猪肠道微生物组成、影响因素及其对重要经济性状的影响研究进展

李卓君，陈春香，钟小菊，高 军

(1.南昌大学抚州医学院，抚州 344000；2.江西农业大学，猪遗传改良与养殖技术国家重点实验室，南昌 330045)

微生物是动物机体的重要组成部分。据估计，哺乳动物肠道内微生物数量多达1014个，有500～1 000个物种[1]。肠道是机体消化食物、吸收营养的主要场所，也是最大的免疫器官，70%的免疫细胞来自于肠道[2]。作为人体最主要的微生物栖息地，肠道微生物“训导”肠黏膜表面免疫系统的建立，促进肠道发育，维持肠道免疫系统的健康，在宿主的新陈代谢和免疫功能等方面起着不可替代的作用[3-7]。正常情况下，肠道微生物组保持着动态的平衡，一旦这个相对稳定状态被各种因素打破，将可能导致宿主产生各种疾病[8]。猪是人类成功驯化的重要家畜种类，也是主要的消费肉类来源。研究猪肠道微生物组对改善其经济性状具有重要意义。同时，猪的生理、食性、器官大小等方面与人相似，因此是人类医学研究的良好哺乳动物模型[9]。肠道微生物基因集研究表明，有96%的功能通路同时存在于人和猪的肠道微生物基因集中，表明猪也是研究肠道菌群的重要模式动物[10]。作者综述了影响猪肠道微生物组成的因素，并系统回顾了猪肠道微生物组成及其功能的研究进展，以期为今后更深入、全面地进行研究提供思路。

1 猪肠道微生物组成

宿主肠道中的微生物组成并不是一成不变的，而是受宿主体内或体外环境影响处于动态变化中，但也有一些微生物物种在不同生理状态下、不同个体间或同一个体不同生命阶段中始终存在。Holman等[11]对20项基于16S rRNA基因测序的猪肠道菌群研究数据集进行分析发现，接近85%的基因序列属于厚壁菌门和拟杆菌门；在属水平上，普氏菌属、梭菌属、异普氏菌属、瘤胃球菌属和RC9在99%的粪便样本中存在，此外梭菌属、布劳特氏菌属、乳杆菌属、普氏菌属、瘤胃球菌属、罗氏菌属、RC9和罕见小球菌属在90%的肠道样本中存在，并将这些微生物定义为猪的核心肠道菌群。Wang等[12]对287份来自法国、丹麦和中国的猪粪便样品进行宏基因组测序，结果显示，变形菌门、厚壁菌门和放线菌门占肠道菌群近95%；在属水平上，埃希氏菌属、拟杆菌属、丛毛单胞菌属、链霉菌属和乳杆菌属等为最优势的肠道菌群。

尽管肠道微生物组成一直在变化，但猪肠道微生物组成在猪的不同生长阶段表现出一定的规律性演变。研究表明，仔猪出生后，微生物以一定的先后顺序迅速在肠道中定植，在出生后12 h，结肠内容物中的细菌数高达109～1010/g，以兼性厌氧菌为主；在出生后48 h，专性厌氧菌成为优势菌群，其组成超过细菌总数的90%[13]。其主要原因是，仔猪出生后，最早获得肠道菌群的方式是口服产道内及环境中微生物，并通过胃肠道迅速传播。在出生48 h后，肠道内首次出现了乳汁，继而专性厌氧菌大量繁殖并成为优势菌群，这种优势将持续整个哺乳期。Zhao等[14]分析了1、2、3和6月龄猪肠道微生物在门水平上的动态变化，发现在各个发育阶段最占优势的均为厚壁菌门；拟杆菌门从1月龄的5.1%下降到2月龄的0.9%，随后在3、6月龄又呈上升趋势，该结果与人肠道微生物中厚壁菌门/拟杆菌门的比例随年龄变化趋势一致[15]，拟杆菌门主要在消化碳水化合物中发挥作用，而厚壁菌门的增加则与脂肪沉积相关。在多样性方面，Wang等[16]分析不同日龄仔猪粪便样品发现，尽管胎粪微生物(第0天)载量低，但其具有较高的多样性，这些微生物可能作为播种菌群推动肠道菌群定植；到第11天多样性明显下降，到第20天又显著上升，说明肠道微生物在前10 d并不是全部都能成功定植，而第20天受到断奶应激和固体食物添加的影响，断奶后进入保育期，固体食物的添加使菌群多样性总体呈上升趋势；直到4～6月龄(育肥期)，随着饲粮配比的稳定，肠道微生物多样性趋于稳定。

