豬的脂肪沉積和飼料利用率。此外，公豬腸道中豐度較高的布雷德菌屬與飼料利用率呈正相關(guān)[40]。

2.4 環(huán)境因素

動物在飼養(yǎng)過程中環(huán)境的改變或受到刺激，如運輸、混欄、斷奶等常見的管理措施的變化，會導(dǎo)致動物機體的生理變化[41]，從而影響腸道微生物群[42]。斷奶是每頭豬必須經(jīng)歷的一種應(yīng)激。研究發(fā)現(xiàn)，斷奶前后仔豬腸道中微生物門水平的種類相同，只是相對含量不同；在屬水平上，斷奶前擬桿菌屬相對含量較高，推測是其能利用母乳中的單糖和低聚糖的原因；斷奶后普氏菌屬相對含量較高，可能是由于其能降解食物中的半纖維素[2，43]。淀粉乳桿菌和羅伊氏乳桿菌在新出生和未斷奶仔豬回腸樣本中占主導(dǎo)，斷奶之后這兩種菌的豐度明顯下降，在斷奶早期還出現(xiàn)了梭菌綱和大腸桿菌，此外優(yōu)勢微生物群的組成和代謝活動也發(fā)生改變[44]。利用益生菌進行早期干預(yù)可促進仔豬腸道菌群成熟，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)發(fā)育，緩解斷奶應(yīng)激[45]。

在豬飼養(yǎng)過程中環(huán)境的變化也會造成應(yīng)激。Xiong等[46]對生長肥育豬進行急性熱應(yīng)激處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豬采食量降低，血清中與能量代謝和應(yīng)激反應(yīng)相關(guān)的生化參數(shù)和激素水平發(fā)生改變；此外，糞便菌群中厚壁菌門豐度增加，擬桿菌門減少，短鏈脂肪酸含量也顯著下降；關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，采食量及代謝圖譜的變化與豬腸道菌群組成和短鏈脂肪酸代謝的改變有關(guān)。良好的豬舍環(huán)境(包括環(huán)境衛(wèi)生、通風(fēng)情況、溫度、飼養(yǎng)密度等)可以減少豬群與病原菌接觸的機會，降低感染風(fēng)險，但也不能過度清潔，豬舍內(nèi)留存適量細(xì)菌有利于機體持續(xù)產(chǎn)生抗體，從而增強豬的免疫力。大腸桿菌是腸道共生菌，也是機會致病菌[47]，大腸桿菌感染的嚴(yán)重程度可以通過恒溫、清潔的環(huán)境，分欄，精準(zhǔn)配制飼料及在飼料中添加適量的氧化鋅來緩解[48]。因此，飼養(yǎng)環(huán)境對豬的腸道菌群和健康養(yǎng)殖尤為重要。

2.5 抗生素、益生菌和飼料添加劑

在商業(yè)化養(yǎng)殖中，添加抗生素可以提高豬的日增重和飼料利用率，其在生理、營養(yǎng)和代謝方面的影響已有報道[49]。低劑量的抗生素能幫助仔豬降低斷奶應(yīng)激，減少腹瀉的可能，促進仔豬生長發(fā)育。但是抗生素的長期使用會破壞宿主腸道菌群平衡，導(dǎo)致耐藥基因的出現(xiàn)和耐藥菌的增加，腸道菌群多樣性降低，最終使宿主免疫力下降[50-52]。Looft等[53]研究金霉素、磺胺甲嘧啶和青霉素對18周齡豬腸道微生物的影響發(fā)現(xiàn)，在使用抗生素14 d后，腸道中的變形菌門從1%增加為11%，潛在病原菌大腸桿菌的相對含量也有顯著上升。宏基因組分析顯示，添加抗生素后與能量產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換有關(guān)的微生物功能基因表達(dá)上調(diào)，同時抗生素抗性基因的豐度也顯著上升?？股乜剐曰蚩梢栽谌撕蛣游镏g轉(zhuǎn)移[54]，所以分析豬腸道菌群的抗生素抗性基因，在飼料中全面禁止添加抗生素和優(yōu)化抗生素的使用勢在必行。

