益生菌對雞抵御沙門氏菌感染作用研究進展

張 盛 王一冰 蔣守群*

(1.廣東省農業科學院動物科學研究所，畜禽育種國家重點實驗室，農業農村部華南動物營養與飼料重點實驗室，廣東省畜禽育種與營養研究重點實驗室，廣州 510640；2.華中農業大學動物科技學院，武漢 430070)

在世界范圍內，沙門氏菌病是家禽生產中常見的疾病，以雞白痢、雞傷寒等較為典型，給養殖產業造成巨大的經濟損失。該病屬于人畜共患傳染病，很容易通過肉、蛋等途徑轉移給人類，引起發熱、嘔吐、腹瀉、胃腸炎等癥狀[1]，甚至導致敗血癥和傷寒，嚴重威脅著人類的健康。目前，歐洲和美國因具備完善的生物安全體系及嚴格的生物安全措施，在沙門氏菌凈化工作上效果較好，使得其流行率維持在較低水平。國內肉雞的沙門氏菌感染以雞白痢為主，且在生產鏈中廣泛存在，并伴隨著交叉污染的情況。近年來，隨著雞白痢凈化工作的推動，以及“全進全出”的飼養模式的實施和新型疫苗的深入研究，其陽性檢出率呈明顯下降趨勢，我國在防控雞沙門氏菌感染上已取得一定成績，但仍有部分地區存在嚴重的沙門氏菌感染情況[2]。

在集約化家禽生產中，抗生素在防治沙門氏菌感染方面已經取得了很好的效果，但抗生素的濫用致使耐藥沙門氏菌逐漸增多，并引發了肉、蛋類產品中耐藥性菌和藥物殘留等一系列問題[3]。隨著養殖業對天然抗菌物質的迫切需求，益生菌添加劑作為抗生素的替代品，在家禽生產中已被廣泛應用，主要作用體現在促進生長、提高生產性能、增強免疫力、改善腸道健康、降低病原微生物數量及發病率等[4-6]。目前認為，益生菌可通過降低腸道pH、產生揮發性脂肪酸以及競爭性排斥等方式抑制致病菌，對機體產生積極的作用[7-8]。此外，益生菌在一定程度上調節炎癥相關因子、抗體分泌細胞和T淋巴細胞的產生，影響先天性和適應性免疫，從而增強機體體液和細胞免疫功能[9-11]。本文就雞沙門氏菌的致病機制及益生菌在該病防治上的相關研究進行綜述，以期為益生菌應用于防治雞沙門氏菌病提供參考。

1 沙門氏菌病與致病機制

1.1 沙門氏菌病的特點

因雛雞腸道微生物群沒有完全發育，且未能接觸到來自母雞胃腸道的有益菌，機體不能以競爭性排斥的方式對胃腸道提供保護。此外，雛雞的免疫系統發育不完善，使其易在最初的24 h內(孵化器中或孵化后的短時間)感染沙門氏菌[12]。感染沙門氏菌的主要臨床癥狀之一是腹瀉，并伴隨著采食量減少、生長性能下降、腸道結構明顯受損[7]，其中腸道結構受損表現為腸道通透性增加、腸上皮細胞明顯增多、空腸杯狀細胞數量減少、盲腸菌群失調[13-14]。此外，雞在感染沙門氏菌后會產生黏膜、關節和內臟器官病變[15-18]，脾臟和法氏囊的相對重量降低，新城疫病毒和傳染性法氏囊病毒的抗體滴度降低，機體炎癥反應加劇等[14,19]。

1.2 沙門氏菌病的致病機制

沙門氏菌在全身感染過程中主要分為3個階段。首先，沙門氏菌主動入侵宿主上皮細胞并誘導細胞發生自噬，整個自噬過程中，沙門氏菌Ⅲ型分泌系統1(type Ⅲ secretion system 1,T3SS1)介導了細胞膜完整性的破壞，并將效應蛋白轉移至細胞內[20]。然后，沙門氏菌穿過上皮層并被巨噬細胞或樹突狀細胞所吞噬[21]，部分T3SS效應器可以將吞噬體轉化為含沙門氏菌空泡(Salmonella-containing vacuole,SCV)，Ⅲ型分泌系統2(T3SS2)在SCV內被激活，促進沙門氏菌在細胞內的存活和復制，并將效應蛋白從細胞內通過SCV膜傳遞到宿主細胞胞漿[22]，再通過淋巴系統運輸到肝臟和脾臟。最后，機體將死亡或處于持續感染狀態。

