摘要：動(dòng)物消化道中棲息著(zhù)數量龐大的微生物，腸道微生物在消化代謝及宿主免疫等方面發(fā)揮著(zhù)諸多作用。腸道菌群穩態(tài)有賴(lài)于各種微生物的復雜作用，其對于維持宿主健康有重要意義，目前對于反芻動(dòng)物消化道微生物的研究多聚焦于瘤胃微生物，反芻動(dòng)物腸道微生物的研究較少且還處于較低水平。本文綜述了反芻動(dòng)物腸道菌群的組成及影響因素、潛在的功能以及腸道健康的調控，為反芻動(dòng)物腸道菌群的研究提供參考。關(guān)鍵詞：反芻動(dòng)物；腸道菌群；功能；影響因素；調控隨著(zhù)高通量測序技術(shù)的發(fā)展，胃腸道微生物對宿主健康的重要性被發(fā)現，而對于反芻動(dòng)物，大量研究集中在瘤胃微生物群。瘤胃是反芻動(dòng)物消化最主要的場(chǎng)所，但腸道微生物在消化過(guò)程也有著(zhù)重要作用，而腸道菌群的研究仍較少。反芻動(dòng)物消化道內建立穩定的共生菌群，可預防胃腸道感染并改善腸屏障功能，從而提高生產(chǎn)效率。本文歸納了反芻動(dòng)物腸道微生物的相關(guān)研究，闡述了反芻動(dòng)物腸道菌群的組成及影響因素、發(fā)揮的功能以及反芻動(dòng)物腸道健康的調節，為腸道菌群在反芻動(dòng)物生產(chǎn)和健康方面的研究提供參考。目前關(guān)于反芻動(dòng)物腸道菌群結構的研究主要是基于不同種類(lèi)、不同生長(cháng)階段不同生產(chǎn)性能的反芻動(dòng)物，通過(guò)對其腸道內容物或糞便微生物測序分析探知腸道微生物的組成。一般認為奶牛糞便中優(yōu)勢微生物為厚壁菌門(mén)(Firmicutes)、變形菌門(mén)(Proteobacteria)、放線(xiàn)菌門(mén)(Actinobacteria)、擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)和柔膜菌門(mén)(Tenericutes)。研究發(fā)現，在剛出生且未進(jìn)食的犢牛后腸道中，就已經(jīng)存在高度多樣的微生物菌群，且斷奶前犢牛腸道微生物群以厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和變形菌門(mén)為主，類(lèi)似于成年牛。雖然從出生犢牛腸道中就存在成年牛的主要微生物群落，不過(guò)腸道微生物定植是從不穩定的初始階段到過(guò)渡階段，并在各種因素影響下逐步向穩定的過(guò)程。研究發(fā)現，出生后1周的犢牛腸道黏膜上存在大量的大腸桿菌埃希-志賀菌屬和沙門(mén)氏菌，在這一時(shí)期可能更容易受到致病菌侵襲。Ma 等也發(fā)現了類(lèi)似的結果，在不同時(shí)間點(diǎn)飼喂初乳的新生犢牛于出生51h后采集的回腸和結腸樣本中黏膜相關(guān)微生物主要是埃希-志賀菌屬，且短鏈脂肪酸和回腸黏膜相關(guān)病原菌呈負相關(guān)，所以其推斷短鏈脂肪酸可能是影響新生犢牛腸道健康的重要因素。另外，梅花鹿幼崽隨著(zhù)年齡的增加，其小腸內的埃希-志賀菌屬呈下降趨勢。這些研究在一定程度上說(shuō)明了反芻動(dòng)物在出生后容易受到致病菌侵襲，隨著(zhù)年齡增大，被致病菌感染的概率有所降低。 