除了不同生长时期，在不同肠道部位，由于肠道蠕动程度、氧气含量、抗菌肽和pH的差异，猪肠道微生物组成也存在较大差异。不同肠段氧气含量不同，导致小肠中主要富集需氧菌或兼性厌氧菌，大肠中主要富集厌氧菌[14]。研究发现，3月龄小猪回肠内微生物组成与盲肠、结肠和粪便中的菌群组成存在显著差异。回肠中的微生物有95%属于厚壁菌门，厌氧杆菌和Turicibacter则是最丰富的细菌属；而盲肠、结肠和粪便中的微生物组成相似，在门水平上以厚壁菌门和拟杆菌门为主，2个门的菌的相对丰度高达90%以上，而丰度较高的菌属是普雷沃氏菌、颤杆菌和琥珀酸弧菌[17-18]。Zhang等[19]通过16S rRNA基因测序的方法绘制了仔猪不同肠段肠腔和黏膜的微生物图谱，其中厚壁菌门和变形菌门是回肠的优势菌，但它们在肠腔和黏膜中的占比有所不同，在肠腔中占95%，而在黏膜中占80%；肠腔中厚壁菌门和变形菌门，以及黏膜上的变形菌门从小肠到大肠都是显著减少的，而拟杆菌门从小肠到大肠则明显增加，在肠腔中相对丰度从1.69%增加到40%以上，在黏膜中则从9%增加到30%左右。此外，该研究通过网络分析发现，普雷沃氏菌科和瘤胃球菌科、毛螺菌科和韦荣球菌科为肠腔微生物网络的核心菌，而普雷沃氏菌科、肠杆菌科、丙杆菌确定为黏膜微生物网络的核心菌。Chen等[20]采用宏基因组测序分析了回肠、盲肠和粪便中核心菌群(在90%以上个体中存在)组成情况，发现10个菌种(瑞特乳酸杆菌、约氏乳酸杆菌、淀粉乳酸杆菌、瘤胃菌属、大肠杆菌、普氏菌属、脆弱拟杆菌属、猪链球菌、考拉杆菌和肠道沙门氏菌)在3个肠道部位都属于核心菌(相对丰度位列前20%)，有16个菌种其相对丰度只在其中一个肠道部位中位列前20，表明同一种细菌在不同肠道部位的相对丰度存在显著差异；同时还检测到3个在回肠和5个在盲肠内容物中特异的核心菌种。因此，了解猪肠道共生微生物在宿主不同肠道部位的丰度情况非常重要，因为肠段特异性共生微生物与宿主消化代谢、免疫互作密切相关，可以为通过基于调控特定肠道部位微生物组成促进猪生长发育、饲料利用率等重要经济性状提供重要理论支撑。此外，不同肠道部位共生微生物图谱也为快速定位并解析微生物移位导致慢性炎症等其他疾病提供数据支撑。

2 影响猪肠道微生物组成的因素

猪肠道微生物组成随着宿主的生长、环境的变化及饲粮改变、用药等发生变化。影响肠道微生物组成的因素可以归纳为4类：①宿主因素，主要包括肠道部位、年龄和生长阶段、宿主遗传(品种)和性别等；②管理和环境因素，如断奶、饲养模式、猪舍环境等；③饲料因素，主要包括饲料类型、成份、能量、蛋白质含量和氨基酸平衡等；④抗生素使用和添加剂，如抗生素、益生菌、益生元、精油和有机酸等。作者主要归纳了宿主遗传、饲粮、性别、环境、抗生素和益生菌等因素对猪肠道微生物组成的影响。

