摘 要：仔豬腹瀉難題制約生豬養(yǎng)殖水平的提高。隨著高銅、高鋅、抗生素的限用禁用，仔豬腹瀉亟需“綠色”替代方案。日糧 纖維作為第六大營養(yǎng)素，具有維持腸道健康的生理功能。日糧纖維可以通過優(yōu)化腸道菌群結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)黏膜屏障等作用促進(jìn)豬腸道的 健康發(fā)育與完整功能實(shí)現(xiàn)。文章就日糧纖維對豬腸道微生物以及黏膜屏障功能的可能作用途徑以及相關(guān)作用機(jī)制進(jìn)行綜述，以促進(jìn) 日糧纖維在豬日糧生產(chǎn)上應(yīng)用，尤其是仔豬日糧生產(chǎn)上的合理廣泛利用。 

關(guān)鍵詞：日糧纖維；腸道菌群；黏膜屏障；短鏈脂肪酸；微生物

我國是養(yǎng)豬大國，生豬飼養(yǎng)量占世界總量 50% 以上；也是 豬肉消費(fèi)大國，豬肉占國內(nèi)肉食類消費(fèi)量的 60% 以上。但我國 并不是養(yǎng)豬強(qiáng)國，每頭母豬每年所能提供的斷奶仔豬頭數(shù)平均 僅為 17 ～ 18 頭，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家 23 ～ 24 頭的平均水平。斷 奶仔豬死亡是制約我國生豬養(yǎng)殖水平的最重要原因之一，每年 約有 1.6 億頭仔豬由于腹瀉而死亡。生產(chǎn)上通常使用抗生素及 高銅、高鋅來控制仔豬腹瀉，但養(yǎng)殖糞污排放造成的抗生素及 重金屬污染帶來的一系列環(huán)境問題已經(jīng)危及人類健康安全，禁 抗、限制使用高銅、高鋅已經(jīng)成了行業(yè)普遍共識。十三五期間， 習(xí)近平總書記提出了“綠色”發(fā)展理念，調(diào)整畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)，降 低養(yǎng)殖污染，發(fā)展綠色畜牧業(yè)是時(shí)代的要求和大趨勢。2017年， 農(nóng)業(yè)部已經(jīng)禁止高銅、高鋅在生豬上的使用，并且我國養(yǎng)殖促 生長抗生素禁止使用的腳步越來越近。因此迫切需要新型飼料 添加劑替代抗生素或高銅、高鋅，改善仔豬腸道健康，實(shí)現(xiàn)生 豬養(yǎng)殖綠色發(fā)展的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。 

斷奶仔豬腹瀉的成因較為復(fù)雜，國際上普遍公認(rèn)的是“過 敏理論”，其原理為：過敏 -腸道屏障受損 -病原菌侵入 -腹瀉。 腸道屏障功能是建立在日糧、腸道微生物、黏膜層三者之間動 態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，但該平衡十分脆弱。因此，提高腸道屏障 功能是有效控制仔豬腹瀉的關(guān)鍵。日糧纖維（Dietary fiber， DF）是不能被人和動物分泌的消化酶所消化的碳水化合物總稱， 包含菊粉、果膠、微晶纖維素、抗性淀粉、β- 葡聚糖等。大 量研究表明，DF 可以被腸道微生物利用生成短鏈脂肪酸、維生 素等營養(yǎng)物質(zhì)，具備刺激腸道發(fā)育，優(yōu)化腸道微生物區(qū)系，改 善腸道屏障功能，影響機(jī)體代謝、動物行為甚至認(rèn)知水平等功能。 近年研究還發(fā)現(xiàn)某些 DF（如菊粉）還具有免疫調(diào)節(jié)功能。因此， 日糧添加 DF 可能是控制仔豬腹瀉的綠色途徑。

 1 DF 的含義及理化性質(zhì) 

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，動物飼糧中的粗纖維會“降低消化率，稀 釋日糧養(yǎng)分并且降低動物的生產(chǎn)性能”。但是粗纖維組成分析 基本上是測定酸和堿水解后的殘留量。此種方法測定的纖維素 占 50% ～ 80%，木質(zhì)素占 10% ～ 50%，半纖維素占 20% 左右。由 于植物細(xì)胞壁基礎(chǔ)組分差異較大，所以粗纖維與 DF 之間并無 固定的比例關(guān)聯(lián)關(guān)系。由于結(jié)構(gòu)上以及生理上的多樣性，至今 未有 DF 準(zhǔn)確的定義。CODEX(Codex Alimentarius Commision， 2009)、國際的權(quán)威機(jī)構(gòu) EU(2008)、IOM(2001) 以及 AACC(2000) 均對 DF 進(jìn)行了定義，這些定義區(qū)別主要在于對碳水化合物中單 體的聚合度，以及人工合成類似物上的涵蓋存在一定的差異， 但是共同點(diǎn)在于都將 DF 歸納為不可被動物 / 人內(nèi)源消化酶消化 的一類碳水化合物聚合物。 

