动物体是各种微生物群的聚集地,这些微生物群之间相互影响,同时与宿主相互作用,在宿主的生理功能和机体健康中发挥着重要作用[1-2]。动物体各区域的微生物群落组成独特,具有不同的微生物生态位,超过98%的微生物群位于胃肠道内,称为肠道微生物群[3]。改善失调肠道微生物群的方法大致可以分为3类:一是使用抗生素消除致病菌株(因产生耐药菌株而慎用);二是给予特定的活性微生物(益生菌);三是转移整个肠道微生物群[微生物群移植(microbiota transplantation,MT)][4]。
1 MT对鸡肠道菌群及形态发育的影响
MT可以通过重塑受体肠道菌群的多样性和种类,从而调节受体糖、脂合成代谢相关基因的表达和盲肠内容物中短链脂肪酸浓度,并改变宿主的表观形态[12-13]。Glendinning等[14]选用40周龄罗斯肉鸡作为供体,通过灌胃成功地将盲肠微生物群移植到不同品系的雏鸡中,并发现受体的盲肠菌群丰度和多样性增加,表明盲肠微生物群移植(cecal microbiota transplantation,CMT)可以实现盲肠菌群在品系之间的稳定移植。Zhang等[1]选用成年母鸡作为供体制得粪便悬浮液,选择具有相同遗传背景的1日龄雏鸡作为受体,通过粪便微生物群移植(fecal microbiota transplantation,FMT)后显著提高了雏鸡空肠内容物和黏膜中乳酸杆菌和双歧杆菌的相对丰度,表明FMT重塑了雏鸡肠道菌群。Ma等[15]选用3月龄高体重吐鲁番斗鸡×白来航鸡作为供体,1日龄黄羽雏鸡作为受体,结果显示,FMT提高了空肠乳酸杆菌的相对丰度(从66.94%提高至84.98%)。乳酸杆菌被公认为人类和动物肠道中的主要益生菌,它通过竞争性排斥极大地影响了肠道菌群的平衡,有利于双歧杆菌等有益菌的增殖,抑制葡萄球菌、大肠杆菌或链球菌等有害菌的增殖[16-17]。将健康吉林黄鸡的新鲜粪菌液灌喂海兰褐蛋雏鸡发现,FMT组鸡盲肠粪杆菌的相对丰度提高,FMT联合丁酸梭菌提高了副拟杆菌、粪杆菌和双歧杆菌等有益菌的相对丰度[18]。在皖南黄鸡中的研究表明,CMT提高了新生雏鸡盲肠厚壁菌门和疣状菌门的相对丰度[19]。Elokil等[20]评估了将饲料效率高的肉鸡粪便菌群移植至京红蛋雏鸡对其肠道菌群多样性的影响,结果表明,FMT后受体鸡盲肠厚壁菌门相对丰度和厚壁菌门/拟杆菌门(F/B)值提高,乳杆菌、乳球菌、双歧杆菌相对丰度提高。丁酸杆菌属、副杆菌属和乳杆菌属等菌属与短链脂肪酸的合成及膳食纤维的发酵有关,短链脂肪酸通过抑制病原体的增殖促进肠道健康[21],此类菌群相对丰度的提高表明肠道微生态系统向更有利的方向转变[22-23]。
在清远麻鸡中的研究表明,将140日龄高脂肪母鸡盲肠菌群移植至雏鸡后,CMT导致受体鸡盲肠拟杆菌门、梭杆菌门、黏胶球形菌门和软壁菌门的相对丰度显著降低,而使放线菌门和广古菌门的相对丰度提高[24]。小鼠中的菌群移植研究表明,肠道微生物群是影响宿主脂肪合成与沉积的重要因素[25]。Torok等[26]研究发现,拟杆菌门与肉鸡生长性能相关。Ding等[27]报道,高脂肪鸡粪便和肠道中梭杆菌属及其相关属种的相对丰度较低。在肥胖小鼠的肠道中,菌群多样性尤其拟杆菌门的相对丰度显著低于正常小鼠[28]。研究表明,小檗碱可以重塑高能量低蛋白质饲粮蛋鸡的肠道菌群,减轻肝脏脂质沉积和肠道炎症,将小檗碱组肠道菌群移植至雏鸡后,显著降低了受体鸡弧菌属相对丰度,提高了拟杆菌属相对丰度[29]。
雏鸡肠炎沙门氏菌感染试验的研究表明,沙门氏菌攻毒导致雏鸡盲肠菌群中副萨特氏菌属的相对丰度显著提高,而同时将无特定病原体(SPF)成年鸡粪便菌群移植至攻毒雏鸡后抑制了肠炎沙门氏菌在肝脏中的定殖,同时显著提高拟杆菌、副拟杆菌和普雷沃氏菌等菌群的相对丰度,提高了肠道菌群成熟度[30-31]。关于弯曲杆菌的研究结果显示,将健康成年鸡的粪便菌群移植至新孵化的雏鸡后,显著提高了受体鸡肠道丁酸杆菌属、副杆菌属和乳杆菌属等菌属的相对丰度,降低了盲肠弯曲杆菌的定殖,而攻毒弯曲杆菌后试验鸡均受感染,表明FMT对弯曲杆菌定殖的抑制作用受攻毒模型的影响[32]。将2周龄商品肉鸡盲肠菌群口服灌胃给新生雏鸡后,显著而短暂地改变了受体鸡肠道菌群结构,与对照组相比,CMT组雏鸡对病原体攻毒表现出一定的保护作用[33]。商品肉鸡肠道菌群具有较高的耐药性,SPF蛋鸡肠道菌群耐药性较低,朱见深等[34]将2组鸡盲肠菌群移植至新生雏鸡后,耐药水平得到遗传,因此成年SPF鸡盲肠菌群移植至雏鸡可以从源头控制肉鸡养殖过程中的耐药菌株问题。
