功能性寡糖调控动物肠道健康机理的研究进展

孙青云 赵敏孟 吕 鑫 姬红波 龚道清*

（1.扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州225009；2.江苏中煤长江生物科技有限公司，江苏徐州221004）

肠道不仅是动物获得各种营养物质的重要途径，而且也是抵御外界病原感染的重要屏障。肠道作为动物体内最大的免疫系统，内部分布大约70%的淋巴细胞，产生将近80%的抗体，肠道的健康程度与畜禽的健康息息相关[1]。在以追求动物高产性能为目标的现代养殖中，维持动物肠道健康意义重大。

近年来，许多国家已明令禁止抗生素在动物饲料中添加和使用。因此，越来越多的国内外学者把研究重点转移到寻找无污染物和无公害的饲料添加剂，以期代替抗生素的使用，特别是自然资源中的生物活性物质。生物饲料作为目前开发和研究的热点，在保障我国饲料和畜产品安全、降低环境污染和替代抗生素等诸多方面都显示了极大前景[2]。其中，功能性寡糖不易被动物消化吸收，可起到调节动物肠道微生物群从而促进动物肠道健康的作用，受到动物营养学家的重视[3]。许多研究均显示功能性寡糖对动物肠道健康有正面影响，国外学者报道[4-5]，功能性寡糖可改善动物饲料转化效率和机体的健康状态，改善肠道微生物菌群结构，提高免疫力。边佳伟等（2019）[6]研究报道，饲粮中添加壳寡糖能改善妊娠母猪的生产性能，促进母猪对饲料养分的利用率。安文艺等（2019）[7]报道，AA肉鸡日粮中添加壳寡糖能调节肉鸡的肠道微生物区系，提高盲肠中短链挥发性脂肪酸（SCFA）含量。随着国内外对寡糖研究的深入，应用范围不断拓展，以高科技为背景的新型功能性寡糖的开发应用已成为畜牧养殖领域及生物技术研究领域的新热点之一[8]。本文就功能性寡糖调节动物肠道健康的可能作用机理做一综述，为功能性寡糖在动物生产上的应用提供参考。

1 不同功能性寡糖对动物肠道健康的影响

功能性寡糖主要包括果寡糖（FOS）、甘露寡糖（MOS）、半乳甘露寡糖（GMOS）、寡乳糖（GAS）、低聚木糖（XOS）、低聚异麦芽糖（IMO）等。由于功能性寡糖具有低热值、稳定、安全无毒、黏度大、吸湿性强、不被胃肠道消化等理化特性，以及具有改善肠道微生物区系、降低血清胆固醇和中性脂肪含量、改善血糖含量、提高饲料利用效率、提高动物免疫力等生理功能[9]，因此受到越来越多学者的重视，表1 是近年来部分关于功能性寡糖对动物肠道健康影响的研究。

表1 功能性寡糖对动物肠道健康的影响

从表1可以看出，添加不同类型的功能性寡糖对动物的肠道健康有一定的影响，突出的表现是促进了双歧杆菌和乳酸菌的增殖，抑制了大肠杆菌的增殖，有些试验结果还显示添加寡糖提高了乙酸、丁酸和短链脂肪酸丙酸含量。但在不同动物、不同品种、不同肠段的具体效果上有差异。张建斌等（2011）[11，13，16]的研究表明，不同寡糖在海兰褐蛋雏鸡上减少盲肠大肠杆菌的比例为17.96%～19.66%左右，而回肠的跨度比例则较大，约在15.83%～23.75%之间；增加盲肠双歧杆菌比例10.07%～15.94%之间，同样回肠的跨度比例则较大，在3.90%～17.69%之间；甘露寡糖增加盲肠乳酸杆菌的比例较大，为18.44%[14]，低聚异麦芽糖和大豆寡糖增加乳酸杆菌的效果较为一致，分别为3.56%和3.83%[13，16]。由此可见不同类型的功能性寡糖在动物上的应用效果并不一致，需要根据具体的情况选用合适的类型才能起到最佳效果。

