仔豬腸道微生物群的發育、功能和調控

徐運杰 ，劉加娥 ，蘇雙良 ，劉曰清

（1.山東和美集團有限公司，山東 惠民 251700；2.德州和美飼料有限公司，山東 德州 253500；3.唐人神集團股份有限公司，湖南 株洲 412000）

微生物體系是一個特殊的生態系統，微生物種群包括腐生微生物、共生微生物和致病微生物。一般來說，包括豬在內的動物胃腸道主要由共生菌和過渡菌（包括病原體）相互作用組成。分娩時，新生兒接觸一系列微生物，這種初始暴露形成了腸道微生物群的基礎。宿主機體的各個部位如體表、消化道、鼻腔和泌尿生殖道都是微生物群的生態位點，它們有自己獨有的微生物特征，在宿主新陳代謝、維持胃腸道健康穩定、免疫調節和神經系統發育中起著非常重要的作用。因此，后代的健康在很大程度上取決于其接觸的微生物。對人的研究表明，生命的第一年是微生物獲得和發展的最關鍵時期，在這段時間，微生物群的破壞會造成炎癥性腸道疾病、壞死性結腸炎、濕疹、肥胖、自身免疫性疾病、哮喘和自閉癥等胃腸道或全身性疾病。這些發現說明了腸道微生物群的力量，并引發了人們通過最佳初始定植培育健康微生物群可以改善健康和限制疾病的想法。尋找改善農場動物健康的新方法值得養豬行業的特別關注，因為仔豬斷奶前后的死亡率是行業面臨的一個主要問題，行業平均水平約為15%。借鑒對人類早期微生物定植與胃腸道健康之間關系的理解，有理由認為培育健康的腸道微生物群有助于仔豬的存活和健康。

1 微生物群的獲得

1.1 產前微生物的獲得

長期以來，人們認為動物的胃腸道在分娩前是無菌的，當胎兒從子宮羊膜囊內的無菌環境通過產道過渡到微生物密集的外界環境時，微生物群的發育就開始了。然而，最近從健康新生兒的胎糞和剖腹產獲得的小鼠羊水中分離出了細菌（經鑒定主要是腸球菌屬和葡萄球菌屬）。這表明胎兒和羊水并非完全無菌，可能存在產前母嬰共生細菌。子宮內的微生物定植是否發生在豬只身上，目前尚不清楚。胎盤的差異（血絨毛膜與上皮絨毛膜）可能會影響微生物的轉移能力；分娩方式對微生物種群的定植也有影響。近年來，人們廣泛研究了分娩方式對嬰兒腸道微生物的影響，與自然分娩相比，剖腹產嬰兒的微生物豐富度和多樣性降低，過敏性疾病發病率增加。雖然剖腹生產在養豬行業是不太可能，但這項研究充分說明了出生時微生物的接觸對未來健康狀況具有長期影響。

1.2 產后微生物的獲得

哺乳期接觸母體糞便影響了仔豬腸道微生物群生長和存活，及時清除母豬糞便有利于改善哺乳仔豬腸道微生物群和健康。仔豬在出生后不同時期胃腸道中檢測到的細菌樣本見表1。出生后3 h，以梭菌科（Clostridiaceae）和腸桿菌科（Enterobacteriaceae）等需氧菌為主；出生后6 h，觀察到 鏈 球 菌（Streptococcaceae） 和梭 菌（Clostridium）；乳 酸 桿 菌（Lactobacillus）在 出 生 后24 h 可見活性；第2 天觀察到大腸桿菌（Escherichia coli）、 弗 氏 志 賀菌（Shigella fl exneri）、索氏乳桿菌（Lactobacillus sobrius）、羅伊乳桿菌（Lactobacillus reuteri）和嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）的存在；擬桿菌（Bacteroidetes）最晚在出生后第4 天出現。好氧菌的數量在出生后7 天左右增加，然后顯著減少，有利于厭氧菌的生長。產后腸道微生物群有3 個基本作用，包括保護、代謝和營養作用。首先，微生物通過競爭排斥起到對抗病原微生物的屏障作用；其次，微生物有助于母乳的消化吸收和新陳代謝，分解毒素和藥物，合成維生素和吸收離子；最后，微生物支持腸腔上皮細胞的生長和分化，支持免疫系統的發育和穩態。產后因素，如喂養方式（自然哺乳與代乳奶粉）、水源水質、壓力應激、生物防控和藥物使用，都會影響細菌的定植種類，從而改變微生物群發揮這些功能的方式。盡管豬腸道微生物群的多樣性受到各種外部因素的影響，但決定產后最初微生物定植的直接因素是母乳和環境，母乳中主要含有豐富的乳酸桿菌（Lactobacilli）和雙歧桿菌（Bifi dobacterium）。

