微生态制剂在提高畜禽免疫力中的作用机制

　　摘要：作为一种替代抗生素的新型绿色添加剂，微生态制剂在畜禽养殖中主要被用于维持畜禽健康、促进动物生长、提高饲料利用率。本文分别从调控动物胃肠道内微生物菌群、刺激动物免疫器官发育、分泌代谢产物激活动物自身免疫反应、改善养殖场环境进而改善动物健康状况等方面对现有的微生态制剂免疫机制进行综述。最后，基于微生态制剂的研究现状，对微生态制剂在提高动物免疫力方面存在的问题及机遇进行思考与展望。

　　关键词：微生态制剂;畜禽养殖;免疫力;作用机制

　　1引言

　　抗生素的使用极大地促进了畜牧业的发展，但随时间发展，长期滥用抗生素导致的危害也逐渐凸显[1,2]，抗生素的使用限制越来越严格，与此同时健康养殖受到的关注日益增长。但由于现代畜禽饲养密度大，环境控制难度增加，细菌性疾病更为多发且蔓延迅速，提升畜禽健康及免疫力更显重要，研究新型饲料添加剂用于养殖业已刻不容缓。微生态制剂是在微生态学理论指导下，将对宿主有益的微生物或物质经特殊工艺加工制成的菌剂。由于微生态制剂的主要成分为有益菌或有益物质，因此具有绿色无污染、无残留的优势[3,4]，在畜牧业广泛用于预防畜禽疾病、提升饲料转化率、改善畜禽产品品质及养殖环境、降低有害气体排放等方面，尤其在提高动物免疫力方面具有诸多优势[5,6]。

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　　但构成微生态制剂的益生菌及益生元多样化，了解微生态制剂在提高畜禽免疫力中的作用机制，才能根据畜禽种类、年龄、环境等因素有效地制定“个性化”制剂，以提高微生态制剂的作用效率。目前研究认为微生态制剂进入动物体内后主要通过优势菌群竞争、有机酸等代谢产物的生成及一些物质的消耗，而抑制致病菌、调节动物胃肠道微生物菌群、增强动物免疫力、保障动物健康。微生态制剂发挥免疫作用的途径主要包括：调节胃肠道微生物菌群结构、刺激免疫器官发育、调节肠道细胞的黏附力、分泌有益代谢产物、激活肠道自身免疫，促进特异性免疫和非特异性免疫等。本文就微生态制剂提高畜禽免疫力的作用机制进行综述及展望。

　　2微生态制剂提高畜禽免疫力的作用机制

　　2.1微生态制剂调节动物肠道微生物菌群

　　动物的肠道中存在上万亿微生物，肠道微生物与动物机体在漫长的岁月里协同进化，互惠互利，共同塑造了动物的免疫系统。肠道微生物不仅影响宿主对营养物质的消化利用效率，而且与宿主的健康和疾病密切相关。根据对宿主机体产生的作用不同，肠道微生物被分为乳酸菌、双歧杆菌、粪链球菌为主的有益菌，产气夹膜梭状芽胞杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌为主的有害菌及拟杆菌、真菌、甲烷短杆菌为主的条件致病菌三大类[7]，它们共同构成了肠道微生物菌群的多样性，而菌群结构的变化会直接影响动物的健康状况。

　　宿主肠道微生物多样性受到一定遗传因素的影响[8]，母体口腔、肠道及产道中的微生物组成、母乳中的低聚糖等会影响婴儿肠道微生物的组成，进而影响婴儿身体健康及免疫系统发育和代谢过程，如在妊娠母猪基础饲粮中适当添加植物乳杆菌发酵液可以显著提高初生仔猪均重、降低仔猪腹泻率及死亡率[9]。菌群移植的动物模型实验则表明肠道微生物还与肥胖、糖尿病、过敏和哮喘等疾病具有重要关系[10]。宏基因组分析则发现肠道微生物菌群的变化影响个体的精神状态[11]。维持胃肠道内微生物群体稳态及多样性对于保证动物健康具有重要意义[12]，多样性降低会增加致病菌破坏肠道黏膜从而感染上皮细胞引起疾病的风险。

