曾 揚(yáng)，梁雄燕，劉 晶，楊玉瑩

(長江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，湖北荊州 434025)

益生菌通常是指對宿主(動(dòng)物或人類)有益處的活性微生物，即“通過攝取適當(dāng)?shù)牧?，對食用者機(jī)體健康能發(fā)揮有效作用的活菌”[1]。利用益生菌生產(chǎn)的微生物制劑種類繁多，并廣泛應(yīng)用于生物制品領(lǐng)域。益生菌不僅對人具有益生效果，對動(dòng)物同樣有效，隨著飼料行業(yè)全面實(shí)行“禁抗”政策，益生菌在動(dòng)物保健領(lǐng)域扮演的角色越來越重要。實(shí)際生產(chǎn)中，環(huán)境因素的惡化容易誘發(fā)動(dòng)物胃腸道或呼吸系統(tǒng)疾病，如豬和家禽容易患有各種腸道病毒性疾病以及急性支氣管炎，而益生菌可針對性發(fā)揮免疫刺激與免疫調(diào)節(jié)作用，免疫刺激是指益生菌通過激活白細(xì)胞介素(interleukin，IL)誘導(dǎo)自然殺傷細(xì)胞、輔助型T細(xì)胞(helper T cell， Th)的產(chǎn)生，抵抗外部感染；而免疫調(diào)節(jié)是其通過樹突狀細(xì)胞(dendritic cells，DCs)、B淋巴細(xì)胞等誘導(dǎo)調(diào)節(jié)型T細(xì)胞的活化，產(chǎn)生適應(yīng)性免疫反應(yīng)從而有效破壞病原體[2]。機(jī)體中，腸道微生物幾乎與所有的組織器官都聯(lián)系緊密，隨著近年來腸道與肺之間的雙向信息交流系統(tǒng)——“腸-肺軸”開始逐漸進(jìn)入人們的視野，腸與肺之間的聯(lián)系也不斷被發(fā)掘。雖然動(dòng)物胃腸道疾病與呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)理與影響因素復(fù)雜，但益生菌通過調(diào)節(jié)微生物群，可有效緩解腸肺穩(wěn)態(tài)遭到破壞時(shí)的過敏或炎癥反應(yīng)引發(fā)的機(jī)體不適[3]；既可刺激機(jī)體免疫應(yīng)答、增強(qiáng)黏膜屏障保護(hù)功能，抑制病原菌的入侵，也能一定程度上降低動(dòng)物呼吸道或胃腸道疾病的發(fā)病率，有效預(yù)防疾病。因此，深入探究益生菌在動(dòng)物胃腸道與呼吸道疾病疾病中的作用是極為必要的，也可為研究相關(guān)疾病提供參考。

1 益生菌與腸道和肺微生態(tài)

腸道與肺微生態(tài)是機(jī)體微生態(tài)系統(tǒng)中尤為重要且極為復(fù)雜的組成部分，而益生菌與微生態(tài)之間的相互作用與調(diào)節(jié)非常關(guān)鍵。益生菌是有益健康的微生物，需要與其他具有有益效用的微生物菌群加以區(qū)分，但是以往缺乏薈萃分析等手段，往往無法從微生物群中準(zhǔn)確分離出發(fā)揮主要功能的益生菌，在腸道、肺部微生態(tài)中便是如此。臨床上，腸道糞便微生物移植能有效改善急性腸炎，但其中起效用的是共生微生物群，包含多種微生物或益生菌。

