益生素和益生菌控制微生態失調的綜述：現狀和前景

中圖分類號：S816 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2015）05-0094-03

各種動物和人類腸道中存在著大量微生物，其總量遠遠超過宿主的體細胞和生殖細胞數量。這些定殖微生物被稱為微生物菌群。微生物菌群能夠調節關鍵的生理過程，產生對宿主有益的效果，作為交換，它們獲得庇護的棲息地及能夠使其繁殖的營養成分。雖然在所有胃腸道部位均存在微生物菌群，但盲腸和結腸中數量最多。據估計，單胃動物和人類腸道后部存在約500～1 000種不同細菌。結腸和盲腸中90 %以上屬于厚壁菌門（包括梭菌屬、腸球菌屬、乳桿菌屬和瘤胃球菌屬）或擬桿菌門（包括擬桿菌屬和普雷沃菌屬）。在門這個層次，不同宿主類別之間有明顯的類似性。但在種這個層面，不同宿主的菌株存在極大的差異。健康菌群的特征之一是存在高度的多樣性。此外，在同一宿主內，宿主的年齡、遺傳背景、日糧和健康狀況等多種因素會影響微生物菌群的組成。日糧因素會改變小腸的微生態，營養成分主要在小腸中消化，其次是盲腸和結腸，但盲腸和結腸中的消化主要由微生物菌群進行。

腸道菌群通過固有免疫受體，包括Toll樣受體（TLRs）和NOD樣受體（NLRs）與腸道表皮細胞相互作用而導致宿主發生生理變化。腸相關淋巴組織（GALT）可將信號從粘膜表面傳播到身體其他部位。在GALT發育以及調節粘膜表面耐受無害菌、應對入侵致病微生物中，腸道菌群均起著至關重要的作用。厚壁菌生成的丁酸鹽似乎是一種關鍵的跨界信號傳遞分子，因為腸道后部的上皮細胞非常積極地攝取丁酸鹽。攝入的丁酸鹽會抑制核組蛋白去乙酰酶活性，從而導致細胞基因表達譜的顯著變化，表現出來就是復制和分化增加，緊密連接蛋白表達增強，從而增強了腸道屏障。

1 微生態失調（菌群失調）

除上述有益菌外，腸道還駐留有（兼性）致病菌。這兩種菌群相互作用。正常情況下，有益菌與致病菌相互競爭，從而在很大程度上防止后者在腸道中定殖。微生態失調（或菌群失調）被定義為導致保護性菌群和有害菌群之間不平衡的菌群變化。

但有益菌與有害菌之間沒有明確的分界。事實上，大量腸道微生物通常是共生的，在某些情況下會成為宿主的潛在威脅。需要通過有效的免疫應答來終止腸道（兼性）致病菌的生長和穿過腸道屏障侵入機體。因此，腸道免疫系統面臨的挑戰是保護宿主組織不受微生物侵襲，同時保持微生物共生的好處。通過抗原呈遞細胞不斷從腸腔采集樣品并呈遞給哺乳動物GALT的皮質免疫細胞，可實現對菌群的耐受性。最新的研究表明，厚壁菌門的梭菌可誘導節性T-淋巴細胞，因而在建立耐受性響應中起著重要的作用。

微生態失調與人體多種疾病狀況相關，包括局部胃腸道疾病和全身性疾病。但微生態失調是否會導致疾病或兩者僅僅是伴隨現象并不是很清楚。已經證明人體中飲食因素能夠引發微生態失調，而微生態失調反過來又會影響宿主-菌群的相互作用，通過TLR和NLR觸發引起炎癥。臨床研究證實，患有炎性腸病包括克羅恩氏病和潰瘍性結腸炎的病人存在微生態失調。

