1 犬的消化道特点
2 犬的肠道菌群
犬肠道中菌群种类繁多,小肠中的菌群主要以需氧菌和兼性厌氧菌为主,而大肠中的菌则多以厌氧菌为主[7]。通过宏基因组学和基因测序技术发现,犬肠道不同部位的菌群组成也存在差异[8⇓⇓-11],肠道不同位置的菌群种类及占比如表1 所示。肠道健康在动物福利中扮演着重要角色,肠道菌群在动物的代谢、营养、生理和免疫过程中起着至关重要的作用。王志华等[12]以双歧杆菌、枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等菌种组成的制剂饲喂犬,结果显示该制剂可显著促进幼犬生长。吴德华等[13]在幼犬饲粮中添加纳豆芽孢杆菌后发现降低了幼犬肠道大肠杆菌数量,增加了乳酸杆菌数量,从而提高了幼犬的抗病力以及生长性能。肠道微生物具有双重作用,可以维护肠道健康,也能使消化系统产生疾病。肠道炎症状态下辅助性T细胞17分泌的白细胞介素-17非常活跃,该物质可使病情加重,而肠道中的益生菌可以通过调节色氨酸(tryptophan,Trp)和犬尿酸(kynurenic acid,KYN)代谢通路,激活肠黏膜免疫细胞的芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR),从而减少白细胞介素-17的分泌,减轻肠道炎症状态[14]。研究发现,肠道菌群会产生抑制病毒的免疫机制CRISPR/Cas系统,肠道菌群通过将一个短病毒DNA序列编入到自身基因上的方式来使Cas蛋白复合物更容易识别并攻击病原微生物[15],从而对肠道起到保护作用。消化系统疾病的发生与微生物种类及丰度密切相关,犬腹泻时粪便中拟杆菌属的丰度显著增加,而肠道中乳杆菌属、肠球菌属的丰度则明显减少[16]。犬患胰腺炎时肠道菌群中乳杆菌属、链球菌属的丰度降低,而双歧杆菌属的丰度则增长[17]。患有慢性肠道疾病的犬肠道菌群多样性和丰富度降低,同时粪便中短链脂肪酸(short chain fatty acid,SCFA)的含量也呈现下降,虽然无法证明粪便SCFA含量的降低与肠道菌群失调有必然联系,但是粪便中SCFA含量的变化表明患有慢性肠道疾病的犬存在菌群失调,因此,在治疗患有慢性肠道疾病的犬时恢复其肠道菌群平衡可能有利于治疗[18]。肠道菌群不仅关系到消化系统疾病的发生,也与其他系统疾病的发生存在着联系。研究表明,患有后天性Ⅰ型糖尿病的犬肠道菌群稳态失调,同时粪便中未结合的胆汁酸(bile acid,BA)含量增多[19]。刘静等[20]研究指出,与健康犬相比,拟杆菌科、拟杆菌属及假单胞菌科等菌种更多地富集于重度慢性肾衰患犬的肠道。由此可见,犬肠道菌群的种类及相对丰度影响着机体健康,其不仅可以促进幼犬生长发育、维护肠道屏障,还与机体疾病的发生相关联,因此,犬的肠道微生态是否稳定是犬健康与否的重要指证。
表1 肠道不同部位的菌群种类及占比Table 1 Species and proportion of intestinal microbiota in different locations |
| 部位 Locations | 第1优势菌群及 相对丰度 The first dominant microflora and relative abundance | 第2优势菌群及 相对丰度 The second dominant microflora and relative abundance | 第3优势菌群及 相对丰度 The third dominant microflora and relative abundance | 第4优势菌群及 相对丰度 The fourth dominant microflora and relative abundance |
|---|---|---|---|---|
| 十二指肠 Duodenum[9⇓-11] | 厚壁菌门 (46%) | 变形菌门 (27%) | 拟杆菌门 (11%) | 螺旋菌门 (10%) |