益生菌包含不同種類的細(xì)菌與真菌，如乳酸菌、雙歧桿菌和芽孢桿菌等，其中乳酸菌主要以乳桿菌(如植物乳桿菌、干酪乳桿菌和鼠李糖乳桿菌等)和雙歧桿菌(青春雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌等)為主，這二者也是機(jī)體健康狀態(tài)下腸道微生物的主要組成部分，安全性較高且可靠，廣泛應(yīng)用于各種乳制品以及微生物制劑的生產(chǎn)與使用[4]。而腸道與肺部的微生物群均是共生微生物群，主要是厭氧菌，也包括少量的病毒、古細(xì)菌和真菌，最顯著的特征是穩(wěn)定性較高，菌群之間保持著拮抗或者共生關(guān)系，從而協(xié)助機(jī)體抵抗外部感染并維持微生態(tài)穩(wěn)定。其中，腸道微生物群由大約150種細(xì)菌組成，主要包含厚壁菌門和擬桿菌門，而雙歧桿菌、乳酸桿菌等是其中的優(yōu)勢菌群，具有免疫調(diào)節(jié)作用，但部分非優(yōu)勢菌群如腸球菌在穩(wěn)態(tài)遭到破壞時(shí)，可以對機(jī)體產(chǎn)生破壞作用[5]。除了廣泛研究的腸道微生物群，包括肺在內(nèi)的其他部位的微生物群對宿主體內(nèi)平衡和疾病也至關(guān)重要，并且肺微生物群如今被視為呼吸系統(tǒng)疾病病理學(xué)基石[6]。與腸道微生物群相似，肺微生物群主要也是由厚壁菌門和擬桿菌門組成，其次是放線菌門和變形菌門[7]，但肺微生物群的物種豐度顯著低于腸道微生物群，其組成主要取決于機(jī)體通過唾液吸入的微生物種類、宿主的先天及適應(yīng)性免疫以及宿主的黏液纖毛清除能力，同時(shí)也受到營養(yǎng)和溫度等條件的影響，更為重要的是肺微生物群能與腸道微生物群相互影響并彼此作用[8]。

益生菌與腸道、肺部微生態(tài)的平衡緊密聯(lián)系，腸道菌群與肺部菌群可以通過維持黏膜通透性并刺激免疫球蛋白分泌，同時(shí)抑制炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生。而益生菌可以刺激黏膜細(xì)胞的吞噬作用以及抗原呈遞功能，同時(shí)與致病菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)并生成細(xì)菌素抑制致病菌繁殖，在平衡宿主防御性免疫反應(yīng)方面發(fā)揮作用，調(diào)節(jié)宿主的免疫功能[9]。其中具有代表性的乳酸菌和雙歧桿菌，不僅可以調(diào)節(jié)腸道微生物群，也能刺激機(jī)體免疫，同時(shí)合成多種蛋白質(zhì)供宿主利用；還可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs)，促進(jìn)機(jī)體對礦物質(zhì)的吸收，提高免疫力，緩解疾病病癥。在動(dòng)物中進(jìn)一步探索益生菌與腸肺微生態(tài)之間的關(guān)系也有利于益生菌在動(dòng)物胃腸道與呼吸道疾病中的應(yīng)用。

2 益生菌在胃腸道和呼吸道疾病中的作用

2.1 腸-肺軸

“腸-肺軸”本質(zhì)上是腸道微生物群與肺之間的一種雙向通訊與作用樞紐，在外界因素(如疾病、藥物等)作用于機(jī)體時(shí)，引起腸道與肺部微生物組成發(fā)生變化，并調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[9]。《皇帝內(nèi)經(jīng)》等醫(yī)書中早有記載，肺為“相傅之官”，大腸為“傳導(dǎo)之官”，在五行里，肺與大腸同屬金，肺屬陰在內(nèi)，大腸為陽在外。“肺病及腸”“腸病及肺”“肺與大腸相表里”，二者相互影響，息息相關(guān)。當(dāng)環(huán)境因素影響腸道微生物群時(shí)，腸道內(nèi)益生菌數(shù)量下降，致病菌增多，破壞穩(wěn)態(tài)造成微生物群失調(diào)，便會(huì)引發(fā)各種疾病，包括通過“腸-肺軸”引發(fā)的呼吸道感染[10]。正常生理狀態(tài)下，腸道微生物會(huì)對肺部、肝臟等器官進(jìn)行遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié)，而一旦炎癥發(fā)生，腸道微生物不僅對腸道微生態(tài)產(chǎn)生影響，也會(huì)刺激遠(yuǎn)端肺部的免疫反應(yīng)，共同作用于炎癥，呼吸道和腸道中微生物組成和功能的變化與免疫反應(yīng)的改變和肺部疾病的發(fā)展也息息相關(guān)[11]。通常，益生菌等微生物通過代謝產(chǎn)生SCFAs等影響免疫系統(tǒng)，而腸道微生物群與肺部的互作主要是通過體內(nèi)循環(huán)運(yùn)輸?shù)囊恍┪⑸锎x物和可溶性成分實(shí)現(xiàn)的，其中包含肽聚糖、脂多糖、Toll樣受體等[12]。益生菌作用于胃腸道改善呼吸系統(tǒng)疾病的手段很多，包括純化微生物代謝物(如SCFAs)等，可有效改善機(jī)體免疫力、緩解病癥，但具體機(jī)制尚不明確，關(guān)于益生菌如何作用于“腸-肺軸”并影響胃腸道或呼吸系統(tǒng)疾病進(jìn)程，便有待通過動(dòng)物模型進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 益生菌對動(dòng)物胃腸道疾病的治療