　　微生态制剂作为饲料添加剂，其含有的益生菌或益生元进入肠道后可以将代谢产物作为促进因子,用于维持肠道微生物菌群多样性及平衡，防止有害菌的过度繁殖及条件致病菌的“激活”。食物来源影响动物肠道菌群构成，进而可能对肠道黏膜系统的完整性造成损伤[13,14]，在饲料中添加微生态制剂，可以显著改善有益菌(如肠球菌属和芽孢杆菌、丙酸杆菌)的占比，降低病原菌(如气单胞菌属和弯曲菌目、韦荣氏球菌科)种类，丰富肠道微生物多样性，进而保证动物健康[15-18]。

　　2.2微生态制剂刺激动物免疫器官发育

　　人类为杀灭病原菌而发明抗生素，抗生素也成为治疗细菌性感染的“特效药”。但传统的抗生素往往会无选择性地消灭或抑制病原微生物及有益微生物，它的使用不仅会改变动物肠道的营养状态，改变肠道微生物的菌群结构、基因组信息和功能，甚至可能从根本上降低人或动物的机体免疫力而导致致病菌的增殖。肠道微生物菌群与动物的先天免疫和适应性免疫系统密切相关，微生态制剂作为新型绿色饲料添加剂，不仅可以抑制致病菌，更重要的是刺激动物自身免疫器官的发育与成熟及免疫系统的应激性且不产生副作用。

　　李巧贤[19]采用酵母菌、粪链球菌、乳酸菌及双歧杆菌进行复配用作仔猪饲料添加剂，并且同时设置液体复合菌及抗生素为对照实验，结果表明复合菌实验组的仔猪胸腺淋巴细胞比对照组胸腺淋巴细胞多且成熟，并且粉状复合菌组的仔猪血液中IgG含量比抗生素组高，IgG具有防止败血症的作用，是仔猪对外界刺激的免疫反应。Schierack等[20]研究怀孕母猪免疫指标的变化时发现，芽孢杆菌可以改变淋巴细胞增殖反应，CD21+T细胞数量显著增加。以无菌动物为研究对象的实验则发现无菌动物的淋巴组织发育不全且淋巴细胞功能低下。淋巴细胞是体积最小的白细胞，由淋巴器官产生，上述研究中发现的淋巴细胞增殖反应的改变表明了微生态制剂对免疫器官具有积极的刺激作用。动物体内最大的免疫器官是肠道，肠道的粘膜层及小肠绒毛等结构均参与肠道免疫反应，赵峰等[21]在断奶仔猪的饲料中添加适量果寡糖和复合益生素制剂，发现仔猪的小肠绒毛长度和绒毛高度与隐窝深度比值均有所提高。

　　小肠绒毛是动物肠黏膜上皮屏障的重要组成部分，低聚糖等益生元的添加可以改变仔猪小肠的生理结构，从而强化肠道黏膜的免疫机能，显著降低其腹泻率并增强其恢复能力。家禽的免疫器官包括胸腺、脾脏、肝脏、法氏囊等，宋之波等[22]研究发现在日粮中添加微生态制剂有助于提高肉仔鸡的免疫器官指数。在基础日粮中补充枯草芽孢杆菌、肠球菌、双歧杆菌或乳酸菌可以使肉鸡肠道杯状细胞密度和空肠绒毛高度增加[23]。不同类型的微生态制剂还可促进动物机体免疫器官成熟及免疫因子的分泌，能够不同程度地提高并激活动物机体体液免疫和细胞免疫，激活肠道上皮细胞释放抗菌物质，降低肠道pH值，从而达到抵抗病原体的作用，提高机体的免疫能力。

　　2.3微生态制剂分泌代谢产物调节动物免疫反应

　　先天免疫系统是动物本身具有的免疫防御体系，包括一系列免疫细胞和相应的信号传递机制，在受到病原菌侵入时即刻开始行动，通过非特异的方式识别和防御感染源。肠道微生物菌群是伴随着动物免疫系统发育逐步成熟稳定的，因此，一般情况下，先天免疫系统不会攻击肠道固有微生物，且在共同生活过程中建立起密切的共生关系。在宿主-微生物的交界处分布着信号感应分子，一旦肠道微生物菌群紊乱，信号感应分子会将信号逐级传递激活动物免疫系统发生反应[24,25]：病原菌感染肠道激活信号传导分子树突状细胞，树突状细胞将信号传递给APC细胞(antigenpresentingcell)，APC细胞可以直接吞噬部分病原菌，同时通过产生白细胞介素IL诱导肠道毛细血管中的T细胞、B细胞等免疫细胞进入肠道发生免疫反应，通过抗体与病原菌发生特异性反应或巨噬细胞直接吞噬作用清除入侵的病原菌以维持肠道健康。

