糞菌移植技術在養豬生產中的研究進展

◆作者：顧婕

◆單位：華南農業大學動物科學學院

糞菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）作為一種可以重塑腸道菌群的治療方式，將健康個體捐贈糞便微生物群落移植到患病個體腸道中，使腸道微生物菌群的組成和功能正常或改變。在現階段人類醫學的研究應用中，糞菌移植現狀基本定義在治療復發性難治性梭狀芽孢桿菌感染（clostridioides difficile infection，CDI），因其被寫入美國藥品監督管理指南后有效性得到驗證。目前的研究熱點除了治療CDI 以外的適應癥，也不少文獻報道治療炎性腸疾病（IBD），如克羅恩病（CD）、潰瘍性結腸炎（UC）、腸易激綜合征（IBS）等。也有研究報道可以治療肝臟疾病、血液疾病、甚至精神疾病。隨著FMT 的在人類中的成功案例越來越多，科學家也開始嘗試在動物生產中進行試驗。關于動物養殖中使用FMT技術的研究較少，本文根據現有的文章進行整合，為未來的技術研究提供參考價值。

1 FMT 國內外發展簡史

糞菌移植歷史悠久, 關于起源并沒有統一的說法。

在中國，公元4 世紀的東晉時期，記錄了食物中毒嚴重腹瀉的患者口服健康人糞便懸浮液治療成功的案例；16 世紀的明朝李時珍在《本草綱目》使用發酵糞治療嚴重腹瀉、發燒、疼痛,嘔吐。而在國外，人類醫學臨床應用FMT 技術最早在1958 年，美國外科醫生Ben Eiseman 成功治療4 例偽膜性腸炎患者。經過50多年的發展累積，直到2013 荷蘭科學家Els van Nood 的第一篇應用FMT 治療CDI 的文章才真正受到科學家的關注。2013 年發展至今的人類醫學中依舊常用于治療CDI，目前也會用于治療腸道微生物群內穩態代謝疾病、免疫疾病、胃腸道疾病、甚至精神疾病。

2 FMT 作用機制

糞菌移植技術是指將健康供體的糞便懸浮液注入受治療者的胃腸道中，使供體腸道內植入并重建健康的功能性菌群的技術。

供體來源可以分為異體和自體兩種方式。異體為主流，但是篩選方法比較復雜。自體多為患病前低溫保留以供患病后使用。移植的糞菌狀態可以分為三種方式，分別為新鮮、發酵和冷凍保存。新鮮糞菌是從糞便中直接獲取。發酵本質上是選擇性分離培養糞便中菌群。冷凍保存是在新鮮菌群的基礎上利用低溫保存技術進行存儲或異地治療。糞菌輸入可以分為上消化道、中消化道、下消化道三種途徑。上消化道主要是口服糞菌膠囊。中消化道主要包括通過鼻腸管、胃鏡鉗道孔、經皮內鏡胃造瘺空腸管,下消化道途徑包括結腸鏡、灌腸、結腸造瘺口、經內鏡腸道植管（TET）等。

在養豬生產中針對斷奶仔豬進行糞菌移植，糞便一般取自健康母體。糞菌的移植狀態除去遠距離運輸需要的冷凍保存外，發酵糞便目前階段對菌群的選擇技術難度太大（移植菌群的種類和數量）和不可控因素較多（糞便中的有毒有害因子研究較少）故而選擇新鮮糞便。而口服灌喂比較其他方法在養豬生產中更便捷。因此，在試驗中，最常見的是使用新鮮糞便制成懸浮液對斷奶仔豬進行口服灌胃的方法。

3 FMT 在養豬生產現狀

仔豬斷奶期間伴隨著消化道組織形態的變化和微生物的變化，而腸道微生物的變化對仔豬發育階段有重要的影響。早期斷奶導致腸道屏障的損害，免疫系統的紊亂，最終會導致仔豬死亡或生長遲緩。FMT 技術在養豬生產中的作用有：促進腸道屏障的建立，減少仔豬腹瀉率，改善仔豬生產性能，增加仔豬對疾病的抵抗能力。目前養豬生產階段研究集中在添加劑的選擇和配合飼料的配方設計，而利用FMT技術可以改變胃腸道微生物群的組成和影響腸道健康，從而起到提高生長性能和飼料轉換率的作用，增加經濟效益。除此還有一個發展方向是通過益生菌與益生元調節豬腸道微生物用來預防病原體和促進有益細菌豐度。

