母豬腸道微生態(tài)與繁殖生理研究進(jìn)展

孔祥峰，劉雅婷

（中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙 410125；動物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

我國是世界養(yǎng)豬大國，養(yǎng)豬業(yè)在我國農(nóng)業(yè)中占有十分重要的地位。但是，在我國目前的養(yǎng)豬生產(chǎn)中，母豬的繁殖力整體偏低、幼齡仔豬的腸道健康問題十分突出。因此，通過加快遺傳選育、優(yōu)化營養(yǎng)供給、加強(qiáng)飼養(yǎng)管理等途徑，提高母豬的繁殖性能及其子代的生長發(fā)育和機(jī)體健康，已成為我國養(yǎng)豬業(yè)從業(yè)者的主要任務(wù)。

動物胃腸道中存在的大量微生物具有很強(qiáng)的代謝活性，對宿主的營養(yǎng)物質(zhì)利用和生理代謝功能具有重要的調(diào)控作用[1]，并且部分微生物可通過參與生殖激素的代謝間接影響母體的繁殖性能[2]。另外，腸道微生物代謝產(chǎn)生的小分子代謝物可被腸道吸收進(jìn)入血液循環(huán)，進(jìn)而影響宿主的中間代謝和免疫功能，并可作為信號分子或潛在毒素發(fā)揮全身調(diào)控作用，最終影響動物的生產(chǎn)性能和機(jī)體健康[3,4]。可見，胃腸道微生物在維持妊娠哺乳動物生理活動和機(jī)體健康方面發(fā)揮著重要作用，包括參與機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和代謝、免疫反應(yīng)、抵抗病原體感染和內(nèi)分泌調(diào)節(jié)等過程[5]。因此，動物妊娠與胃腸道菌群之間的聯(lián)系越來越受到人們的關(guān)注[6]。筆者結(jié)合自己近年來的研究成果，對國內(nèi)外母豬腸道微生態(tài)與繁殖生理方面取得的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期為研發(fā)提高母豬繁殖性能的調(diào)控技術(shù)提供思路。

1 妊娠母豬腸道微生物的動態(tài)變化

腸道微生物與母豬的繁殖性能密切相關(guān)。Shao等（2020）研究發(fā)現(xiàn)，與低產(chǎn)仔數(shù)（LPC，≤7）母豬相比，高產(chǎn)仔數(shù)（HPC，≥15）母豬妊娠后期（生產(chǎn)前3 d）微生物豐富度較低，普氏菌科細(xì)菌豐度較高、瘤胃球菌科細(xì)菌豐度較低，脂多糖合成相關(guān)代謝活性顯著增強(qiáng)；分娩早期（分娩后3 d）微生物多樣性較高，產(chǎn)糞甾醇真細(xì)菌和瘤胃菌科細(xì)菌豐度增加。這提示妊娠后期HPC母豬體內(nèi)可能存在更嚴(yán)重的炎癥，炎癥雖然可能會影響母體健康，但能促進(jìn)分娩；分娩早期微生物的差異可能有利于HPC母豬的止血和抗炎，有助于產(chǎn)后恢復(fù)[7]。也有人報道，年產(chǎn)仔數(shù)高（33頭）的母豬糞便中含有較多的乳酸桿菌，而年產(chǎn)仔數(shù)較低（28頭）的母豬糞便中含有較多的梭狀芽胞桿菌。

腸道微生物的多樣性可作為反映機(jī)體健康和代謝能力的生物標(biāo)志物[8]。Ji等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，在整個妊娠泌乳期，母豬腸道菌群的α多樣性逐漸增加，妊娠階段也會顯著影響腸道菌群的群落結(jié)構(gòu)（β多樣性）[9]。有人推測多樣性高的腸道菌群可使母豬具有更強(qiáng)的代謝能力和功能冗余，從而為胎兒的生長發(fā)育提供更多的營養(yǎng)物質(zhì)。Kong等（2016）在妊娠環(huán)江香豬上的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸細(xì)菌豐富度隨妊娠日齡的增加而降低，微生物組成和多樣性也存在空間和時間的異質(zhì)性[10]。