在整個感染過程中，沙門氏菌誘導半胱氨酸蛋白酶(Caspase)激活產生白細胞介素(IL)-1α、IL-1β、IL-18等炎性因子[23]，通過過度激活Wnt/β-連環蛋白(Wnt/β-catenin)信號通路，破壞腸黏膜屏障，導致腸細胞凋亡，腸道干細胞異常增殖[24]，并影響閉合蛋白-1(claudin-1)、閉鎖蛋白(occlutdin)、閉合小環蛋白-1(ZO-1)、黏附蛋白(E-cadherin)的重新分布和表達[25]。此外，沙門氏菌通過促進巨噬細胞的糖酵解水平，誘導其凋亡[26]。

2 益生菌抵御沙門氏菌感染的作用

2.1 益生菌的體外抑菌作用

通過體外試驗可以直觀地了解益生菌對沙門氏菌的抑制作用。乳酸菌因其耐酸、耐鹽，從而可以很好地在家禽胃腸道內發揮作用。大量研究表明，乳酸菌可以抑制沙門氏菌的生長以及生物膜的形成，降低沙門氏菌毒力、運動和黏附相關基因的表達[27-29]，競爭性消除沙門氏菌在腸上皮細胞上的定植[30-31]等，其抑菌效果可能與產生的葉酸、核黃素或細菌素等代謝產物有關[32]。枯草芽孢桿菌也被證實具有非常理想的抗沙門氏菌活性，抑制作用在24 h時最為明顯[33]。劉明剛等[34]進一步驗證了枯草芽孢桿菌的抗沙門氏菌能力，發現經共培養24 h后，抑菌率可達到88.5%。除此之外，丁酸梭菌和鼠李糖乳桿菌同樣可抑制沙門氏菌的生長，但2種菌株聯合培養對沙門氏菌生長的抑制并無協同作用[35]。

2.2 益生菌對雞抗氧化性能的影響

當雞受到沙門氏菌入侵時，機體會產生大量的活性氧(ROS)和活性氮(RNS)等自由基，這個反應過程也伴隨著組織的氧化損傷，從而影響正常生理功能。益生菌能夠提高血清過氧化物歧化酶(SOD)活性、增強小腸抗氧化功能、緩解因致病菌感染所造成的氧化應激[36-37]。朱沛霽等[38]指出，飼喂枯草芽孢桿菌可降低雪山草雞空腸黏膜髓過氧化物酶(MPO)活性及丙二醛(MDA)含量，提高空腸黏膜總抗氧化能力(T-AOC)及總超氧化物歧化酶(T-SOD)、谷胱甘肽轉移酶(GSH-Px)活性，減少機體的氧化損傷，進而改善沙門氏菌感染肉雞的生長和抗氧化狀態[8]。由以上研究可見，益生菌通過提高機體抗氧化能力可能是緩解雞沙門氏菌感染癥狀的途徑之一。

2.3 益生菌對雞腸道健康的影響

腸道菌群平衡、腸道形態和腸上皮屏障等是衡量腸道健康的重要指標。益生菌的添加已被證明對感染雞腸道微生物群的穩態具有積極作用，其機制可能是通過競爭性排斥作用以及促進腸道內干擾素-γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的產生阻止沙門氏菌的定植[39-40]。大量研究表明，枯草芽孢桿菌通過分泌細菌素、有機酸和過氧化氫等物質，發揮抑制病原菌的生長和繁殖的作用，顯著降低腸道沙門氏菌數量，增加盲腸微生物群的多樣性和組成，緩解沙門氏菌感染引起的腸道菌群失調，這有益于減少家禽之間感染的風險，也保證了禽類食品的安全性[41-43]。

腸道組織結構的完整性對維持腸道屏障及營養物質的消化吸收功能起著重要作用，其損傷會發生腸道滲漏，從而導致細菌移位[44]。沙門氏菌通過早期影響腸道緊密連接復合物的結構以及晚期誘導腸上皮細胞的凋亡來破壞腸上皮細胞屏障的完整性。益生菌能夠增強家禽腸道屏障抵御病原菌的能力，減少腸道對分子或細菌的通透性以及黏液的降解，有效地改善病原菌感染引起的腸道負面影響[45-46]。

