丁酸梭菌對腸道健康調節作用及應用研究進展

孫健 喬立東 雷莉輝 關文怡 （北京農業職業學院牧醫系 北京 102442）

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丁酸梭菌對腸道健康調節作用及應用研究進展

孫健 喬立東 雷莉輝 關文怡 （北京農業職業學院牧醫系 北京 102442）

丁酸梭菌是從健康人和動物腸道中分離的一種革蘭氏陽性芽孢桿菌，具有耐熱、耐酸，耐多種抗生素等生物學的特性。丁酸梭菌在腸道內具有調節腸道菌群平衡、改善腸道健康，提高動物生長性能及改善肉品質等作用，具有良好的應用前景。

丁酸梭菌，又名酪酸梭菌，是一種專性厭氧的革蘭氏陽性芽孢桿菌。丁酸梭菌是人和動物腸道的正常菌群，也廣泛的存在于土壤、奶酪和天然酸奶中[1]。丁酸梭菌在室溫在具有良好的耐儲存能力和穩定性，對外界惡劣環境具有較強的抵抗能力，還對體內的胃液、膽汁酸和消化液具有較強的抵抗作用。丁酸梭菌對多種抗生素具有很強的耐受能力，只對新生霉素、萬古霉素和四環素等少數抗生素敏感。2003年歐盟批準丁酸梭菌可作為肉雞和斷奶仔豬飼料添加劑。2009年7月我國農業部批準了丁酸梭菌制劑可作為飼料添加劑使用。2013年將其納入《中國飼料添加劑品種名錄(013)》的《附錄二》中[2]。丁酸梭菌作為飼料添加劑，促進有益菌在消化道內的定植和增殖、具有抑制有害菌的生長、改善腸道健康、提高動物生長性能及改善肉品質等作用[3]。

1 丁酸梭菌對腸道健康的調節作用

1.1 抑制有害菌的生長 丁酸梭菌能抑制有害菌的生長，但并不影響有益菌在消化道內的定植和增殖。自上世紀30年代日本人宮入近治發現此菌以來，做了大量研究，發現丁酸梭菌對產毒素的大腸桿菌及各種引起食物中毒的細菌有極強的拮抗作用，對臨床上急慢性胃腸炎、赤痢、消化不良等消化系統疾病有較好的療效。陳秋紅等人研究發現丁酸梭菌對腸道致病菌大腸桿菌、沙門氏菌和志賀氏菌具較強的抑制作用[4]。唐寶英等人將丁酸梭菌分別與豬大腸桿菌、雞大腸桿菌和雞白痢沙門菌等動物腸道致病菌進行了體外共培養基，結果顯示丁酸梭菌對上述致病菌有拮抗作用[5]。Yang等報道日糧中添加丁酸梭菌可降低肉雞盲腸中大腸桿菌、沙門氏菌和產氣莢膜梭菌的數量，提高肉雞盲腸中雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量，緩解肉雞的下痢癥狀[6]。曹廣添等人在體外試驗中證明丁酸梭菌能顯著抑制大腸桿菌、沙門氏菌和產氣莢膜梭菌的增殖[7]。

1.2 促進益生菌的增殖 丁酸梭菌可促進腸道有益菌群(雙歧桿菌、乳酸桿菌)的增殖和發育。朱曉慧等人將丁酸梭菌分別與乳酸菌、雙歧桿菌和糞桿菌在體外進行混合培養，試驗顯示丁酸梭菌可促進乳酸菌、雙歧桿菌和糞桿菌活菌含量增加[8]。Hossain等人用丁酸梭菌與枯草芽孢桿菌和乳酸桿菌制成復合益生菌飼喂肉雞，屠宰后取回腸和盲腸內容物進行微生物菌群測定，發現飼喂后可明顯增加乳酸菌和雙歧桿菌的數量，而且明顯抑制大腸桿菌和產氣莢膜梭菌的生長[9]。

1.3 維持腸道正常的形態結構 腸道是消化和吸收營養物質的重要場所，腸絨毛高度越高則腸上皮細胞的數量越多，腸上皮細胞數量越多，則小腸對營養物質的吸收能力越強。隱窩是腸絨毛根部向固有層下陷形成的管狀小管腔，隱窩變淺，說明腸上皮細胞的成熟率上升，吸收能力增強。若隱窩變深則說明機體代謝增強，維持需要增多，生產性能低。因此，絨毛高度與隱窩深度的比值很好地反應小腸的功能情況。鄭有秀等人通過試驗證明斷奶仔豬飼糧添加丁酸梭菌不僅顯著提高空腸絨毛高度，還可顯著提高空腸絨毛高度與隱窩深度的比值[10]。劉婷婷等人研究發現在蛋雞飼糧中添加不同濃度的丁酸梭菌均可顯著增加十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度以及絨毛高度與隱窩深度的比值[11]。

1.4 維護腸黏膜健康 腸道黏膜是動物體內是具有保護作用的組織學屏障。丁酸梭菌可加速腸黏膜上皮細胞的生長和幼畜腸道發育成熟。有研究表明，丁酸梭菌對抗生素導致的腸道黏膜完整性損壞、絨毛破壞、上皮細胞腫脹脫落等癥狀有明顯的修復作用[3]。劉婷婷等人研究發現在蛋雞飼糧中添加不同濃度的丁酸梭菌均可顯著增加了空腸黏膜厚度[11]。丁酸梭菌的代謝產物丁酸除了能夠為腸道上皮細胞提供能量外，還具有直接的免疫調控功能，能增強腸道上皮細胞的增殖和分化，提高腸道屏障功能，對維護黏膜健康有一定的作用。