2.1 遗传背景

越来越多的证据表明，宿主遗传因素对猪肠道微生物组成有一定影响[21-23]。Chen等[24]研究发现，全同胞个体间的肠道微生物组成比不相关个体间具有更高的相似性，且与肠道中微生物类群组成和丰度相关的宿主基因的功能主要与代谢、免疫功能和应答及信号转导有关。通过对比相同饲养环境、相同日龄的杜洛克猪、长白猪和大白猪的肠道微生物组成发现，在厚壁菌门和拟杆菌门的占比方面，同一品种猪的比例更为相似，不同品种猪间差异明显，如厚壁菌门的占比在杜洛克猪、长白猪和大白猪的粪便样品中分别为39.63%、45.55%和42.02%，拟杆菌门占比分别为57.01%、47.64%和51.38%[25]；在金华猪粪便微生物组成分析中，厚壁菌门和拟杆菌门占比分别为70.4%和14.4%[26]。Yang等[27]比较了8个品种的猪肠道微生物组成，发现外来猪种大白猪、约克夏猪和杜洛克猪的肠道菌群有较高的相似性，而中国地方猪种巴马香猪、二花脸猪和小梅山猪的肠道微生物组成有一定的相似性，除小梅山猪外，中国地方猪种肠道微生物总数和16S rRNA拷贝数均高于国外猪种；与杜洛克母猪相比，梅山猪母猪和二花脸母猪肠道菌群的细菌总数，厚壁菌门、拟杆菌门和硫酸盐还原菌的数量均较高。此外，杨柳等[28]还对比了荣昌猪、长白猪和杜洛克猪3个品种猪粪便中肠道微生物的变化，发现不同品种间肠道优势菌群呈现较大差异，且肠道微生物群落结构与品种因素密切相关。

2.2 饲粮

Rothschild等[29]认为，宿主遗传在决定肠道微生物组成方面的作用非常有限，肠道微生物群平均遗传率仅为1.9%；生活在同一个家庭中无亲缘关系的个体间菌群组成有显著的相似性，超过20%的微生物组成的变异可由饮食、药物和生活方式等环境因素解释。然而，在众多影响猪肠道微生物组成的因素中饲粮是最主要的影响因素，可解释猪肠道微生物组成变异的35%[16]。Heinritz等[30]研究发现，饲喂高纤维低脂饲粮的猪肠道中乳酸杆菌、双歧杆菌和柔嫩梭菌等有益菌的基因拷贝数高，所产生的短链脂肪酸浓度也高；而饲喂低纤维高脂饲粮的猪肠道中含有丰富的肠杆菌科细菌。Chen等[31]研究饲粮中不同蛋白质含量(12%、15%及18%)对猪肠道菌群组成及生理健康的影响，结果发现，15%粗蛋白质组的肠道菌群多样性最高，回肠和结肠中有益菌乳酸杆菌科、梭状芽孢杆菌科、放线菌科和微球菌科比例增加，而链球菌科和肠杆菌科比例减少，表明适度限制饲料中蛋白质含量可以优化回肠和结肠菌群结构，促进猪的肠道健康，这也验证了Bikker等[32]发现的低蛋白水平饲粮能明显降低肠道中大肠杆菌数量的研究结果。另外，多糖(如纤维素)是猪饲料中的一个重要组成部分，主要通过影响猪肠道后端菌群的互作改变微生物群落组成和发酵终产物，从而调控猪肠道后端的消化吸收[33-34]。饲粮中氨基酸组成平衡可通过调节猪肠道微生物群落的组成来促进肠道发酵作用，减少猪粪中的未消化蛋白质发酵产生的有害臭味化合物(酚类、氨和支链脂肪酸等)，降低养猪业的空气污染。Recharla等[35]分别对两组公猪采用2007年韩国饲养标准(旧版)和2012年韩国饲养标准(良好氨基酸平衡)进行饲喂，结果发现，2012组公猪粪便中的短链脂肪酸水平高于2007组，而苯酚、对甲苯酚和总氮含量均低于2007组；在微生物组成上，2012组有益的乳酸杆菌(Lactobacillus)增加，致病的梭菌(Clostridium)减少。