3.1 仔豬微生物腸道屏障

腸道屏障包括物理屏障、化學屏障、免疫屏障和微生物屏障。越來越多的證據表明，腸道菌群的早期定植有助于宿主的健康，并且腸道菌群的組成與免疫系統密切相關，可以促進腸道屏障功能的建立和免疫系統的成熟。以FMT 技術為主的試驗中大多為有利的研究，例如通過外源性糞便菌群干預可減輕感染仔豬腸道屏障損傷，增強腸道屏障完整性。

但是有關影響微生物組成的說法并不一致，大多研究顯示通過FMT 可以調節腸道菌群組成，干預產后早期腸道微生物組成方向。有研究證明沒有顯著改變受體腸道菌群，但豐富了與生長性能的提高有關的細菌類群。也有極少研究顯示外源性糞便菌群干預會破壞腸道菌群平衡，從而損害腸道健康。

3.2 仔豬腹瀉率

由于新生豬腸道發育不完全，腸道菌群處于不穩定狀態。同時，其免疫系統發育不夠成熟，易受多種病原菌感染，仔豬抵抗力較弱，在這種情況下會發生腹瀉進而導致仔豬成活率下降，生長發育遲緩，因此，腸道屏障功能降低和病原體感染增加，與腸道微生物組失衡（代謝異常）有關，這導致了養豬業的重大損失。大部分文章研究結果都是降低仔豬腹瀉率。其中有研究說明通過調節腸道菌群治療產腸毒素大腸桿菌引起的腹瀉可能有效。

3.3 仔豬生產性能

生長性能包括平均日采食量（ADFI）、平均日增重（ADG）、飼料轉化率（FCE）、剩余采食量（RFI）等參數。大多數研究試驗方法是給剛出生的新生仔豬口服母豬糞便微生物，可以改善仔豬生產性能，提高ADG。猜測可能因為移植后健康有效的微生物群會促進完善仔豬腸道屏障，減少腹瀉率，因此提高了仔豬消化吸收及免疫能力。但是因為微生物菌群的不同，也出現了導致仔豬體重下降的研究。

3.4 預防工具

FMT 在人類醫學已被接受為多種胃腸道疾病的治療方法，但直到 2017 年，FMT 才被公認是胃腸道以外疾病（例如呼吸道或神經系統疾病）的替代療法。而在傳統養豬生產里，抗生素和其他生長促進劑在食用動物生產中被用作預防藥物。目前有研究描述了FMT 作為預防工具用于預防感染兩種重要豬病原體的豬圓環病毒相關疾病的有效性。表明該技術在作為疾病預防工具方面有著一定潛力。

4 FMT 在養豬生產面臨的挑戰

盡管FMT 已經受到越來越多關注，但任何一項新的技術研究在進步中都有其局限性，我們也應該理性思考并積極解決其出現的問題。

FMT 的主體是微生物，豬腸道微生物組由多種因素控制，例如生長環境、健康狀況和抗生素的添加量，所以在選取供體的時候應仔細排查外界因素，針對研究目的的不同需要進行仔細篩選。有研究表明遺傳因素對個體腸道菌群組成也有影響，而品種間的FMT 引起豬腸道菌群結構變化的研究較少。

在移植過程中需要判斷傳染病傳播風險，首先對供體進行全面的風險評估，估計近期感染疾病的風險，排除可能接觸到目前實驗室無法識別的其他感染源避免影響試驗結果。

大多研究通過粗略篩選糞便后制成懸浮液進行口服灌胃，缺乏對治療用菌種含量的技術控制。未來的研究方向應該會對不同菌種種類和含量有更系統的規定。這需要大量的研究數據來證明微生物群落對治療常見病原體背后機制的研究。而這項技術因為供體微生物群不能完全被篩選到理想的微生物群而受限，也存在明顯的生物安全性和監管問題，所以應從開發出可以用于靶向治療的克隆題庫出發，不是僅僅推廣此項技術。