腸道菌群對動物免疫的影響

　　1 腸道菌群及其分布

1.1 腸道正常菌群的概念在動物體內(nèi)環(huán)境中通常有一層微生物或微生物層，在正常情況下即動物處于健康狀態(tài)時，并未表現(xiàn)異常或致病現(xiàn)象，稱這一層微生物為正常菌群或固有菌群和原籍菌群。這些菌群是動物機體內(nèi)環(huán)境中不可缺少的組成部分，對動物宿主是有益無害的。

1.2 腸道菌群的分布人和動物的胃腸道棲息著大約30屬500多種細菌，主要由厭氧菌、兼性厭氧菌和需氧菌組成，其中專性厭氧菌占99%以上，而僅類桿菌及雙歧桿菌就占細菌總數(shù)90%以上。

腸道個體菌群分為3個部分：

（1）生理性細菌與宿主共生關(guān)系，為專性厭氧菌，是腸道的優(yōu)勢菌群，如雙歧桿菌、類桿菌、優(yōu)桿菌和消化球菌等是膜菌群的主要構(gòu)成者，具有營養(yǎng)及免疫調(diào)節(jié)作用。

（2）條件致病菌與宿主共棲，以兼性需氧菌為主，為腸道非優(yōu)勢菌群，如腸球菌、腸桿菌，在腸道微生態(tài)平衡時是無害的，在特定的條件下具有侵襲性，對人體有害。

（3）病原菌多為過路菌，長期定植的機會少，生態(tài)平衡時，這些菌數(shù)量少，不會致病，如果數(shù)量超出正常水平，則可引起人體發(fā)病，如變形桿菌、假單胞菌和常為韋氏梭菌等。口腔內(nèi)的菌群高度復(fù)雜，但經(jīng)過胃被胃酸破壞，對胃腸道影響很小。

胃的酸性環(huán)境極大地抑制了微生物的繁殖，減少了進入小腸的微生物數(shù)目。在無酸的胃中細菌數(shù)會明顯增多。胃內(nèi)除了幽門螺桿菌或相關(guān)的菌種外，大多數(shù)是革蘭氏陽性的需氧菌，如鏈球菌、葡萄球菌、奈瑟菌、乳酸桿菌和念珠菌，細菌濃度通常小于103/ml。幽門螺桿菌是真正的胃內(nèi)細菌，它是引起胃炎的主要致病因子，是潰瘍病的重要致病因子。

小腸是個過渡區(qū)，腸液流量大，足以將細菌在繁殖前沖洗到遠端回腸和結(jié)腸，十二指腸和空腸相對無菌，含菌濃度為0～105/ml，主要菌種是革蘭氏陽性的需氧菌，包括鏈球菌、葡萄球菌和乳酸桿菌。在遠端回腸中，革蘭氏陰性菌開始超過革蘭氏陽性菌，經(jīng)常存在大腸菌類和厭氧菌，含菌濃度為10.3～10.7/ml。

通過回盲瓣，細菌濃度急劇增加100倍以上，達1010～1012/ml，厭氧菌超過需氧菌10.2～10.4倍，主要的菌種是擬桿菌、真桿菌和雙歧桿菌以及厭氧的革蘭氏陽性球菌，正常人結(jié)腸中主要菌群是相同的，并且在一段時間內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài)。這些腸道固有細菌在維持腸道功能健康方面具有舉足輕重的作用。

2腸道菌群對動物免疫的影響及機理

腸道菌群形成一個龐大而復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，有重要的生理意義。包括抵御病原體侵襲、刺激機體免疫器官的成熟、激活免疫系統(tǒng)及參與合成多種維生素、調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝等作用。

2.1菌群屏障作用動物的先天性或非特異性免疫應(yīng)答，亦即機體免疫系統(tǒng)識別和排除各種異物，主要依靠機體的屏障作用，包括正常菌群、機體的皮膚黏膜、補體等體液因子抑菌、殺菌、溶菌等作用、吞噬細胞的吞噬作用等。從現(xiàn)代的研究不難看出，正常菌群在機體的屏障作用中是極為重要的一個方面。

腸道微生物定植抗力（colonization resistance.CR）于1971年由荷蘭微生物學(xué)家Van der waaij教授提出，腸道內(nèi)源性專性厭氧菌抑制消化道中主要屬需氧菌的潛在致病菌群數(shù)量的能力。Vollaard認為糞便中需氧革蘭氏陰性桿菌、腸球菌、酵母菌的數(shù)量可作為腸道微生物定植抗力的指標。雙歧桿菌與腸桿菌的數(shù)量比值（B/E值）作為腸道微生物定植抗力指標。