植物源性飼料原料的細(xì)胞壁含有豐富的 DF。超過 90% 的植物細(xì)胞壁都是由非淀粉多糖組成，其中又以纖維素、半纖維素 以及果膠最為豐富。其他少量的非淀粉多糖主要包括果聚糖、 葡甘露聚糖、半乳甘露聚糖、植物黏液、β- 葡聚糖以及樹膠。 DF 的分析方法主要有兩類：一類是酶化學(xué)法 (Englyst 法 )、另 一類是酶或非酶重量分析法 AOAC（美國分析化學(xué)協(xié)會 ) 法包括 酶 - 重量法、酶 - 分光光度法、酶 -HPLC 法、酶 -GC 等。從涵 蓋的DF組分上講，Englyst法認(rèn)定的DF只包含非淀粉多糖（NSP）， 而 AOAC 法不僅包括 NSP 還包括抗性淀粉及木質(zhì)素，更具代表性 （見圖 1）。

DF 的主要理化性質(zhì)包括水合作用、發(fā)酵性能及黏性等。根 據(jù)這三種性質(zhì)又可將其劃分為不同纖維類型。DF 的理化性質(zhì)對 腸道的生理功能發(fā)揮著重要作用。 

1.1 水合作用 

水合作用主要包括水溶性、吸水力以及持水力三方面，反映的不是纖維溶于水的能力而是纖維將水整合進(jìn)入其基質(zhì)形成 膠狀懸浮體的能力。其中水溶性主要取決于纖維形成的多聚糖 種類以及之間的化學(xué)鍵。例如纖維素、β-葡聚糖分別由β-1， 4- 糖苷鍵、β-1，6- 糖苷鍵連接形成不可溶性、可溶性纖維。 其中不溶性纖維包括纖維素、木質(zhì)素及部分半纖維素等，而可溶性纖維包括果膠、菊粉、葡聚糖以及阿拉伯木聚糖等。

1.2 發(fā)酵性能

 由于發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸的生成，纖維的發(fā)酵性能一般促 進(jìn)腸道健康。不同類型 DF 發(fā)酵程度變異很大，從基本不發(fā)酵的 木質(zhì)素至發(fā)酵完全的果膠。纖維的發(fā)酵部位主要是后腸，快速 發(fā)酵的纖維（可溶性）可被大腸菌群迅速發(fā)酵生成短鏈脂肪酸 （Short-chain fatty acids, SCFAs），而慢速或者不完全發(fā)酵 的纖維（不可溶性）可通過促進(jìn)排便，縮短食糜在腸道的轉(zhuǎn)運(yùn) 時(shí)間并增加糞便重量改善腸道健康；不同來源的纖維發(fā)酵生成 的短鏈脂肪酸種類和濃度完全不同。 

1.3 黏性 

黏性是影響纖維生理功能的另一重要的理化性質(zhì)，傳統(tǒng)的 動物營養(yǎng)學(xué)觀念認(rèn)為高黏性 DF 會影響營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，增 加能量消耗，降低飼料的營養(yǎng)價(jià)值。一般可溶性纖維較不可溶 纖維的黏性更強(qiáng)，長鏈纖維比短鏈更易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而一 般長鏈纖維較短鏈纖維黏性更強(qiáng)。黏性纖維包括可溶性多糖， 例如果膠、瓜爾豆膠以及 β- 葡聚糖等。黏性纖維可調(diào)控血液 中葡萄糖、膽固醇濃度，延長胃排空時(shí)間，減慢食糜在在小腸 的通過速度。

