2. 动物生产及产品质量安全教育部重点实验室, 长春 130118;
3. 吉林省动物营养与饲料科学重点实验室, 长春 130118
2. Key Laboratory of Animal Production and Product Quality and Safety, Ministry of Education, Changchun 130118, China;
3. Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science, Jilin Province, Changchun 130118, China
鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)多存在于人和动物的肠道内，细菌分类学属于乳杆菌属，鼠李糖亚种，是厌氧耐酸、不产芽孢的一种革兰氏阳性益生菌。鼠李糖乳杆菌不能利用乳糖，可发酵多种单糖(葡萄糖、阿拉伯糖、麦芽糖等)，大多数菌株能产生少量的可溶性氨，但不产生吲哚和硫化氢[1]。它具有耐酸、耐胆汁盐、耐多种抗生素等生物学特点[1-3]。鼠李糖乳杆菌单独使用或与其他益生菌联合使用时表现出潜力，在仔猪生产中应用，不仅可以帮助解决抗生素破坏肠道微生态平衡、导致细菌耐药性等问题，还具有调控动物肠道健康等多种生物学功能，主要体现在调节肠道微生物菌群平衡、调节机体免疫反应、参与宿主营养物质代谢和改善仔猪腹泻等方面。本文就鼠李糖乳杆菌的生物学功能进行阐述，为开发鼠李糖乳杆菌作为微生态添加剂在动物健康养殖和安全生产中的应用提供参考。
1 调节肠道微生物菌群平衡肠道微生物菌群是一种复杂的微生物生态系统，适合在持续竞争和协同作用下生存。肠道微生态系统的平衡是在长期进化过程中，形成的固有微生物菌群与其宿主在不同发育阶段的动态生理性组合。一旦机体内外环境发生变化，引起菌群失调而导致各种病理性症状，称之为肠道菌群失调症(alteration of intestinal flora)。
新生动物在经过母体产道时，获得的多种母体微生物在其肠道内滋生繁衍从而建立的肠道菌群对其健康发育有重要影响[4]。Lahtinen等[5]研究结果表明，从怀孕36周到分娩期间给母体服用鼠李氏乳杆菌，可以改变胎儿肠道微生物菌群多样性，促进特定双歧杆菌在体内肠道定植。由此可见，给产前母体补充鼠李糖乳杆菌对其后代肠道健康做出了贡献，且对肠道内特定双歧杆菌有着微妙的作用。但是目前，鼠李糖乳杆菌对新生仔猪的肠道菌群建立有何影响方面的研究较少，并且对特定鼠李糖乳杆菌的使用尤其是在动物特殊的生理阶段(如断奶应激)时的使用情况仍然不明确，有待于进一步研究。
鼠李糖乳杆菌单独或与其他有益菌联合使用在肠道健康方面都表现出潜力。崔志文[1]的研究表明，口服鼠李糖乳杆菌可以丰富断奶仔猪肠道菌群多样性，显著增加厚壁菌数量，显著减少拟杆菌和变形菌数量，降低断奶仔猪腹泻率率。由此可见，鼠李糖乳杆菌可以改善断奶仔猪肠道菌群结构，从而促进仔猪健康。Inturri等[6]研究结果表明，鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌都对低pH和不同浓度的胆汁盐有良好的耐受性，且联合使用时效果更好，此外，鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌单独或联合使用在人结肠癌HT-29细胞上都表现出良好的黏附性且没有竞争表现。这表明，鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌联合使用时，互相无颉颃作用且具有肠道宿主-微生物群的共生效应。此外，Mendes等[7]研究结果表明，添加鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌和双歧杆菌的混合菌可以改变小鼠肠道微生物菌群的组成。这些研究表明，鼠李糖乳杆菌的参与能够帮助宿主改善肠道微生物生态系统。