除了抗生素以外，益生菌在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用也越來越多。益生菌的作用機制包括產(chǎn)生抗菌物質(zhì)、調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)、競爭性抑制病原菌和調(diào)節(jié)腸道菌群組成[55]。研究發(fā)現(xiàn)，在豬飼糧中添加適量的益生菌后，糞便中大腸桿菌的數(shù)量減少，乳酸桿菌的數(shù)量增加，同時豬的生長性能、營養(yǎng)物質(zhì)消化率、腹瀉評分和肉質(zhì)等各方面都得到了改善[56]。多項研究顯示，在豬飼糧中添加活酵母可改善斷奶仔豬的生長性能[57-58]。與其他益生菌不同的是，蘋果酵母菌能顯著改善豬腸道微生物組成，在門水平上表現(xiàn)為厚壁菌門減少和擬桿菌門增加，還能選擇性抑制腸道內(nèi)沙門氏菌、大腸桿菌等致病菌的生長[58]。在過去幾年，益生菌的添加對腸道微生物組的影響一直是研究的熱點。從動物健康的角度出發(fā)，評估益生菌所引起的腸道微生物組的改變及分析益生菌是否與腸道疾病相關(guān)非常重要[59]。

益生元對腸道微生物組成也有積極的影響，益生元通過覆蓋宿主腸道表面、調(diào)節(jié)腸道生態(tài)、下調(diào)黏附素因子或毒力基因的表達(dá)、增強宿主免疫系統(tǒng)等不同機制對宿主腸道中沙門氏菌和大腸桿菌等致病菌發(fā)揮抑制作用[60]。如喂食海藻多糖使仔豬小腸中乳酸桿菌/大腸桿菌的比例增加，抑制仔豬斷奶后腹瀉的條件致病菌(如鼠傷寒沙門氏菌和產(chǎn)腸毒素大腸桿菌)數(shù)量減少。在仔豬飲水中添加海藻產(chǎn)品，可降低腸桿菌對四環(huán)素、氯霉素等抗生素的耐藥性。在生長育肥期飼糧中添加褐藻多糖使結(jié)腸和盲腸中的短鏈脂肪酸、有益菌(雙歧桿菌和乳酸桿菌)增加，大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌減少[61]。

精油是從植物中提取的天然生物活性化合物，具有抗菌、抗炎和抗氧化等特性。近年來，精油也逐漸作為飼料添加劑使用。Li等[62]研究發(fā)現(xiàn)，向斷奶仔豬飼糧中添加精油后，仔豬體重顯著增加、腹瀉率顯著降低，同時腸道中芽孢桿菌綱、乳桿菌目、鏈球菌科和韋榮球菌科中一些菌的相對豐度明顯上升。有機酸在過去的幾十年中因其對豬生長的積極作用而作為飼料添加劑被廣泛使用。在飼料中添加有機酸能防止飼料變質(zhì)，通過抑制飼料中特定致病菌沙門氏菌的生長降低商業(yè)豬養(yǎng)殖中微生物感染的風(fēng)險，且有機酸還可以在腸道中微生物定植中發(fā)揮作用，作為腸道黏膜的能量來源[63]。