芽孢桿菌在抗沙門氏菌感染過程中發揮了較好的保護作用。朱沛霽[36]發現，枯草芽孢桿菌能夠改善雪山雞的腸道形態，促進小腸黏膜生長發育，使空腸黏膜緊密連接蛋白基因的表達上調，增強空腸黏膜物理屏障功能，降低沙門氏菌感染對空腸黏膜的損傷。乳桿菌也被證實具有抑制沙門氏菌生長、黏附和侵襲腸道上皮細胞的能力，并一定程度上緩解沙門氏菌引起的炎癥反應和組織損傷[47-48]。Wang等[13]研究表明，植物乳桿菌消除了腸通透性的升高以及細菌移位，穩定緊密連接基因的表達，調節炎癥介質的水平，減少沙門氏菌在腸道內的定植，從而保護雛雞腸道屏障的完整性。趙效南[49]指出，飼喂丁酸梭菌能夠改變腸道微生物組成，增加微生物多樣性，緩解由沙門氏菌導致的腸道損傷，進而保證了腸道屏障的完整性，對沙門氏菌引起的感染起到了有效的預防和治療作用。益生菌對沙門氏菌感染雞腸道健康的影響研究進展匯總見表1。

表1 益生菌對沙門氏菌感染雞腸道健康的影響研究進展

2.4 益生菌對雞免疫功能的影響

雞的免疫系統由免疫器官、免疫細胞、免疫因子共同組成。研究發現，通過每千克飼糧中添加109CFU枯草芽孢桿菌或通過對1日齡雛雞進行口腔灌服106CFU/只丁酸梭菌、109CFU/只植物乳桿菌均可顯著降低腸炎沙門氏菌在脾臟、盲腸組織的載菌量[13,49-50]。除此之外，Thomas等[51]也證實了添加乳桿菌可減少海德堡沙門氏菌在火雞脾臟內的轉移和定植。在提高免疫器官指數上，Park等[50]和Sadeghi等[19]研究表明，飼糧中添加枯草芽孢桿菌可增加沙門氏菌感染肉雞的法氏囊和脾臟的相對重量。由此可見，益生菌可通過減少病原菌的侵襲，促進免疫器官健康發育，從而增強抵御沙門氏菌感染的能力。

益生菌通過調節機體促炎因子和抗炎因子的水平發揮抵御沙門氏菌感染的作用。唐慧琴等[52]發現，枯草芽孢桿菌可誘導機體產生特異性抗沙門氏菌血清免疫球蛋白G(IgG)和回腸免疫球蛋白A(IgA)，進而激活免疫應答反應，提高機體對沙門氏菌的清除和消滅能力。Wang等[53]發現，干酪乳桿菌可增強腸道黏膜免疫功能，調節細胞因子水平，有效減輕沙門氏菌感染引起的腸道損傷。趙麗杰等[54]研究表明，飼糧中添加復合乳酸菌制劑在對SPF雞受到沙門氏菌攻擊后，可降低炎癥細胞因子的表達水平，緩解機體的炎癥反應。Filho等[55]指出，復合乳桿菌制劑到達腸道后可發揮免疫調節作用，通過減少沙門氏菌的定植和腸黏膜的炎癥程度來影響機體先天免疫反應。Zhao等[56]研究表明，丁酸梭菌能刺激家禽的免疫功能，降低攜帶沙門氏菌肉雞體內炎癥因子的表達水平，且主要是通過下調腸道組織和腸黏膜上皮細胞中炎癥信號通路相關蛋白基因的表達來減輕機體的炎癥反應。益生菌對沙門氏菌感染雞細胞因子的影響研究進展匯總見表2。

表2 益生菌對沙門氏菌感染雞細胞因子的影響研究進展

3 小 結

隨著國內飼料抗生素全面禁用時代的到來，我國畜牧養殖業將面臨不小的挑戰。益生菌作為安全有效的抗生素替代物之一，在發揮抑制病原菌生長作用的同時，可維護雞的腸道健康，具有調節機體抗氧化與免疫功能的作用，必將在畜禽健康高效養殖及疾病防控等方面取得良好的效益。但益生菌種類繁多，同一種類不同菌株的作用效果也有所不同，因此各菌種、各菌株發揮有效抗沙門氏菌感染的劑量也難以統一標準。未來應對復合益生菌制劑是否會比單一菌株更有效，以及益生菌是通過何種益生元件發揮抵御沙門氏菌的作用等問題開展深入系統的研究，為益生菌作為飼料添加劑在疾病防控方面科學合理的應用提供理論依據。