2 DF 對腸道微生物的影響 

DF是寄居在宿主后腸中的密集厭氧微生物的主要能量來源， 微生物發(fā)酵生成的短鏈脂肪酸可為宿主提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)， 否則這些將不能被宿主利用。腸道基因組學(xué)研究表明，腸道微 生物可編碼成千上萬的碳水化合物酶類（Carbohydrate-Active Enzymes，CAZymes）降解糖復(fù)合物、多糖以及寡糖生成可發(fā)酵的 單糖：其中微生物的纖維素酶、β 甘露聚糖酶、木葡聚糖酶主要分布于 GH5、GH6，GH9、GH12、GH44、GH45、GH48 和 GH74 基因 ( 糖苷鍵水解酶，Glycoside Hydrolase，GH) 家族；木聚糖酶主 要分布于 GH10 和 GH11 基因家族；果膠酶則主要分布于 GH28、 GH88、GH105、PL1、PL2、PL3、PL4、PL9、PL10、PL11 和 PL15 家 族（Polysaccharide Lyase，PL，多糖裂解酶家族）。雖然 DF 不 能被宿主內(nèi)源消化酶降解，但腸道中寄居的不同微生物可編碼 不同的 CAZ 酶從而分解利用不同的碳水化合物（分解不同的糖 苷鍵）。例如，纖維素是葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵連接形成的， 而擁有 GH1、GH3、GH5、GH7、GH8、GH9、GH44、GH48、GH51 的微 生物就可以將纖維素分解利用。DF 的添加可以促使富含分解該 類 DF 的 CAZ 酶的微生物增殖，進(jìn)而成為微生物群落中的優(yōu)勢菌 群，而那些缺乏 CAZ 酶的微生物則很有可能會淘汰消失。日糧 中 DF 的添加不僅可促進(jìn)含有該纖維的糖苷鍵水解酶的主要降解 微生物的生長，還可以通過“互養(yǎng)模式”促進(jìn)其他可利用纖維 主要降解微生物分解的二級產(chǎn)物的微生物增殖，從而達(dá)到調(diào)控 腸道菌群的作用。 

在豬日糧中添加 DF 可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化腸道菌群的作用已經(jīng)得 到大量研究證實(shí)。日糧中添加 34% 的抗性淀粉增加了公豬結(jié)腸 前端產(chǎn)丁酸菌，如普拉梭菌和埃氏巨型球菌的豐度，降低了潛 在致病微生物，如鉤端螺旋體屬微生物的豐度（P ＜ 0.05）。 促進(jìn)了結(jié)腸上皮細(xì)胞三羧酸循環(huán)及脂肪酸 β- 氧化的進(jìn)程。 母豬飼糧中添加 34% 的抗性淀粉能夠增加結(jié)腸產(chǎn)丁酸菌柔嫩梭 菌、布氏瘤胃球菌豐度，降低可能致病菌大腸桿菌和假單胞菌 屬豐度，同時(shí)增加結(jié)腸短鏈脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸濃度。 仔豬日糧中添加 3.0g/kg 纖維寡糖可以提高腸道緊密連接蛋白 Claudin-1 和 Zonula Occludens-1(ZO-1) 的表達(dá)，調(diào)高雙歧桿菌 Bifidobacterium、乳酸菌 Lactobacilli 的豐度；降低致病菌如豬鏈球菌 Streptococcus suis、大腸桿菌 Escherichia coli 的 豐度，促進(jìn)仔豬腸道健康發(fā)育。抗性淀粉顯著提高了豬腸道 中有益菌：糞球菌 Coprococcus、瘤胃球菌 Ruminococcus，和 Turicibacter的豐度，并且糞腸球菌屬與瘤胃球菌屬與食糜中 6- 磷酸葡萄糖、麥芽糖、花生四烯酸，9,12 十八碳二烯酸、油酸 濃度存在正相關(guān)。說明抗性淀粉不但影響豬腸道菌群，也會影 響菌群代謝及其終產(chǎn)物。而仔豬日糧中添加苜?？梢蕴岣咭?guī)則 糞球菌 Coprococcus eutactus 的豐度；降低致病菌如豬鏈球菌 Streptococcus suis 的豐度，優(yōu)化仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu)。 

過往的研究多集中于 DF 對腸腔內(nèi)容物中微生物區(qū)系的影 響，對腸黏膜微生物區(qū)系變化的關(guān)注很少。而由于黏膜微生物 定植在黏膜層表面，更接近腸道上皮 / 免疫細(xì)胞，并且區(qū)系結(jié) 構(gòu)相對穩(wěn)定，可以持續(xù)脫落入腸腔對腸腔微生物起到“接種作 用”，其對宿主腸道免疫功能的調(diào)節(jié)作用可能更為直接、重要。 豬不同腸道部位菌群分布存在異質(zhì)性，相應(yīng)的功能也存在差異， 了解不同位置菌群對營養(yǎng)干預(yù)的相應(yīng)變化有利于制定適宜的策 略調(diào)節(jié)腸道菌群，促進(jìn)腸道健康。在此基礎(chǔ)上，本課題組發(fā)現(xiàn) 同一腸道部位中腸腔與腸黏膜上菌群分布與功能也存在差異， SparCC 共線性網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)普雷沃式菌科、毛螺菌科以及韋榮 氏球菌科在腸腔和腸黏膜微生物上都形成共現(xiàn)性微生物菌群， 而來自于 γ- 變形菌門中機(jī)會性致病菌則僅在豬腸道黏膜上形成共現(xiàn)性微生物菌群，豬腸道菌群空間分布的異質(zhì)性以及共生 模式是與其所在“生態(tài)位”的微環(huán)境緊密相關(guān)。添加果膠、菊 粉和微晶纖維素三種 DF 對仔豬微生物區(qū)系組成及功能的影響存 在腸段之間、腸腔與黏膜之間的差異。三種 DF 均顯著降低了回 腸黏膜菌群的定植（特別是一些病原菌的豐度），降低了回腸 黏膜菌群群落的 α 多樣性，保護(hù)了仔豬黏膜屏障。而 DF 對回 腸腸腔微生物的改變有限。不同 DF 對后腸的核心菌群存在特異 性優(yōu)化作用，其中菊粉促進(jìn)了豬后腸腸黏膜上雙歧桿菌的增加 而果膠則顯著促進(jìn)了后腸腸黏膜中普雷沃式菌科的增加，具有 優(yōu)化腸道菌群的作用。（未發(fā)表數(shù)據(jù)）