表1 仔豬在出生后不同時期檢測到的細菌樣本

1.2.1 母乳

母乳含有大量乳源微生物，是建立腸道微生物群的重要產后因素。對人的研究表明，母乳喂養可降低糖尿病、肥胖、乳糜瀉、多發性硬化癥和哮喘的發病率。母乳喂養嬰兒的腸道微生物群與配方奶粉喂養嬰兒的腸道微生物群有很大不同。因此，有理由認為母乳喂養和代乳料喂養在仔豬身上也會產生類似的差異。在向低出生體重的仔豬補充營養時，這一點應予以充分考慮。與人相比，豬只出生具有相對較低的身體能量儲備，并且由于豬胎盤的上皮絨毛膜性質，仔豬出生具有相對較低的免疫抗病能力。這意味著，對于仔豬來說，產后立即吮吸初乳（250 g 以上/頭）對生存和健康至關重要。初乳不僅能提供熱量、能量和免疫力，還能建立共生微生物。仔豬獲得初乳的能力在很大程度上取決于出生時的體重，隨著行業推動提高母豬的高產性，每窩分娩更多的新生仔豬，低出生體重仔豬的比例增加。Morissette 等研究了哺乳期前2 周新生仔豬體重增加對回腸和結腸的管腔和黏膜微生物群的影響，研究認為，仔豬在出生后的前2 周母乳攝入量（以體重增加衡量）影響了腸道微生物群的發展。與低增重仔豬相比，高增重仔豬的微生物群中類桿菌（Bacteroidetes）、擬桿菌（Bacteroides）和瘤胃桿菌（Ruminoccocaceae） 的 水 平 較高，而豬放線桿菌（Actinobacillus porcinus） 和 嗜 淀 粉 乳 桿 菌（Lactobacillus amylovorus）的比例較低。由于哺乳仔豬的體重增加與攝入的初乳和常乳量高度相關，因此研究結果表明，母乳攝入量在出生后的前2 周會影響腸道微生物群的發育。

1.2.2 環境

致病和非致病性細菌在環境中無處不在。環境、日糧和遺傳三者結合共同決定了何種微生物在腸道中定植。出生后早期接觸適當的微生物菌群對哺乳動物的免疫系統發育有著深遠的影響。微生物群的改變與以血清IgE 升高為標志的過敏性和自身免疫性疾病的發病率增加有關。對于豬只，用母豬母乳喂養的仔豬，比在隔離器中飼養的仔豬擁有更豐富的腸道微生物群，新生仔豬是研究微生物群與免疫發育之間相互作用對過敏反應影響的一個有價值的模型。由于豬只是密集飼養，仔豬哺乳期與母豬的糞便、欄舍、飼料、皮膚和黏膜表面接觸，因此仔豬的微生物群與母豬密切相關。然而，對于母豬的營養和胎次、環境衛生、母豬體表清潔度、仔豬教槽、24 h 注射鐵和青霉素、斷奶日齡等對腸道微生物和仔豬個體性能的影響尚不明確，需要進行更多和更深入的研究。

2 不同因素對微生物群的影響

仔豬消化系統微生物群的變化受飼料和環境的影響。寄居在胃腸道的微生物包括永久定植的所謂本土細菌和其他只能暫時觀察到的非本土細菌（過路菌）。一般來說，細菌種類的多樣性及其豐富度隨著動物年齡的增長而增加。最初，仔豬的消化系統由兼性需氧或厭氧細菌定植，推動了腸道微生物群的建立和發展。然而，微生物群是一個不斷變化的動態系統，受環境、日糧和年齡等多種因素的影響。對人的研究表明，最重要的微生物形成時期是生命的最初1 ～3 年，因為這一時期微生物群更具活力，更容易發生變化。此后，微生物群向更為成熟的狀態轉變，變得更為穩定，對變化也更具抵抗力。越來越多的證據表明，仔豬腸道微生物狀態的變化歸因于食物從液體母乳向固體飼料的過渡，根據這些研究數據，可以肯定，對于豬只來說，腸道微生物建立的關鍵時間是在斷奶前后。

