犬益生菌的研究与应用

徐陶，星云，毛爱国

（公安部昆明警犬基地，警犬技术公安部重点实验室昆明 650204）

犬的肠道是一个极其复杂的微生态系统，其中包括了不低于个体体细胞数量的细菌、真菌、古菌、病毒及其他微生物[1]。2016 年的研究显示，就人类而言，与人体共生的细菌大约是体细胞数量的1.3 倍[2]，如果再加上其他微生物，人体共生的微生物的数量可以达到人体体细胞数量的10 倍。而肠道作用微生物最为丰富的器官，在宿主的健康方面和免疫功能方面都有极其重要的作用，甚至被作用动物机体的另一个“重要器官”加以看待和研究[3]。益生菌可通过调节机体菌群关系，改善动物新陈代谢，提高免疫力等方面对动物产生保健和治疗作用。益生菌的使用不仅可以维持肠道的正常菌群结构，还可以促进动物的生长，甚至对环境的净化也可以起到一定的作用。益生菌作为日常饲料添加剂和临床使用的药品在工作犬的训练和使用中得以应用。其具备安全性高、无残留、无耐药性等特点，常被用于减少抗生素残留对肠道菌群的破坏，改善和治疗炎症性肠病（BID）等方面[4]，且是减少抗生素使用量的良好生物添加剂。

1 益生菌的概念

1.1 益生菌的历史和定义

人类对益生菌的利用可以追溯到一万年以前，当时古埃及、古东方的游牧民族开始对牛奶进行保存，牛奶则可以自然发酵而变成酸奶，这也是乳杆菌或链球菌被人利用的证据，而人类发现发酵乳制品有利于身体健康则比人类发现细菌还要早。益生菌最早的理论观点来自1907 年Metchnikoff 提出的“发酵乳制品有助于健康长寿”这一理论观点，他认为肠道中的共生菌可能有助于机体抵抗某些病原微生物的入侵，或阻止某些疾病的发生[5]，这一观点开启了肠道微生物的研究领域。而Lilly 等[6]于1965 年提出了益生菌的现代定义，认为益生菌是由一种微生物分泌，刺激另一种微生物生长的物质。此后的几十年时间里，有多位学者对益生菌的定义提出过观点，比如：1974 年，Parker 等[7]提出的益生菌是“有助于肠道微生物平衡的有机体”；1990 年，FULLER[8]提出的益生菌是“摄入动物体内参与肠内微生物平衡的具有直接通过增强动物对肠内有害微生物群落的抑制作用，或者通过增强非特异性免疫功能来预防疾病，而间接起到促进动物生长作用和提高饲料转化效率的活的微生物培养物”。2001 年，联合国粮农组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）给出了益生菌的定义，益生菌是“经适量服用后，有益于其宿主健康的活的微生物”。

1.2 益生菌的分类和使用

益生菌可根据菌种进行分类，主要分为：芽孢杆菌类、乳杆菌类、酵母菌和霉菌类。而益生菌产品则可按菌种的数量分类，可分为单一菌种产品和多菌种产品。

使用方面，早在1989 年美国食品药品监督管理局（FDA）就公布了45 种可以用于添加剂的微生物品种。我国则在2013 年审核并公布了33 种可用于饲料添加剂的微生物。其中包括了11 种乳杆菌，1种串珠菌，6 种链球菌，3 种片球菌，2 种丙酸杆菌，2 种肠球菌，5 种双歧杆菌，4 种拟杆菌，5 种芽抱杆菌，2 种曲霉及2 种酵母。

2 益生菌的作用机制

益生菌的作用机制目前还在进一步的研究中，并没有被完全阐明，其中比较被认可的理论、学说包括了“优势种群理论”，“生物屏障理论”，“生物夺氧理论”，“三流循环学说”，“微生物群与营养关系理论”。

2.1 优势种群学说

该学说认为动物的体内和体表存在大量的微生物，这些微生物和其宿主以及外界环境共同构成了一个生态系统。在这个生态系统中，往往存在1 种或更多的优势菌群，在正常情况下，菌群之间可以实现动态平衡，在平衡状态下机体可以保持健康状态。在一定条件的影响下，这种平衡可能会受到破坏，优势菌群的数量或比例发生重大变化，就可能引发疾病。