3 DF 對黏膜屏障的調(diào)節(jié)作用 

3.1 黏膜屏障 

腸道黏膜屏障是由微生物屏障、黏液層屏障、機(jī)械屏障、 免疫屏障共同構(gòu)成（見表 1）。四者不是相互孤立，這些屏障 相互作用和支持，共同維護(hù)著腸道的健康。腸道微生物是協(xié)調(diào) 這四個(gè)屏障功能的重要載體。仔豬腸道發(fā)育不完全，微生物區(qū) 系薄弱，斷奶打破腸道內(nèi)環(huán)境平衡，對腸道各個(gè)屏障均有顯著 地影響。因此，恢復(fù)仔豬腸道內(nèi)環(huán)境平衡，加強(qiáng)腸道微生物區(qū) 系緩沖，調(diào)節(jié)和保護(hù)功能，是解決仔豬腹瀉的關(guān)鍵所在。

3.2 DF 對黏膜屏障的調(diào)節(jié)作用 

腸道細(xì)菌擁有降解黏蛋白必需的唾液酸酶和糖硫酸酯酶， 但是糖硫酸酯酶的最佳 pH 值（pH 值 5.0）要遠(yuǎn)低于唾液酸酶的 最適 pH 值（pH 值 7.8）。因此，小腸液中性的 pH 值將導(dǎo)致微 生物對硫酸化黏蛋白的降解程度可能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于對唾液酸化黏 蛋白的降解。黏性（膨脹）纖維的攝入主要增加大鼠小腸中唾 液酸化黏蛋白（相比于硫酸化黏蛋白）的含量。腸道中硫酸化 黏蛋白的降低可能會導(dǎo)致黏蛋白降解速度的提高，使得微生物 更易通過黏液屏障與腸道上皮細(xì)胞直接接觸。 

H.Ito 等在小鼠中的研究發(fā)現(xiàn)，高黏度的可溶性纖維會增加 腸道杯狀細(xì)胞數(shù)量，而低黏度纖維的作用不顯著?？扇苄岳w維 會增加黏液的基礎(chǔ)性分泌，但果膠并不改變杯狀細(xì)胞數(shù)量。S. Hino 等研究發(fā)現(xiàn)，無論是給大鼠飼喂可溶性 DF（魔芋、車前草 或者瓜爾豆膠，50g/kg）還是不可溶性纖維（聚苯乙烯、麩皮 或者玉米皮，80g/kg）都能增加回腸杯狀細(xì)胞數(shù)量。此外，對 人的研究表明飲食中缺乏纖維會導(dǎo)致結(jié)腸黏液層變薄，減弱黏 液屏障。DF 對杯狀細(xì)胞或者黏液層的作用可以通過直接和間接 的作用實(shí)現(xiàn)，直接的作用被報(bào)道與纖維的理化性質(zhì)（黏性以及 溶脹性）有關(guān)，而間接的作用則與腸道菌群的調(diào)控有關(guān)。 

不同纖維來源對于仔豬腸道的上皮細(xì)胞屏障影響并不一致。 仔豬日糧中添加 10% 的小麥麩纖維可顯著上調(diào)腸道黏膜的緊密 連接蛋白（ZO1 以及 OCLN）基因的表達(dá) (P ＜ 0.05)，而飼糧中添 加10%的玉米纖維以及大豆纖維卻對緊密連接蛋白無顯著影響。 此外，體內(nèi)、外的研究均表明 DF 的發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸可以促 使腸道上皮細(xì)胞增殖。另一方面乳酸桿菌能顯著上調(diào) Caco-2 細(xì) 胞的緊密連接蛋白 OCLN 和 Claudin 基因的表達(dá)，而大腸桿菌與 腸道上皮細(xì)胞接觸則導(dǎo)致緊密連接蛋白（ZO-1和Occludin）降解， 腸道通透性增加進(jìn)而引發(fā)腸道屏障功能的紊亂。 