3 腸道微生物主要功能

隨著人們對腸道微生物的研究越來越深入，發(fā)現(xiàn)其對維持機體各項生理機能都發(fā)揮著重要的作用。本綜述歸納總結(jié)了幾項主要功能：①發(fā)揮生物屏障功能。通過產(chǎn)生抑菌物、占位性保護及與病原菌競爭營養(yǎng)來防止細(xì)菌過度生長，預(yù)防病原微生物的感染[64-65]，如乳酸球菌分泌的類細(xì)菌素物質(zhì)具有廣譜抗菌作用，能抑制大腸桿菌等革蘭氏陰性菌的生長和繁殖[66]。②參與機體對營養(yǎng)物質(zhì)消化、代謝和吸收。腸道菌群的重要功能之一就是參與宿主對營養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝，如細(xì)菌代謝宿主難以消化的膳食多糖產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)等代謝物。腸道內(nèi)SCFAs含量升高可以提高豬腸道的吸收能力，SCFAs不僅作為能量物質(zhì)被宿主利用，提供成年豬能量需求的15%～24%[67-68]，而且可為微生物的生長和增殖提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)。乙酸和丙酸主要參與機體糖代謝過程，丁酸具有促進腸上皮細(xì)胞生長的功能[69-70]。SCFAs還可以降低腸道pH，抑制外源菌的生長和繁殖。腸道微生物還能分泌一系列酶和維生素促進宿主單糖代謝。③調(diào)控宿主免疫機能。腸道菌群定植有利于宿主腸道免疫系統(tǒng)成熟、刺激宿主免疫反應(yīng)等?；谀c道菌群的這些生物學(xué)功能，它可能影響豬飼料利用率、生長和脂肪沉積、宿主炎癥免疫、宿主行為等。

3.1 提高飼料利用率

飼料開支占生豬養(yǎng)殖投入的70%以上[71]，提高飼料利用率可以提高養(yǎng)豬業(yè)的經(jīng)濟效益。目前，提高豬飼料利用率的主要手段是遺傳改良、提升農(nóng)場管理水平和優(yōu)化飼料配方等。Bergamaschi等[40]將豬腸道微生物組成與飼料利用率進行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，4個屬(乳桿菌屬、布勞特氏菌屬、多爾氏菌屬和真桿菌屬)與飼料利用率之間存在正相關(guān)關(guān)系。Verschuren等[72]在三元豬中也發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬與飼料利用率呈正相關(guān)。此外，Yang等[73]和Quan等[74]報道了瘤胃球菌科下的一些微生物類群與杜洛克豬或雜交豬的飼料利用率均呈正相關(guān)。Han等[75]研究發(fā)現(xiàn)，普雷沃氏菌屬與豬體重呈正相關(guān)，普雷沃氏菌屬腸型的豬在斷奶后有較高的平均日增重。

3.2 導(dǎo)致豬脂肪沉積

胃腸道中的微生物群落與機體脂肪沉積(肥胖)以及許多代謝性疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可以調(diào)節(jié)小鼠的脂肪代謝、降低消耗脂肪的基因活動、升高合成脂肪的基因活性，從而使動物過度合成和積累脂肪[76]；腸道菌群是動物肥胖發(fā)生的必需條件，給無菌小鼠飼喂高脂飼料也不會肥胖；將遺傳性肥胖小鼠(ob/ob)的腸道菌群(糞便)移植到野生型無菌小鼠體內(nèi)，移植肥胖小鼠糞便的受體小鼠2周后脂肪存儲量顯著超過移植了健康小鼠菌群的對照組，表明肥胖表型可隨菌群在不同個體間發(fā)生轉(zhuǎn)移[77]。Pei等[78]首次發(fā)現(xiàn)并通過科赫法驗證了1株肥胖人腸道的因果條件致病菌——陰溝腸桿菌B29，該菌可以在小鼠腸道中定植并導(dǎo)致小鼠肥胖，這是國際上首次證明腸道條件致病菌與肥胖之間具有直接因果關(guān)系，該研究結(jié)果為臨床預(yù)防和治療肥胖癥及其他相關(guān)疾病提供了新靶點。