2.2 生物夺氧学说

动物的肠道为厌氧环境，所以肠道内的菌群中99%为厌氧菌，需氧菌及兼性厌氧菌总和仅为1%。因为大部分致病菌是需氧菌或兼性厌氧菌，如果肠道环境发生改变，肠道内氧浓度升高则有利于致病菌的生长和定植，造成肠道微生态的失衡。此时使用益生菌可以大量消耗肠道内的氧气，肠道内的氧气浓度下降，最终又回到适宜于厌氧菌生存的厌氧环境，使肠道微生态重新回到平衡状态。

2.3 生物屏障理论

黏膜是机体重要的生物屏障，它本身可抵御致病菌的入侵。益生菌进入定植后，可形成一道新的生物屏障，而益生菌的代谢产物，如细菌素、酸性物质等则可形成一道化学屏障，两道屏障均可抵御致病菌的入侵。比如双歧杆菌的表层蛋白可以和肠道表面的糖蛋白结合，从而抑制其他病原菌在肠道的定植[9]。

2.4 三流循环学说

三流循环学说又叫三流运转学说。三流循环是指物质流、能量流和基因流的循环。某些益生菌作用于机体可以起到维持三流循环正常的作用，比如增强免疫细胞产生抗体的能力，帮助机体代谢有害物质，增强肠道的蠕动等。

3 益生菌对犬的作用

3.1 改善犬的腹泻性疾病

肠道正常菌群遭到破坏是引发犬一系列消化道疾病的重要原因，而滥用抗生素以及不规律的饮食方式则是破坏正常菌群的重要因素。在犬的日粮中添加益生菌可以有效保持肠道菌群的动态平衡，降低犬腹泻性疾病的发生。徐海燕等[10]研究显示，不同年龄的犬在使用复合益生菌制剂（Lactobacillus casei Zhang，Lactobacillus plantarum P-8 和 Bifdobacterium animalis subspecies lactis V9）作为饲料添加剂使用60d 后，所有试验犬的有益菌群如乳杆菌属的一些菌种和柔嫩梭菌等都有显著的增长，Fusobacterium perfoetens 和Sutterella stercoricanisin 等潜在有害菌群则有显著的下降。有研究显示，BLD 酵母通过分泌蛋白抑制促炎细胞因子增殖，激活过氧化物酶体的表达体增殖物激活受体-γ（PPAR-γ ），用于保护肠道炎症和IBD，同时抑制细菌过度生长和黏附宿主细胞，分泌一种蛋白酶降解梭菌毒素A 及其受体，并刺激机体产生抗体中和毒素A[11]。刘昆等[12]研究发现，犬粪便中分离出的芽孢杆菌Y10 就有良好的抑菌效果，在进行攻毒试验发现该芽孢杆菌可以显著减少幼犬的腹泻。郝小燕等[13]研究发现，服用益生菌增加时，益生菌在肠道的定植也相应增加，对致病菌进行定量检测时发现，益生菌附着于肠黏膜表面时可以有效抑制致病菌的附着，从而提高肠道微生态的稳定性。

3.2 提高犬的生长速率

益生菌可以调节消化道的功能，促进肠道蠕动，减少肠道功能的紊乱，部分益生菌还可以合成消化酶、维生素、氨基酸等，使犬的消化效率提高，对营养物质的吸收效率提高，促进犬的生长性能提高。霍军等[14]使用乳酸杆菌、芽孢杆菌、双歧杆菌、酵母菌制备成微生态制剂，该制剂对不同时期的断奶幼犬的日增重、耗料比及腹泻率都有明显益处，另外对幼犬开食及提高存活率方面也有帮助。陈则东等[15]从发酵泡菜中分离得到植物乳杆菌LR-39，该菌可使犬的平均体重提高0.54kg，犬对粗蛋白、粗脂肪及钙的消化率显著提高，并能从门水平上改变犬肠道菌群的组成。田其真等[16]评估了唾液乳酸杆菌TCSL1 对犬生长性能的影响，结果显示，高剂量饲喂28d 后，幼犬体重增加明显，而腹泻率显著降低，血生化显示总蛋白和球蛋白显著增加，说明唾液乳酸杆菌TCSL1 可以提高幼犬的生长性能。