在不同種類(lèi)的反芻動(dòng)物中，雖然各菌群占比不同，但總體上均以厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)為主，近幾年在綿羊、牦牛、麋鹿等反芻動(dòng)物上都得到了證實(shí)?？傮w來(lái)說(shuō)，各部分腸段的微生物群落表現出特異性，且小腸內的菌群多樣性和豐富度低于大腸。斷奶前反芻動(dòng)物的瘤胃并未發(fā)育成熟，在功能上通常認為類(lèi)似于單胃動(dòng)物的胃，而一些不可消化的營(yíng)養物質(zhì)便進(jìn)入后腸發(fā)酵。犢牛后腸微生物定植對于斷奶前犢牛的營(yíng)養和能量的獲取可能起著(zhù)重要作用，另外黏附于黏膜表面和腸腔內與消化相關(guān)的菌群在一些菌屬中有顯著(zhù)差異。研究發(fā)現斷奶前犢牛后腸內參與氨基酸代謝、碳水化合物代謝和能量代謝的細菌豐度不斷增加，揭示了后腸菌群在這段時(shí)期對于發(fā)酵的重要性。但是斷奶后犢牛糞便中與氨基酸和碳水化合物代謝相關(guān)的微生物顯著(zhù)減少，反映了營(yíng)養代謝從下消化道向瘤胃發(fā)酵的轉變。Wang等發(fā)現山羊小腸中能量、氨基酸、糖代謝相關(guān)基因非常豐富，且細菌的相對豐度與這些代謝功能明顯相關(guān)。Wang等通過(guò)高通量測序技術(shù)對氮利用效率不同的山羊的腸道菌群進(jìn)行測序，發(fā)現一些腸道微生物與氮素利用率正相關(guān)。通過(guò)微生物群功能預測，發(fā)現綿羊胃腸道中大多數代謝途徑與碳水化合物代謝相關(guān)，這可能與數量豐富的擬桿菌門(mén)與厚壁菌門(mén)有關(guān)，因為它們是反芻動(dòng)物胃腸道中的消化復雜碳水化合物的主要細菌。然而，有研究發(fā)現綿羊后腸中纖維素酶很少，大量的纖維素分解發(fā)生于胃腸道上部。 腸道黏膜免疫系統是脊椎動(dòng)物最大的免疫器官，腸道菌群與腸道內環(huán)境之間的相互作用和動(dòng)態(tài)平衡決定了黏膜免疫力和全身免疫力水平。一項臨床研究表明，試驗者服用益生元一定時(shí)間后其腸道菌群結構得到改善，糞便中的分泌型免疫球蛋白A(sIgA)含量顯著(zhù)增加，并且腸系膜淋巴結和Peyer 結中各種促炎細胞因子表達量明顯降低，說(shuō)明腸道微生物種類(lèi)和豐度影響腸黏膜免疫平衡。Malmuthuge等通過(guò)對新生犢牛小腸微生物組的分析，揭示了早期微生物對于腸道黏膜免疫反應的潛在影響。Sandes等從健康新生小牛中分離了7種可能的益生菌，并對其中幾株菌進(jìn)行體內免疫測定，發(fā)現它們能在無(wú)菌小鼠體內局部誘發(fā)sIgA的合成，并在系統水平刺激適應性免疫。腸道菌群可能與牛的飼料利用率相關(guān)，研究發(fā)現發(fā)現不同飼料效率的牛腸道菌群中毛螺菌科、瘤胃球菌科和普氏菌屬存在差異，此外奶牛產(chǎn)犢前結腸微生物的組成與產(chǎn)犢后飼料效率的關(guān)系比瘤胃微生物要密切。Zhang等發(fā)現了乳蛋白的合成與Parabacteroides、Dorea和Sutterella 等氨基酸合成相關(guān)的微生物之間呈顯著(zhù)正相關(guān)，揭示了乳成分和腸道菌群之間的潛在聯(lián)系。Li等還研究了泌乳高峰期的奶牛腸道微生物的多樣性，而且短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌可能會(huì )促進(jìn)奶產(chǎn)量。