2 功能性寡糖调控动物肠道健康的作用机理

2.1 动物肠道维护的关键点

2.1.1 适宜的pH值

动物肠道的酸性环境非常重要。第一，适宜的pH 值可以加快饲料的软化，促进饲料中营养物质的溶解，加快双糖的水解并实现蛋白质营养物质的初步消化；第二，激活酶原并提高消化酶的活性，促进胰液和小肠液的分泌；第三，保证胃肠道内有益菌群适宜的生存环境；第四，抑制并杀灭进入肠道内的病原菌，减少疾病感染概率。

2.1.2 正常的菌群环境

由不同的微生物菌群构成的肠道微环境是保证动物肠道功能的重要因素。通过有选择性地补充饲料微生物添加剂，添加促进有益菌生长并抑制病原菌的物质，也是确保肠道菌群结构稳定正常的有效手段[22]。

2.2 功能性寡糖的作用机理

一般认为功能性寡糖由于难以被动物体内分泌的消化酶分解，在肠道后段可维持肠道微生态平衡，对改善宿主健康，提高生产性能起到一定的作用[23-24]。其可能的作用机理主要包括以下几个方面。

2.2.1 降低肠道pH值的作用机理

有研究表明，在18 日龄肉仔鸡日粮中添加1.00%、2.00%大豆寡糖，能显著降低肉仔鸡盲肠食糜pH 值[25]，其平均pH 值从6.73 下降到6.25 和6.32。Zhang 等（2003）[26]发现，在断奶仔猪饲粮中添加1%的水苏糖可显著降低结肠的pH 值，这些研究提示功能性寡糖有降低肠道pH 值的作用。用以14C 标记的FOS 饲喂无菌家鼠后8 h，无14CO2产生，而同样条件下的有菌家鼠则有大于50%的FOS 被以14CO2形式从粪便中释放出来，说明家鼠消化道内的微生物分解了FOS。单胃动物消化道后部寄生着大量微生物，既能产生切断聚糖或低聚糖末端糖苷键的酶，也能产生水解聚合链中间各种糖苷键的酶，因此能消化功能性寡糖。其消化过程是：功能性寡糖→单糖→乳酸和丙酮酸→挥发性脂肪酸（VFA）→二氧化碳和水[27]。甘露寡糖能够促进后肠双歧杆菌、乳酸杆菌的增殖[28-29]，利于短链挥发性脂肪酸（SCFA）的产生[30]，降低肠道pH值。

可以推断功能性寡糖发酵产生的丙酸、丁酸等挥发性脂肪酸是降低肠道pH值的原因。动物消化道内的pH值是影响微生物生存繁衍的重要因素。一些病原微生物，如大肠杆菌、沙门氏菌等易在pH值6.0～8.0的中性环境中生存，而乳酸杆菌等有益菌则适于偏酸性环境。降低肠道pH值能抑制对酸度敏感致病菌的生长繁殖，改善肠道微生态环境，提高动物的防病抗病能力[31]。

2.2.2 促进矿物质吸收的作用机理

李晓丽等（2010）[32]报道，0.9%果寡糖能显著提高21 日龄固始鸡血清钙含量。Lebel 等（2014）[33]研究发现，甘露寡糖可以显著提高育肥猪对Cu 和Zn的吸收率。袁华根等（2019）[34]研究表明：在三元仔猪日粮添加160 mg∕kg 壳寡糖能显著提高回肠钙和磷的表观消化率，提高小肠绒毛高度、绒毛高度与隐窝深度的比值。李玉欣等（2015）[35]研究表明：添加0.1%或0.2%甘露寡糖能显著提高断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠绒毛高度、降低腺窝深度、提高绒腺比。有报道认为这可能与增加短链脂肪酸的数量有关，寡糖能被肠道微生物发酵或部分发酵后产生挥发性脂肪酸，能为动物提供能量、抵御病原微生物和维持肠道健康[36-37]。

