豬腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與腸道屏障研究進(jìn)展

張德明，黃嘉訸，李勁樹，鄭紅梅，王少英，楊公社，史新娥

(陜西省動物遺傳育種與繁殖重點實驗室 西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院動物脂肪沉積與肌肉發(fā)育實驗室，楊凌 712100)

豬腸道微生物隨著豬生長發(fā)育而不斷發(fā)生變化，當(dāng)腸道發(fā)育趨于成熟時，腸道微生物的多樣性和數(shù)量也更加穩(wěn)定。穩(wěn)定的腸道菌群不僅可以減少有害菌對腸道的破壞，還能參與調(diào)控動物機(jī)體健康，如促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、維持腸道屏障完整等生理活動。當(dāng)腸道微生物發(fā)生紊亂時，致病菌快速增殖，引發(fā)仔豬腹瀉，嚴(yán)重威脅仔豬生命。此外，豬腸道微生物的代謝產(chǎn)物與豬腸道屏障有著密切聯(lián)系，因此腸道微生物對豬的健康起著舉足輕重的作用。本文就腸道微生物對腸道屏障的影響及其機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為腸道微生物與腸道屏障間關(guān)系的研究提供一些思路。

1 腸道微生物在仔豬不同發(fā)育階段的分布

1.1 腸道微生物在哺乳仔豬階段的分布

在仔豬娩出時和出生后，由于仔豬與母體的產(chǎn)道、母乳、糞便以及環(huán)境接觸，微生物開始迅速在仔豬胃腸道內(nèi)定植，剛出生的仔豬腸道內(nèi)含有氧氣，因此最先定植的是需氧菌和兼性厭氧菌，隨著胃腸道內(nèi)的氧氣耗盡，專性厭氧菌在腸道開始定植。在出生時仔豬腸道的優(yōu)勢菌門是變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、放線菌門(Actinobacteria)。出生12 h后，哺乳仔豬腸道定植的微生物(門水平)主要為厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)和放線菌門，其中厚壁菌門含量最多，擬桿菌門次之(表1)。在屬水平上，類桿菌屬、梭桿菌屬、埃希氏菌屬和志賀氏菌屬是仔豬出生第3～7天糞便樣本中的主要細(xì)菌屬。相比之下，普雷沃氏菌屬和考拉桿菌屬在第14～35天的腸道中占優(yōu)勢。乳酸桿菌的相對豐度在第3天較低，但在第7天的相對豐度最高(表1)。哺乳仔豬小腸中的乳酸桿菌和鏈球菌等優(yōu)勢菌群可以充分地利用母乳中的營養(yǎng)成分。豬腸道早期微生物可能會對其以后的健康產(chǎn)生影響，因此可以通過優(yōu)化母豬妊娠期和泌乳期的日糧改善豬腸道菌群組成和提高哺乳仔豬抗病能力。