2.2影響?zhàn)つっ庖叻置谛颓虻鞍祝⊿IgA）是黏膜免疫的主要效應(yīng)因子，可有效中和黏膜上皮內(nèi)的病原體，捕捉黏膜內(nèi)層病原體，形成免疫復(fù)合物排除體外，在局部的抗感染過程中起著關(guān)鍵的作用。研究發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌抑制其他腸道菌的效果與誘生一種抗菌物質(zhì)——分泌型球蛋白（SIgA）有關(guān)。有人研究證明乳酸桿菌粘附形成的空間占位，是防止其他菌對陰道組織附著的一個重要的保護性機制。嗜酸性乳桿菌可以在腸黏膜免疫中發(fā)揮重要的免疫監(jiān)視功能。口服干酪乳桿菌能增強宿主的黏膜的免疫反應(yīng)，促進腸道分泌免疫球蛋白(SIgA)，即使飼喂低劑量的干酪乳桿菌也能引起SIgA的分泌。又有報道短雙歧桿菌能促進小腸淋巴組織集合B細胞增生，誘導(dǎo)淋巴組織集合的漿細胞產(chǎn)生大量的分泌型免疫球蛋白(SIgA)，進而增強機體的免疫功能。

2.3促進免疫器官的生長發(fā)育益生菌能促進機體的免疫器官的生長發(fā)育、成熟，增加T、B淋巴細胞的數(shù)量，胸腺淋巴細胞免疫球蛋白含量增多，啟動免疫應(yīng)答。有關(guān)研究表明，實驗組免疫器官內(nèi)的淋巴密度密集，數(shù)量增多以及漿細胞的數(shù)量增多，中樞免疫器官的淋巴細胞和上皮網(wǎng)狀細胞數(shù)量增多，這標志免疫器官內(nèi)部淋巴細胞的發(fā)育情況和免疫功能的成熟程度，從而向外周免疫器官脾臟、盲腸扁桃體以及全身各處免疫組織源源不斷的輸送T、B淋巴細胞。成熟的T淋巴細胞接受抗原刺激后，激活、增殖和分化為T淋巴細胞，執(zhí)行細胞免疫功能。B淋巴細胞接受抗原刺激后，激活，增殖和分化為漿細胞，由漿細胞產(chǎn)生特異抗體，發(fā)揮體液免疫功能，從而健全全身免疫系統(tǒng)，提高免疫功能。

2.4激活免疫因子有研究報道，益生菌能明顯的激活巨噬細胞活性及細胞因子介導(dǎo)素的分泌，增強免疫功能，提高宿主的抗病能力。這些因子在某些情況下，可以代替免疫調(diào)節(jié)劑，因為它們不僅能刺激造血活性，而且也能增強成熟細胞的功能。例如IL1，人類顆細胞集落刺激因子及少量的腫瘤壞死因子（TNF）能增強對感染的抵抗力。胃腸道中的正常菌群，生理作用十分明顯，沒有致病性，對宿主有免疫原性，抗腫瘤作用明顯。細菌細胞表面結(jié)合的細胞因子對細菌調(diào)節(jié)機體一系列免疫反應(yīng)是非常重要的。研究發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌能刺激免疫細胞分泌IL1，IL6的量增加，而IL1可促進T輔助細胞分泌IL2和B淋巴細胞分泌抗體，也能增強NK細胞的殺傷功能，對人類的多種腫瘤細胞具有直接的殺傷作用；同時，IL6則可促進B淋巴細胞的分化成熟，使之分泌抗體，又可直接誘導(dǎo)T淋巴細胞的增殖并參與了T淋巴細胞、CTL、NK細胞及LAK的細胞分化。口服麗珠腸樂后，T淋巴細胞亞群約有不同程度回升，尤以CD3，CD4及CD4/CD8比值顯著。嗜酸性乳酸桿菌的細胞壁成分提取物能增加上皮內(nèi)淋巴細胞的自然殺傷活性，并能促進其產(chǎn)生IL2。研究短小雙歧桿菌作用時發(fā)現(xiàn)，靶細胞是巨噬細胞樣的細胞，該細胞釋放的活性因子直接對B細胞的分裂發(fā)揮效應(yīng)。雙歧桿菌WPG對T細胞的增殖和IL2產(chǎn)生沒有直接作用，但能誘導(dǎo)TNF-α，IL-β，IL-6，IL-10和IFN-α的mRNA表達。