胃腸道是微生物最活躍的生態(tài)系統(tǒng)之一，在黏膜免疫系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。而益生菌具有一定的耐酸性、膽汁和胰液耐受性，同時(shí)對腸上皮細(xì)胞有一定的黏附和侵襲能力，因此達(dá)到一定量時(shí)可在腸道存活并改善菌群平衡，維持穩(wěn)態(tài)并分泌抑菌物質(zhì)；也能刺激機(jī)體激活調(diào)節(jié)型T細(xì)胞，增強(qiáng)腸道黏膜保護(hù)功能，從而維持腸道完整性，刺激機(jī)體全身免疫反應(yīng)[13]。例如，口服益生菌可以激活巨噬細(xì)胞的吞噬與殺菌作用，降低腸道感染沙門氏菌風(fēng)險(xiǎn)，并且可以釋放細(xì)胞因子作用于遠(yuǎn)端免疫細(xì)胞，產(chǎn)生的特異性抗體可刺激全身免疫反應(yīng)[14]。隨著益生菌在胃腸道疾病中的治療效果越來越明顯，不同類型胃腸炎動(dòng)物模型的研究也在不斷深入。

常見的動(dòng)物胃腸道疾病主要是由一些細(xì)菌與病毒感染所造成的，如沙門氏菌和輪狀病毒等。胃炎指胃壁表層組織和深層組織的炎癥過程，按其發(fā)生原因可分為原發(fā)性胃炎和繼發(fā)性胃炎；而腸炎發(fā)生原因很復(fù)雜，主要有中毒性、營養(yǎng)不良性幾大類，按疾病進(jìn)程可分為慢性和急性，但益生菌可以通過改善腸道微生物群對急性腸胃炎以及炎癥性腸炎等進(jìn)行治療[15]。實(shí)際生產(chǎn)中，斷奶型仔豬腹瀉會(huì)使發(fā)病仔豬生長遲緩，形成僵豬，甚至死亡，病死率達(dá)10%～15%，給養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而益生菌作為潛在的抗生素替代品可有效的對抗細(xì)菌性斷奶仔豬腹瀉，植物乳桿菌通過刺激炎癥細(xì)胞因子和SCFAs的產(chǎn)生，抑制腫瘤壞死因子-α (TNF-α)、γ干擾素 (IFN-γ)等細(xì)胞因子產(chǎn)生，減少空腸損傷，可以有效緩解產(chǎn)腸毒素大腸埃希氏菌ETEC-K88感染引起的腹瀉癥狀[16]；乳酸桿菌可通過PINK1/Parkin途徑激活細(xì)胞選擇性的線粒體自噬，抑制核炎性體的激活，降低炎性因子的表達(dá)，改善沙門氏菌引起的仔豬發(fā)熱、腹瀉等癥狀；鼠李糖乳桿菌也可通過阻止經(jīng)典NF-κB途徑的活化抑制由炎癥反應(yīng)以及促炎因子的表達(dá)，促進(jìn)不同腸段中分泌型免疫球蛋白 A(sIgA)的分泌，從而緩解腸炎[17]。因此，利用益生菌制劑有可能是未來防治仔豬腹瀉的有效手段。而禽類養(yǎng)殖中，雞腸炎是家禽經(jīng)常發(fā)生的一種疾病，以夏、秋兩季多發(fā)，其發(fā)病因素包括細(xì)菌性感染、病毒性疾病和腸道內(nèi)酸堿平衡失調(diào)等，也能造成雞場一定的經(jīng)濟(jì)損失。研究發(fā)現(xiàn)，將植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌等按一定比例混合讓雛雞口服，可使其肝臟和大腸載菌量顯著降低，存活率升高，對O78型禽大腸埃希氏菌引發(fā)的腸炎具有良好的保護(hù)效果[18]。實(shí)際應(yīng)用中，乳酸菌屬和雙歧桿菌屬最常用于預(yù)防胃腸道疾病，且按不同比例混用能有效改善腸炎，不僅可以降低腸黏膜炎十二指腸和空腸的組織病變，也能緩解腸黏膜炎造成的腸上皮損傷[19]，將益生菌應(yīng)用于動(dòng)物胃腸炎的臨床治療以及飼料添加領(lǐng)域，具有良好前景。

