摘要 肠道的营养、健康与动物体的健康息息相关。胃肠道是病原菌侵染动物的一个直接途径。如果这些器官的保护机制失效，病原菌就能够建群并且进入宿主细胞和组织。肠道对抗病原菌侵入的机制包括IgA的分泌、共生微生物区系的维持、生理抑制条件的维持、粘蛋白屏障和蠕动机制的形成。文章就以上几个方面阐述了饲料中营养水平和组成对家畜肠道微生物、疾病的影响，并对进一步的研究作了展望。
关键词 肠道微生物 益生菌 粘蛋白 挥发性脂肪酸
中图分类号：S852．6文献识别码：A 文章编号：1007－9157（2003）04－0031－03
饲料的营养水平可以影响与家畜共生的微生物区系、免疫球蛋白IgA的分泌、机体粘蛋白屏障的形成以及肠道蠕动机制的形成。同样的，微生物区系的活性也可以直接影响抗体的分泌、肠道的环境、肠道粘蛋白甚至肠蠕动。分离健康动物肠道病原菌（包括许多肠沙门氏菌）时，经常发现血清型改变菌株[1]。在肠道中，这些物质可能保持较低的数量，这时的病原菌对动物来说不足以致病。但当外界或本体因素引起病原菌的数量快速增长时，则会导致家畜疾病的发生。至于导致肠道内抗菌力的降低或是病原菌毒性增加的因素以及其快速定植机会的获得还有待于进一步研究。小肠不仅是营养物质吸收的重要器官，而且也是许多肠道病原菌定植的场所，因而对肠道功能的维持和其疾病控制特别重要。通常，病原菌毒素的分泌、肠囊肿粘膜的破坏、电解质失调和出血可直接引起肠道疾病。此外，它也间接引起动物对营养物质吸收的降低甚至影响动物的健康。许多试验证明断奶后日粮的改变是影响幼畜肠道微生物的一个关键因素。据报道，日粮的类型和采食量在由大肠杆菌引起的断奶仔猪水肿病的发生上扮演了重要的角色［２］。此外，由于饲料直接影响了肠道内食糜这一细菌主要培养物的构成，因而通过日粮影响微生物区系以至其它组织器官也是可能的。
１ 胃肠道的pH值
胃肠道食糜pH值不但可以直接影响各种消化酶的活性和日粮消化率，而且它也能影响肠道微生物区系的菌种组成和病原菌电势的传导。胃液低的pH值可以作为宿主抵抗病原菌的屏障。然而，pH值在胃肠道其它区域也具有重要作用，它不仅影响中段和下段肠道的消化酶的活性，而且影响病原菌的定植能力。有机体（包括大肠杆菌和沙门氏菌等病原菌）的生长多偏喜近中性的pH值，然而，低的pH值却有利于包括乳酸杆菌在内的家畜常住菌的生长。日粮既能通过饲料所固有的缓冲能力来改变胃肠道的pH值，也可通过缓冲因子的迭加性和产酸添加剂、微生物产生的短链脂肪酸来影响胃肠道pH值。胃和小肠前段以外的缓冲或产酸因子效应一般来说对改变pH值没有意义，很少影响pH值的变化。另一方面，提供挥发性脂肪酸的饲料的组成却能影响大多数胃肠道远端区域的pH值，包括盲肠和大肠。许多种类的寡糖也能够引起胃肠道pH值的改变。Campbell等［３］报道当饲料中添加果聚寡糖、木聚寡糖时，与添加微晶纤维素的对照组相比，盲肠内容物的pH值有所降低，而短链脂肪酸则有所升高。采食量的减少也可致使肠道pH值发生变化。Mathew等［４］报道断奶后采食量临时减少可以引起猪回肠内容物PH值的升高，并且依次可使大肠杆菌浓度升高和乳酸杆菌浓度降低。此外，回肠挥发性脂肪酸的浓度有显著的降低。
2 挥发性脂肪酸的作用