2.3 性别

肠道微生物组成也与性别相关，Xiao等[36]对丹麦公猪、丹麦母猪及阉割公猪的肠道微生物进行比较发现，饲养在一起的公猪和母猪间肠道微生物组成存在明显差异，而共同饲养的阉割公猪和母猪之间则没有差异；在肠道菌群宏基因组功能水平，丹麦公猪与丹麦母猪间鉴定到498个差异的KEGG同源簇(kyoto encyclopedia of genes and genomes orthology，KO)，其中差异最大的是ABC转运体、核糖体和磷酸转移酶系统，而阉割公猪和母猪之间只有酮化合物合成酶(polyketide synthase,PksJ)一个KO功能存在差异。He等[37]研究发现，阉割公猪的粪便微生物组成趋向于母猪，同时还鉴定出与性别相关的细菌类群，在公猪中罗氏菌属、布雷德菌属和埃希氏杆菌属的丰度较高，而在母猪中密螺旋体属和拟杆菌属的丰度较高。Garcia-Gomez等[38]研究表明，较高水平的睾酮可抑制密螺旋体的生长，而密螺旋体可增加宿主从高纤维食物中摄取营养物质的能力；母猪肠道微生物组中密螺旋体丰度和ABC转运体丰度都较高，这可能增加了宿主能量吸收能力，导致宿主脂肪沉积，降低了母猪的饲料利用率。Graef等[39]研究证明，雄性激素相关代谢物与大肠杆菌和布雷德菌属丰度呈正相关，大肠杆菌中的β-葡萄糖醛酸酶能释放出游离的雄激素以促进机体重吸收，而雄激素与肠道微生物群的相互作用可能会影响宿主的表型，如猪的脂肪沉积和饲料利用率。此外，公猪肠道中丰度较高的布雷德菌属与饲料利用率呈正相关[40]。

2.4 环境因素

动物在饲养过程中环境的改变或受到刺激，如运输、混栏、断奶等常见的管理措施的变化，会导致动物机体的生理变化[41]，从而影响肠道微生物群[42]。断奶是每头猪必须经历的一种应激。研究发现，断奶前后仔猪肠道中微生物门水平的种类相同，只是相对含量不同；在属水平上，断奶前拟杆菌属相对含量较高，推测是其能利用母乳中的单糖和低聚糖的原因；断奶后普氏菌属相对含量较高，可能是由于其能降解食物中的半纤维素[2，43]。淀粉乳杆菌和罗伊氏乳杆菌在新出生和未断奶仔猪回肠样本中占主导，断奶之后这两种菌的丰度明显下降，在断奶早期还出现了梭菌纲和大肠杆菌，此外优势微生物群的组成和代谢活动也发生改变[44]。利用益生菌进行早期干预可促进仔猪肠道菌群成熟，调节免疫系统发育，缓解断奶应激[45]。

在猪饲养过程中环境的变化也会造成应激。Xiong等[46]对生长肥育猪进行急性热应激处理，结果发现猪采食量降低，血清中与能量代谢和应激反应相关的生化参数和激素水平发生改变；此外，粪便菌群中厚壁菌门丰度增加，拟杆菌门减少，短链脂肪酸含量也显著下降；关联分析结果表明，采食量及代谢图谱的变化与猪肠道菌群组成和短链脂肪酸代谢的改变有关。良好的猪舍环境(包括环境卫生、通风情况、温度、饲养密度等)可以减少猪群与病原菌接触的机会，降低感染风险，但也不能过度清洁，猪舍内留存适量细菌有利于机体持续产生抗体，从而增强猪的免疫力。大肠杆菌是肠道共生菌，也是机会致病菌[47]，大肠杆菌感染的严重程度可以通过恒温、清洁的环境，分栏，精准配制饲料及在饲料中添加适量的氧化锌来缓解[48]。因此，饲养环境对猪的肠道菌群和健康养殖尤为重要。

2.5 抗生素、益生菌和饲料添加剂

在商业化养殖中，添加抗生素可以提高猪的日增重和饲料利用率，其在生理、营养和代谢方面的影响已有报道[49]。低剂量的抗生素能帮助仔猪降低断奶应激，减少腹泻的可能，促进仔猪生长发育。但是抗生素的长期使用会破坏宿主肠道菌群平衡，导致耐药基因的出现和耐药菌的增加，肠道菌群多样性降低，最终使宿主免疫力下降[50-52]。Looft等[53]研究金霉素、磺胺甲嘧啶和青霉素对18周龄猪肠道微生物的影响发现，在使用抗生素14 d后，肠道中的变形菌门从1%增加为11%，潜在病原菌大肠杆菌的相对含量也有显著上升。宏基因组分析显示，添加抗生素后与能量产生和转换有关的微生物功能基因表达上调，同时抗生素抗性基因的丰度也显著上升。抗生素抗性基因可以在人和动物之间转移[54]，所以分析猪肠道菌群的抗生素抗性基因，在饲料中全面禁止添加抗生素和优化抗生素的使用势在必行。