妊娠期間母體腸道微生物組成會發(fā)生顯著改變[11]。隨著妊娠期的延長，腸道中變形菌門和放線菌門細(xì)菌的數(shù)量顯著增加，微生物區(qū)系豐富度顯著減少；孕晚期糞便樣品呈現(xiàn)明顯的炎癥和能量損失特征，血液葡萄糖、瘦素、胰島素、膽固醇和炎性細(xì)胞因子濃度升高，且孕晚期出現(xiàn)的微生物種類與妊娠代謝綜合征的發(fā)生密切相關(guān)，不過上述的變化對維持健康妊娠和胎兒的快速生長發(fā)育是必要的[12]。Ji等（2017）報道，妊娠階段對變形菌門細(xì)菌數(shù)量的影響最小（P=0.053）；在妊娠第45～75天，厚壁菌門和乳酸桿菌屬細(xì)菌的數(shù)量顯著減少，變形菌門、腸桿菌科和擬桿菌屬細(xì)菌的數(shù)量顯著增加，妊娠第45天時回腸丙酸濃度顯著高于妊娠第75天[13]。Ji等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，隨母豬妊娠期的延長，軟壁菌門、纖維桿菌門和藍(lán)藻細(xì)菌的數(shù)量發(fā)生顯著變化，梭菌目、脫硫弧菌屬和普氏菌屬等細(xì)菌數(shù)量顯著增加，但斷奶時其數(shù)量顯著降低；妊娠進(jìn)程也與脂質(zhì)代謝和幾種碳水化合物降解菌（如普氏菌屬、琥珀酸弧菌屬、擬桿菌屬和副擬桿菌）數(shù)量的變化有關(guān)[9]。隨著妊娠期的延長，大多數(shù)能夠消化低聚糖、多糖、木質(zhì)纖維素和其他纖維素等植物成分的細(xì)菌大量增加，提示不可消化或能被部分消化的日糧成分這時可被腸道菌群代謝利用，這對母豬及其胎兒有益。大多數(shù)細(xì)菌在妊娠期增加、斷奶期減少，提示妊娠期腸道菌群的變化是短暫的，在這一關(guān)鍵時期大腸菌群的組成又會恢復(fù)正常。除了妊娠動物的生理變化外，腸道菌群的變化也可能與妊娠期和哺乳期母豬日糧成分的不同有關(guān)。

然而，DiGiulio等（2015）報道，妊娠期間陰道、大腸和唾液中微生物群落的分類組成和多樣性均保持不變[11]。Jost等（2014）在圍產(chǎn)期內(nèi)也沒有檢測到厚壁菌門數(shù)量的變化[14]。目前對腸道菌群在維持復(fù)雜妊娠過程和胎兒生長發(fā)育中的確切作用尚不清楚[15]。

母豬可通過哺乳及產(chǎn)道和糞便微生物等途徑對仔豬腸道菌群的定植和組成產(chǎn)生重要影響。有研究證實，母體消化道中某些特定種類的微生物會影響子代胃腸道微生物區(qū)系的多樣性以及黏膜免疫的發(fā)育和成熟[16]；營養(yǎng)不良兒童表現(xiàn)出的明顯生長發(fā)育遲緩與其不成熟的腸道微生物組成相關(guān)，菌群移植可有效干預(yù)腸道微生物的組成[17]，提示腸道微生物組成與新生動物的生長發(fā)育存在直接關(guān)系。總之，具有健康腸道菌群的母豬更有可能發(fā)揮最好的繁殖和泌乳性能。不過，通過調(diào)控腸道菌群改善母豬繁殖和泌乳性能的機(jī)制并不清楚。

2 妊娠母豬代謝功能的變化

通過測定機(jī)體體液尤其是血液樣品中的重要代謝物，可評價妊娠期間機(jī)體代謝活動的變化[18]。Ji等（2019）研究發(fā)現(xiàn)，妊娠第90和110天母豬血漿球蛋白（GLB）和總蛋白（TP）濃度顯著降低，斷奶后又恢復(fù)至正常水平[9]。Shao等（2020）報道，高產(chǎn)仔數(shù)母豬分娩后血清尿素氮（BUN）和高密度脂蛋白膽固醇測定（HDL-C）水平顯著增加，且BUN水平與瘤胃球菌科細(xì)菌的豐度呈強(qiáng)相關(guān)[7]。不過也有研究表明，在接近分娩時母豬血清GLB和TP含量降低[19]。母體肝臟和脂肪組織對蛋白質(zhì)的代謝和沉積可能被激活，以保證胎兒對能量的需求[18]。因此，血液TP和GLB含量可能取決于胎兒對營養(yǎng)物質(zhì)的需要。