1.2 腸道微生物在斷奶仔豬階段的分布

斷奶不會影響腸道內(nèi)門水平的微生物種類，斷奶仔豬腸道定植的主要微生物仍為厚壁菌門(Firmicutes)、擬桿菌門(Bacteroidetes)、變形菌門(Proteobacteria)、螺旋菌門(Spirochaetes)和柔膜菌門(Tenericutes)，但其豐富度會發(fā)生變化，斷奶仔豬腸道中的擬桿菌門最為豐富，而厚壁菌門次之(表1)。在科水平上，斷奶仔豬腸道中乳桿菌科、瘤胃菌科、韋氏菌科和普雷沃氏菌科的相對豐度增加。在屬水平上，瘤胃桿菌屬和阿克曼氏菌屬是斷奶仔豬獨有的，占優(yōu)勢的其他屬包括埃希氏菌屬、擬桿菌屬、普氏菌屬(表1)。在仔豬斷奶階段胃腸道并未發(fā)育成熟，微生物群落并不穩(wěn)定，極易受環(huán)境因素的影響。斷奶仔豬腸胃內(nèi)的pH發(fā)生改變，從而使得大腸桿菌數(shù)量增多，大腸桿菌大量繁殖進(jìn)而抑制了乳酸桿菌的生長，此時斷奶仔豬腸道的吸收能力也較弱，對飼料利用較低，這些因素的改變極易引發(fā)斷奶仔豬腹瀉。以上研究結(jié)果提示，通過有效手段調(diào)節(jié)腸道pH可以促進(jìn)有益菌的生長，抑制有害菌的繁殖，從而改善腸道菌群結(jié)構(gòu)。目前，許多研究人員以日糧組成為切入點來改善仔豬腸道健康，提高斷奶仔豬抗病能力。Shin等在斷奶仔豬日糧中添加植物乳桿菌制劑，提高了其糞便中乳酸菌的數(shù)量，并增加了仔豬糞便微生物群落中厚壁菌門微生物的多樣性和相對豐度，從而降低腸道炎癥因子基因的表達(dá)，促進(jìn)了腸道的發(fā)育。呂存等在日糧中補(bǔ)充合生元改變了斷奶仔豬腸道微生物結(jié)構(gòu)和代謝，提高了其生長性能。因此，通過優(yōu)化斷奶仔豬日糧，可以改善腸道pH和腸道菌群結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)腸道屏障能力。

1.3 腸道微生物在豬生長和育肥階段的分布

斷奶仔豬發(fā)育后期，腸道微生物的多樣性和微生物數(shù)量趨于穩(wěn)定，因此生長和育肥階段豬腸道微生物的種類相似性較高，但菌群在數(shù)量上有差異。在門水平上，厚壁菌門、擬桿菌門在生長和育肥階段仍占據(jù)主導(dǎo)地位，這兩個門占總序列的70%，其中厚壁菌門最豐富。在屬水平上，生長階段的巨型球菌屬、鏈球菌屬和普氏菌屬的豐富度均高于育肥階段，其中普氏菌屬在生長階段數(shù)量最多；棒桿菌屬、梭菌屬和雙歧桿菌屬在育肥階段豐富度最高(表1)。

表1 豬不同階段腸道微生物在門和屬水平上的分布

2 腸道微生物的代謝產(chǎn)物對腸道健康影響的機(jī)制研究

豬消化道微生物不僅可以分解消化道物質(zhì)，還影響著消化道物質(zhì)的運輸、黏膜上皮細(xì)胞的更新和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。在機(jī)體內(nèi)，飼料中未被消化吸收的營養(yǎng)素經(jīng)過一系列代謝進(jìn)入靶器官進(jìn)行代謝沉積。腸道微生物是營養(yǎng)素腸道代謝的重要參與者。腸道菌群可以為宿主提供許多有益原料，包括揮發(fā)性脂肪酸、維生素K等，腸道菌群還參與膽汁酸循環(huán)和色氨酸代謝。因此，腸道菌群可間接地為腸道穩(wěn)態(tài)提供保障，保護(hù)機(jī)體健康。

2.1 短鏈脂肪酸對腸道屏障機(jī)制影響的研究

短鏈脂肪酸又稱為揮發(fā)性脂肪酸(short chain fatty acids, SCFA)，其中丁酸、丙酸和乙酸占結(jié)腸中SCFA的90%～95%，它們可以通過多種途徑對宿主代謝產(chǎn)生影響。短鏈脂肪酸大部分是由腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的，短鏈脂肪酸通過與其受體結(jié)合能夠抑制腸道有害微生物生長、調(diào)節(jié)腸道pH、保護(hù)腸道屏障和維持腸道健康。短鏈脂肪酸受體GPR41(G protein-coupled receptor 41)、GPR43(G protein-coupled receptor 43)和GPR109A(G protein-coupled receptor 109A)屬于G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptors, GPCR)家族(表2)。