| 空肠 Jejunum[9] | 变形菌门 (47%) | 厚壁菌门 (15%) | 螺旋菌门 (14%) | 放线菌门 (11%) |
| 回肠 Ileum[9] | 梭杆菌目 (30%) | 梭菌目 (25%) | 拟杆菌目 (22%) | 肠杆菌目 (20%) |
| 结肠 Colon[9] | 梭杆菌目 (30%) | 拟杆菌目 (30%) | 梭菌目 (18%) |
3 植物性成分在维持犬肠道健康中的作用
植物性成分包括水分、糖类、蛋白质类、脂肪类等必需物质以及其次生代谢产物,如多酚类化合物、黄酮类化合物、植物精油等。如表2 所示,一些植物性成分具有改善肠道组织形态、促进消化吸收的能力,还具有抗氧化、增强肠道屏障和维护肠道健康的功能。
3.1 营养成分
植物中的糖类、蛋白质、维生素等营养物质对维持犬健康有着十分重要的作用。植物中特有的糖类为淀粉、纤维素等。有研究表明,淀粉能降低哺乳动物大肠疾病的风险,而纤维素能促进胃肠蠕动,有助于消化[21]。纤维素是肠道菌群重要的发酵原料,对促进有益菌增殖、抑制有害菌生长有显著作用。研究发现,含有高纤维含量的饮食对犬肠道菌群的影响最大,在增加一定比例的纤维素后,拟杆菌属、普雷沃氏菌属和粪杆菌属这类SCFA产生菌的丰度也显著增加[22]。鉴于此,在犬粮中增加淀粉或纤维等植物性成分将有助于老年犬和幼犬肠道改善,防治吸收不良、腹泻、便秘等常见胃肠道问题。自然界中已鉴定出600多种不同的类胡萝卜素,大量存在水果和蔬菜中。目前饲料企业已经使用类胡萝卜素作为颜色添加剂加入犬粮中。在给比格犬喂食不同量β-胡萝卜素时,发现血浆抗体免疫球蛋白G含量呈剂量依赖性增加,且会增加肠道免疫力[23-24]。因此,添加一定剂量类胡萝卜素,不仅可改善犬粮颜色,还能减少犬胃肠疾病发生的概率。Hall等[25]将菠菜、番茄、葡萄、胡萝卜、柑橘果肉和其他抗氧化营养素组成犬粮,饲喂后发现有助于增加老年比格犬的中性粒细胞吞噬能力和B细胞数量。综上所述,植物种类繁多且含有丰富的营养物质,不仅能满足动物生长发育的需求,且能为犬健康生长起到保护作用,在临床应用中具有极大潜力,但添加量和比例需要进一步研究验证。
3.2 多酚类化合物
多酚类化合物因含酚羟基,能有效清除氧自由基,防止氧化应激损害。Sechi等[26]在健康犬运动后补充含有葡萄籽提取物、白藜芦醇、草莓和黑莓干提取物的抗氧化制剂126 d后,发现该抗氧化制剂能够通过清除过量的活性氧(reactive oxygen,ROS)来降低运动引起的氧化应激。多酚类化合物也可通过增加潜在有益菌和减少病原微生物的增殖来影响胃肠道微生物群。Scarsella等[27]给健康成年犬喂食1 mg/kg BW葡萄原花青素28 d,增加了粪便微生物群中大肠杆菌和真杆菌属的相对丰度,喂食3 mg/kg BW增加了梭杆菌属和杆菌属的相对丰度,粪便中丙酸盐含量也显著增加。Li等[28]给健康雄性犬补充绿茶多酚126 d,改变了成年雄性犬的肠道菌群结构、粪便微生物群的相对丰度,使得粪便菌群中拟杆菌门和梭杆菌门的相对丰度减少,厚壁菌门的相对丰度增加。研究显示,从茶中提取的酚类成分在体外培养时有对产气荚膜梭菌、大肠杆菌、假单胞菌、沙门氏菌等病原菌有抑制作用,同时还能促进乳酸菌、双歧杆菌等益生菌的生长和繁殖[29]。Jose等[30]给健康犬喂食50 mg/kg BW石榴皮提取物(含有多酚类化合物),可增加粪便中SCFA和发酵代谢物的含量,并改善健康犬的抗氧化状态。综上可知,在犬粮中添加多酚类化合物不仅可以提高犬胃肠道免疫、调节菌群平衡,还能加强肠道保护屏障。多酚类化合物可以开发为品种粮针对一些易患胃肠道疾病的犬,但大部分多酚类化合物提取成本较高,故开发简易提取工艺和寻找廉价原材料是急需解决的问题。
3.3 黄酮类化合物