2.5 干預(yù)細胞免疫干酪乳桿菌和保加利亞乳桿菌可激活巨噬細胞功能，刺激人體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。還通過巨噬細胞和T細胞、NK細胞活性的增強來增強人體的免疫；巨噬細胞、NK細胞、T細胞的活化，有益于增強周圍血管和局部淋巴結(jié)中淋巴細胞的免疫，T輔助細胞、NK細胞的增加，可使抑制性T細胞減少。吸附于人體的嗜酸乳桿菌具有抗菌活性，該菌株能吸附于分化的腸道細胞上，還可在體外抵抗幽門螺桿菌，殺滅入侵菌。

許多研究結(jié)果顯示，乳酸菌能干預(yù)細胞免疫。乳酸菌、雙歧桿菌能阻斷許多微生物的入侵和粘附（位組抑制）。口服乳酸菌或雙歧桿菌能刺激人體產(chǎn)生非特異性免疫。乳酸菌的某些菌株：鼠李糖乳桿菌（ATCC53103），植物乳桿菌（VTT），乳酸球菌（ARH74），雙歧桿菌動物亞種是腫瘤壞死因子TNF-α和IL-6的強有力的誘導(dǎo)劑。有些能刺激IL-10的產(chǎn)生，以增強免疫。

2.6和疫苗混合使用提高抗體水平林志新等（1991）報道，光合細菌與傳染性支氣管炎疫苗（H-52）混合使用，具有提高實驗組雞的γ-球蛋白和對禽傳染性支氣管炎病毒（IBV）的特異性抗體水平。也有研究表明，在ND疫苗接種前后飼用益生素，可提高雞血清中抗NDV血凝抑制抗菌體，延長抗體的高峰期。

2.7具有免疫佐劑活性Himanen等（1993）研究枯草芽孢桿菌的脂磷壁酸（LTA）和肽聚糖磷壁酸復(fù)合物的生物活性時，發(fā)現(xiàn)兩者均具有很強的免疫佐劑活性作用。地衣芽孢桿菌的免疫促進作用是機體經(jīng)口服芽孢桿菌后，在腸道淋巴組織集合的抗原結(jié)合位點上直接作為免疫佐劑，或者通過調(diào)整宿主體內(nèi)的微生物群，尤其是雙歧桿菌菌群起主導(dǎo)作用，間接的發(fā)揮免疫佐劑的作用，提高機體的局部或全身防御功能。

2.8菌群失調(diào)對動物免疫的影響菌群失調(diào)是指腸道正常菌群的種類、數(shù)量和比例發(fā)生異常變化，偏離正常的生理組合，轉(zhuǎn)變?yōu)椴±硇越M合狀態(tài)。臨床上以腹瀉為最明顯癥狀，其他如腸道菌群中潛在致病菌引起的內(nèi)源性感染和一些過敏性疾病如特異性反應(yīng)性濕疹、過敏性皮炎和炎癥性腸病等，被認為與菌群變化致腸一屏障功能損害及免疫紊亂有關(guān)。隨著抗生素的廣泛應(yīng)用，特別是抗菌譜過廣，應(yīng)用時間長，是引起菌群失調(diào)的主要誘發(fā)因素。同位素、激素及放射治療和化療均可在治療疾病的同時降低機體免疫力，影響益生菌。使人體潛在的致病菌定植。手術(shù)、外傷、感染和腫瘤以及環(huán)境惡化等均可引起菌群失調(diào)。

３飼用抗生素、動物免疫和腸道微生物的相互作用

飼用抗生素在飼用抗生素促生長機制的研究方面，以前人們多從微生物角度出發(fā)，認為是抗生素對腸道微生物的抑制作用。然而，通過分析從前的研究結(jié)果，結(jié)論并非如此。佟建明等（2000）采用多次屠宰連續(xù)采樣的方法對金霉素影響腸微生物的結(jié)果以及在動物不同生長階段的變化情況進行研究，提出 了飼用抗生素、動物免疫系統(tǒng)和腸道微生物的三元平衡的理論假設(shè)。