除了抗生素以外，益生菌在养殖业中的应用也越来越多。益生菌的作用机制包括产生抗菌物质、调节宿主免疫系统、竞争性抑制病原菌和调节肠道菌群组成[55]。研究发现，在猪饲粮中添加适量的益生菌后，粪便中大肠杆菌的数量减少，乳酸杆菌的数量增加，同时猪的生长性能、营养物质消化率、腹泻评分和肉质等各方面都得到了改善[56]。多项研究显示，在猪饲粮中添加活酵母可改善断奶仔猪的生长性能[57-58]。与其他益生菌不同的是，苹果酵母菌能显著改善猪肠道微生物组成，在门水平上表现为厚壁菌门减少和拟杆菌门增加，还能选择性抑制肠道内沙门氏菌、大肠杆菌等致病菌的生长[58]。在过去几年，益生菌的添加对肠道微生物组的影响一直是研究的热点。从动物健康的角度出发，评估益生菌所引起的肠道微生物组的改变及分析益生菌是否与肠道疾病相关非常重要[59]。

益生元对肠道微生物组成也有积极的影响，益生元通过覆盖宿主肠道表面、调节肠道生态、下调黏附素因子或毒力基因的表达、增强宿主免疫系统等不同机制对宿主肠道中沙门氏菌和大肠杆菌等致病菌发挥抑制作用[60]。如喂食海藻多糖使仔猪小肠中乳酸杆菌/大肠杆菌的比例增加，抑制仔猪断奶后腹泻的条件致病菌(如鼠伤寒沙门氏菌和产肠毒素大肠杆菌)数量减少。在仔猪饮水中添加海藻产品，可降低肠杆菌对四环素、氯霉素等抗生素的耐药性。在生长育肥期饲粮中添加褐藻多糖使结肠和盲肠中的短链脂肪酸、有益菌(双歧杆菌和乳酸杆菌)增加，大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌减少[61]。

精油是从植物中提取的天然生物活性化合物，具有抗菌、抗炎和抗氧化等特性。近年来，精油也逐渐作为饲料添加剂使用。Li等[62]研究发现，向断奶仔猪饲粮中添加精油后，仔猪体重显著增加、腹泻率显著降低，同时肠道中芽孢杆菌纲、乳杆菌目、链球菌科和韦荣球菌科中一些菌的相对丰度明显上升。有机酸在过去的几十年中因其对猪生长的积极作用而作为饲料添加剂被广泛使用。在饲料中添加有机酸能防止饲料变质，通过抑制饲料中特定致病菌沙门氏菌的生长降低商业猪养殖中微生物感染的风险，且有机酸还可以在肠道中微生物定植中发挥作用，作为肠道黏膜的能量来源[63]。

3 肠道微生物主要功能

随着人们对肠道微生物的研究越来越深入，发现其对维持机体各项生理机能都发挥着重要的作用。本综述归纳总结了几项主要功能：①发挥生物屏障功能。通过产生抑菌物、占位性保护及与病原菌竞争营养来防止细菌过度生长，预防病原微生物的感染[64-65]，如乳酸球菌分泌的类细菌素物质具有广谱抗菌作用，能抑制大肠杆菌等革兰氏阴性菌的生长和繁殖[66]。②参与机体对营养物质消化、代谢和吸收。肠道菌群的重要功能之一就是参与宿主对营养物质的消化代谢，如细菌代谢宿主难以消化的膳食多糖产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)等代谢物。肠道内SCFAs含量升高可以提高猪肠道的吸收能力，SCFAs不仅作为能量物质被宿主利用，提供成年猪能量需求的15%～24%[67-68]，而且可为微生物的生长和增殖提供能量和营养物质。乙酸和丙酸主要参与机体糖代谢过程，丁酸具有促进肠上皮细胞生长的功能[69-70]。SCFAs还可以降低肠道pH，抑制外源菌的生长和繁殖。肠道微生物还能分泌一系列酶和维生素促进宿主单糖代谢。③调控宿主免疫机能。肠道菌群定植有利于宿主肠道免疫系统成熟、刺激宿主免疫反应等。基于肠道菌群的这些生物学功能，它可能影响猪饲料利用率、生长和脂肪沉积、宿主炎症免疫、宿主行为等。