在機(jī)體內(nèi)，乙酸可以通過肝代謝為周邊組織提供能源。丙酸參與肝的糖異生，抑制脂肪肝的生成。丁酸通過氧化作用為腸道黏膜上皮細(xì)胞提供能量，改善腸道黏膜形態(tài)和腸道屏障功能，降低有害菌對腸道的侵襲，維持腸道健康。在斷奶仔豬胃內(nèi)灌注短鏈脂肪酸可改善腸道形態(tài)，維持腸道屏障功能，有利于仔豬腸道發(fā)育。短鏈脂肪酸促進(jìn)腸道黏蛋白的分泌，進(jìn)而影響腸道黏膜屏障。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，SCFA調(diào)節(jié)豬腸道中組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase，HDAC)活性，從而抑制核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear factor kappa B, NF-κB)的表達(dá)，減少白介素6(interleukin6, IL-6)、白介素18(interleukin18, IL-18)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)的分泌(表2)。乙酸和丙酸可激活GPR43上調(diào)叉頭框轉(zhuǎn)錄因子P3(forkhead box P3, FOXP3)表達(dá)從而使調(diào)節(jié)性T細(xì)胞增殖，促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子IL-10的表達(dá)。丁酸鹽可通過激活GRP109A促進(jìn)IL-10表達(dá)，減少炎癥因子IL-6、IL-17的表達(dá)而增加巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞抗炎能力。

短鏈脂肪酸的組成主要由微生物群的組成決定，如雙歧桿菌、乳桿菌、普雷沃氏菌產(chǎn)生乙酸，厚壁菌門產(chǎn)生丁酸，擬桿菌屬和厚壁菌屬產(chǎn)生丙酸，而微生物的組成也受益生元膳食纖維的影響。通過改變?nèi)占Z的組成也可以提高短鏈脂肪酸的含量，Chen等研究表明，可溶性纖維提高了豬結(jié)腸中變形菌、放線菌和梭形菌的相對豐度；不可溶性纖維提高了擬桿菌屬、糞球菌屬和普雷沃氏菌屬的豐度。Zhang等在豬日糧中添加苜蓿、麥麩、純纖維素，與對照組相比，苜蓿組增加了糞球菌、擬桿菌的相對豐度；麥麩組降低了干酪乳桿菌的豐度，增加了多雷氏菌的豐度；純纖維素組降低了腐解真菌的相對豐度，增加了普雷沃氏菌的相對豐度。總之，SCFA在改善腸道屏障和維持腸道通透性中發(fā)揮重要作用，但SCFA在腸道和身體其他組織和器官中發(fā)揮作用的機(jī)制以及如何靶向調(diào)控腸道屏障需要進(jìn)一步研究。

2.2 膽汁酸對腸道屏障機(jī)制影響的研究

膽汁酸(bile acid, BA)主要促進(jìn)脂質(zhì)及脂溶性維生素的溶解、消化和吸收，在肝內(nèi)合成的膽酸(cholic acid, CA)和鵝去氧膽酸(chenodeoxycholic acid, CDCA)兩種初級膽汁酸儲存在膽囊中。動物消化食糜時，會刺激縮膽囊素的分泌，進(jìn)一步刺激膽囊收縮并分泌膽汁酸到腸腔內(nèi)，維持動物的正常生理機(jī)能。腸道內(nèi)的部分膽汁酸在膽鹽水解酶的作用下生成次級膽汁酸，即脫氧膽汁酸(deoxycholic acid, DCA)和石膽酸(lithocholic acid, LCA)，這是腸道微生物改變膽汁酸的關(guān)鍵一步。參與膽汁酸代謝的主要細(xì)菌屬有擬桿菌、梭狀芽胞桿菌、雙歧桿菌、乳酸菌和李斯特菌。在腸道傷口修復(fù)的過程中需要經(jīng)歷3個階段，即屏障重建、傷口通道形成和隱窩再生。DCA可以抑制前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)的產(chǎn)生，促進(jìn)腸道修復(fù)過程中傷口通道形成和隱窩再生。在從屏障重建到傷口通道形成的轉(zhuǎn)變過程中，PGE2水平降低才能形成傷口通道，DCA通過法尼醇X受體(farnesoid X receptor, FXR)抑制PGE2合成所需的胞漿型磷脂酶A2(cytosolic phospholipase A2, cPLA2)，促進(jìn)傷口通道形成。但次級膽汁酸升高會造成腸道形態(tài)受損，促使腸道發(fā)生炎癥反應(yīng)。