反芻動(dòng)物腸道菌群與其宿主健康狀況密切相關(guān)。Gomez等采用高通量測序技術(shù)研究發(fā)現，腹瀉犢牛的糞便菌群與健康犢牛差異顯著(zhù)，這導致腹瀉犢牛腸道內與維生素、氨基酸和碳水化合物代謝有關(guān)的菌群相對豐度下降。Zeineldin等也發(fā)現腹瀉犢牛糞便梭菌屬、布勞特菌屬、埃希氏桿菌屬豐度增加，黃桿菌屬、瘤胃球菌屬、顫螺旋菌屬和高溫脫硫弧菌屬相對豐度降低。Song等通過(guò)采集真胃移位奶牛的糞便樣品進(jìn)行高通量測序，發(fā)現患有真胃移位奶牛的糞便菌群多樣性顯著(zhù)低于正常奶牛。此外還有研究發(fā)現，泌乳期奶牛瘤胃菌群多樣性與牛奶體細胞數相關(guān)，這提示我們奶牛腸道微生物與奶牛乳房炎之間有潛在聯(lián)系。Ma等發(fā)現了患有乳腺炎奶牛的牛奶和糞便微生物組成的巨大差異，并將這種變化與腸道乳桿菌聯(lián)系起來(lái)。將患有乳房炎奶牛的糞便轉移到無(wú)菌鼠體內，發(fā)現小鼠同樣出現了乳房炎癥狀，此試驗進(jìn)一步證明了腸道菌群失調可能是引起奶牛乳房炎的原因之一。牛是大腸桿菌O157：H7的主要宿主，農場(chǎng)內有些牛排出的糞便中O157：H7含量>104CFU，被稱(chēng)為超級脫落，會(huì )造成大腸桿菌在農場(chǎng)內傳播。Wang等研究發(fā)現人后腸內某些特定菌群可以增強宿主免疫系統和腸道屏障，進(jìn)而減少大腸桿菌O157：H7的生長(cháng)和定植，為控制這種病原菌提供了新策略。此外，乳酸菌還有可能通過(guò)改善腸道菌群的結構來(lái)減少反芻動(dòng)物甲烷的排放，但是目前的研究比較少，缺乏權威性的研究結果，如果能找到這種乳酸菌并把它應用為飼料添加劑，將會(huì )給畜牧業(yè)可持續發(fā)展作出重要貢獻。日糧的變化--營(yíng)養成分和飼料形態(tài)等可以顯著(zhù)改變腸道微生物群落。一項關(guān)于四川羚牛的研究發(fā)現，與野生羚牛相比，圈養羚牛的腸道菌群有更高的群落多樣性，且圈養羚牛個(gè)體之間沒(méi)有明顯差異，提示日糧可能是影響菌群結構差異的一個(gè)重要原因。此外，有研究發(fā)現給山羊飼喂高精料可以增加回腸內與蛋白質(zhì)和碳水化合物降解相關(guān)的菌群，改變腸道菌群結構，誘導腸道菌群及其代謝紊亂，增加腸道炎癥的風(fēng)險。在羊駝中也發(fā)現了不同飲食條件下，消化道的不同部位存在獨特的微生物群。在飼糧中添加益生元能特異性改變腸道菌群組成，Castro等發(fā)現飼喂半乳糖會(huì )增加新生犢牛腸道中乳酸菌和雙歧桿菌的相對豐度。 Ji 等研究發(fā)現泌乳奶牛肌肉注射抗生素3d或14d均能引起腸道微生物群顯著(zhù)下降，且這種下降在停用抗生素后仍能持續18d以上，說(shuō)明停藥后菌群恢復需要較長(cháng)時(shí)間，另外菌群移植可以促進(jìn)腸道菌群的恢復。Holman等給新生犢牛注射土拉霉素，發(fā)現注射抗生素2d后有27個(gè)OTU豐度顯著(zhù)降低，注射后34d只有個(gè)OTU豐度發(fā)生改變，這意味隨著(zhù)時(shí)間的延長(cháng)，抗生素對犢牛糞便微生物菌群影響減少，腸道菌群逐漸恢復穩態(tài)。3.3 動(dòng)物年齡及生長(cháng)階段腸道菌群隨著(zhù)年齡的增長(cháng)會(huì )發(fā)生變化，這一變化主要發(fā)生在未成年時(shí)期，腸道菌群隨年齡的增加一般逐漸定植并相對穩定存在。