3.1 提高饲料利用率

饲料开支占生猪养殖投入的70%以上[71]，提高饲料利用率可以提高养猪业的经济效益。目前，提高猪饲料利用率的主要手段是遗传改良、提升农场管理水平和优化饲料配方等。Bergamaschi等[40]将猪肠道微生物组成与饲料利用率进行相关性分析发现，4个属(乳杆菌属、布劳特氏菌属、多尔氏菌属和真杆菌属)与饲料利用率之间存在正相关关系。Verschuren等[72]在三元猪中也发现乳杆菌属与饲料利用率呈正相关。此外，Yang等[73]和Quan等[74]报道了瘤胃球菌科下的一些微生物类群与杜洛克猪或杂交猪的饲料利用率均呈正相关。Han等[75]研究发现，普雷沃氏菌属与猪体重呈正相关，普雷沃氏菌属肠型的猪在断奶后有较高的平均日增重。

3.2 导致猪脂肪沉积

胃肠道中的微生物群落与机体脂肪沉积(肥胖)以及许多代谢性疾病的发生发展密切相关。研究发现，肠道菌群可以调节小鼠的脂肪代谢、降低消耗脂肪的基因活动、升高合成脂肪的基因活性，从而使动物过度合成和积累脂肪[76]；肠道菌群是动物肥胖发生的必需条件，给无菌小鼠饲喂高脂饲料也不会肥胖；将遗传性肥胖小鼠(ob/ob)的肠道菌群(粪便)移植到野生型无菌小鼠体内，移植肥胖小鼠粪便的受体小鼠2周后脂肪存储量显著超过移植了健康小鼠菌群的对照组，表明肥胖表型可随菌群在不同个体间发生转移[77]。Pei等[78]首次发现并通过科赫法验证了1株肥胖人肠道的因果条件致病菌——阴沟肠杆菌B29，该菌可以在小鼠肠道中定植并导致小鼠肥胖，这是国际上首次证明肠道条件致病菌与肥胖之间具有直接因果关系，该研究结果为临床预防和治疗肥胖症及其他相关疾病提供了新靶点。

然而，关于肠道微生物群与猪脂肪沉积之间关系的研究很少，大部分基于相关性分析的结果。He等[79]在二花脸猪和巴马香猪群体中发现瘤胃球菌属与猪背膘厚和腹部脂肪沉积均呈显著相关。Yang等[80]通过向抗生素处理鼠分别灌喂金华猪(高脂肪生成猪)和长白猪(低脂肪生成猪)肠道菌群，发现接受金华猪粪菌移植鼠与供体猪表现出相似的肠道菌群组成和脂肪生成特性，说明猪的肥胖表型可以通过粪菌移植的方式传递给受体动物，初步证明了肥胖猪的肠道菌群可以传递肥胖表型。最近的一项研究发现[81]，寇氏普氏菌与猪的脂肪沉积密切相关，肥胖猪肠道中富集寇氏普氏菌，通过多组学分析、细菌分离与小鼠肠道定植试验系统证明了寇氏普氏菌调控猪脂肪沉积的因果关系，明确了寇氏普氏菌是通过TLR4和mTOR通路激活宿主慢性炎症反应以增加宿主脂肪累积和改变机体代谢。Yang等[73]研究发现，与背膘厚的猪相比，瘦肉型猪的回肠和盲肠中富集了大量普雷沃氏菌属，通过宏基因组测序确定其富集糖苷水解酶和多糖降解功能通路。Lu等[82]分析结果显示，猪粪便中普雷沃氏菌属与背部脂肪增加相关。Bergamaschi等[83]基于16S rRNA基因测序数据在1 028头猪中分析肠道菌群与日增重和背部脂肪相关性，发现与平均日增重和背部脂肪相关的OTUs分别注释到梭菌属、普雷沃氏菌属、乳杆菌属、真杆菌属、瘤胃球菌属、链球菌属、拟杆菌属、密螺旋体属、粪球菌属和柔嫩梭菌属。

3.3 影响宿主行为

除了提高饲料利用率和导致脂肪沉积外，肠道微生物还能通过“微生物-肠道-大脑轴”影响大脑活动和宿主行为。研究发现，给在跳台试验中表现胆小的无菌BALB/c小鼠移植瑞士白色小鼠(NIH Swiss)的肠道微生物，可观察到BALB/c小鼠表现出更多的探索行为，同时，这些“变得勇敢的小鼠”海马体中检测到脑源性神经营养因子(BDNF)水平上升，而BDNF的上调可增加宿主的抗焦虑和抗抑郁行为[84]。另外，肠道微生物可通过影响脑部神经递质(如5-羟色胺)、细胞因子、突触素等分子的释放水平来参与大脑功能和个体行为的调节。Yano等[85]研究表明，肠道无菌小鼠结肠和粪便中5-羟色胺水平明显低于正常小鼠，更容易产生忧郁的情绪。