FXR是膽汁酸的核受體，主要調(diào)節(jié)膽汁酸穩(wěn)態(tài)，在腸道、肝組織中高表達(dá)。膽汁酸可激活FXR預(yù)防化學(xué)誘導(dǎo)的腸道炎癥，改善結(jié)腸炎癥狀，抑制上皮通透性，減少杯狀細(xì)胞損失。此外，F(xiàn)XR激活可抑制結(jié)腸黏膜不同免疫細(xì)胞群產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子(表2)。高水平的DCA和LCA可影響腸道緊密連接蛋白的表達(dá)，破壞仔豬腸道屏障和細(xì)胞的增殖；同時，可激活仔豬腸道FXR，進(jìn)而誘導(dǎo)小異源二聚體伙伴(small heterodimer partner, SHP)抑制膽汁酸水平。

膽汁酸激活仔豬腸道G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體(G protein-coupled bile acid receptor, GPBAR, 也稱TGR5)的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)胰高血糖素樣肽-1(Glucagon-like peptide 1, GLP-1)和胰高血糖素樣肽-2(Glucagon-like peptide 1, GLP-2)分泌，GLP-2可促進(jìn)仔豬腸道黏膜的生長(表2)。研究發(fā)現(xiàn)，添加CDCA可激活TGR5促進(jìn)GLP-1和GLP-2的分泌，CDCA還能夠增加仔豬小腸重量并改善腸道形態(tài)。LCA和DCA通過激活TGR5抑制NF-κB信號通路，減少促炎因子表達(dá)。

膽汁酸對腸道微生物的組成也存在一定的影響，它能夠直接抑制細(xì)菌生長繁殖，但是它抑制菌群生長的機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步研究。過多的膽汁酸會造成腸道損傷，而腸道菌群可參與膽汁酸代謝，影響膽汁酸的含量，因此，可以通過腸道菌群維持膽汁酸穩(wěn)態(tài)來緩解仔豬斷奶應(yīng)激。

2.3 維生素對腸道屏障機(jī)制影響的研究

維生素是生物體維持正常生命活動不可或缺的營養(yǎng)成分，它可以維持機(jī)體正常的發(fā)育、繁殖、抵抗疾病和新陳代謝。腸道菌群可以合成多種維生素，如維生素B、維生素B、維生素K等。

臨床試驗證明，維生素具有調(diào)節(jié)腸道微生物的作用，Lee和Ko研究表明，維生素A可以改變腸道微生物，并且在維持上皮細(xì)胞完整性與免疫功能發(fā)揮著重要作用。維生素D在肝和腎中通過兩步羥基化作用轉(zhuǎn)化為活性代謝物1，25-二羥基維生素D(1，25(OH)D)，生物活性由核激素受體超家族成員維生素D受體(vitamin D receptor, VDR)介導(dǎo)，VDR在腸道中大量表達(dá),VDR在小腸中的經(jīng)典作用是調(diào)節(jié)跨細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(表2)。有研究發(fā)現(xiàn)，VDR 缺失時，小腸跨上皮電阻出現(xiàn)損失，腸道緊密連接受到破壞，腸道通透性增加，這表明VDR下調(diào)可能與腸道屏障受損有關(guān)(表2)。此外，維生素D通過VDR促進(jìn)非受體型蛋白酪氨酸磷酸酶2(protein tyrosine phosphatase non-receptor type2, PTPN2)的表達(dá)，降低腸道通透性(表2)。維生素D不僅能誘導(dǎo)VDR表達(dá)，還能抑制TNF-α的產(chǎn)生，維生素D-VDR信號通過抑制炎癥誘導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞凋亡來維持黏膜屏障的完整性。有關(guān)維生素對腸道屏障調(diào)節(jié)以及維生素與菌群之間的相互關(guān)系研究較少，其中的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.4 吲哚類對腸道屏障機(jī)制影響的研究