研究發(fā)現新生犢牛在前6周小腸內細菌群落多樣性和豐富度不斷增加。梅花鹿幼崽小腸微生物定植從出生到斷奶也在不斷增加。另一項研究發(fā)現梅花鹿瘤胃和盲腸內菌群在斷奶前后有明顯的區別，然而瘤胃和盲腸中主要的產(chǎn)甲烷菌沒(méi)有隨著(zhù)年齡增長(cháng)而變化。Uyeno等研究發(fā)現犢牛出生后的12周內隨著(zhù)消化道不斷代謝與發(fā)育，其腸道菌群落發(fā)生了動(dòng)態(tài)變化。隨年齡增加微生物逐步在腸道中定植，腸道菌群多樣性和穩定性增加，最終成熟，這個(gè)過(guò)程在人上需要約3年時(shí)間，奶牛大約需要4.5個(gè)月。 有研究發(fā)現，去角和閹割引起犢牛應激反應顯著(zhù)降低犢牛的胃腸道微生物多樣性。一項關(guān)于腹瀉牦牛和健康牦牛腸道菌群的研究發(fā)現了真菌多樣性的顯著(zhù)差異。Plaizier等發(fā)現亞急性瘤胃酸中毒也會(huì )對腸道細菌造成影響。Bach等對奶牛產(chǎn)前產(chǎn)后21d的瘤胃和結腸微生物進(jìn)行了分析，發(fā)現奶牛產(chǎn)后結腸微生物多樣性下降，且至少在產(chǎn)后21d仍保持在一個(gè)較低的狀態(tài)。研究發(fā)現，延遲初乳喂養會(huì )影響腸道黏膜相關(guān)菌群，犢牛出生后12h飼喂母乳，其結腸黏膜相關(guān)的乳桿菌屬(Lactobacillus)明顯比45 min 和 6h飼喂母乳的犢牛低，且腸球菌屬(Enterococcus)和鏈球菌屬(Streptococcus)也會(huì )增多，很可能對牛的腸道健康造成影響。宿主所處環(huán)境也可以影響到宿主腸道菌群。Wong等發(fā)現，當果蠅暴露于特定環(huán)境中可以人為塑造其腸道微生物。Zhang等通過(guò)研究對比高低海拔三河牛糞便菌群結構和代謝發(fā)現，海拔高度顯著(zhù)影響了三河牛腸道菌群結構組成和代謝物的產(chǎn)生。提示反芻動(dòng)物通過(guò)調整腸道菌群結構適應高海拔的極端環(huán)境，具體作用機制還需進(jìn)一步研究。由以上可知，除了日糧、年齡和環(huán)境會(huì )影響腸道微生物群落，藥物、異常的生理狀態(tài)下腸道微生物的結構也會(huì )改變，一些刺激也會(huì )對腸道穩態(tài)造成不利影響，這些研究結果可以為反芻動(dòng)物飼養提供一些幫助。腸道菌群作為機體的第二大基因組，它的結構和穩態(tài)對于宿主的腸道及機體健康有十分重要的作用，因此通過(guò)營(yíng)養添加劑改善腸道菌群也被廣泛研究，找到一種營(yíng)養素或飼喂策略對于腸道健康是十分重要的。 Delsuc 等指出，動(dòng)物基因型影響消化道微生物，但主要驅動(dòng)力仍然是食物種類(lèi)。Lin等認為日糧調控可以通過(guò)改變奶牛腸道中的BA轉化途徑,進(jìn)一步調控腸道微生物群從而改善宿主健康。Green 等認為，日糧對腸道菌群的調控作用已被廣泛證實(shí)，這種調控對機體的益處或危害還難以證實(shí)，因此亟需深入研究靶向調控菌群的日糧。斷奶前在犢牛飼糧中添加鼠李糖乳桿菌可以調節胃腸道微生物平衡，提高采食量和生長(cháng)性能。