高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中，DF 可重塑腸道菌群，并促進(jìn)腸上 皮細(xì)胞增殖及抗菌基因的表達(dá)，而菊粉的益生作用又依賴于腸 道菌群；DF 可以通過恢復(fù)受損的腸道黏液層，防治受到高糖脂 低纖維的西方飲食影響的小鼠腸道；抗生素處理或無菌小鼠中 菊粉的保護(hù)作用降低。長期或間接性 DF 不足的情況下，腸道菌 群訴諸宿主分泌的黏膜糖蛋白作為營養(yǎng)源，導(dǎo)致黏膜屏障被侵 蝕，更多致病菌侵入黏膜，機(jī)體炎癥反應(yīng)加重。即使后續(xù)日糧 中添加包含 14 種多糖（菊粉、阿拉伯木聚糖、β- 葡聚糖等） 的 DF 也并不能治愈或減輕這樣的結(jié)腸炎癥。

 用菊粉預(yù)飼小鼠，可以降低 Citrobacter rodentium 感染后 腸道的炎癥反應(yīng)以及 Smad7 的表達(dá)，可通過影響 NF-κB 和 Smad 7 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)宿主保護(hù)性免疫反應(yīng)。J. Kovacs-Nolan 等 研究發(fā)現(xiàn)，β-1，4- 甘露二糖（MNB）可以通過 TLR2/4 信號通 路激活巨噬細(xì)胞，誘導(dǎo)小鼠回腸 Th1 和 Th2 型細(xì)胞因子的表 達(dá)，提高糞 IgA 和脾臟 NK 細(xì)胞活性。LPS 刺激后，MNB 降低了 TNF-α、IL-6、iNOS 和 IL-10 的含量，增加 NK 細(xì)胞活性，提示 MNB 可以調(diào)控腸道和系統(tǒng)免疫反應(yīng)，防止 LPS 誘導(dǎo)的免疫抑制。 R. Badia 等研究發(fā)現(xiàn)，從 Yacon 根中分離的果寡糖可提高腸道 先天性免疫功能，增加 sIgA 的分泌，提高 IL-6、巨噬細(xì)胞炎癥 蛋白 MIP1a 以及 TLR4 受體的表達(dá)。L. Che 等研究發(fā)現(xiàn)，飼喂甜 豆纖維影響了腸道屏障、免疫以及代謝相關(guān)的蛋白和基因表達(dá)， 顯著改善了仔豬大腸的免疫功能。給仔豬飼喂 4% 可發(fā)酵的糊精 纖維可激活 Th2 相關(guān)的免疫通路，選擇性下調(diào)促炎因子，減輕 三硝基苯磺酸（TNBS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥狀。

3.3 DF 的直接調(diào)節(jié)作用 

最近有研究表明，腸道上皮細(xì)胞可以產(chǎn)生直接的、非益生 的作用，但到目前為止僅有少量研究關(guān)注到這個(gè)問題。目前已 有若干實(shí)驗(yàn)室利用人源多個(gè)不同腸道上皮細(xì)胞系證實(shí)了 DF 可直 接調(diào)控腸道免疫反應(yīng)。M.Ortega-Gonzalez 等的研究結(jié)果證實(shí)， 菊粉以及果寡糖、低聚半乳糖、羊奶寡糖可作為 TLR4 的配體直 接作用于腸上皮細(xì)胞，誘導(dǎo)大鼠 IEC18 腸上皮細(xì)胞系的生長相 關(guān)癌基因（GROα）、單核細(xì)胞趨化蛋白 1（MCP-1）以及 MIP2 的表達(dá)，其誘導(dǎo)效率可達(dá) LPS 的 50% ～ 80%。這些 DF 的免疫調(diào) 控作用依賴于 IκB-α 磷酸化，Myd88 或 TLR 基因敲除顯著地 降低反應(yīng)。M.Zenhom 等用寡糖、α3- 唾液乳糖、果聚糖直接處 理 Caco-2 細(xì)胞時(shí)，激活了肽聚糖識別蛋白 3（PGlyRP3）以及 PPARγ 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，下調(diào) IL-12 的分泌、TNFα、IL-8 的基因 表達(dá)，NF-κB 核轉(zhuǎn)位減少。以 Caco-2 細(xì)胞為模型，BermudezBrito 等發(fā)現(xiàn)，菊粉、果膠、果寡糖、阿拉伯木聚糖直接激活樹 突狀細(xì)胞的能力并不強(qiáng)，上皮細(xì)胞在介導(dǎo) DF 的免疫調(diào)節(jié)有著十 分重要的作用。Caco-2 上皮細(xì)胞培養(yǎng)液可以直接刺激樹突狀細(xì) 胞生產(chǎn) IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、MCP-1 和 MIP-1α，DF 可以 通過 TLR-Myd88 信號通路引起 Th1 細(xì)胞因子的變化，從而顯著抑 制了上皮細(xì)胞的免疫刺激作用。DF 可以直接作用于腸道，并不 依賴于共生菌的增殖。這類碳水化合物能夠與致病菌結(jié)合，阻 止其與黏蛋白糖鏈的黏附；還可以直接上調(diào) IL-10 和 INF-γ 細(xì) 胞因子，影響回腸和盲腸的 IgA 反應(yīng)。