色氨酸(tryptophan, Trp)是豬生長過程中的必需氨基酸之一，少量的色氨酸可以通過腸道微生物將其代謝為吲哚和吲哚衍生物(吲哚丙烯酸、吲哚乳酸、吲哚-3-乙醛和吲哚-3-乙酸)，進(jìn)而被腸道上皮細(xì)胞吸收。腸道中乳酸桿菌、大腸桿菌、擬桿菌和梭狀芽胞桿菌都可以對Trp進(jìn)行代謝，如大腸桿菌和擬桿菌可以將Trp轉(zhuǎn)化為吲哚和乳酸桿菌將Trp代謝為吲哚乳酸(表2)。在腸道中芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor, AHR)是免疫和炎癥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，參與適應(yīng)性免疫和腸道黏膜屏障功能。色氨酸可以激活A(yù)HR信號通路，釋放IL-22抵御病原菌侵襲腸道，進(jìn)而發(fā)揮降低腸道炎癥和保護(hù)腸道健康的作用。Trp可以激活豬腸細(xì)胞中的雷帕霉素受體蛋白(mammalian target of Rapamycin, mTOR)信號通路，促進(jìn)防御素表達(dá)(表2)。

2.5 多酚類物質(zhì)對腸道屏障機(jī)制影響的研究

多酚進(jìn)入動物機(jī)體后，少部分經(jīng)過小腸吸收進(jìn)入血液，大部分通過腸道菌群代謝降解成易被吸收的酚或酚酸類物質(zhì)，隨著體液循環(huán)為動物機(jī)體的健康發(fā)揮作用。多酚類物質(zhì)通過增加乳酸桿菌和雙歧桿菌或減少大腸桿菌和沙門菌的數(shù)量來調(diào)控腸道菌群生長，并抑制炎癥信號通路，減少炎癥因子釋放和對腸道緊密連接的破壞，從而保護(hù)腸道屏障的完整性。日糧添加原兒茶酸可以提高斷奶仔豬腸道緊密連接蛋白的表達(dá)和抑制NF-κB/促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases, MAPK)通路，減少炎癥因子的分泌，對腸道屏障起到保護(hù)作用(表2)。Wei等研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加香芹酚-百里香酚混合物可以抑制TNF-α釋放和減少腸球菌屬和大腸桿菌的數(shù)量，增加乳酸桿菌屬數(shù)量，緩解斷奶對腸道的應(yīng)激反應(yīng)。

表2 腸道微生物代謝產(chǎn)物對腸道屏障機(jī)制影響的研究

微生物代謝產(chǎn)物對腸道屏障起著重要的保護(hù)作用，但它們對腸道屏障調(diào)節(jié)途徑不盡相同，多酚類物質(zhì)隨著體液循環(huán)發(fā)揮作用；吲哚類直接作用于腸道上皮細(xì)胞；短鏈脂肪酸通過其受體作用于炎癥信號通路。盡管途徑有所不同，但這些代謝產(chǎn)物最終都是抑制炎癥信號通路和促進(jìn)緊密連接蛋白以及黏蛋白表達(dá)，來保護(hù)腸道。

3 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與腸道屏障的關(guān)系研究

腸道屏障分為物理、化學(xué)、免疫、微生物屏障。腸道微生物及其代謝產(chǎn)物可以提高腸道屏障能力，抵御病原入侵，降低炎癥發(fā)生，共同維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，在保護(hù)腸道健康中發(fā)揮積極作用。