在一些特定胃腸道疾病的動(dòng)物誘發(fā)模型中，益生菌也表現(xiàn)出良好的療效。腸道屏障對于預(yù)防炎癥性腸炎至關(guān)重要，使用脂多糖誘導(dǎo)的 Caco-2 細(xì)胞模型研究雙歧桿菌對腸道屏障的保護(hù)作用，發(fā)現(xiàn)其相比于大腸埃希氏菌，對結(jié)腸細(xì)胞具有更高的黏附能力和更顯著的抑制作用[20]。在小鼠結(jié)腸炎模型中，采用乳桿菌等不同益生菌研究腸道抗炎活性，均表現(xiàn)出良好腸道抗炎作用。而一些傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品中提取的益生菌酵母也能對結(jié)腸炎中發(fā)揮抗炎作用，并對腸樹突細(xì)胞表型變化產(chǎn)生影響，這為改善動(dòng)物腸胃炎治療提供了更多的選擇[21]，這可能為減少結(jié)腸炎和炎癥相關(guān)結(jié)腸癌發(fā)生提供了一條安全有效的策略。但益生菌制劑在不同宿主中所表現(xiàn)出的療效有很大差異，單獨(dú)使用某一種益生菌益生效果往往并不太明顯，究其原因，可能是菌株自身對于宿主的差異定植傾向，也可能是由于宿主自身免疫系統(tǒng)差異性。動(dòng)物機(jī)體都有各自獨(dú)特的腸道微生物群，在營養(yǎng)代謝、保持腸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)完整性、免疫調(diào)節(jié)和預(yù)防病原體等方面各有特異性。只有結(jié)合更多的理論研究與實(shí)際應(yīng)用，才更有利于探索益生菌對動(dòng)物胃腸道疾病的作用機(jī)理并廣泛應(yīng)用。

2.3 益生菌對動(dòng)物呼吸系統(tǒng)疾病的治療

常見的動(dòng)物呼吸系統(tǒng)疾病可分為急性傳染病和慢性呼吸道疾病，急性傳染病主要指流感病毒或肺炎菌所造成的急性疾病，而慢性呼吸道疾病包括感冒(多發(fā)于幼弱動(dòng)物)、傳染性氣管炎(禽類)及鼻炎(馬、犬和貓)等。在呼吸系統(tǒng)疾病中，乳酸桿菌和雙歧桿菌等益生菌的研究較為廣泛，并且已經(jīng)在較多的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型中得到了驗(yàn)證。常見于動(dòng)物的鼻炎包括原發(fā)性或繼發(fā)性兩類，臨床上以原發(fā)性卡他性鼻炎最為常見，原發(fā)性鼻炎可由感冒或吸入刺激性氣體產(chǎn)生，繼發(fā)性鼻炎常見于一些傳染病，如慢性豬肺疫等。針對可以誘發(fā)強(qiáng)烈Th2與Th17反應(yīng)的急性呼吸道疾病，雙歧桿菌通過減少肺部炎癥細(xì)胞數(shù)量和組織中的炎癥細(xì)胞浸潤，還能誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的產(chǎn)生以緩解動(dòng)物呼吸系統(tǒng)不適[22]；植物乳桿菌也能通過重新平衡Th1/Th2免疫應(yīng)答和調(diào)節(jié)IL-17的產(chǎn)生發(fā)揮抗過敏作用，減輕動(dòng)物哮喘或鼻炎癥狀[23]，因此益生菌可以被視為治療動(dòng)物哮喘的可能候選物。