在歐盟禁止使用抗菌促長劑（AGP）前，人們對微生態失調基本沒有認識。此后微生態失調則被視為最具挑戰性的問題之一，特別是在肉雞和新斷奶仔豬中。有報告指出，肉雞微生態失調與腸道炎癥及小腸絨毛縮短有關。在試驗條件下，飼喂含有高劑量非淀粉多糖（NSP）且不添加NSP降解酶的日糧可誘導微生態失調。此外，此類日糧可使家禽更易定殖腸炎沙門氏菌。因此與人體一樣，日糧可誘導肉雞的微生態失調。在禁令實施前添加到動物飼料中的抗菌促長劑可防止有害微生物的變化。桿菌肽鋅能夠逆轉炎癥變化和絨毛縮短。可能過去因為使用抗菌促長劑而掩蓋了肉雞中多種日糧配方誘導的微生態失調。

2 益生菌

益生菌被定義為活的微生物，攝入足量益生菌對宿主有保健效果。這個概念最初源于20世紀初對大量攝入發酵乳的保加利亞人長壽相關因素的研究。最常使用的益生菌是乳酸菌，主要為乳酸桿菌和雙歧桿菌屬，其他屬也有使用，包括腸球菌和鏈球菌。益生菌的保健作用不僅限于腸道，也包括全身性代謝疾病如肥胖和II型糖尿病。

在益生菌的最初定義中，提到通過改善宿主腸道微生物平衡來發揮作用。但最新的定義中不再保留這方面的內容，因此益生菌作用機制仍然是不確定的。事實上，盡管人類營養中使用益生菌具有悠久傳統，但直至今日，新益生菌的發現和開發仍是一個經驗性的過程。動物飼料中應用活菌制劑的時間更短，但歐盟的飼料添加劑目錄中列出了100多種微生物和30多種腸道穩定劑。這表明，目前益生菌用于動物飼料的得到了廣泛的關注。由于禁止在動物飼料中使用促生長抗生素，人們對活菌制劑的興趣大大提高。

益生菌實際上可以作為抗生素替代品，用于改善家禽生產性能。在大量的試驗中，使用能夠通過上消化道的活菌制劑如微膠囊，可達到與使用抗菌促長劑相當的水平。但綜合多項不同飼喂試驗結果，并不總是能夠發現益生菌的明確效果。文獻中較為一致的結果是在感染的條件下可改善性能。無論是感染球蟲、產氣莢膜梭菌還是沙門氏菌，或僅僅是注射LPS，均可以在使用益生菌后觀察到有益的效果。但還未在微生態失調模型中進行類似研究。不過，微生態失調應該視為一種受感染狀況，雖然不是由單一明確的致病菌引起。

在動物飼料中使用益生菌控制微生態失調仍然存在著一些問題。首先是安全，如上所述，有益菌與兼性致病菌和條件致病菌之間并非總存在明顯區別。事實上，駐留在腸道中的多種不同微生物都可能在某些條件下從腸腔進入血液循環系統并致病。細菌轉移的誘發因素可能包括宿主的免疫狀況、細菌種類、接種或妊娠。目前還不清楚，作為微生態失調標志的炎癥狀況是否會誘發微生物轉移。有跡象表明，一些益生菌株可能對條件致病菌轉移有保護作用。一項最新研究發現，使用金屬絲地面誘發肉雞跛足模型中，商品化混合益生菌可顯著減少跛足肉雞的數量。

限制益生菌應用的另一個問題是大多數家禽飼料為制粒料，在混合過程中添加細菌會在制粒過程殺死。乳酸桿菌、雙歧桿菌等均容易發生熱失活。不過對芽孢桿菌而言，這并不是一個問題，芽孢桿菌通常作為耐熱孢子體添加到飼料中。有關動物飼料制粒期間凍干細菌存活情況的信息相當少，不過在粉料中混合凍干益生菌株肯定是一個可行的選擇。

3 益生素

益生素是一種選擇性發酵的日糧成分，會導致腸道菌群的組成和/或活性發生特定變化，從而促進宿主的健康。大多數益生素是所謂的非淀粉多糖（NSP）或非淀粉寡糖。后者包括果寡糖、半乳寡糖、阿拉伯寡糖、棉子寡糖（RFOs）等。有些學者并未將甘露寡糖列為嚴格意義上的益生素，因為盡管可以改善斷奶仔豬和兔等多種動物的生產性能，但顯然不會改變腸道菌群。與此相反，在不存在發達菌群的情況下，有些益生素進行卵內注射后對雛雞產生有益作用，如棉子寡糖。