3.1 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與物理屏障

物理屏障是由完整的腸上皮細(xì)胞緊挨排列在一起以及連接相鄰2個上皮細(xì)胞之間的緊密組分構(gòu)成。物理屏障在腸道屏障中占據(jù)重要地位，能夠保障營養(yǎng)物質(zhì)在腸道中的吸收，抵御病原菌的侵襲，其中緊密連接蛋白在物理屏障中發(fā)揮著重要作用。

腸道物理屏障可以為腸道微生物的平衡提供保障。當(dāng)物理屏障受到損傷，緊密連接蛋白遭到破壞，導(dǎo)致腸道黏膜通透性增高，進(jìn)而造成細(xì)菌易位使腸道內(nèi)菌群失調(diào)，引起腸道損傷以及炎癥的發(fā)生。微生物的代謝產(chǎn)物可以保護(hù)腸道物理屏障，調(diào)節(jié)腸道有益菌數(shù)量。在斷奶仔豬日糧中添加維生素E，可以改善腸道通透性，對緊密連接蛋白具有一定的保護(hù)作用(表3)。Trp可以增加仔豬腸道閉鎖小帶蛋白1(zonula occludens 1, ZO-1)、ZO-3閉合蛋白(Claudin)和咬合蛋白(Occludin)的豐度。Zhang等研究表明，丙酸灌注盲腸顯著上調(diào)空腸黏膜中-4的mRNA水平以及-1和的表達(dá)。Yan和Ajuwon研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可能通過上調(diào)-3的mRNA表達(dá)和蛋白豐度，增加緊密連接蛋白的合成，以及通過調(diào)節(jié)細(xì)胞的能量狀態(tài)來保護(hù)上皮細(xì)胞，維持腸道屏障完整性。Wang等在斷奶仔豬日糧中添加菊粉，提高了盲腸中乙酸和丁酸的濃度，從而促進(jìn)緊密連接蛋白的表達(dá)，改善腸道形態(tài)。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，低劑量的丁酸鹽通過降低IL-6和NF-κB的表達(dá)和增加腸道緊密連接蛋白Claudin-7的表達(dá)，保護(hù)腸道上皮細(xì)胞，降低壞死性腸炎對腸道的損傷，保護(hù)腸道屏障。據(jù)報道，多形擬桿菌可誘導(dǎo)富含脯氨酸的小蛋白2A的表達(dá)，這是維持上皮絨毛橋粒所必需的。維持緊密連接的另一種機(jī)制是由微生物刺激Toll樣受體(Toll-like receptors, TLR)介導(dǎo)的信號通路。蛋白激酶C(protein kinase, PKC)與腸腔細(xì)菌對腸上皮完整性的調(diào)節(jié)有關(guān)。腸上皮細(xì)胞包含多個潛在的PKC結(jié)合位點，這表明它在保持緊密連接完整性中發(fā)揮一定作用。植物乳酸桿菌可以激活TLR2/PKC通路，誘導(dǎo)ZO-1向緊密連接結(jié)構(gòu)易位，增強(qiáng)腸道屏障的作用。

3.2 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與化學(xué)屏障

腸道化學(xué)屏障主要是由黏液層構(gòu)成，是腸道的動態(tài)防御屏障，由胃腸道分泌的消化酶、溶菌酶，腸道潘氏細(xì)胞分泌的抗菌肽，腸道杯狀細(xì)胞產(chǎn)生的黏蛋白(mucoprotein, MUC)共同形成。