針對常見的呼吸道流感病毒感染，乳酸菌和雙歧桿菌可以誘導(dǎo)體液及細(xì)胞免疫，平衡Th1/Th2免疫反應(yīng)，降低炎癥細(xì)胞因子的產(chǎn)生，具有較強(qiáng)免疫調(diào)節(jié)能力。乳酸桿菌主要通過刺激抗體產(chǎn)生，增加自然殺傷細(xì)胞的活性、分泌IFN-γ，對動(dòng)物呼吸道感染造成的肺部感染產(chǎn)生有效保護(hù) ，并且雙歧桿菌也可表現(xiàn)出與之類似的作用[24]。而普通的流感疫苗應(yīng)對變異病毒療效有限，因此通過攝取益生菌等方式增強(qiáng)抗感染免疫力便尤為重要，將鼠李糖乳桿菌滴鼻免疫動(dòng)物，可以在早期控制流感病毒復(fù)制，干預(yù)流感病毒感染幼體動(dòng)物[25]；類似的熱滅活干酪乳桿菌對不同亞型的流感病毒感染也都起到了一定的保護(hù)作用[26]；甚至利用乳桿菌表達(dá)流感病毒的蛋白，在甲型流感病毒感染動(dòng)物后進(jìn)行口服免疫，通過誘導(dǎo)抗病毒基因表達(dá)抑制了病毒的復(fù)制能力，對流感病毒感染療效顯著[27]。越來越多的試驗(yàn)結(jié)果表明，益生菌可以對常見動(dòng)物呼吸系統(tǒng)疾病進(jìn)程起到一定的干預(yù)以及治療或預(yù)防作用，盡管養(yǎng)殖場大多采取淘汰病畜的方式，但隨著寵物飼養(yǎng)增加，相關(guān)疾病診療也需要得到重視，因此益生菌的應(yīng)用在“無抗”時(shí)代需要得到推廣。

2.4 益生菌與新型冠狀病毒

國際病毒分類委員會(huì)將新型冠狀病毒命名為“SARS-CoV-2”，它可以造成感染者肺部急劇受損，引發(fā)多種并發(fā)癥，并導(dǎo)致微生物菌群失調(diào)，世界衛(wèi)生組織將新型冠狀病毒肺炎命名為“2019冠狀病毒病”(Corona virus disease 2019，COVID-19)，簡稱“新冠肺炎”。目前已報(bào)道新冠病毒可通過呼吸道飛沫在貓、犬、豬等之間傳播，其中貓對新冠病毒高度易感，而狗相對低敏，并且貓的血清抗體動(dòng)態(tài)得到監(jiān)測，為COVID-19的臨床治療和預(yù)防提供了重要參考[28]。機(jī)體一旦感染新冠病毒，會(huì)導(dǎo)致肺部益生菌如乳酸桿菌和雙歧桿菌減少，同時(shí)引發(fā)繼發(fā)性腸道感染或腸道局部功能障礙，而補(bǔ)充益生元或益生菌可以調(diào)節(jié)胃腸道微生物群的平衡，且由于腸道與肺部之間存在相互作用，使得益生菌在緩解由此產(chǎn)生的胃腸道炎癥的同時(shí)，對呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生保護(hù)作用，從而降低二次感染[29]。膜糖蛋白是SARS-CoV-2中含量最豐富的蛋白質(zhì)，將其鼻內(nèi)接種可使小鼠支氣管肺泡灌洗液中IL-6顯著增加，而鼠李糖乳桿菌可發(fā)酵產(chǎn)生丁酸下調(diào)IL-6 的分泌，說明用益生菌治療COVID-19炎癥有可行性[30]。飼料中添加膳食微生物，包括益生菌或益生元，在新型冠狀病毒感染期間能有效增強(qiáng)宿主免疫功能，并且益生菌對SARS-CoV-2感染易感性的影響研究也在逐步深入，可信的是，服用益生菌是疫情期間增強(qiáng)胃腸道屏障功能和降低炎癥產(chǎn)生的有效手段，通過對動(dòng)物感染模型的研究也能推動(dòng)對相關(guān)疾病的治療與預(yù)防。

3 結(jié)語

行業(yè)內(nèi)全面禁抗政策的實(shí)施使得益生菌的應(yīng)用更加廣泛，乳酸桿菌和雙歧桿菌等在治療動(dòng)物胃腸道與呼吸系統(tǒng)疾病的作用也越來越受到關(guān)注。益生菌不僅可以調(diào)節(jié)胃腸道與呼吸系統(tǒng)的微生物菌群，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)，維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，也具有明顯的抗病毒作用，因此如何將益生菌合理應(yīng)用于疾病的預(yù)防和治療也成為研究熱點(diǎn)。雖然益生菌具有菌株特異性，針對免疫狀態(tài)不同的機(jī)體存在一定個(gè)體差異，但合理的應(yīng)用益生菌應(yīng)被視為調(diào)節(jié)動(dòng)物免疫較為安全的一種方式，副作用也較小。只要針對不同的需求，結(jié)合不同菌株間的生理生化特性，加強(qiáng)益生菌的應(yīng)用不僅會(huì)產(chǎn)生一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也能為深入探索益生菌在胃腸道及呼吸道疾病等各類炎癥反應(yīng)中的作用機(jī)理奠定基礎(chǔ)。