然而，關(guān)于腸道微生物群與豬脂肪沉積之間關(guān)系的研究很少，大部分基于相關(guān)性分析的結(jié)果。He等[79]在二花臉豬和巴馬香豬群體中發(fā)現(xiàn)瘤胃球菌屬與豬背膘厚和腹部脂肪沉積均呈顯著相關(guān)。Yang等[80]通過向抗生素處理鼠分別灌喂金華豬(高脂肪生成豬)和長白豬(低脂肪生成豬)腸道菌群，發(fā)現(xiàn)接受金華豬糞菌移植鼠與供體豬表現(xiàn)出相似的腸道菌群組成和脂肪生成特性，說明豬的肥胖表型可以通過糞菌移植的方式傳遞給受體動物，初步證明了肥胖豬的腸道菌群可以傳遞肥胖表型。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)[81]，寇氏普氏菌與豬的脂肪沉積密切相關(guān)，肥胖豬腸道中富集寇氏普氏菌，通過多組學(xué)分析、細(xì)菌分離與小鼠腸道定植試驗系統(tǒng)證明了寇氏普氏菌調(diào)控豬脂肪沉積的因果關(guān)系，明確了寇氏普氏菌是通過TLR4和mTOR通路激活宿主慢性炎癥反應(yīng)以增加宿主脂肪累積和改變機體代謝。Yang等[73]研究發(fā)現(xiàn)，與背膘厚的豬相比，瘦肉型豬的回腸和盲腸中富集了大量普雷沃氏菌屬，通過宏基因組測序確定其富集糖苷水解酶和多糖降解功能通路。Lu等[82]分析結(jié)果顯示，豬糞便中普雷沃氏菌屬與背部脂肪增加相關(guān)。Bergamaschi等[83]基于16S rRNA基因測序數(shù)據(jù)在1 028頭豬中分析腸道菌群與日增重和背部脂肪相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)與平均日增重和背部脂肪相關(guān)的OTUs分別注釋到梭菌屬、普雷沃氏菌屬、乳桿菌屬、真桿菌屬、瘤胃球菌屬、鏈球菌屬、擬桿菌屬、密螺旋體屬、糞球菌屬和柔嫩梭菌屬。

3.3 影響宿主行為

除了提高飼料利用率和導(dǎo)致脂肪沉積外，腸道微生物還能通過“微生物-腸道-大腦軸”影響大腦活動和宿主行為。研究發(fā)現(xiàn)，給在跳臺試驗中表現(xiàn)膽小的無菌BALB/c小鼠移植瑞士白色小鼠(NIH Swiss)的腸道微生物，可觀察到BALB/c小鼠表現(xiàn)出更多的探索行為，同時，這些“變得勇敢的小鼠”海馬體中檢測到腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)水平上升，而BDNF的上調(diào)可增加宿主的抗焦慮和抗抑郁行為[84]。另外，腸道微生物可通過影響腦部神經(jīng)遞質(zhì)(如5-羥色胺)、細(xì)胞因子、突觸素等分子的釋放水平來參與大腦功能和個體行為的調(diào)節(jié)。Yano等[85]研究表明，腸道無菌小鼠結(jié)腸和糞便中5-羥色胺水平明顯低于正常小鼠，更容易產(chǎn)生憂郁的情緒。

