肠道微生物区系对断奶仔猪肠道黏膜免疫功能的调节作用研究进展

陈 逸，董 丽，喻礼怀

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）

肠道黏膜是仔猪体内最大的黏膜免疫器官，而仔猪肠道微生物区系和肠道黏膜免疫的相互作用机制非常复杂。断奶仔猪肠道中一些微生物的数量在发生变化，例如肠道食糜中的乳酸菌数量级从 1×107～9cfu/g 下降至 8.5×106～7cfu/g 左右，并且此前处于肠道中优势地位的厌氧菌群也出现不同程度的减少，同时，由饲料携带的外源菌开始入侵，使仔猪肠道内的大肠杆菌、沙门菌等致病菌数量增加；仔猪断奶后1～3周内，仔猪肠道开始适应饲料，微生物区系开始重新排列，并逐渐形成新的平衡（姜春阳等，2016；李德发，2003）。肠道微生物刺激了肠道黏膜免疫的正常发育，实现了对断奶仔猪肠道黏膜免疫的调节作用（王文娟，2005）。

1 断奶仔猪肠道黏膜免疫的特点

1.1 肠道黏膜免疫 肠道黏膜免疫是动物体最重要的自身免疫行为之一，主要由肠相关淋巴组织（GALT）构成，GALT主要由诱导位点和效应位点产生效用，而正常肠道之所以能够将大量的细菌及有害物质有效地局限于肠道中，就是因为肠道黏膜免疫系统通过诱导位点和效应位点的细胞共同发挥生理效应，从而实现有效的、多层次的免疫防护功能。仔猪在断奶后，肠道黏膜会直接接触到外界抗原，此时肠道黏膜免疫开始发挥效应，肠道黏膜中的派尔集合淋巴结（PP结）通过其表面的一层褶皱细胞M识别出抗原，并将其转移至巨噬细胞处加工处理后传递给Th细胞，Th细胞激活B细胞，被激活的B细胞重新回到肠道黏膜固有层，在T细胞的辅助下，分化、增殖出大量的SIgA，发挥其生理功效，进行完整的肠道黏膜免疫过程。

1.2 断奶仔猪肠道黏膜免疫功能的特点 仔猪断奶后其肠道黏膜免疫功能处于一个不稳定的状态，不同断奶日龄的仔猪其肠道黏膜免疫功能都不尽相同。早期断奶会导致仔猪肠道黏膜损伤、DC功能紊乱，肠道黏膜免疫系统中的细胞因子分泌发生变化，导致T淋巴细胞亚群数量的改变，主要表现为肠道黏膜Th1型促炎性细胞因子分泌过多（孙丽华等，2009），导致肠道黏膜形态发生改变，主要表现为肠绒毛变短和隐窝深度增加（Boudry 等 2004；Mccracken 等，1999；Pluske 等，1997）；同时，早期断奶后的仔猪，其肠上皮细胞紧密连接蛋白Occludin的mRNA表达量有所下降，从而造成肠道黏膜通透性增强，但是这种紊乱一般是暂时性的，随着断奶后期仔猪肠道微生物区系趋于稳定，肠道黏膜免疫功能逐渐正常。

较于初生仔猪与成年猪，断奶仔猪的肠道黏膜免疫功能介于二者之间最不稳定，其主要区别在于肠道黏膜免疫细胞的发育程度，初生仔猪肠黏膜丕氏结滤泡和T细胞区域尚未发育成熟，肠绒毛中几乎没有CD4+T淋巴细胞的表达 （孙丽华等，2009），仔猪断奶后自身肠道黏膜免疫因子迅速变化，激发肠道黏膜免疫功能，但这种尚不完全的变化同时导致了仔猪肠道黏膜免疫细胞功能的紊乱，一般至断奶后期逐渐缓解。

2 肠道微生物对断奶仔猪肠道黏膜免疫功能的调节作用

2.1 断奶仔猪肠道微生物区系的组成 肠道中微生物种类繁杂，断奶后更是受到外源抗体的影响，仔猪肠道中的微生物以兼性厌氧菌以及专性厌氧菌等多种微生物共存的形式在逐渐趋于稳定。但即使是同一头仔猪，它不同肠段内的微生物种类也是不同的，研究表明小肠前段主要定植兼性厌氧菌，例如乳酸杆菌、链球菌、双歧杆菌及肠杆菌等；盲肠部分则主要定植以革兰氏阴性菌为主的专性厌氧菌；大肠部分则出现多菌共存的现象，其中主要是乳杆菌属、链球菌属、梭菌属等。禹慧明等（2000）试验表明，健康的断奶仔猪肠道从十二指肠到结肠，双歧杆菌、乳杆菌、葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌、类杆菌、梭菌、肠球菌八种细菌的数量都随着肠段的后移而逐渐增加（禹慧明等，2000）。

2.2 肠道微生物对断奶仔猪肠道黏膜免疫功能的调节作用 为发挥肠道微生物在断奶仔猪肠道健康中的重要调节作用，深入了解肠道微生物对断奶仔猪肠道黏膜免疫系统的调节作用及其机理显得尤为重要。肠道黏膜免疫功能受黏膜形态、免疫球蛋白A分泌量及部分细胞因子分泌量的影响较大，肠道微生物就是调节这些变量的重要因素（表 1）。