因为短链脂肪酸还没有作为单胃动物的一种重要能量来源，因而它在单胃动物上的研究没有反刍动物深人。许多研究表明短链脂肪酸在抵抗病原菌上扮演着重要的角色，挥发性脂肪酸和其它短链脂肪酸可以增强机体对包括胃肠道内病原菌大肠杆菌在内的异物的抵抗力。Hentges［５］报道在体外试验中，脆弱拟杆菌（Bacteriodes heilis）产生的乙酸和丙酸可以抑制弗氏志贺氏菌（ Shopllafiexneri）的生长。其它体外试验表明在厌氧装置中，高浓度的挥发性脂肪酸可以抑制伤寒沙门菌（almonellamph）［６］。利用猪肠管套可以观察到回肠挥发性脂肪酸浓度在断奶后的一段时期有显著降低，这与回肠大肠杆菌的增长和乳酸杆菌浓度的降低相符合［７］。挥发性脂肪酸除了对病原菌的直接影响外，还通过提供能量和其它代谢物对肠道及整个动物体的健康起有益作用。肠道内对能量的需要与其它组织相比相对较高。Britton和Krehbiel报道［８］，肠道内物质对氧的消耗可达到25％，进一步的研究表明了挥发性脂肪酸提供了大部分其它器官新陈代谢所需能量。Waechtershaeuser和Stein［９］提出，短链脂肪酸主要是丁酸盐在肠道粘膜的屏障维持上起了一定的作用，这些酸性物质的缺乏可以导致溃疡性结肠炎和其它炎症反应。Malbert等［１０］报道，猪回肠的挥发性脂肪酸浓度可影响胃的排空模式和回肠的收缩性能。在其研究中，将挥发性脂肪酸注入回肠降低了胃的收缩性，而回肠的收缩性却得到了加强。这样，断奶仔猪上回肠挥发性脂肪酸浓度的降低便导致了在那一段肠道中饲料消化的减慢，也可引起食糜的滞留，这样更有利于病原菌的定植。因此，采食量的减少与肠道的不良性状如反常的高pH值通常相关连。单胃动物胃肠道后段挥发性脂肪酸的浓度可与牛瘤胃内的水平相当，饲喂断奶仔猪以碳水化合物为主的日粮时，盲肠和结肠内总的挥发性脂肪酸浓度在128－178 mmol／L的范围内，其中乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐分别为总量的55％、25％和15％，剩余的为戊酸盐、异戊酸盐、异丁酸盐等［１１］。此外，挥发性脂肪酸的重要性在回肠［７］，小肠的中部和前部［１２］也有体现。Tortuero等［１２］以纤维素或其它不宜消化的碳水化合物为试验材料，证实了日粮能够影响胃肠道挥发性脂肪酸的浓度，且这样的日粮组成也能影响肠道的健康，而在单胃动物的日粮中添加过多的纤维还会影响饲料的消化率。另一方面，在断奶或其它应激存在时，肠道疾病的控制就成为首要的问题，在这一方面需要进一步的研究。
3 肠道粘蛋白的作用
粘蛋白是一类由肠道和其它粘膜表面的上皮细胞分泌的糖蛋白，它可保护肠道粘膜免受饲料的磨损和细菌定植的影响。肠道的粘蛋白可以特异地结合病原菌的粘附素，这样减少了与宿主细胞相似受体粘连的危害性。Schroten等［１３］报道，粘蛋白包含有抑制大肠杆菌S菌毛的主要物质。Dean－Nystrom和Samuel［１４］发现具有987P粘蛋白的大肠杆菌能粘附在从初生乳猪到断奶仔猪的肠囊肿上，然而，成年猪粘液内发现的糖脂也能结合987P粘附素。因此推测，由于与成年猪粘液内粘附素的结合而减少了粘附素与剧状缘的接触，以此解释在成年猪上由987P介导的感染病症的减少。BlombeTg等［１５］在猪上发现类似的结合，即K88粘附素与回肠粘液的结合，这样提供了肠毒源菌株在生长猪中的定植抑制机制。
这些试验表明了肠道粘液在抵抗肠道病原菌上具有重要的地位。粘蛋白和其它糖蛋白在肠道中可以被微生物发酵而降解，因而为各种微生物提供了可以利用的培养基。Gustafsson和Carlstedt－Duke［１６］观察了具有活性的菌落对粘蛋白的影响，发现无菌动物体内粘蛋白相当稳定，但在正常菌群已经定植的动物肠道内粘蛋白则可被降解。肠道菌种可以特异地选择具有糖蛋白组分的碳水化合物作为营养物质，这样，在肠道内肠粘蛋白和微生物间存在着一种复杂的平衡，这种平衡随着动物的健康状况、日粮的组成、断奶以及其它应激因素而有所变动。