3.4 参与宿主炎症免疫

猪肠道内寄居的微生物及其代谢产物有助于肠道黏膜免疫，对宿主的健康具有重要意义。宿主免疫系统可以通过分泌各种免疫效应因子，如黏蛋白、分泌型免疫球蛋白A(sIgA)、再生胰岛素Ⅲ(RegⅢ)γ和防御素来调节肠道微生物的分布和组成；相反，肠道微生物也可以通过其特定成分或代谢物促进免疫细胞，包括调节性T细胞(Treg)和Th17细胞的分化。肠道菌群失调会导致细菌易位和肠道屏障功能受损，影响机体健康。Ukena等[86]研究发现，益生菌大肠杆菌Nissle 1917通过上调肠道紧密连接蛋白zonula occludens 1(ZO-1)增强上皮屏障功能，降低肠道上皮通透性，提高胃肠道疾病的发生率。仔猪在早期断奶前的第6～20天内饲喂富马酸乳杆菌，可以显著提高肠道紧密连接蛋白(ZO-1、闭锁蛋白和Claudin-1)的表达，并使肠道sIgA水平显著提高。Hu等[87-88]从中国地方猪品种从江香猪中分离出的格氏乳酸菌LA39或发酵乳酸菌单独移植即可促使仔猪产生腹泻耐受；进一步在分子层面探索了2株益生菌抗腹泻的机制：格氏乳酸菌LA39和发酵乳酸菌分泌的格氏菌素A以宿主肠上皮细胞为靶点，与肠上皮细胞质膜中KRT19蛋白结合，然后通过激活mTOR介导的磷酸二酯酶活性降低细胞环核苷酸水平，增加肠液吸收和减少肠液分泌，从而赋予早期断奶仔猪抗腹泻能力，同时在移植无菌小鼠试验中也证明益生菌分泌的格氏菌素A可抗腹泻及增加机体免疫的功效。

肠道细胞如小肠固有层Th17细胞的分化需要特定细菌的参与，同一种细胞经不同的肠道菌刺激细胞效应不尽相同，如鼠柠檬酸杆菌诱导的Th17细胞具有炎症性，主要参与有氧糖酵解，这通常与炎症效应细胞有关；相反，分节丝状细菌(SFB)诱导的Th17细胞是非炎症性的，在维持肠道平衡、黏膜结构的发展、IgA的诱导及产后肠道免疫功能的成熟中发挥着重要作用。此外，调节性T细胞在适应性免疫耐受中起着重要作用。研究发现，肠道微生物可以通过促进调节性T细胞的分化或通过诱导IL-10的表达来增强适应性免疫系统的抗炎作用[89]。脆弱拟杆菌和部分梭菌能诱导调节性T细胞活化，其中，脆弱杆菌通过多糖A对宿主免疫系统发挥积极的免疫调节作用，该多糖作用于抗原呈递细胞表面的TLR2/TLR1异构体以及C型凝集素样受体Dectin-1。与这些受体的结合激活了PI3K信号通路，从而诱导宿主调节性T细胞产生免疫调节细胞因子IL-10。而梭菌可诱导结肠调节性T细胞在抑制炎症和超敏反应中发挥核心作用。Atarashi等[90]研究发现，用从小鼠粪便中分离的Ⅳ、XⅣa和XⅧ梭状芽胞杆菌菌株的混合物定植无菌小鼠，导致结肠固有层中调节性T细胞的数量增加。调节性T细胞在小肠和结肠中广泛存在，能减少饲粮刺激导致的不良反应[91]。调节性T细胞还参与全身性过敏反应应答的抵抗，防止感染过程中效应分子引起的细胞损伤[92]。

4 小 结

肠道微生物在猪生长、饲料利用率、脂肪沉积和炎症免疫等方面发挥着非常重要的作用。作者概述了中外猪种不同肠道部位广泛存在的核心菌群和不同日龄、不同肠道部位肠道菌群组成变化，归纳了宿主遗传背景、饲粮、性别、环境和抗生素使用等因素对猪肠道菌群组成的影响。了解肠道微生物组成与猪重要经济性状的相关研究进展，有助于进一步思考猪肠道菌群的研究方向，为从肠道菌群方向改善生猪健康和提高生产水平提供参考。