潘氏細(xì)胞位于腸道隱窩基部，潘氏細(xì)胞通過產(chǎn)生抗菌物質(zhì)和維持宿主共生菌的平衡，在維持體內(nèi)平衡中發(fā)揮重要作用。潘氏細(xì)胞顆粒受到腸道菌群的刺激可分泌許多抗菌蛋白，如α-防御素、溶解菌、胞漿型磷脂酶A2。此外，Reg Ⅲ蛋白(regenerating Ⅲ protein, Reg Ⅲ)是抗菌C型凝集素，主要由潘氏細(xì)胞產(chǎn)生，在動物腸道的抗菌保護(hù)中發(fā)揮重要作用。Reg3的表達(dá)是通過兩個途徑來調(diào)控的，一是TLR/髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor88, MyD88)途徑，另一個是通過3型先天淋巴細(xì)胞(3 innate lymphoid cells, ILC3 s)對IL-22的刺激，這兩條途徑均由腸道微生物群激活。微生物發(fā)酵產(chǎn)生的丁酸鹽可以提高黏蛋白的表達(dá)量，黏液就是由杯狀細(xì)胞分泌的多種黏蛋白組成，其中MUC2是一種大型糖蛋白，是結(jié)腸黏液的主要黏蛋白，可以建立一個黏液屏障，將細(xì)菌與結(jié)腸上皮分開，如果黏液分泌不足會導(dǎo)致腸道發(fā)生炎癥；同時可以提供多糖作為有機(jī)體的營養(yǎng)來源，并在保護(hù)腸道屏障、調(diào)節(jié)微生物群落穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮作用。吲哚丙烯酸可促進(jìn)杯狀細(xì)胞分泌黏液以增強(qiáng)屏障功能。丙酸可以恢復(fù)腸道杯狀細(xì)胞數(shù)量，促進(jìn)MUC2和MUC3的表達(dá)，黏蛋白分泌的黏液可以潤滑腸道，減少內(nèi)容物對腸道的破壞(表3)。杯狀細(xì)胞也可以產(chǎn)生三葉因子和抵抗素樣分子-β(resistin-like molecule beta)等因子，它們可以穩(wěn)定黏蛋白聚合物，從而保持腸道屏障完整性。生物體多形擬桿菌能誘導(dǎo)潘氏細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)蛋白酶素，激活防御素參與宿主先天防御。日糧添加溶菌酶可改善腸道形態(tài)，并提高擬桿菌門、變形菌門和纖維桿菌的相對豐度。

3.3 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與免疫屏障

免疫屏障由腸道淋巴組織、免疫細(xì)胞和相關(guān)細(xì)胞因子(IL-6、IL-10、sIgA)等組成。在胃腸道免疫中發(fā)揮重要作用的是分泌型IgA(secretory IgA，sIgA)，腸道微生物可以通過依賴T細(xì)胞和非依賴T細(xì)胞2種方式調(diào)控sIgA的產(chǎn)生。腸道中的sIgA主要作用為與病原微生物結(jié)合發(fā)揮抗炎作用，并且還可以阻止病原體在腸道中的黏附失去定植能力，進(jìn)而維持腸道屏障功能，抵御病原微生物對機(jī)體的入侵。當(dāng)腸道菌群組成發(fā)生變化時，可激活炎癥信號通路，促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、IL-6等炎癥因子的釋放(表3)。腸道微生物群，特別是革蘭陰性菌，如擬桿菌，被證明能激活腸道樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells, DCs)，這種細(xì)胞誘導(dǎo)腸道黏膜中的漿細(xì)胞釋放sIgA。微生物群還刺激派爾集合淋巴結(jié)中的DCs分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β, TGF-β)和B細(xì)胞激活蛋白，從而產(chǎn)生IgA(表3)。嗜酸乳桿菌通過增加活化誘導(dǎo)的胞苷脫氨酶的表達(dá)，誘導(dǎo)派伊爾氏斑B細(xì)胞分化為IgAB細(xì)胞。短鏈脂肪酸通過刺激巨噬細(xì)胞和DCs促進(jìn)IL-10的分泌。