在猪的回肠上应用瘘管，可以观察到随着断奶这一应激因素的发生，肠道粘蛋白具有显著的变化，此外，通过在日粮中加入半乳糖，粘蛋白减少的程度可以减轻［１７］。Pooh和Bezkorovainy［１８］观察到猪胃内的粘蛋白对于许多培养在无其它碳源的胰蛋白陈酵母膏培养基（TPY）上的双歧杆菌来说是一种有效的促生长添加剂，这样，粘蛋白上的半乳糖基便提供了双歧杆菌生长所需要的碳源和能源，这解释了半乳糖可以缓冲对断奶后猪胃肠道内粘蛋白降解的作用机理。从粘蛋白在保护肠道上皮粘膜层的重要性考虑，断奶后这些糖蛋白降解程度的增加将对病原菌定植和肠道健康有深刻的意义。
4 微生物区系的保护机制许多试验研究都表明，寄生在宿主内的微生物区的稳定有助于抑制肠道病原菌。具体的保护机制很早就已经开始研究。Bohnoff等［１９］报道，饲喂链霉素后的小鼠更易被肠炎沙门氏菌感染，其推测抗生素的使用造成了寄生微生物区系的变动，因此增加了病原菌感染的几率。Blomberg等［２０］报道，分离于猪体内的乳酸菌可以抑制大肠杆菌K88ac菌株的粘附，以35日龄猪回肠粘液为研究对象，大肠杆菌K88ac菌株对其的粘附力减少到原来的36％－48％，这说明乳酸菌束缚了K88ac的粘附受体，因而防止了其在肠道刷状边缘的定植。详细的机制还有待于进一步的研究。许多的研究表明在宿主体内长期寄生的微生物群可以刺激免疫因子的形成，包括 IgA和炎症反应效应物。Perdigon等［２１］报道，当饲喂小鼠乳杆菌时，结果显示通过IgA的形成，提高了对鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌的抵抗力。Maassen等［２２］的研究表明，饲喂小鼠乳杆菌后增加了细胞免疫因子的量。此外，宿主微生物群的其它活动包括挥发性脂肪酸的产生和适宜的PＨ值的维持对抵制肠道病原菌也是很重要的因素。许多试验表明，日粮能够影响宿主内寄主细菌的数量和菌群的组成。但是如果通过日粮来调控，则必需保证足够的可以提供动物适应市场需求的快速、有效生长发育所需的能量。这样，日粮中的谷物就占很大一部分比例，因而肠道的食糜中淀粉成为主要的碳水化合物。此外，可以作为微生物食物而没有被动物消化的食糜中的蛋白质和能量成分，也应额外添加到家畜日粮总量中，这样益生元添加剂就只能以占日粮的很少比例（一般少于1％）来添加。对于相当数量的家畜来说，日粮的类型也能够影响肠道微生物组成和数量。Bedbury和Duke报道［２３］，火鸡盲肠微生物区系随着纤维在日粮中的含量改变而相应地发生变化，饲喂低纤维日粮，肠道内大肠杆菌的数量将有所升高。以上的研究为开发可以提高肠道有益菌生长和存活力的益生元类物质提供了基础理论依据。
5 研究展望
要开发一种有效的抗生素替代物来维持动物现有的健康和生产力，深入研究肠道菌群间的相互作用、日粮的组成和疾病来源是关键的环节。对于对动物机体具有保护作用的关键菌种的特性研究以及对菌株发挥最大效应的营养和环境因素的深入理解控制还有待于进一步探求。随着科学技术日新月异的发展，更先进的肠道菌株鉴定和分离技术将溶入这一研究领域。在生存环境与自身健康情况发生变化时，动物以及其共生的细菌也不断发生适应性改变。为了能够更好地详细说明它们之间的共生关系，以DNA为基础的分子生物学手段如
16SrDNA寡核苷酸序列分析、PCR技术、基因探针技术、分子杂交等对于肠道菌群的特性分析是必需的，这些分析技术将弥补传统的微生物研究手段的不足。此外，随着更加详尽地研究不同条件下主要菌种生理和代谢途径，更有效的益生元添加剂将应用于实际生产中，最终达到提高动物和人类健康的目的。
