丁酸梭菌的研究及應用進展

吳媛媛

（四川省水產學校，成都 611730）

1 丁酸梭菌的生物學功能

1.1 調節胃腸道微生態平衡

丁酸梭菌能分泌維生素和生長因子等促進腸道有益菌群增殖，同時產生抗菌肽和有機酸等抑制有害菌群生長，優化胃腸道菌群結構，且有機酸是腸壁細胞的能量來源，對腸道上皮組織的再生和修復具有重要的意義。曹廣添等將丁酸梭菌分別與大腸桿菌、乳酸桿菌等聯合培養，與單獨培養比，有益菌豐度均增加，而病原菌數量均降低[1]。Kuroiwa 等報道，丁酸梭菌能產生生物活性分子，促進雙歧桿菌、乳酸菌、糞桿菌等腸道有益菌群增殖[2]。朱曉慧等將丁酸菌發酵提取物分別與雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和糞鏈球菌共培養后，3種活菌豐度均提高[3]。肖英平等在肉雞日糧中添加丁酸梭菌可增加盲腸中產短鏈脂肪酸菌群的豐度[4]。同時，丁酸梭菌還可分泌淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、纖維素酶和半纖維素酶等，其降解的中間產物被雙歧桿菌等益生菌群利用，促進有益菌的生長繁殖，維持腸道健康。Zhang等發現，丁酸梭菌可優化斷奶仔豬腸道菌群結構，提高腸道中揮發性脂肪酸的含量，并提升小腸中益生菌群豐度[5]。Taka?hashi 等認為，丁酸梭菌產生的丁酸、乙酸可預防和治療出血性大腸桿菌感染的小鼠，在體內外體均能抑制出血性大腸桿菌的生長，證實丁酸梭菌可降低肉雞壞死性腸炎的發病率和緩解相關癥狀[6-7]。此外，丁酸梭菌可通過調控腸組織中緊密連接蛋白Occludin 和ZO-1 等蛋白表達，從而改善腸黏膜通透性，緩解疾病相關癥狀，維持腸道健康；具有定植占位效應，能在腸黏膜表面形成偽膜，占據腸道上皮細胞黏附位點，抑制腸道內有害菌和腐敗菌的定植和入侵，丁酸梭菌提取物脂磷壁酸能抑制大腸桿菌在腸上皮細胞的附著[8-10]。上述研究均表明，丁酸梭菌能促進有益菌生長，抑制致病菌的增殖，維持腸道菌群平衡，預防腸道疾病的發生。

1.2 調控機體免疫反應

丁酸梭菌具有雙向免疫調節能力，不僅能促進機體免疫器官發育，激活機體免疫應答，提高機體免疫力，還能抑制機體炎癥反應。劉亭婷等在仔雞日糧中添加丁酸梭菌，發現丁酸梭菌組雞的脾臟指數、血清中IgG 和C3 的含量均高于對照組，胸腺和法氏囊指數有上升趨勢[11]。李可等研究發現，丁酸梭菌能提高仔雞脾臟和法氏囊指數，尤其提高母雞的脾臟指數[12]。Han等研究表明，丁酸梭菌還能提高肉雞血清中IgM的含量，并能與植物乳酸桿菌產生協同效應[13]。賈聰慧等研究表明，丁酸梭菌可提高肉雞血清中IgA含量，且與抗生素相比效果更佳[14]。Yang研究發現，丁酸梭菌在第2周時就能提高肉雞血清中IgA 和IgG 的含量，而在第3 周時才能提高肉雞血清中IgM 的含量[15]。王柳懿等發現，丁酸梭菌能促進斷奶仔豬回腸組織中TLR2/4、接頭蛋白MyD88 和負調控因子的表達量，且血清中IL-8含量呈上升趨勢[16]。此外，丁酸梭菌能通過抑制NF-kB 信號通路，調控下游基因表達，抑制炎性細胞因子IL-6 和TNF-α的表達，從而抑制機體炎癥反應[17]。Gao 等和Kanai 等則認為丁酸梭菌可通過激活人腸上皮細胞中TLR2介導的MyD88 信號通路，誘導巨噬細胞產生抗炎性細胞因子IL-10，來達到抗炎的效果[18-19]。

1.3 促生長作用

丁酸梭菌可通過分泌益生物質，維持腸道健康，調控腸道平衡，增強宿主免疫，提高飼料轉化率和抗病性，達到促進機體生長的作用。賈聰慧等報道，丁酸梭菌能提高肉雞體重、平均日增重和平均日采食量，并認為這與增強機體免疫功能有關[14]。李玉鵬等試驗證實，丁酸梭菌能提高斷奶仔豬的日增重，且料重比降低5.26%，并表明這與改善腸道菌群和腸道屏障功能有關[6]。Takahashi等發現，丁酸梭菌可通過增強機體免疫，改善腸道菌群結構來提高肉雞和斷奶仔豬的日增重和飼料轉化率，促進機體生長[8]。此外，丁酸梭菌還可改善機體胴體性狀，提高肉品質[12]。