MT还通过增加肉鸡空肠浆膜和肌层的厚度来改善肉鸡的肠道形态[35]。鸡的空肠组织是消化吸收养分的主要场所,其宽大的表面积有助于养分的吸收,且绒毛活跃的血液循环系统有利于转运养分,因此空肠组织形态是消化吸收养分能力的重要指标[36-37]。Song等[38]筛选母鸡粪菌液与菊粉联合应用,改善了雏鸡14日龄时肠道微生物群以及回肠形态和屏障功能。但Freedman等[39]研究表明,细菌释放的肠毒素是导致肠绒毛损伤的重要因素。Haifer等[40]研究表明,MT短期内通常会导致轻度和自限性胃肠道疾病,受体表现出腹泻现象,但恢复迅速,没有引起明显的体重减轻。小鼠肠道在短时间内接触到脂多糖(LPS)攻击,肠道屏障出现损伤和炎症反应,此类有害物质会导致肠道绒毛损伤[41]。而随着时间的推移,微生物结构趋于稳定,损伤得到修复[42]。
粪便病毒移植(fecal virus transplantation,FVT)是一种在FMT的基础上进行高速离心和进一步过滤处理的方法,以确保滤液中的主要微生物是噬菌体,噬菌体占肠道病毒总数的90%以上[43-44]。FVT同FMT一样也可以稳定调节肠道微生物群落组成[45-46],但肉雏鸡经FMT后肠道菌群丰度更高,并更为迅速地将肠道菌群调节到稳定状态[47]。研究表明,在病理条件下,细菌和噬菌体都可以影响肠上皮细胞之间的紧密连接蛋白,并调节肠道通透性[48]。Feng等[47]采集28日龄爱拔益加(AA)肉鸡盲肠内容物制备FVT灌胃液,连续FVT灌胃5日龄雏鸡6 d后,细胞间紧密连接蛋白的表达量显著提高。Kim等[49]研究表明,噬菌体直接调节上皮细胞紧密连接。黏液层中噬菌体的存在形成了阻止细菌入侵的生物屏障,这可能是肠道屏障相关蛋白高表达的原因之一[50]。
2 MT对鸡健康和免疫的影响
肠道炎症对鸡造成多种影响,包括采食量减少、养分消化和吸收效率降低,最终导致生产性能下降[51];同时,肠道炎症也会破坏肠道稳态[52],肠道稳态的破坏有助于病原体的繁殖,病原体损害肠黏膜,加重肠道炎症从而导致鸡的多种并发症[53-54]。研究表明,肠道炎症可以通过重塑肠道菌群来缓解,从而增强家禽的肠道健康[55]。Li等[56]研究表明,在肉鸡肠道炎症期间,添加乳酸杆菌可下调核因子-κB(NF-κB)和促炎细胞因子表达。FMT可提高空肠内容物和黏膜中乳酸杆菌和双歧杆菌的相对丰度,降低促炎细胞因子[白细胞介素-1β(IL-1β)、干扰素-γ(IFN-γ)、白细胞介素-12(IL-12)和白细胞介素-6(IL-6)]水平,并增强抗炎细胞因子[白细胞介素-4(IL-4)和白细胞介素-10(IL-10)]水平,表明FMT通过重塑不平衡的肠道微生物群来减轻肠道炎症[1,57]。Wang等[30]研究了SPF成年鸡FMT对雏鸡感染肠炎沙门氏菌的疗效和机制,结果发现,FMT降低了受体鸡死亡率和肝脏炎症病变,提高了免疫力,并提高了对肠炎沙门氏菌感染的抵抗力。Song等[38]研究表明,FMT协同菊粉改善了雏鸡法氏囊指数以及回肠形态和屏障功能;之后的试验结果显示,FMT协同菊粉促进了雏鸡肠道相关淋巴组织的早期发育,从而通过调节分化簇28和细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4来提高肠道的早期免疫力[58]。吉林黄鸡源FMT或FMT联合丁酸梭菌均可以促进海兰褐蛋雏鸡早期免疫系统发育和成熟[18]。FMT和FVT均能改善白羽肉仔鸡回肠黏膜免疫和屏障功能,促进LPS攻毒后的恢复,且FVT对机体的刺激性更小,能更好地发挥免疫激活作用,同时降低致病基因的传播风险[59]。将海兰褐蛋鸡的粪便悬浮液移植至雏鸡体内,结果发现,FMT显著增加了雏鸡14日龄时法氏囊卵泡及髓质的面积,提高血清和肠道中免疫活性物质[IL-10和免疫球蛋白A(IgA)等]水平,以及杯状细胞的数量[60]。