2.1 抗生素對微生物群的影響

母豬圍產期和哺乳期使用抗生素會影響腸道微生物群多樣性。Astrid de Greeff 等研究了母豬妊娠最后1 周使用抗生素對新生仔豬早期腸道發育的影響，結果表明，通過母體干預可以調控新生仔豬腸道發育和微生物的多樣性。建立一個健康的微生物群的重要性已經越來越明顯。在專門研究抗生素對豬體內微生物多樣性和數量的影響時，發現母豬圍產期的微生物群被破壞對仔豬微生物群的建立和代謝有不利影響，并帶來長期的健康問題。Looft 等研究表明，仔豬飼料中添加抗生素導致腸道微生物種群的數量和多樣性減少，回腸中大腸桿菌數量隨著抗生素的使用而增加，并鑒定出了耐藥基因。Kim 等也研究表明，在飼料中添加抗生素，仔豬體內的微生物群發生了類似的變化。在生產實踐中，母仔豬在哺乳期使用抗生素進行預防和治療疾病（如消炎和腹瀉治療）是普遍的做法。因此，為了后續豬群的整體健康，哺乳期間應該少用或不用抗生素，想辦法通過管理和營養手段提高母豬的泌乳力，從而改善仔豬的免疫功能和腸道微生物菌群。

2.2 應激對微生物群的影響

越來越多的證據表明腸道微生物群與中樞神經系統功能有關。應激會增加仔豬的皮質醇水平，加劇免疫抑制狀態，導致唾液、胃液和消化酶分泌紊亂，從而對腸蠕動和消化功能產生不利影響。在養豬生產中，仔豬斷奶是最大的多因素應激，包括環境、社會、營養和心理上的干擾等，在此期間，仔豬的腸道由于結構和屏障特性的改變而變得更加脆弱，微生物的多樣性和數量減少，導致消化系統紊亂和生長遲緩。這種在斷奶后增重的減少，通常被稱為“斷奶后生長受阻”，是由于應激引起的腸道完整性降低，導致腸道滲漏和腹瀉，以及對大腸桿菌等致病菌定植的敏感性增加。實驗表明，皮質醇水平的增加是導致這一現象的主要原因，它增加了腸道通透性和細菌脂多糖穿過腸壁的滲漏。雖然應激會影響微生物群，但是腸道和大腦之間存在雙向交流，反之，腸道微生物群會影響豬只對應激或焦慮的易感性。

2.3 日糧對微生物群的影響

日糧是影響腸道微生物定植的主要因素之一。斷奶是仔豬日糧發生重大變化的時期，這也會導致棲息在腸道的微生物群發生變化。研究表明，在喂食不同試驗日糧2 周后，仔豬腸道微生物群落結構有顯著差異。同樣，在飼喂4 種不同蛋白質來源、鈣和磷濃度的日糧后，仔豬糞便中細菌群落的分類和功能也逐漸重新排列，這表明日糧對微生物種群調節的重要性。腸道微生物群變化最大的時期是斷奶。有研究發現，哺乳仔豬的腸道微生物群主要包含類桿菌（Bacteroides）、奧氏桿菌（Oscillbacter）、埃希氏菌（Escherichia）、志賀氏菌（Shigella）、乳酸桿菌（Lactobacillus）和瘤胃球 菌（Ruminococcaceae）；然 而，斷奶后，細菌多樣性呈線性增加，主 要 為 醋 酸 弧 菌（Acetivibrio）、小 類 桿 菌（Dialister）、 原 細菌（Oribacterium）、 琥 珀 酸 弧菌（Succinivibrio） 和 普 雷 沃 菌（Prevotella）。研究數據為斷奶仔豬消化不良和腹瀉提供了解釋。Heo等研究表明，仔豬飼用低蛋白日糧，在面臨大腸桿菌挑戰時，腹瀉的發生率明顯降低。總之，日糧中營養源、營養素、營養水平和功能性添加劑（如益生元和合生元）對腸道微生物的多樣性影響很大。