1.4 抗逆性強

丁酸梭菌對胃腸道以及貯存和加工運輸過程中的高溫、高壓、酸性、機械摩擦等各種惡劣環境均有很強的耐受性。劉磊等將丁酸梭菌在人工胃液和腸液中作用3 h 后，其存活率均＞90%，并發現其最高膽鹽濃度為0.4%，經腸道消化酶混合液處理198 min 后的存活率仍為47.17%，表明其對胃腸道環境有較好的耐受性[20]。賈麗楠等發現，丁酸梭菌經85 ℃處理7.5 min，0.4 MPa 處理5 min 后，其存活率分別為46.35%、101.74%，表明其能耐受飼料加工過程中的高溫、高壓環境[21]。此外，丁酸梭菌對頭孢立新、氨基糖苷類等十多類抗生素均不敏感，僅對新生霉素、萬古霉素等少數抗生素敏感[22]。因此，丁酸梭菌可與部分抗生素聯合使用，降低抗生素的副作用。表明丁酸梭菌是一類開發潛力巨大、應用前景廣闊的益生菌種。

2 在動物生產中的應用研究

2.1 在家畜方面的應用

丁酸梭菌在家畜方面主要應用于豬，其能改善豬腸道菌群結構，維持腸道屏障完整，激活機體免疫，增進消化，促進生長，而鮮見其他哺乳類相關報道。王柳懿等研究表明，斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌5×1011cfu·kg-1能提高回腸組織TLR2/4、MyD88、Tollip 和Bcl3 的表達量，提升血清中IL-8和TNF-α的含量，激活機體免疫應答[16]。李玉鵬等研究表明，斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌5×105cfu·g-1能提高日增重、降低料重比，促進空腸組織NOD樣受體蛋白、封閉蛋白1和緊密連接蛋白2的表達量，并能提高腸道中乳酸桿菌豐度，而降低大腸桿菌含量，認為其能提高仔豬小腸屏障功能，增強免疫和改善腸道菌群平衡，促進仔豬生長[6]。劉婷婷等報道，斷奶仔豬飼料中添加谷氨酰胺1%與丁酸梭菌復合物500 mg·kg-1可提高仔豬斷奶平均日增重、血清中補體水平和溶菌酶活性、小腸絨毛高度以及盲腸中乳酸菌和雙歧桿菌含量，降低大腸桿菌豐度[23]。王騰浩研究發現，6 株豬源丁酸梭菌能分泌有益物質，提高斷奶仔豬消化酶活性，緩解LPS對腸道的損傷、抑制細胞凋亡和炎性細胞因子合成、促進緊密連接蛋白表達，提高血清免疫球蛋白含量和補體水平，改善腸道菌群結構，從而提高仔豬生長性能，并認為能替代抗生素使用[24]。

2.2 在家禽方面的應用

日糧中添加丁酸梭菌，不僅可提高肉雞日增重、飼料轉化率，改善腸道菌群結構和屏障功能，還可有效預防腸炎的發生，提高肉雞的免疫力、抵抗力，促進生長，改善雞肉品質。肖英平等采用高通量測序技術分析了丁酸梭菌對肉雞盲腸菌群結構的影響，發現丁酸梭菌具有降低硬壁菌門豐度、增加擬桿菌門豐度的功能，肉雞盲腸中短鏈脂肪酸生成菌如糞棲桿菌、別樣桿菌和類桿菌屬等豐度升高，而毛螺菌屬、理研菌屬和鏈球菌屬等豐度降低，并可降低肉雞的料肉比[4]。王政等研究發現，酪酸菌能抑制LPS 誘導的TLR5 的高水平表達，從而降低IL-1β和IL-6的分泌，并提高白羽肉雞空腸絨毛高度及絨毛高度與隱窩深度的比值，改善腸道屏障，促消化，降低料重比，提高白羽肉雞生長性能[25]。在飼料中添加適量的丁酸梭菌，肉雞血清中IgM 和腸道內容物中揮發性脂肪酸含量得到提高[13]。盲腸內容物的pH 和盲腸的相對長度降低，空腸黏膜中的堿性磷酸酶活性增加，表明丁酸梭菌改善了肉雞免疫和腸道屏障功能[26]。杜云平等在日糧中添加丁酸梭菌能增加肉雞生產性能，同時發現丁酸梭菌能較好的預防小雞的腸炎[27]。李可等研究表明，丁酸梭菌能提高肉仔雞的免疫器官指數和胸肌率，并降低腹脂率和胸肌的滴水損失率及蒸煮損失率，從而促進肉仔雞免疫器官發育，改善肉雞肉品質，提高胴體性狀[12]。

3 發展方向與前景

丁酸梭菌不僅有類似乳酸菌調節腸道微生態平衡的作用，還具有芽孢桿菌樣的抗逆性，在養殖業中有著廣闊的應用前景。但丁酸梭菌因單位發酵液芽孢數的得率較低，從而成本高，導致其在養殖業中應用不多。因此需篩選優勢菌種、優化培養條件，降低應用成本。同時，丁酸梭菌對不同年齡段的動物效果不同，需開展大量的試驗，探明其對不同年齡階段或動物的適宜使用劑量和方法。此外，丁酸梭菌與乳酸菌、雙歧桿菌等多種益生菌存在協同效應，但仍需通過試驗來確定菌種的比例。隨著丁酸梭菌的廣泛應用，其作用機理也需進一步研究。