综合报道，推测功能性寡糖促进矿物质吸收的可能机制是：肠道有益菌增殖降低了肠道内pH 值，生成的H+可与金属离子交换促进金属阳离子的吸收，还能溶解肠道内容物中的不溶性钙盐、镁盐等，从而促进矿物质的吸收；肠道黏膜上皮绒毛长度变长，隐窝深度变浅即绒腺比升高意味着绒毛吸收细胞增多，分泌细胞减少，造成吸收能力升高，增大了金属离子与肠壁的接触面积，从而提高了矿物质的利用率。

2.2.3 促进肠道内健康微生物菌相形成的作用机理

2.2.3.1 直接抑制病原微生物

许多病原菌的细胞表面含有键合碳水化合物的蛋白质，称为外源凝集素。它们与消化道寡糖结构的受体结合，附着在消化道黏膜表面，从而导致病原菌在肠道内大量繁殖后直接作用或产生毒素而导致病变[38]。刘卫东（2011）[39]的试验表明：日粮中添加0.1%甘露寡糖显著地抑制了肉仔鸡盲肠内大肠杆菌的生长。Ramirez-Hernandez等（2015）[40]研究发现，甘露寡糖可以降低动物体内空弯曲菌的定植，由于甘露寡糖不能为有害菌提供其生长所需的营养物质，因此而抑制有害菌的生长繁殖，降低其致病作用。

综合报道表明：抑制病原微生物可能作用机理是寡糖与病原菌在肠壁上的受体具有相似的结构，它与病原菌表面的类丁质也有很强的结合力，可竞争性地与病原菌结合，使其无法附植在肠壁上，形成生物学屏障，致使病原菌死亡而失去致病能力。

2.2.3.2 作为有益菌的增殖因子

动物消化道内没有消化功能性寡糖的酶，这些寡糖绝大部分以未降解的形式到达小肠后段和大肠发挥其生理功能。从而抑制了有害菌的生长，提高动物的抗病能力。各种寡糖是公认的双歧因子，可以促进双歧杆菌增殖，从而抑制有害菌产气荚膜梭状芽孢杆菌的生长。连国琦等（2012）[41]的试验发现，断奶仔猪日粮中添加0.5%壳寡糖促进有益菌自身生长的同时还能抑制有害菌的繁殖，如促进双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，抑制大肠杆菌和链球菌的增殖。

2.2.4 提高机体免疫力的作用机理

有研究表明，寡糖可作为外源抗原的佐剂，与一些病毒、病原菌的表面发生结合，增强机体免疫机能[42]，具有抗原特性的寡糖，还能刺激机体产生特异性免疫[43]。在细胞免疫方面，功能性寡糖可增强巨噬细胞的巨噬作用。在体液免疫方面，功能性寡糖由于具有免疫佐剂功能，可以显著提高抗体的生成水平。Xiong 等（2015）[44]研究发现，COS 会引起断奶仔猪上皮淋巴细胞的数量在十二指肠和空肠中增多，在回肠中下降，IgA 和IL-10 的浓度显著提高。在妊娠母猪日粮中补饲短链果寡糖，可以增加回肠细胞因子分泌的γ干扰素(IFN)含量、盲肠杯状细胞数和血清中IgA 含量[45]。肉鸡日粮中添加甘露寡糖不仅能够提高鸡血清中的免疫蛋白水平，还可以提高血液中T 淋巴细胞的百分率[46]。可见，寡糖主要通过激活动物机体体液和细胞免疫等来提高机体免疫力。

3 小结

功能性寡糖在改善肠道微生物菌群，促进动物肠道发育，提高动物机体免疫能力方面有很好的应用效果，作为新型的绿色饲料添加剂，为替代抗生素的使用提供了新的研究方向。但功能性寡糖在养殖业和饲料业的应用中尚存一些问题：一是功能性寡糖具体的调控机制尚未完全清晰，还存在诸多未能解决的问题，制约其在畜牧业的推广应用；二是功能性寡糖应用于反刍动物的相关研究报道甚少，尤其对成年反刍动物的研究上还存在很大空白。因此，今后需加强对寡糖理化结构与其功能的内在关系、不同生理状态下反刍动物肠道健康作用机理的研究和探讨，以期功能性寡糖广泛应用于生产实践。