1.5 對腸道的免疫調節作用 腸道是機體最大的免疫器官，淋巴器官和與其相關淋巴黏膜組織構成了機體腸道的免疫防御系統。大量實驗表明，丁酸梭菌能夠激活人或動物機體免疫系統，機理尚不明確，但丁酸梭菌的代謝產物丁酸刺激腸道黏膜免疫活性及對腸道微生態的調節都一定程度上起到促進免疫的功能。Murayama等證實口服丁酸梭菌可以激活多細胞系黏膜免疫系統活性并顯示出輔助抗霍亂毒素活性[12]。劉亭婷在蛋用仔公雞的飼料中添加適量的丁酸梭菌，其血清免疫球蛋白G和血清補體C3含量均顯著提高[13-14]。

1.6 為腸道提供營養物質 丁酸梭菌在后腸發酵后的主要代謝產物是丁酸，而丁酸是結腸上皮細胞的能量代謝和正常生長主要的營養物質，能量供應的不充分是導致結腸炎的主要因素之一，而結腸上皮細胞70%能量一般是從丁酸鹽中獲得。丁酸梭菌在腸道內能合成B族維生素和維生素K等物質，同時也能促進維生素E的吸收，增強動物機體的抗病能力，具有重要的保健作用。丁酸梭菌合成的維生素種類比較豐富，這些維生素可提高飼料利用率和動物生產性能。丁酸梭菌在腸道內可產生多種能幫助機體消化的酶類，在這些酶系的作用下，日糧中纖維和果膠的降解中間產物可被雙歧桿菌等乳酸菌利用，促進乳酸菌增殖，最終降解產生的揮發性脂肪酸被機體吸收利用。

2 丁酸梭菌在畜牧業生產中的應用

2.1 提高生產性能 丁酸梭菌制成微生態制劑并添加到動物飼料中，可以提高成活率、產蛋率，降低料肉比，提高免疫力。郝永任研制開發的丁酸梭菌、乳酸菌和酵母菌復合的丁酸梭菌制劑用于肉雞生產，平均增重提高8.28%，料肉比降低5.77%，死淘率降低65%，并且能夠提高肉雞的免疫力[15]。李玉鵬等人在斷奶仔豬日糧中添加丁酸梭菌能改善斷奶仔豬的生長性能，調節腸道菌群平衡，提高了腸上皮細胞緊密連接相關蛋白的ｍRNA 相對表達水平以及血清中抗炎性細胞因子IL-10的含量，降低了血清中促炎性細胞因子IL-1β的含量，改善了斷奶仔豬的腸黏膜屏障功能和機體炎癥反應[16]。張彩云等在斷奶仔豬的日糧中添加1%丁酸梭菌，顯著提高了仔豬的平均日增重，添加3%的丁酸梭菌能顯著提高仔豬飼料的轉化效率[17]。張秀江等人研究發現仔豬斷奶后添加丁酸梭菌能夠減少斷奶后飼料對仔豬的應激，促進仔豬的健康，提高其抗病性能，降低仔豬腹瀉率[18]

2.2 改善肉品質 丁酸梭菌可調節動物的脂肪代謝，提高肉品質。趙旭等人報道添加丁酸梭菌可通過改變21日齡肉雞腿肌脂肪代謝相關酶活性和基因表達來增加肉雞腿肌肌內脂肪含量[19]。Liao等人研究發現，飼糧中添加丁酸梭菌可顯著提高42日齡肉雞胸肌多不飽和脂肪酸的含量以及多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸的比率(多不飽和脂肪酸可形成雞肉的特征性風味物質，對改善肌肉品質有一定的作用)。另有研究表明，肉雞飼糧中添加丁酸梭菌可顯著降低肌肉的剪切力。丁酸梭菌對畜禽肉品質的改善有一定的作用效果，可能主要與其影響肌內脂肪沉積和多不飽和脂肪酸的含量有關，具體的作用機制還需要進一步的研究[2]。

2.3 用于消化道疾病的治療 在臨床上丁酸梭菌被制成微生態制劑用于疾病治療。丁酸梭菌在日本是一種可用于抗腹瀉的益生菌，腹瀉患者從試驗開始或者中間接受丁酸梭菌治療，可分別降低9%和5%的腹瀉[3]。姚麗等人將丁酸梭菌活菌散與蒙脫石散間隔應用治療小兒遷延性腹瀉的臨床治療，發現療效顯著[20]。抗生素的大量使用可能造成大腸炎、下痢等，宿主腸內的生理環境受到破壞。另有研究表明將丁酸梭菌與抗生素結合使用可以減少抗生素造成的腸道菌群的變化，降低副反應[14]。

丁酸梭菌作為一種新型的益生菌型飼料添加劑，與其他益生菌相比具有良好的耐熱和耐酸特性，而且具有較好的穩定性，符合新型微生物飼料添加劑的特點[21]。但丁酸梭菌作為微生物飼料添加劑的研發與應用仍處于發展的初始階段，作用機制需要更明確的闡述，需要進行更多的試驗研究[22]。

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（2018–10–13）

北京農業職業學院技術研發與示范推廣基金資助(編號XF-YF-18-13)；北京市教委項目：編號KM201912448003

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