3.4 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與微生物屏障

動物腸道內(nèi)存在大量的有益微生物，微生物通過產(chǎn)生細(xì)菌素和短鏈脂肪酸提高腸道屏障能力，微生物也以與病原菌競爭性抑制方式減少有害菌對腸道的侵襲。有益微生物可以為宿主提供營養(yǎng)成分，增強(qiáng)機(jī)體黏膜免疫功能。專性厭氧菌在腸道中對腸道屏障起著關(guān)鍵作用，可以競爭性抑制腸道有害菌與腸上皮結(jié)合，抑制其定植與生長。Li等(表3)研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌促進(jìn)了腸道環(huán)氧化酶2(Cyclooxygenase-2, COX2)和一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase, iNOS)的蛋白表達(dá)，表明乳酸桿菌在仔豬的免疫調(diào)節(jié)作用中起著重要作用。邢帥兵等(表3)研究表明，日糧添加枯草芽孢桿菌可以提高雙歧桿菌的數(shù)量和抑制致病菌的生長；枯草芽孢桿菌的數(shù)量增多消耗了腸道內(nèi)游離氧，因此促進(jìn)斷奶仔豬腸道厭氧益生菌數(shù)量的增多。

表3 腸道微生物及其代謝產(chǎn)物對腸道屏障的影響

4 結(jié) 語

腸道微生物直接影響腸道健康，一旦腸道菌群失調(diào)就會造成腸道屏障受損，緊接著就會引起豬一系列炎癥的發(fā)生，因此，腸道微生物對于豬的健康至關(guān)重要。隨著禁抗令的實施，豬的健康短期內(nèi)會受到一定的挑戰(zhàn)，尤其初生仔豬腸道形態(tài)和免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，仔豬容易發(fā)生腹瀉，嚴(yán)重時威脅生命。所以越來越多的人接受養(yǎng)豬就是養(yǎng)腸道的觀點，人們也開始通過調(diào)控豬腸道健康來提高豬的健康，西北農(nóng)林科技大學(xué)肌肉生物學(xué)與豬遺傳改良創(chuàng)新團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵玉米-豆粕飼料可影響生長肥育豬血清免疫和腸道免疫相關(guān)基因的表達(dá)。此外,本團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加蛹蟲草可改善育肥豬腸道的免疫、化學(xué)、生物、物理屏障，并探討了蛹蟲草通過抑制TLR4/MyD88/NF-κB信號通路來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。在日糧中添加枯草芽孢桿菌可提高育肥豬腸道屏障能力，調(diào)節(jié)腸道微生物(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。接下來本團(tuán)隊將探究日糧添加蛹蟲草對仔豬腸道健康的影響，以期在預(yù)防仔豬腹瀉和提高仔豬免疫力方面提供基礎(chǔ)。

近年來，通過調(diào)節(jié)腸道微生物來改善動物腸道健康成為了新的研究熱點，其中糞菌移植被應(yīng)用于畜牧領(lǐng)域，將健康供體糞便中的完整微生物結(jié)構(gòu)植入動物機(jī)體內(nèi)，可以改善動物腸道健康水平，但是糞菌移植技術(shù)存在質(zhì)量和安全性難以控制的問題，這些問題還有待解決；另外，通過噬菌體干預(yù)動物腸道菌群結(jié)構(gòu)，促進(jìn)動物機(jī)體腸道形成健康的微生物群落也是腸道研究的熱點。隨著減抗禁抗政策的實施，研究者主要通過在日糧中添加中草藥、益生菌、酶制劑來調(diào)控腸道健康以及腸道菌群，從而保護(hù)仔豬機(jī)體健康并提高生長性能。在未來的研究中可以通過已經(jīng)明確的機(jī)制，靶向治療腸道炎癥或者促進(jìn)某一種或者多種益生菌的生長，從而增強(qiáng)腸道健康，提高仔豬生長性能。

目前，人們對于腸道微生物的認(rèn)識還不夠全面，對于胎兒期的仔豬腸道是否存在微生物還需要更深層次的探究，腸道微生物調(diào)節(jié)腸道健康的機(jī)制尚不明確，只有更加全面、深入地了解腸道微生物在腸道中的作用機(jī)制，才可以通過有效的手段來改善豬的腸道健康，促進(jìn)其生長。