3.3 增强犬的免疫力

益生菌可以从以下几个方面对机体的免疫功能进行调节，包括：影响血清生理指标，调节肠道细胞因子的分泌，调节淋巴系统，调节补体系统，影响免疫器官指数以及提高机体的抗氧化能力。已有研究表明，乳酸菌可以增加巨噬细胞的活性，增加动物肠道黏膜的免疫能力，使分泌性免疫球蛋白即SIgA 的分泌量增加[17]。幼年动物粪便中双歧杆菌的数量与SIgA 的浓度呈正相关，也说明益生菌对肠道黏膜免疫系统的促进作用[18]。孙宁[19]使用乳酸菌影响幼犬犬瘟热和犬细小病毒免疫后的效果，通过ELISA 检测抗体发现使用乳酸菌后抗体出现时间更早，维持时间更长，说明益生菌对体液免疫呈正面影响。益生菌参与免疫的另一种形式是对细胞因子的调节作用，比如，乳酸杆菌可以刺激B 淋巴细胞和巨噬细胞产生细胞因子，其中IL-6 和TNF-α 可以调节机体的免疫机能和炎性反应。

3.4 减少代谢性疾病

有研究显示，血液中的胆固醇含量可以在益生菌的长期作用下有所下降，其机制可能是乳酸菌能够抑制机体内的羟基戊二酸辅酶A 还原酶的活性引起的[20]。益生菌还可以使胆固醇转化为机体不吸收的甾醇类物质，从而降低血清中的胆固醇[21]。而益生菌对Ⅱ型糖尿病的治疗和预防效果的研究比较多，有研究显示，使用嗜酸乳杆菌活菌制剂可以使小鼠血糖降低，体重恢复正常，C 肽水平回升，肠道微生态恢复平衡[22]。

3.5 影响犬的行为

研究表明肠与脑之间存在双向通道，即肠道菌群的改变会影响宿主的行为，而宿主的行为又会影响肠道菌群的组成。这就是著名的“肠-脑轴”或“肠脑效应”。通过无菌动物实验显示，肠道菌群可以影响神经系统的发育，可以参与宿主神经系统功能和行为的调控。有研究显示，使用抗生素降低肠道微生物数量后，海马体区神经细胞的数量也随之下降，神经形成的过程变慢，而益生菌可以恢复海马区神经的数量[23]。在情绪方面，肠道微生物可以影响宿主对焦虑的敏感性，试验显示无菌大鼠比正常大鼠对应激的反应更明显[24]。动物的食欲很大程度上也受到肠-脑轴的调节，主要表现为肠道菌群影响胃肠来调整食欲，研究发现，微生物降解纤维时会生成短链脂肪酸（SCFA），短链脂肪酸可以影响胃肠激素酪酪肽（PYY）和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）的分泌，而酪酪肽和胰高血糖素样肽-1 与肠神经系统受体结合，产生神经信号并将其传输至脑神经系统，从而控制动物的食欲[25,26]。

4 益生菌在犬上的应用及存在的问题

4.1 益生菌的应用

宠物市场的份额呈逐年提高的趋势，2019 年中国的宠物市场规模约为2,212 亿元，2020 年约为2,953 亿元，并且还在以20%左右的年复合增长率提升，其中食品消费达到了70%以上。随着宠物市场份额的提升，对犬饲养的水平也在不断的提升。再加之早期对犬的医疗技术不够成熟，出现了近30 年的抗生素使用不合理现象，过度的抗生素残留则会导致犬出现肠道菌群被破坏，引起消化功能紊乱。在此背景下，益生菌已经以饲料添加剂的形式进入了宠物保健品的行列。

4.2 益生菌使用存在的问题

目前大多数动物益生菌制品以乳杆菌、双歧杆菌及芽孢杆菌为主，但很少使用犬源益生菌。从严格意义上讲，益生菌的益生特性必须符合宿主肠道菌群的特点，所以更适合犬的益生菌还需要进一步的筛选。国内已有学者用乳酸菌（Lactobacillus cases Zhang）和犬源枯草芽孢杆菌（YW1）等作为益生菌，研究其对犬健康和肠道菌群的影响。国外大型益生菌生产研究企业如美国健安喜食品公司（GNC）和Ganeden 益生菌技术公司都在开发针对犬的专用益生菌。

5 结语

益生菌在犬的健康保健，肠道疾病的治疗以及行为纠正上都有积极的作用。但益生菌的作用机制以及适用于犬的犬源益生菌的筛选，仍需要进一步的研究。