2 调控肠道免疫稳态肠道免疫稳态受肠道微生物群的调控[8-10]。Kolinska等[11]研究结果表明，鼠李糖乳杆菌可以导致大鼠回肠上皮细胞层IEC-18从细胞外基质分离，并诱导白细胞介素-1β(IL-1β)、Toll样受体2(TLR2)和白细胞介素-8(IL-8)mRNA的表达，刺激髓样分化因子Toll样受体信号通路中的关键接头分子髓样分化因子88(MyD88)、与细胞凋亡密切相关的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(Caspase)-1和细胞内模式识别受体核苷酸结合寡聚化结构域蛋白2(NOD2)mRNA的表达。在预防和治疗过敏方面，Aitoro等[12]研究结果显示，鼠李糖乳杆菌添加到酪蛋白水解配方(用于预防和治疗牛奶过敏)后，对β-乳球蛋白致敏小鼠模型的治疗效果显著增强。亦有研究指出，补充鼠李糖乳杆菌降低了致敏猪的皮肤、肺脏过敏反应的严重程度，并相应地增加了巨噬细胞活化因子干扰素-γ(IFN-γ)的表达[13]。Mendes等[7]的研究结果也表明，鼠李糖乳杆菌对小鼠结肠癌有潜在的化学预防作用。以上研究结果均表明，鼠李糖乳杆菌对改善肠道微生态环境、提高宿主抗病力起到积极作用，但鼠李糖乳杆菌与不同益生菌联合使用时之间可能存在互作效应的研究相对较少，这些对于开发鼠李糖乳杆在作为微生态添加剂的应用具有重要意义。
3 调节宿主营养物质代谢肠道是营养素的共享场所，已有文献指出益生菌在促进矿物质营养吸收、维生素代谢及肠道生理调节方面具备有益作用，但其在营养生理方面的文献较少[1]。Kumar等[14]通过鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳杆菌对新生仔猪(已知病原菌)肠道转录组反应的影响研究发现，鼠李糖乳杆菌在定植后第1天特异性上调十二指肠与维生素D代谢中24-羟化酶系有关的25-羟维生素D3-24-羟基化酶(CYP24A1)基因表达，但下调回肠CYP24A1基因的表达；鼠李糖乳杆菌在定殖后第1天对十二指肠和回肠CYP24A1基因表现出不同的调控作用，表明在此条件下，十二指肠有利于维生素D的代谢；嗜酸乳杆菌在定殖后第1天上调了十二指肠与维生素A代谢影响关键的15′-单加氧酶1(BCMO1)基因的表达。维生素A和维生素D也参与宿主肠道钙、磷的吸收，表明鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳杆菌在宿主钙、磷的生物利用中发挥了一定作用。
Kumar等[14]研究亦指出，鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳杆菌与糖酵解或糖异生有关的丙酮酸激酶同工酶和磷酸甘油酸变位酶2(PGAM2)基因表达呈负调控关系，与磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶1(PCK1)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6PC)基因表达呈正调控关系。这表明鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳杆菌在宿主碳水化合物代谢中具有潜在作用。嗜酸乳杆菌在细菌定殖后第1天对十二指肠参与三酰甘油分解的胰腺脂肪酶相关蛋白1(PNLIPRP1)和阻止胆盐对脂肪酶有抑制作用的胰辅脂酶(pancreatic colipase，CLPS)基因表达起调节作用，而鼠李糖乳杆菌在定殖后第7天对十二指肠水解膳食脂肪所需的胰脂肪酶(pancreatic lipase，PNLIP)基因表达起调节作用。因此，嗜酸乳杆菌和鼠李糖乳杆菌干预可能调节机体脂肪代谢。另外，鼠李糖乳杆菌和嗜酸乳杆菌在定植后第7天诱导十二指肠上的载脂蛋白(AI)的主要蛋白组分载脂蛋白A1(ApoA1)上调300倍。AI是高密度脂蛋白(HDL)的一种，血浆中HDL含量升高，可以逆向促进胆固醇酯从组织流出到肝脏，有助于外周组织中胆固醇的清除，这表明嗜酸乳杆菌和鼠李糖乳杆菌对机体胆固醇代谢可能起调节作用。此外，鼠李糖乳杆菌与支链氨基酸分解代谢的相关基因3-含氧酸辅酶A转移酶1(OXCT1)、4-羟基苯基丙酮酸双加氧酶(HPD)和精氨酸脱羧酶(SADC)基因表达呈负调控关系，而与氨基酸合成的相关基因5-甲基四氢叶酸同型半胱氨酸甲基转移酶还原酶(MTRR)和支链氨基酸转氨酶2(BCAT2)基因表达呈正调控关系。这些结果表明，鼠李糖乳杆菌可能参与宿主蛋白质代谢。