他認為飼用抗生素、免疫系統(tǒng)和微生物（以及其他抗原物質(zhì)）通過一定時間的相互影響會逐漸建立一個三元平衡，而且這個三元平衡影響著抗生素是否具有促生長作用。三者之間建立的過程可以分為兩個時期：一是反應(yīng)期，在這個時期，新生的畜禽受環(huán)境中微生物以及飼料中抗原物質(zhì)的刺激，機體的免疫系統(tǒng)開始產(chǎn)生免疫反應(yīng)，飼用抗生素對微生物產(chǎn)生一定的抑制作用，同時有的抗生素還可以對免疫系統(tǒng)起直接的抑制作用。兩種作用之和形成免疫屏障，減緩和降低動物機體的免疫反應(yīng)。飼用抗生素在此期間以此對動物產(chǎn)生相對明顯的促生長作用；二是平衡期，在這個時期，腸道微生物的數(shù)量增加到正常情況下的最高水平，抗生素與免疫系統(tǒng)聯(lián)合作用使微生物的數(shù)量和免疫反應(yīng)水平不再增加，三者的正反作用在此時形成相對平衡。此時抗生素對動物不產(chǎn)生相對明顯的促生長作用。

因此，在實際生產(chǎn)中，作為飼料添加劑的抗生素水平宜以預(yù)防和促生長作用的劑量而不宜以治療劑量長期添加。

4微生態(tài)制劑在畜牧業(yè)上的應(yīng)用

動物體內(nèi)的正常菌群已被廣泛開發(fā)研制成微生態(tài)制劑，用于促進動物的生長、提高飼料利用率和動物疫病的防制。

4.1微生態(tài)制劑的種類根據(jù)微生態(tài)制劑的用途及作用機制可分為：微生態(tài)治療劑、微生態(tài)多功能制劑即微生物飼料添加劑、微生態(tài)助長劑等。根據(jù)微生物的種類又可分為：

（1）芽孢桿苗制劑：目前已應(yīng)用于生產(chǎn)的芽孢桿菌主要有蠟樣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、巨大芽孢桿菌。制成的商品有“促菌生”、“調(diào)痢生”、“止痢靈”、“增菌素”等。

（2）乳酸苗制劑：用于微生態(tài)制劑的酸乳桿菌主要是：嗜乳酸桿菌、植物乳酸桿菌、糞鏈球菌等。其共同特征是大量產(chǎn)酸。我國最早使用的乳酶生就是用糞鏈球菌制成的，商品有“抗痢靈”、“抗痢寶”。

（3）酵母類制劑：目前應(yīng)用的主要有啤酒酵母和石油酵母。它可為動物提供蛋白質(zhì)，幫助消化，對防治畜禽消化道系統(tǒng)疾病起有益作用。

（4）雙歧桿菌制劑：雙歧桿菌是寄生在人和動物小腸后段的正常菌群，起著維持微生態(tài)平衡的作用。

（5）擬桿苗制劑：擬桿菌是人和動物后腸道，在厭氧桿菌中占第一位的正常菌，上海華星生物工程研究所以脆弱擬桿菌、糞鏈球菌和蠟樣芽孢桿菌制成的“華星寶”復(fù)合菌制劑對防治雛雞、仔豬由沙門氏菌和大腸桿菌引起的下痢有較好的效果。

4.2微生物制劑面臨的問題微生態(tài)制劑臨床應(yīng)用尚有許多待解決的問題。

（1）目前尚無微生態(tài)制劑的藥代動力學(xué)的系統(tǒng)描述，益生菌在腸道發(fā)揮作用的有效劑量及定植所需劑量無法明確。

（2）微生態(tài)制劑各制劑間菌數(shù)差異較大，反復(fù)篩選菌株種類、將基因重組技術(shù)引進微生態(tài)領(lǐng)域，增強菌株的定植能力，是很有意義的。

（3）缺乏對微生態(tài)制劑的認識和使用經(jīng)驗，尤其是大規(guī)模、多中心、隨機和前瞻性臨床試驗少，評價種類也少。

（4）微生態(tài)制劑發(fā)揮作用確切的機制尚有待進一步闡明，目前提到的有：生態(tài)占位，定植抗力，生物奪氧，免疫調(diào)節(jié)，降低腸腔pH和細菌代謝產(chǎn)物抗菌作用等。每一種益生菌作用機理需進一步研究。

（5）大部分微生態(tài)制劑不能與抗生素合用，部分限制其臨床應(yīng)用。如果與抗生素合用，活菌也會產(chǎn)生耐藥性，耐藥因子是否被傳遞。