　　微生态制剂所包含的益生菌能够利用肠道中的营养物质产生有益代谢产物作为信号分子，有效提高干扰素和巨噬细胞的活性，激发动物机体的免疫功能及反应活性，维持机体健康。低聚糖等益生元可以作为肠道有益微生物的营养物质促进有益微生物的繁殖及代谢，也可以直接作为有益信号分子调节动物的免疫反应。研究发现，微生物的一些小分子代谢产物能穿透上皮细胞的间隙直接参与免疫过程，起到增强免疫能力、抗肿瘤和抗过敏等作用[26,27]。

　　同样，在肠道内的免疫过程中，乳酸杆菌能够减少Toll样受体，增加防御素，从而影响动物免疫功能的时效性，还可以使T淋巴细胞的转化加速，预防或缓解自身免疫性疾病等[28]。当微生态制剂中的益生菌进入肠内后，定植在机体肠道黏膜表面，通过调控黏膜免疫功能、改善肠道微生态以形成微生物屏障[29,30]，提升机体肠道黏膜屏障功能，形成不利于致病菌生存的环境，降低致病菌感染，提高机体健康水平。

　　3展望

　　目前市场上的大多数微生态制剂包含的有效菌株种类比较简单，且特定菌株往往只能降解特定类型的化学物质，使其作用范围受到限制;同时由于肠道共生微生物与病原微生物采用相似模式识别分子结构，一定程度上很难准确分辨有益菌及致病菌，微生态制剂的使用原则难以明晰，更重要的是，微生态制剂在体内与体外实验中的免疫调节反应存在差异。而DNA测序、蛋白质组学和代谢组学的快速发展使得我们对微生物群组及其与疾病之间的联系了解得越来越多[35,36]，明确“跟踪”微生态菌剂进入动物体内的反应过程及参与的免疫调节机制成为可能，对于开展个性化微生态制剂的精准应用具有重要意义。虽然已有多种微生态制剂投用于实际生产养殖中，但由于产品缺少科学的评价体系，导致质量良莠不齐，且产品效果与预期往往有较大差异。

　　建立统一有效的标准有利于控制微生态制剂市场良性发展。另一方面，微生态制剂中的有益菌活性受温度和其他环境条件影响，且主要经口进入畜禽肠道，需要经过胃液等相对极端的环境，但现有产品大多环境耐受性差，导致效果大打折扣。根据微生态制剂的免疫作用机制，可以通过对制剂的包被材料进行优化，有效提高有益菌的生存率，保护益生菌免受氧浓度、极端pH值、胆汁、胃液等的影响，从而提高微生态制剂在动物健康发育中的作用。微生态制剂主要作用于畜禽肠道，但不同种类畜禽、不同龄畜禽的肠道微生物菌群差异显著，这也是导致微生态制剂作用效果不一致的原因之一，通过研究微生态制剂对畜禽的免疫作用机制，有利于针对具体对象设计“个性化”微生态制剂，全面提高畜禽养殖的经济效益。

　　参考文献

　　[1]张慧敏,章明奎,顾国平.浙北地区畜禽粪便和农田土壤中四环素类抗生素残留[J].生态与农村环境学报，2008，24(3)：69-73.

　　[2]陈佳静，张冬冬，赖兴富，等.常用抗生素在鸡体内消除和鸡蛋中残留的规律研究进展[J].中国家禽，2020，606(03)：88-97.

　　[3]黄卫强，张和平.饲用微生态制剂替代抗生素的研究进展[J].中国微生态学杂志，2015，27(4)：488-494.

　　[4]RachnaP,DupontHL.Newapproachesforbacteriotherapy:prebiotics,new-generationprobiotics,andsynbiotics[J].ClinicalInfectiousDiseases,2015(suppl_2):108-121.

　　[5]熊荣园，杨楸楠，尚英，等.益生菌的筛选，功能及其在动物饲养中的应用[J].饲料研究，2020，43(03)：153-156.

　　作者：封佳丽1，卢俊桦1，王莹1，胡著然2，楚杰1*