4 改善仔猪腹泻 4.1 大肠杆菌性腹泻产肠毒素性大肠杆菌(enterotoxigenic E.coli，ETEC)是引起人类和幼畜腹泻的重要致病菌。初生仔猪感染ETEC后，导致剧烈水样腹泻而脱水死亡，发病率和死亡率都很高，给养殖业带来严重的经济损失。
饲粮中添加鼠李糖乳杆菌可以改善仔猪ETEC感染性腹泻[15-16]，但鼠李糖乳杆菌应用时的活菌数目前尚不明确。Zhu等[15]研究结果显示，1×109 CFU/mL鼠李糖乳杆菌在改善断奶仔猪感染ETEC F4+时表现良好，而1×1011 CFU/mL可使感染仔猪血清中白细胞介素-17(IL-17)含量明显升高，从而产生较强的促炎症反应，降低对潜在肠道致病菌的预防作用。同时，亦有学者指出，1×1010 CFU/mL鼠李糖乳杆菌使感染仔猪的肠道上皮Toll样受体2(TLR2)、Toll样受体9(TLR9)、核苷酸结合寡聚化结构域蛋白1(NOD1)和转化生长因子-α(TGF-α)在mRNA水平的表达上调，但这些受体在1×1012 CFU/mL鼠李糖乳杆菌的作用下并不表达[16]。以上研究表明，在治疗ETEC引起的仔猪腹泻方面，不同活菌数的鼠李糖乳杆菌有不同的影响结果，且低活菌数可能比高活菌数作用更有效，这可为临床实践中鼠李糖乳杆菌的安全使用提供参考。
但是并非所有的鼠李糖乳杆菌干预都能在临床上获益。正如Trevisi等[17]的研究结果显示，鼠李糖乳杆菌并没有改善ETEC F4+对断奶仔猪的感染。造成结果差异的原因可能包括宿主年龄、遗传因素、环境因素、益生菌配方的差异(如菌株类型不同)等。
4.2 沙门氏菌性腹泻沙门氏菌也是一种常见的人类和动物病原菌，发病率和死亡率很高。受沙门氏菌感染的猪和猪肉是全世界人类食源性沙门氏菌病的重要原因[18]。
Yang等[19]给感染沙门氏菌的断奶仔猪口服鼠李糖乳杆菌，结果发现，鼠李糖乳杆菌促进CD4+、T-bet+(作为辅助性T细胞1特异的转录因子)、IFN-γ等T细胞的增殖。此外，Mian等[20]研究发现，鼠李糖乳杆菌还可以减轻内脏器官中沙门氏菌的感染。核苷酸结合寡聚化结构域蛋白(NOD)和NOD样受体(NLR)特异性识别病原体相关分子模式(PAMP)和可激活固有免疫细胞的损伤相关分子模式(DAMPs)[21]。活化的NLR可激活参与早期免疫反应和炎症反应的核转录因子-κB(NF-κB)信号通路、信号从细胞表面传导到细胞核内部的传递者丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和Caspase，从而介导炎症反应。炎症复合体由NLRs家族中功能独特的蛋白NOD样受体蛋白6(NLRP6，能抑制炎症反应)形成，且NLRP6与杯状细胞自噬、维持肠道菌群平衡有关[22]。NLR通常连接一种凋亡相关的斑点样蛋白(ASC)而形成炎症复合体，然后启动下游Caspase-1激活蛋白释放促炎细胞因子[23]。Yu等[21]研究结果表明，鼠李糖乳杆菌阻碍了NLRP6/ASC/Caspase-1炎性体的激活，并降低了沙门氏菌感染过程中回肠上皮白细胞介素-18(IL-18)的表达。这些研究表明，鼠李糖乳杆菌可以改善沙门氏菌感染仔猪引起的炎症反应并维持黏膜稳态，为筛选沙门氏菌病治疗的有效靶点提供了思路。
5 小结鼠李糖乳杆菌是人和动物肠道的共生菌，其肠道黏着率高、定植力强，且具有调节肠道微生物菌群平衡、调节机体免疫反应、参与宿主营养物质代谢和改善仔猪腹泻的生物学功能。在仔猪生产中使用具有良好的表现，尤其是在改善感染性腹泻方面发挥重要作用。但鼠李糖乳杆菌在动物健康养殖中使用仍存在诸多疑问，如给母体动物使用后对其子代肠道菌群的建立有何影响、该菌在特殊动物生理阶段(如断奶应激)使用时的数据、鼠李糖乳杆菌与不同益生菌联合使用时是否存在互作效应、对宿主营养物质代谢的作用通路等尚不统一，对于该菌在动物生产中的应用还有待于进一步研究。
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