3.4 參與宿主炎癥免疫

豬腸道內(nèi)寄居的微生物及其代謝產(chǎn)物有助于腸道黏膜免疫，對宿主的健康具有重要意義。宿主免疫系統(tǒng)可以通過分泌各種免疫效應(yīng)因子，如黏蛋白、分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、再生胰島素Ⅲ(RegⅢ)γ和防御素來調(diào)節(jié)腸道微生物的分布和組成；相反，腸道微生物也可以通過其特定成分或代謝物促進免疫細(xì)胞，包括調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)和Th17細(xì)胞的分化。腸道菌群失調(diào)會導(dǎo)致細(xì)菌易位和腸道屏障功能受損，影響機體健康。Ukena等[86]研究發(fā)現(xiàn)，益生菌大腸桿菌Nissle 1917通過上調(diào)腸道緊密連接蛋白zonula occludens 1(ZO-1)增強上皮屏障功能，降低腸道上皮通透性，提高胃腸道疾病的發(fā)生率。仔豬在早期斷奶前的第6～20天內(nèi)飼喂富馬酸乳桿菌，可以顯著提高腸道緊密連接蛋白(ZO-1、閉鎖蛋白和Claudin-1)的表達(dá)，并使腸道sIgA水平顯著提高。Hu等[87-88]從中國地方豬品種從江香豬中分離出的格氏乳酸菌LA39或發(fā)酵乳酸菌單獨移植即可促使仔豬產(chǎn)生腹瀉耐受；進一步在分子層面探索了2株益生菌抗腹瀉的機制：格氏乳酸菌LA39和發(fā)酵乳酸菌分泌的格氏菌素A以宿主腸上皮細(xì)胞為靶點，與腸上皮細(xì)胞質(zhì)膜中KRT19蛋白結(jié)合，然后通過激活mTOR介導(dǎo)的磷酸二酯酶活性降低細(xì)胞環(huán)核苷酸水平，增加腸液吸收和減少腸液分泌，從而賦予早期斷奶仔豬抗腹瀉能力，同時在移植無菌小鼠試驗中也證明益生菌分泌的格氏菌素A可抗腹瀉及增加機體免疫的功效。

腸道細(xì)胞如小腸固有層Th17細(xì)胞的分化需要特定細(xì)菌的參與，同一種細(xì)胞經(jīng)不同的腸道菌刺激細(xì)胞效應(yīng)不盡相同，如鼠檸檬酸桿菌誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞具有炎癥性，主要參與有氧糖酵解，這通常與炎癥效應(yīng)細(xì)胞有關(guān)；相反，分節(jié)絲狀細(xì)菌(SFB)誘導(dǎo)的Th17細(xì)胞是非炎癥性的，在維持腸道平衡、黏膜結(jié)構(gòu)的發(fā)展、IgA的誘導(dǎo)及產(chǎn)后腸道免疫功能的成熟中發(fā)揮著重要作用。此外，調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在適應(yīng)性免疫耐受中起著重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物可以通過促進調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化或通過誘導(dǎo)IL-10的表達(dá)來增強適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的抗炎作用[89]。脆弱擬桿菌和部分梭菌能誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞活化，其中，脆弱桿菌通過多糖A對宿主免疫系統(tǒng)發(fā)揮積極的免疫調(diào)節(jié)作用，該多糖作用于抗原呈遞細(xì)胞表面的TLR2/TLR1異構(gòu)體以及C型凝集素樣受體Dectin-1。與這些受體的結(jié)合激活了PI3K信號通路，從而誘導(dǎo)宿主調(diào)節(jié)性T細(xì)胞產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞因子IL-10。而梭菌可誘導(dǎo)結(jié)腸調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在抑制炎癥和超敏反應(yīng)中發(fā)揮核心作用。Atarashi等[90]研究發(fā)現(xiàn)，用從小鼠糞便中分離的Ⅳ、XⅣa和XⅧ梭狀芽胞桿菌菌株的混合物定植無菌小鼠，導(dǎo)致結(jié)腸固有層中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的數(shù)量增加。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞在小腸和結(jié)腸中廣泛存在，能減少飼糧刺激導(dǎo)致的不良反應(yīng)[91]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞還參與全身性過敏反應(yīng)應(yīng)答的抵抗，防止感染過程中效應(yīng)分子引起的細(xì)胞損傷[92]。

4 小 結(jié)

腸道微生物在豬生長、飼料利用率、脂肪沉積和炎癥免疫等方面發(fā)揮著非常重要的作用。作者概述了中外豬種不同腸道部位廣泛存在的核心菌群和不同日齡、不同腸道部位腸道菌群組成變化，歸納了宿主遺傳背景、飼糧、性別、環(huán)境和抗生素使用等因素對豬腸道菌群組成的影響。了解腸道微生物組成與豬重要經(jīng)濟性狀的相關(guān)研究進展，有助于進一步思考豬腸道菌群的研究方向，為從腸道菌群方向改善生豬健康和提高生產(chǎn)水平提供參考。