黄酮类化合物广泛存在于自然界的植物中,它们大多以天然糖苷或其他缀合物的形式存在,具有多种生物学功能,如改善肠道组织形态、抗氧化、抗炎等。近年来,黄酮类化合物中的槲皮素在改善肠道功能方面的应用引起了人们的兴趣。研究表明,槲皮素可以通过对抗肠道完整性的破坏和肠道菌群的改变来调节肠道活动[31]。有研究还发现,槲皮素对蛋白质的消化和吸收具有双重作用,其可以通过抑制肠液中的胰蛋白酶来抑制蛋白质消化,又能促进肠绒毛细胞对寡肽的吸收[32]。芦丁是具有多种生物活性的黄酮类化合物,近来研究发现,其不仅在抗炎和抗氧化方面效果显著,在降脂减肥方面也有一定效果。Yan等[33]认为芦丁可以用于改善肥胖个体的肠道菌群紊乱,达到降脂减肥作用。此外,大豆异黄酮对减肥和维持体重也有一定的作用。给已绝育雌犬喂食5 mg/kg的大豆异黄酮60 d后,发现血清三酰甘油、总胆固醇及低密度脂蛋白含量显著下降[34]。目前,犬肥胖引起的疾病逐渐增多,尤其是绝育后饲养管理不佳的犬,因此利用黄酮类化合物开发具有降脂、改善肠道菌群等功能的绝育处方粮具有一定现实意义。炎症是一种复杂的免疫过程,主要是机体针对于病原微生物、刺激性化合物和有害物质等有害因子的免疫,它能使机体的某些器官出现炎性反应。研究表明,给健康犬饲喂一定量的紫锥菊(0.10 mg/kg BW松果菊苷)、越橘提取物(0.20 mg/kg BW花青素)和姜黄(6.60 mg/kg BW姜黄素),减缓了循环白细胞中的炎症表达,增强了机体的免疫应答[35]。黄酮类化合物具有广泛的生物活性,其广泛存在于植物中,且提取工艺成熟,因此黄酮类化合物可以制成犬益生元制剂。
3.4 植物精油
植物精油是指从植物组织中提取的易挥发油状芳香物质,具有丰富的生物活性。在保护肠道的健康上,植物精油可以起到调控作用,其主要功能是调节肠道功能,包括调节肠道菌群结构、抑制有害菌生长和调节免疫等。植物精油作为饲料添加剂在鸡、鸭、猪等动物中广泛应用,已经展现出良好的抗氧化、抑菌、促生长以及提高免疫力等作用[36⇓-38]。此外,体外试验研究表明,牛至精油可以使粪肠球菌的相对丰度增加,链球菌属的相对丰度降低,菌群结构的改变增加了乙酸、丁酸等有益短链脂肪酸的含量,从而改善肠道健康[39]。给高脂饮食大鼠喂食甜橙精油胶囊[口服2 mL微胶囊混悬液(含630 mg微胶囊)]后,增加了拟杆菌门和放线菌门的相对丰度,而厚壁菌门的相对丰度则下降,表现为肠道炎症状态的内毒素水平下降,能保持肠道的屏障功能[40]。Cui等[41]研究发现,植物精油中的活性物质可以穿透有害微生物的细胞膜,影响其通透能力,破坏细胞膜的结构,有效地抑制酶的活性;而酶活性的降低则会干扰三羧酸的循环,从而抑制有害微生物的生长和繁殖。肠道作为动物体内最大的免疫器官,它的稳态直接影响着动物的健康。研究发现,精油成分(肉桂醛、丁香酚和香芹酚)作为饲料添加剂可以减缓动物肠道炎症反应,肉桂醛和丁香酚可以调控鸡肠道免疫相关基因表达[42],而肉桂醛和香芹酚可降低仔猪断奶后肠道中黏膜巨噬细胞的数量[43]。张永胜[44]发现,体外培养时,0.05%以下水平的茶树油能在一定程度上减轻脂多糖(LPS)诱导的猪回肠上皮细胞IPI-2I的免疫应激,表明其可以使肠道的免疫功能得到一定程度的增强。尽管目前未见关于植物精油作为犬饲料添加剂的应用,但其具有易吸收、调节肠道菌群结构、保持肠道屏障等优势,在犬饲料添加剂的开发上将具有极大潜力。
4 小结与展望
犬粮是宠物犬主要营养来源,而植物性成分是犬粮的重要组成成分,为了更好地保障宠物犬健康,满足其生长需要,优化其营养状况,植物性成分在未来将扮演重要角色。犬粮中的植物性成分可以起到抗炎、抗氧化、改善肠道菌群结构、增强肠道免疫力的作用,甚至还可以提高机体抵抗力,对疾病的预防也有重要作用,这有利于开发不同阶段、不同年龄甚至具有辅助治疗的处方粮。植物性成分中的活性物质作为宠物饲料添加剂尚处于研究和初步应用阶段,深入其影响犬肠道健康的机制对犬粮的配制具有重要参考意义。