表1 断奶仔猪肠道微生物的变化对肠道黏膜免疫功能的影响

试验表明，断奶后仔猪肠道内pH升高，会导致肠道内乳酸杆菌数量减少，大肠杆菌数量增加，同时大肠杆菌的数量越多，就会造成乳酸菌数量的进一步减少。刘辉等（2015）认为，乳酸菌对断奶仔猪免疫能力的发育可能具有良好的促进作用，乳酸菌能够有效地刺激仔猪产生抗体，这些抗体再与病原菌产生交叉免疫反应，从而抵御病原菌的感染，另外，乳酸杆菌还能促进损伤的肠道黏膜上皮修复，防止致病菌在肠上皮细胞间移位，抑制致病菌或条件性致病菌的生长，维持肠道固有菌群，保证溶菌酶、蛋白分解酶的分泌 （黄回等，2005）。乳酸杆菌的减少会对断奶仔猪免疫功能的发育产生不利影响，可能会抑制低分子质量肽的产生，进而影响肠道免疫系统功能的发育。赵志贤（2013）通过测量断奶应激对仔猪肠道菌群数量的变化发现，断奶仔猪各肠段类杆菌、大肠杆菌、梭菌等病原菌数量明显提高，双歧杆菌、乳杆菌等有益菌数量降低，其试验分析表明，双歧杆菌可以作为非特异性免疫调节因子，通过细菌本身或细胞壁成分刺激并激活宿主免疫细胞，使其产生促分裂因子，促进吞噬细胞活力，双歧杆菌数量的减少则会降低巨噬细胞的活性，影响肠道免疫系统的活化，进而影响断奶仔猪肠道黏膜免疫功能。而大肠杆菌、沙门氏菌等致病菌的数量在仔猪断奶后逐渐增多，给仔猪带来致病可能性的同时也伴随着DC功能被活化，刺激了SIgA的分泌。但肠球菌、类杆菌、双歧杆菌等菌群数目减少，也造成了SIgA分泌量的减少，由此可见断奶后仔猪肠道黏膜免疫功能紊乱的现象也就不难解释了。试验表明，仔猪断奶后肠道内可能存在肠产毒素大肠杆菌（ETEC K88），如果不加以控制，则可能降低断奶仔猪十二指肠和空肠的绒毛高度，提高隐窝深度，并降低空肠道黏膜中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达量，提高血浆内毒素含量，使得断奶仔猪肠道黏膜通透性增加。

3 肠道微生物对断奶仔猪肠道黏膜免疫功能的调节作用机制

肠道微生物是断奶仔猪肠道黏膜免疫的重要调节因子，当断奶仔猪肠道受到外界有害菌入侵时，机体开始启动肠道黏膜免疫系统，肠道黏膜免疫系统的激活主要依赖于一类模式识别受体的激活，即肠道细胞表达大量的病原识别受体，主要包括胞外的Toll样受体（TLRs）和胞内的NOD样受体（NLRs），通过识别、信号转导、级联反应、刺激效应因子表达路径来发挥作用，其能够识别微生物不同的病原相关分子模式（PAMPs），包括微生物相关分子模式（MAMPs）和损伤相关分子模式（DAMPs），通过信号转导通路分子启动MyD88产生级联反应来刺激不同效应分子的表达，在肠道黏膜免疫中发挥作用 （Cerutti等，2008；Cortha～Csy等，2007）。

断奶后，仔猪肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌的数量均明显减少，李亚杰等（2006）试验表明，乳酸杆菌有诱导细胞核因子κB（NF-κB）介导反应的能力，NF-κB可活化肠腔Toll样受体，从而有序地定植在肠上皮表面，构成有层次的厌氧菌菌膜，并与其他厌氧菌一起构成膜菌群 （李亚杰等，2006），同时，被活化的Toll样受体分子可以有效地刺激肠道黏膜激活淋巴细胞、增加抗菌肽的分泌量、促进淋巴细胞因子（IL-2、IL-10、TNF-α）分泌（刘辉等，2015）。而由于断奶导致的仔猪肠道内部乳酸菌数量的减少，造成肠道黏膜上皮表面共生的微生物减少，从而肠道黏膜隐窝处起始部位的菌群密度就会相对减少，此时，激活隐窝内上皮细胞对Toll样受体分子的识别功能就会相对减弱，以致于仔猪机体固有免疫应答减弱，则PP细胞分泌的抗菌肽就会减少，可能会造成外源病原菌过量，断奶仔猪肠道黏膜免疫功能减弱（TIML，2001）。正常情况下，双歧杆菌可以有效黏附于断奶仔猪肠道黏膜表面并形成稳定的菌群，其菌体抗原通过刺激肠道黏膜淋巴结，激活免疫细胞因子产生特异性抗体的同时，还可以激活巨噬细胞的β-半乳糖苷酶活性，促进巨噬细胞活性，进一步激活NOD样受体分子活化。

除有益菌外，断奶仔猪肠道内还存在不少致病菌，大肠杆菌和沙门氏菌菌体抗原被DC识别，DC表面的Toll样受体作为载体使得大肠杆菌和沙门氏菌活化DC，被活化的DC诱导T细胞增殖，同时促使B细胞分泌SIgA，通过传入淋巴血管迁移至MLN，诱导Th细胞增殖，从而刺激了NOD受体的活化（Rimold等，2005），当致病菌达到一定的数量或引起炎症反应的时候，肠道固有层的巨噬细胞、淋巴细胞、树突状细胞等则通过TLRs识别DAMPs，产生相应的黏膜反应抵抗炎症。

4 总结与展望

深入揭示不同的肠道微生物种类及其调控机制，尤其是肠道菌群与肠道黏膜免疫之间的调控机制，研究通过调控肠道特定菌群，最大潜力地发挥肠道先天性免疫功能，对维护断奶仔猪的健康、提高其生产性能与畜产品安全十分重要。因此，利用现代营养与免疫学、分子生物学等研究手段，对肠道菌群的代谢利用途径、免疫调控机制和基因的表达机制等做深入的研究，将是未来的重点发展方向。