3 微生物群對健康的影響

腸道微生物群參與了豬只整體健康的調節和維護，其最初的定植介導了免疫系統的發育，長期的定植決定了豬只未來的健康和生存，對腸道、自身免疫、心血管和特應性疾病的易感性有深遠影響，也參與認知發展，并能影響隨后的認知障礙。另外，微生物群和腸上皮細胞之間的相互作用對免疫系統的發育、成熟、調節和維持至關重要。特別是先天免疫系統的造血細胞和非造血細胞有一個獨特的定位，使它們能夠感知微生物及其代謝產物，以產生宿主的生理反應。哺乳動物的胃腸道由一個復雜而動態的微生物群落定植的，通過一種稱為“定植抗性”（colonization resistance）的機制支持宿主抵抗潛在病原體的入侵。對無菌動物的研究表明，缺乏腸道微生物群會導致脾臟、胸腺和腸道相關淋巴組織發育不良。

微生物的類型也直接影響免疫系統。產醋酸菌產生的短鏈脂肪酸醋酸鹽，通過誘導調控T 細胞直接影響免疫系統調節。其他產生短鏈脂肪酸如丙酸和丁酸的細菌也有相似之處，因為它們具有抑制病原體生長的功能。在豬只體內，黏膜免疫系統的發育要持續數周，從對無菌豬的研究來看，黏膜免疫系統的發育在很大程度上依賴于微生物的存在。最近的研究表明，母豬乳汁中的微生物群在整個泌乳過程中是動態變化的，以支持仔豬的腸道微生物群發育。豬只一生中經歷了許多應激，因此，強大的免疫系統對豬只生長性能至關重要。在生命早期建立最佳的微生物群，對于在生命后期的應激期預防疾病也至關重要。有研究表明，母豬的微生物群可以被改變，以便對其后代產生積極影響。在母豬懷孕和哺乳期間，日糧中添加啤酒酵母水解物，可使初乳脂肪含量增加，仔豬生產性能提高，母豬和仔豬糞便中有益細菌數量增加，機會致病菌數量減少。

4 對腸道微生物群的調控

大 腸 桿 菌（Escherichia coli）、產氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens）、霍亂沙門氏菌（Salmonella choleraesuis）和鼠傷寒沙門氏菌（Salmonella typhimurium）是最常引起腸道疾病的病原菌，它們產生的腸毒素可引起黏膜炎，損傷甚至完全損傷腸絨毛，微生物通過破壞的腸絨毛，加速小腸上皮細胞的分裂，從而導致細胞不能完全成熟和脫落，未成熟的細胞不能發揮基本功能，也不能參與消化過程，因此，仔豬不能消化進入大腸的碳水化合物。在過去的50 年里，為了解決斷奶腹瀉的問題，養豬業大量使用了抗生素，雖然達到了預防和治療的目的，但是改變了仔豬腸道微生物群的結構，同時出現了耐藥菌株，對動物和人類的健康造成了威脅。根據最新的研究，益生元和益生菌可以替代飼料中的抗生素。

4.1 益生元和益生菌

益生元和益生菌是人類和動物營養中常用的兩種非營養性添加劑。近年來，由于其對健康的益處，人們對其進行了廣泛的研究。益生元是一種在消化系統的第一部分不被水解和吸收，到達結腸后選擇性地刺激有益細菌增殖的功能性添加劑，主要有果寡糖、甘露寡糖、低聚半乳糖和低聚木糖。益生菌是健康腸道菌群的潛在有益細菌的培養物，用于腸道微生物的定植和改變腸道微生物群的組成。表現出益生菌活性的主要微生物有乳酸桿菌（Lactobacillus）、雙歧桿菌（Bifidobacterium）、腸球菌（Enterococcus）、片球菌（Pediococcus）、乳球菌（Lactococcus）、明串珠菌（Leuconostoc）、芽孢桿菌（Bacillus）、丙酸桿菌（Propionibacterium）、酵母 菌（Sacharomyces） 和 曲 霉 菌（Aspergillus）等。益生菌能使消化系統的pH 降低到酸性，與病原體競爭營養和黏附腸道上皮受體，并釋放抗菌和毒素滅活物質，降低仔豬腹瀉的發生率（表2）。