 本課題組利用豬空腸上皮細(xì)胞 IPEC-J2 細(xì)胞系作為試驗(yàn)對 象，對 DF 對腸道上皮細(xì)胞的直接免疫作用進(jìn)行了相關(guān)研究。采 用 Multiplex Map Kit 與 Luminex 液相懸浮芯片測定 IPEC-J2 細(xì)胞上清液中 13 種細(xì)胞因子的含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)菊粉較對照組在 24h 時(shí)同時(shí)顯著增加了 IPEC-J2 中促炎因子（IL18、IL6、IL2、 GM-CSF）的分泌以及抗炎因子 IL10 的分泌，而果膠顯著增加了 IL18、IL8的分泌，其中菊粉孵育 24h可顯著上調(diào) TLR4的表達(dá)量， 暗示菊粉可能通過激活 TLR4 模式識別受體調(diào)節(jié)腸道免疫因子的 分泌。菊粉和果膠對腸道上皮細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)模式不同。而菊 粉和果膠在體外實(shí)驗(yàn)和動物試驗(yàn)對腸道免疫因子的影響并不一 致。菊粉對同時(shí)大幅提高 IPEC-J2 促炎以及抗炎因子的分泌但 并未引起動物腸道炎癥的過度炎癥，暗示 DF 對腸道上皮細(xì)胞的 影響時(shí)需要充分考慮黏液層、腸道上皮細(xì)胞、樹突細(xì)胞以及 T 細(xì)胞等之間的互作（張莉，未發(fā)表數(shù)據(jù)）。

 4 “DF- 腸道菌群 - 黏膜屏障”生理軸 

粘膜層作為分割腸淋巴層與腸道菌群的動態(tài)屏障，通過 黏液層、上皮細(xì)胞與緊密連接蛋白的協(xié)同合作，共同抵御腸道 有害菌對腸道的侵蝕。而黏膜免疫主要包括先天性免疫和獲得 性免疫兩部分，其中先天性免疫由物理屏障、先天免疫細(xì)胞 與分子構(gòu)成，在腸內(nèi)，這些細(xì)菌通過模式識別受體（Pattern Recognition Receptor, PRR）受嗜中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的活 性控制，以識別和響應(yīng)微生物的異常變化。PRR 識別微生物相 關(guān)分子模式（MAMP），主要包括肽聚糖、鞭毛蛋白、脂多糖 （LPS）和微生物的核酸結(jié)構(gòu)。PRRs 由 Toll 樣受體（Toll-Like receptors，TLRs），核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（Nucleotide binding Oligomerization Domain，NOD）樣受體（NLRs），視黃 酸可誘導(dǎo)基因 1（Retinoic Acid inducible Gene，RIG-1）樣受 體（RLRs），C型凝集素受體（C-type Lectins Receptor，CLR）等。而獲得性免疫主要是由 T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞構(gòu)成，病源微生物侵入 后一段時(shí)間，T細(xì)胞和 B細(xì)胞或者其他免疫細(xì)胞會分泌細(xì)胞因子、抗菌肽、sIgA 等物質(zhì)與先天性免疫系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)對。

先天性免疫是由微生物與不同模式識別受體結(jié)合，激活下 游免疫反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。Toll 樣受體（TL2、TL4、TL5）與 NOD 受體 （NOD1、NOD2、NLRC4、NL-PR3）為微生物與黏膜屏障結(jié)合的主要 受體。而 Th1、Th2、Th17，Treg 和細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞是獲得性 免疫中主要的效應(yīng) T 細(xì)胞，Th17 細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，如 IL17、IL-21，以增強(qiáng)炎癥。Treg 細(xì)胞分泌抗炎細(xì)胞因子 IL-10 以 減輕炎癥。Th17 和 Treg 細(xì)胞分化之間的動態(tài)平衡由細(xì)胞因子如 IL-6、IL-21 和 IL-2 所調(diào)節(jié)。巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞（DC）和先 天淋巴細(xì)胞（ILC）可以感受抗原，然后分泌細(xì)胞因子或趨化因 子來調(diào)節(jié)炎癥響應(yīng)。ILC3 充當(dāng)抗原呈遞細(xì)胞（APC）能夠以主要 組織相容性復(fù)合體（MHC）II 依賴性方式獨(dú)特地抑制 CD4+T 細(xì)胞 應(yīng)答，并能夠分泌 IL-22 參與修復(fù)受損的上皮細(xì)胞。ILC2 可以 產(chǎn)生 IL-5 和 IL-13 以發(fā)揮上皮衍生的 IL-25 和 IL-33 的作用抗 蠕蟲。T 輔助 3 型（Th3）細(xì)胞、調(diào)節(jié)性 B 細(xì)胞（Breg）和上內(nèi)淋巴細(xì)胞（IEL）具有通過 IL-10 抑制過量的 Th1 和 Th17 應(yīng)答 的能力和 TGF-β 產(chǎn)生。這些免疫調(diào)節(jié)細(xì)胞通過相互作用共同維 持腸內(nèi)黏膜穩(wěn)態(tài)。