在多項肉雞飼喂試驗中，有些益生菌，包括0.25 %或0.5 %的FOS可將生產性能提高至與使用抗生素相當的水平。但是，并非所有的研究都報告飼料益生素的有益作用。有研究指出，雛雞飼料混合物中天然含有棉子寡糖形式的低聚糖，其濃度高于微生態失調通常建議添加的益生素和益生菌濃度。因此，不同益生素添加劑在不同試驗中結果不一致可能取決于飼料配方中其他配料的組合。此外，有多種因素會影響益生素能否成功。比如小麥和其他谷物來源的阿拉伯木聚糖會因預處理而有所差異，多聚化程度和阿拉伯木聚糖-寡糖的替代程度不同也可能產生不同的效果。研究結果表明，某些益生素可幫助控制動物的微生態失調，不過還需要更多的試驗和現場研究以支持這種建議。

4 未來前景

已經對多種益生菌和益生素進行了大量飼養試驗，尤其是在肉雞中。但指標大多是飼料轉化率和日增重，方法大多是經驗性的。在肉雞產氣莢膜梭菌相關性壞死性腸炎中已經證明，益生菌對接種特定致病菌具有保護效果。對益生素和益生菌保健作用的更多研究正在進行中。由于使用抗菌促長劑和其他傳統控制方法（如鋅鹽）的法規壓力越來越嚴格，新益生素和益生菌的更多研究也在進行之中。

不過在該領域取得重大突破需要對腸道生態系統有更好的了解。顯然這種生態系統極其復雜，存在多種微生物間以及微生物菌群-宿主間的相互作用。目前正試圖揭開這些復雜的相互作用。方法之一是基于關鍵病原體假說，某些低豐度微生物病原體可通過重構正常良性菌群成為有害菌群而產生炎癥性疾病。在家禽中產氣莢膜梭菌可能導致亞臨床情況下的微生態失調，及臨床重癥病例中的壞死性腸炎。

了解腸道生態系統的另外一種方法是利用目前可用并能承擔的大規模測序和數學分析優勢，對健康者與微生態失調者所有菌群組成的宏基因組進行比較研究。不過采用這種方法，健康者之間菌群組成方面仍然有巨大的差異，即使采用目前可用的技術，仍只有少部分總16S核糖體-RNA-編碼基因被測序。

第三種方法是代謝組學方法。小腸后部存在大量微生物，會連續生成大量代謝產物。這些代謝產物不僅影響菌群自身，也影響腸道菌群，甚至對宿主健康產生影響。因此，代謝產物分析可有助于我們了解腸道生態系統。不同微生物產生的代謝產物可能對其他微生物是有毒的。例如，某些產氣莢膜梭菌的代謝產物會殺死其他密切相關的菌株，甚至是同種菌株。不過，一類微生物生成的代謝產物也可能成為其他微生物的營養成分來源。這種交叉喂養的現象在塑造腸道菌群平衡中可能同樣重要。實際上，某些代謝產物的過量生成或生成量不足可能會引起微生態失調。了解這些代謝反應可有助于設計新一代益生素日糧。

最后，細菌培養作為一種工具，對促進腸道生態系統的了解仍然是有用的。在腸道中定殖的微生物只有少量得到培養，因此分離并鑒別腸道中的微生物顯然可獲得有用的信息。過去主要分離致病微生物，今后應更注重有益微生物的分離。最近從雛雞盲腸中分離出產丁酸的嚴格厭氧菌，其中一株菌通過抑制炎癥級聯反應，對炎性腸病實驗動物模型具有很高的保護作用。

總之，不應僅僅將益生素和益生菌視為抗菌促長劑的簡單替代品。需要考慮腸道生態系統中宿主、飼料和菌群這三種因素的復雜性，開展更多的基礎研究，了解健康和患病腸道的情況。

原題名：A review on prebiotics and probiotics for the control of dysbiosis：present status and future perspective（英文）

原作者：R. Ducatelle等（比利時根特大學獸醫學系病理學、細菌學和禽流感疾病教研室）