表2 益生菌在仔豬營養中的應用效果

長期以來，斷奶后腹瀉一直是養豬行業特別關注的問題。人們使用益生元和益生菌作為減少斷奶后腹瀉的方法進行了大量研究，但很少有研究關于其在哺乳期的使用。Hayakawa 等研究證明，在產仔前3 周 和 整 個 哺 乳 期， 添 加 含有馬鈴薯芽孢桿菌（Bacillus mesentericus），醋酸梭菌（Clostridum butyricum）和糞腸球菌（Enterococcus faecalis）的益生菌可提高仔豬窩重和母豬發情率，分別提高17%和24%，除此之外，母豬泌乳后期采食量、斷奶后腹瀉發生率、仔豬生長性能均有所改善。亓秀曄等研究表明，在仔豬教槽料中添加該復合益生菌，能在一定程度上提高仔豬日增重和育成率，減少仔豬腹瀉和死亡率，降低前期糞便中大腸桿菌數量，改善腸道健康，提高糞便中蛋白酶和淀粉酶活性。 實際生產中，益生元和益生菌聯合應用效果更佳，因為益生元是益生菌的能量來源。

4.2 糞便微生物移植

糞便微生物群移植是將健康個體的糞便懸浮液移植到另一個體的腸道中，通過競爭性排斥，重建一個有益的微生物群，以治療特定疾病。如艱難梭菌（Clostridium diffi cile）感染人的情況，用抗生素治療常常失敗，因為抗生素殺死的是營養細菌而不是孢子。為了應對這一情況，利用健康捐獻者的糞便微生物群，通過口服或灌腸的方式接種移植到病人體內，重建有益微生物群，競爭性排斥艱難梭菌以達到治療目的。Brandt 等描述了糞便微生物組移植在非腸道疾病如帕金森病、胰島素抵抗、多發性硬化和兒童退行性孤獨癥中的有益作用。應用糞便微生物群移植控制仔豬斷奶前后腸道疾病的前景十分廣闊。1—11 d 每日給予仔豬1.5 mL 糞便微生物群，可增加其日增重，降低腹瀉率，改善腸道屏障和免疫功能。但要注意糞便微生物捐供者的選擇對移植結果的影響。

4.3 功能性添加劑

表皮生長因子（EGF）是一種由53 個氨基酸殘基組成的耐熱單鏈低分子多肽。關于飼料中添加EGF 對仔豬腸道微生物調控的研究鮮有報道。但是，劉秋晨等研究表明，飼料中添加0.05%的EGF 有助于提高肉雞腸道內菌群多樣性，并能改善腸道菌群結構，提高以乳酸菌為代表的厚壁菌門菌群豐度，降低以大腸桿菌為代表的變形菌門菌群含量。其他功能性添加劑如酸化劑、精油、中草藥提取物、多酚類物質和丁酸類物質等都能夠從不同層面上調控仔豬腸道微生物菌群的結構、功能和多樣性。

5 總結

總之，腸道微生物群在調節動物健康和疾病方面起著不可或缺的作用。盡管大量的試驗已經確定了微生物群影響健康的方式，但是該如何利用這些知識來預防和治療人類和動物的疾病，還有很多需要探究的地方。由于微生物群發育的關鍵時期是斷奶前后，因此，為了豬群后期的健康和生長，需要聯合應用各種營養和管理手段調控仔豬斷奶前后腸道微生物群的定植：（1）選用優質飼料如母奶多/多奶美，讓母豬初乳滿滿，使每頭仔豬初乳攝入量不低于300 mL；（2）選用優質飼料如母奶多/多奶美，讓母豬奶水多多，使哺乳仔豬平均日增重達300 g 以上；（3）哺乳后期選用食品級奶粉料金豬乳進行補料誘食，其添加了益生元、益生菌和黃芪多糖等功能性添加劑，能夠很好地調控乳仔豬腸道微生物菌群；（4）根據季節、體重適時斷奶，做到無應激和不掉奶膘；（5）母豬產前、產后選用精油栓劑和中草藥如普濟健進行清宮消炎，少用或不用抗生素；（6）及時清除糞便，搞好環境衛生；（7）母豬飼喂少量多餐，防止剩料酸敗；（8）夏秋季節，做好滅蠅工作，防止蒼蠅污染飼料。