 微生物影響?zhàn)つて琳系淖饔脵C(jī)制主要由以下幾條：①直接 接觸（direct physical contact）；②產(chǎn)生的代謝物（短鏈脂肪酸、 膽汁酸、TMA、吲哚類物質(zhì)）（production of metabolites）； ③自身脫落的結(jié)構(gòu)類物質(zhì)，如鞭毛（shedding of structural components）。而營養(yǎng)物質(zhì)通過腸道微生物生成代謝產(chǎn)物，進(jìn)而 調(diào)節(jié)黏膜屏障上免疫信號。代謝產(chǎn)物的作用既可以直接作用于 免疫細(xì)胞，也可以作用于腸上皮細(xì)胞，進(jìn)而影響下游相關(guān)信號 通路。而 DF 不僅能調(diào)節(jié)腸道菌群組成和功能，還能調(diào)節(jié)微生物 代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸（SCFAs）或者轉(zhuǎn)化某些宿主代謝物質(zhì)例如 膽汁酸組成等，不僅改善腸道健康，還能影響機(jī)體代謝、動物 行為。

DF 發(fā)酵的主要產(chǎn)物是短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs），包括乙酸、丙酸、丁酸以及琥珀酸鹽等。 SCFAs 的生成會導(dǎo)致腸腔中 pH 值的降低，既可以抑制病原微生 物的生長也可以促進(jìn)一些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。乙酸還在雙歧桿菌 抑制病原菌過程中發(fā)揮重要作用。丁酸可為腸道上皮細(xì)胞供能； 增加腸道中黏蛋白的生成繼而改變黏液層中黏附的微生物；還 可改善緊密連接的完整。因而，SCFAs 的生成在維持腸道屏障 功能方面發(fā)揮著重要作用。95% ～ 99% 的 SCFAs 可被機(jī)體迅速吸 收并通過不同的生物合成途徑被宿主利用。通常，乙酸會轉(zhuǎn)運(yùn) 至肝臟并作為肌肉組織的能量底物；丙酸則在肝臟轉(zhuǎn)化為葡萄 糖；丁酸則主要被結(jié)腸上皮細(xì)胞利用作為其代謝活動的重要來 源。Chen 等發(fā)現(xiàn)在 Caco-2 細(xì)胞培養(yǎng)體系中添加 SCFAs 可有效的 促進(jìn)上皮細(xì)胞的保護(hù)與修復(fù)功能。SCFAs 在大腸還可以刺激水和 鈉離子的重吸收從而限制腹瀉的產(chǎn)生。SCFAs 主要通過以下途 徑參與腸道免疫調(diào)節(jié)：①可抑制組蛋白去乙?；福℉DAC）的 活性，抑制核轉(zhuǎn)錄因子 NF-kB 的基因表達(dá)，下調(diào)促炎因子的產(chǎn)生從而抑制腸道炎癥。②通過短鏈脂肪酸受體 -G 蛋白耦聯(lián)受體 GPR41、GPR43以及 GPR109A等發(fā)揮作用，刺激細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑， 上調(diào) Toll 樣受體的表達(dá)。SCFAs 與其受體 GPR 和 HDAC 相結(jié)合， 并引起調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞與樹突細(xì)胞增殖，或分泌 IL-18 增強(qiáng)黏膜 屏障對有害微生物的抵御性。宿主免疫系統(tǒng)識別并消除病原微 生物通過激活效應(yīng) T 細(xì)胞功能，這一過程也受 SCFA 介導(dǎo)的 HDAC 抑制和 mTORC1 活化調(diào)節(jié)。例如，丁酸和丙酸可以誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性 T 細(xì)胞（Treg）的分化，幫助控制腸道炎癥，這些作用是通過抑 制組蛋白的去乙?；瓿?。腸道炎癥的控制可以幫助維持腸道 屏障，從而降低炎癥性腸?。↖BD）或者結(jié)直腸癌（CRC）發(fā)生 的可能性。除了腸道中主要 SCFAs的乙酸、丙酸以及丁酸以外， 我們對其他的 SCFAs 的潛在益處尚不清楚。近來的研究表明， 高纖維日糧可以增加 SCFAs 誘導(dǎo)激活 GPR43 以及 GPR109A，從而 激活對于腸道穩(wěn)態(tài)很關(guān)鍵的 NL-RP3 炎癥體。