脂代謝在母體的整個妊娠過程中起著關(guān)鍵作用[20]，妊娠可能會影響脂代謝，從而導(dǎo)致低密度脂蛋白（LDL）、極低密度脂蛋白（VLDL）、血清總膽固醇（TC）和甘油三酯（TG）等脂質(zhì)化合物濃度的變化。Ji等（2019）報道，隨著妊娠期的延長，血漿HDL-C、低密度脂蛋白-膽固醇測定（LDL-C）、TC和TG等脂質(zhì)代謝物以及血鈣濃度均顯著降低，斷奶時達(dá)到低峰值，并在斷奶后逐漸恢復(fù)至正常水平（除TG外）[9]，推測妊娠母豬需要為胎兒的生長發(fā)育提供更多的營養(yǎng)，不會有多余的脂肪被用來合成血脂。Metges等（2012）報道，盡管日糧蛋白質(zhì)水平不同，在妊娠第5～108天時血漿LDL-C和HDL-C濃度均升高，而在飼喂正常蛋白質(zhì)日糧時，母豬血漿TC濃度呈線性下降。這些變化可能與孕酮等雌激素濃度的變化有關(guān)，因為在妊娠早期血漿雌激素水平較低，隨妊娠期延長會增加10倍左右，從妊娠第86天到分娩后第10天，雌激素水平持續(xù)降低，然后一直保持較低水平[21]。

微生物代謝可生成短鏈脂肪酸（SCFA）、吲哚、氨、生物胺、氣體化合物（硫化氫、一氧化氮、一氧化碳）和維生素等代謝物[22]。這些代謝物被腸道吸收后，可參與宿主的代謝。SCFA是腸道菌群的主要代謝物，是能量平衡、腸道炎癥信號和胰島素敏感性的重要調(diào)節(jié)因子[23]。多胺、其他生物胺和吲哚等化合物是由結(jié)腸細(xì)菌代謝相應(yīng)的氨基酸生成的[24]。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，腸道差異菌屬與代謝物濃度之間存在顯著的相關(guān)性，擬桿菌屬、副擬桿菌屬、乳酸菌屬、巨型球菌、羅氏菌屬和瘤胃球菌屬等具有蛋白質(zhì)或氨基酸發(fā)酵能力的細(xì)菌與生物胺的濃度呈正相關(guān)，消化鏈球菌屬、密螺旋體屬和YRC22數(shù)量與生物胺濃度呈負(fù)相關(guān)；高濃度的SCFA與糖降解菌有關(guān)[24]。雖然有些腸道細(xì)菌與SCFA濃度相關(guān)，但由于微生物間存在復(fù)雜的相互飼喂和底物競爭等相互作用，所以很難預(yù)測哪些特定細(xì)菌產(chǎn)生了SCFA。然而，這些細(xì)菌可能在母豬飼糧的腸道發(fā)酵過程中發(fā)揮著重要作用。

總之，哺乳動物的妊娠進(jìn)展與腸道菌群組成和營養(yǎng)代謝的變化有關(guān)，特別是與參與碳水化合物降解的細(xì)菌，如普雷沃氏菌屬、琥珀酸弧菌屬、擬桿菌屬、副擬桿菌屬和梭狀芽孢桿菌目等細(xì)菌的含量有關(guān)。妊娠母體腸道菌群多樣性的變化是短暫的，且與不同妊娠階段的一些關(guān)鍵過程明顯相關(guān)。雖然可以通過相關(guān)性分析探討母豬腸道菌群組成與代謝參數(shù)之間的關(guān)系，但仍不能確定這些參數(shù)之間可能的因果關(guān)系。因此，未來的研究應(yīng)重點闡明妊娠泌乳母豬腸道菌群變化的生態(tài)學(xué)和功能機(jī)制，以確定腸道菌群的代謝活動與宿主代謝變化之間的潛在聯(lián)系。通過調(diào)節(jié)飼糧組成和營養(yǎng)水平，添加益生菌、益生元和合生元等益生物質(zhì)，來改善母豬腸道菌群的組成和多樣性，已成為提高妊娠母豬繁殖性能和機(jī)體健康的重要途徑。