MT在地方鸡免疫功能上也有相关研究,皖南黄鸡中CMT试验结果显示,60日龄时CMT组中雏鸡血清免疫球蛋白G(IgG)水平显著高于对照组,表明CMT调节了雏鸡早期肠道免疫力[19]。以成年蛋鸡为供体,取其盲肠微生物群移植在84日龄雄性蛋雏鸡体内,研究CMT在改善蛋鸡健康状况方面的作用,结果显示,CMT在第5周显著影响回肠黏膜分泌型免疫球蛋白A(sIgA)水平,提高肠道5-羟色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)活性[61]。肠道5-HT通过多种5-HT受体的信号传导作用于免疫细胞的激活,从而调节细胞因子的产生,因此其活性变化可能对炎症信号传导和应激反应有影响[62]。细菌可分为高IgA涂层和低IgA涂层2类[63],高IgA涂层细菌类型的转移会导致肠道损伤[64-65],FMT后sIgA水平显著升高可能归因于高IgA涂层的细菌数量增加,细菌刺激免疫细胞或淋巴组织[47,66]。IgA调节微生物群组成,促进肠道稳态[67],因此FMT调节的肠道菌群对外部刺激的反应可能更稳定。
3 MT对鸡生产性能的影响
4 MT效果受供受体鸡品种、日龄及MT处理时间的影响
表1 鸡MT研究供受体及处理时间Table 1 Donor, recipient and processing time of chicken MT research |
| 编号 Number | 供体 Donor | 受体 Recipient | MT处理时间 MT processing time | 结论 Conclusion | 参考文献 References | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 14日龄健康海兰褐鸡, 盲肠内容物 | 14日龄海兰褐鸡 (球虫攻毒) | 14~21日龄 | 微生物群移植(MT)显著减轻 球虫感染后鸡增重降低的影响, 减轻盲肠损伤 | [77] | ||||||
| 2 | 200日龄无特定病原体 (SPF)鸡,42日龄商品 肉鸡,盲肠内容物 | 1日龄SPF鸡 | 1日龄 (泄殖腔注入) | MT可以从源头降低SPF鸡雏鸡 肠道菌群抗药性,降低养殖环境中高 抗药性病原菌的危害 | [34] | ||||||
| 3 | 3月龄雄性高体重吐鲁番 斗鸡×白来航鸡, 粪便悬浮液 | 1日龄雄性 黄羽鸡 | 1~28日龄 | MT提高乳杆菌相对丰度和色氨酸 代谢产物水平,并通过平衡Th17/ Treg细胞提高鸡的生长性能 | [15] | ||||||
| 4 | 7周龄吐鲁番斗鸡× 白来航鸡,粪便悬浮液 | 1日龄鸡 | 1~30日龄 | 将高体重成年鸡粪便菌群移植 至雏鸡体内,重塑空肠微生物群, 减轻炎症反应,提高鸡的生长性能 | [1] | ||||||
| 5 | 140日龄雌性高腹脂率 清远麻鸡,盲肠内容物 | 1日龄清远麻鸡 | 1~9日龄 | MT促进脂肪酸的延长和生物合成, 降低盲肠微生物群丰度,减少盲肠中 维生素、类固醇和碳水化合物的代谢 | [24] | ||||||
| 6 | 成年白来航鸡,回肠、 盲肠和结肠内容物 | 1日龄白来航鸡 | 1~14日龄 | MT降低外周血清素水平和 免疫球蛋白M(IgM)滴度, 并改善重度啄羽行为 | [74] | ||||||
| 7 | 1日龄科宝(Cobb)-500 肉雏鸡,粪便悬浮液 | 1日龄京红蛋鸡 | 1~28日龄 | MT通过重塑独特的 肠道微生物群来改善体增重 | [20] |
5 小结与展望
在鸡生产中应用MT技术可将健康成年鸡的微生物群移植到雏鸡中,提高受体鸡的菌群丰度和多样性,并通过增加浆膜肌层的厚度改善雏鸡的肠道形态,从而改善雏鸡的病原体耐受性和生长性能。然而,各研究应用MT技术时供体取样部位和MT处理时间差异较大,对病原体传播、受体接受度和无法标准化治疗方案的担忧仍然存在。因此,未来应针对MT进行改进,对供体进行统一的筛选(包括细菌、真菌、原生动物、病毒、细胞因子和代谢物),确定哪些有益的,同时考虑如何改进供体和宿主的匹配,以降低MT的风险。