腸道微生物不僅可以代謝日糧成分（DF），而且能夠轉(zhuǎn)化 宿主分泌代謝的膽汁酸調(diào)控腸道健康。膽汁酸一直被認(rèn)為對細(xì) 胞的先天性免疫可發(fā)揮直接的調(diào)控作用。膽汁酸可降低單核細(xì) 胞、巨噬細(xì)胞、樹突細(xì)胞以及肝臟巨噬細(xì)胞的促炎性因子。 這一作用主要是由兩種不同的宿主受體介導(dǎo)的：膽汁酸受體 （Farnesoid X Receptors, FXR）和 G蛋白耦聯(lián)膽汁酸受體 1（TGR5， 膽汁酸的膜型受體）。兩種受體都可以類似的方式被初級膽汁 酸和次級膽汁酸激活。FXR，是一種核配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，可 與視黃酸受體 RXR 形成異二聚體。合成的 FXR 激動劑對于小鼠 模型的結(jié)腸炎具有保護(hù)作用，然而對 FXR 基因缺乏（FXR-/-）的 小鼠則呈現(xiàn)出更嚴(yán)重的病理。FXR-/- 的小鼠也表現(xiàn)出持續(xù)性的 肝炎以及肝臟腫瘤。TGR5（G 蛋白耦聯(lián)的受體），與膽汁酸結(jié)合 會引發(fā)細(xì)胞內(nèi) cAMP 水平的提高以及 ERK 的激活。與 FXR 類似， 采用合成的激動劑激活巨噬細(xì)胞以及Kupffer細(xì)胞的TGR5受體， 可以通過干擾依賴 NF-kβ 的轉(zhuǎn)錄來抑制 LPS 誘導(dǎo)的促炎性細(xì)胞 因子的表達(dá)。這與直接抑制 NF-kB 的激活相關(guān)。初級膽汁酸和 次級膽汁酸都能夠激活 FXR 以及 TGR，目前尚且不清數(shù)初級膽汁 酸和次級膽汁酸之間平衡的偏移會有什么功能性的改變。初級 膽汁酸 CDCA 是法尼基衍生物 X 受體 FXR 的配體可抑制 LPS 誘導(dǎo) 的巨噬細(xì)胞的 IL1β、IL-6 以及 TNF-α 的釋放。膽汁酸的腸肝 循環(huán)這一生理過程受到肝臟中復(fù)雜的膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)以及腸道中核 受體的調(diào)節(jié)，一方面有毒的膽汁酸會導(dǎo)致炎癥、凋亡以及細(xì)胞 死亡。另一方面，膽汁酸激活的核受體以及GPCR信號會保護(hù)肝臟、 腸道以及巨噬細(xì)胞免受炎癥。已有研究表明 DF 可以影響膽汁酸池的組成，一方面膽汁酸可以通過腸道受體直接調(diào)控腸道先天 性免疫，另一方面膽汁酸組成的改變也會對腸道微生物組成產(chǎn) 生影響從而對腸道免疫起到調(diào)節(jié)作用。 

5 小結(jié)及展望 

DF 對黏膜免疫的直接影響時(shí)需要充分考慮黏液層、腸道上 皮細(xì)胞與其它免疫細(xì)胞（例如樹突細(xì)胞）之間的互作，以后的 試驗(yàn)中可建立腸道上皮細(xì)胞與免疫相關(guān)細(xì)胞的共培養(yǎng)模型來探 究 DF 的直接免疫作用會有更深入直觀的理解。 

腸道菌群的動態(tài)變化符合“安娜·卡列尼娜原則”，健康 / 平衡狀態(tài)都很相似，而疾病 / 失衡各有各的不同。如何通過 特定微生物或代謝產(chǎn)物判斷豬腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并 利用特定 DF 實(shí)現(xiàn)靶向性調(diào)控，需要前期大量的試驗(yàn)積累工作建 立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，才能將其更好的應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。并且 DF 對 豬腸道微生物的影響還主要集中在特定菌群豐度的改變，其與 黏膜屏障功能變化之間的關(guān)系仍只停留在相關(guān)性的研究水平， 缺乏具體機(jī)理與相關(guān)分子機(jī)制的研究。如何通過定向微生物培 養(yǎng)技術(shù)、無菌動物等方法手段，實(shí)現(xiàn)從一個(gè) C（Correlation） 到另一個(gè) C（Casuality）的跨越，可能是下一步工作的重點(diǎn)。

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