Fomenky等探討了在斷奶前犢牛日糧中分別添加釀酒酵母、嗜酸乳桿菌對腸道菌群的影響，發(fā)現它們顯著(zhù)影響斷奶前腸道細菌群落結構但是對多樣性影響較小，且這兩種菌分別可以顯著(zhù)降低某些潛在致病菌的數量，增加某些益生菌的數量。Ma等研究發(fā)現向山羊日糧中分別和組合添加釀酒酵母、枯草芽孢桿菌和糞腸球菌，對于奶產(chǎn)量和乳成分表現出了各自的積極作用，而腸道菌群的豐富度和多樣性沒(méi)有顯著(zhù)變化，但是某些菌群發(fā)生了變化，埃希-志賀菌和克里斯滕森菌科顯著(zhù)減少，琥珀酸弧菌科增多，對腸道微生態(tài)有積極作用。研究發(fā)現解淀粉芽孢桿菌應用于犢?？杀憩F出對腸道致病菌的抗菌和殺菌活性。從牦牛中分離出來(lái)的假腸膜明串珠菌和約氏乳桿菌可以顯著(zhù)緩解腸侵襲性大腸桿菌誘導的腸道菌群失調，增加有益菌數，減少有害菌數，改善了腸侵襲性大腸桿菌引起的相關(guān)腹瀉。Ma 等研究發(fā)現在向無(wú)菌小鼠移植患有乳房炎的奶牛糞便微生物時(shí)同時(shí)添加益生菌干酪乳桿菌，可以顯著(zhù)恢復小鼠的乳房炎癥狀，這可能是通過(guò)剌激宿主免疫系統和改變腸道微生物的組成實(shí)現的。Izuddin 等研究發(fā)現在斷奶羊羔日糧中添加0.9%的植物乳桿菌代謝產(chǎn)物，促進(jìn)了瘤胃乳頭的生長(cháng)，減少了腸道內的病原體數目，提高了腸道黏膜屏障的完整性和腸道免疫功能。在斷奶前犢牛日糧中添加釀酒酵母發(fā)酵產(chǎn)物也發(fā)現改善了犢牛的胃腸道形態(tài)，且添加1%的效果明顯比添加0.5%好，并推測可能是由于添加發(fā)酵產(chǎn)物導致的微生物變化增加了瘤胃內丁酸鹽的濃度。丁酸作為一種微生物代謝產(chǎn)物，在動(dòng)物腸道健康中發(fā)揮著(zhù)重要作用。在斷奶前犢牛飼糧中添加不被保護的丁酸鹽可以促進(jìn)胃腸道的發(fā)育，提高生長(cháng)性能，而且斷奶后補充可以提高固體飼料的采食量，但是補充丁酸鹽的形式、來(lái)源以及適宜的添加量還未確定。 菌群移植是指將供體消化道內微生物群落移植到受體消化道內的技術(shù)手段。Pounden 等最早發(fā)現瘤胃液移植降低了犢牛腹瀉率，提高了犢牛存活率。Huang等通過(guò)產(chǎn)后奶牛瘤胃液移植發(fā)現瘤胃菌群移植改變了糞便微生物群的組成并調節了微生物代謝途徑，這對于制定和安全評估瘤胃微生物干預策略至關(guān)重要。反芻動(dòng)物腸道微生物的組成受多方面因素的影響，且與營(yíng)養代謝、生產(chǎn)性能以及健康狀況有密切聯(lián)系，通過(guò)益生菌或其代謝產(chǎn)物等益生物質(zhì)可以調控腸道微生物的穩態(tài)，促進(jìn)反芻動(dòng)物的健康。目前對于反芻動(dòng)物消化道菌群的研究主要集中在瘤胃微生物，而對反芻動(dòng)物后腸道的研究(包括但不限于不同種類(lèi)、不同生產(chǎn)性能的反芻動(dòng)物的組成及影響因素)較少。因此，對于反芻動(dòng)物腸道微生物的具體功能和機制還需要進(jìn)一步研究，為改善反芻動(dòng)物腸道穩態(tài)、營(yíng)養干預、疾病發(fā)生以及生產(chǎn)效率等提供參考。作者：張新雨，李勝利2023年9月28網(wǎng)絡(luò )首發(fā)于《中國畜牧雜志》
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