肠道微生态系统与肠黏膜免疫关系研究进展
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肠道健康与免疫力的相互关系有何特点在我们的身体中,肠道和免疫力之间存在着一种紧密而复杂的相互关系,这种关系对于维持我们的整体健康状态起着至关重要的作用。
要理解它们之间的关系特点,我们首先需要分别了解肠道健康和免疫力的基本概念。
肠道,这个常常被我们忽视的部位,实际上是一个极其复杂和繁忙的“工作场所”。
它不仅仅是消化食物和吸收营养的通道,更是一个拥有庞大微生物群落的生态系统。
健康的肠道具有完整的肠黏膜屏障,包括物理屏障、化学屏障、免疫屏障和生物屏障。
这些屏障共同作用,阻止有害物质、病原体和未消化的食物颗粒进入体内,同时允许有益的营养物质被吸收。
而免疫力,简单来说,就是我们身体抵抗疾病和病原体入侵的能力。
它是一个由多个部分组成的复杂系统,包括先天免疫和适应性免疫。
先天免疫是我们与生俱来的第一道防线,能够迅速对病原体做出反应。
适应性免疫则是在我们接触病原体后逐渐形成的,具有特异性和记忆性,能够更有效地应对再次入侵的病原体。
那么,肠道健康是如何影响免疫力的呢?首先,肠道中的微生物群落,也就是我们常说的肠道菌群,对免疫系统的发育和功能起着关键的调节作用。
在我们出生后,肠道菌群逐渐定植在肠道内,它们与免疫系统相互作用,帮助免疫系统识别“自我”和“非我”物质。
正常的肠道菌群可以刺激免疫系统的发育和成熟,使免疫系统能够更好地发挥作用。
肠道菌群还能够通过产生一些有益的代谢产物来影响免疫力。
例如,某些益生菌可以产生短链脂肪酸,如乙酸、丙酸和丁酸。
这些短链脂肪酸不仅可以为肠道细胞提供能量,还具有调节免疫细胞功能的作用。
它们可以抑制炎症反应,增强免疫细胞的活性,从而维持免疫系统的平衡。
此外,肠道黏膜屏障的完整性对于免疫系统的正常功能也至关重要。
如果肠道黏膜屏障受损,病原体和有害物质就容易穿过屏障进入体内,引发免疫反应。
长期的肠道黏膜损伤可能导致慢性炎症,进而影响免疫系统的功能,增加患自身免疫性疾病和其他慢性疾病的风险。
反过来,免疫力也会对肠道健康产生影响。
肠道黏膜免疫屏障及其菌群与机体健康关系的研究进展李 伟,陈庆森*(天津商业大学生物技术与食品科学学院,天津市食品生物技术重点实验室,天津 300134)摘 要:肠黏膜屏障对于防止肠腔内细菌、食物抗原、酶和化学药物等直接与黏膜裸露面接触而引起疾病至关重要,其免疫屏障对机体的健康作用越来越被人们重视。
黏膜免疫系统不仅具有一般性的屏障作用,而且还参与体液免疫和细胞免疫过程,在机体肠道内环境的调节中起重要作用。
随着更深入的研究,人们可能会找到新的维持机体健康的途径。
本文对肠道黏膜免疫调控机理、肠道菌群及营养物质对肠黏膜屏障功能的影响,以及肠黏膜屏障受损对机体健康的危害等方面进行了综述。
关键词:肠黏膜屏障;肠黏膜免疫;SIgA;免疫细胞;肠道菌群;益生元Research Progress of Relationship of Human Health with Intestinal Mucosal Immunity and MicrofloraLI Wei,CHEN Qing-sen*(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology, College of Biotechnology and Food Science,Tianjin University of Commerce, Tianjin 300134, China)Abstract :Intestinal mucosal barrier play an important role in preventing the diseases caused by direct contact of bacteria, foodantigen, enzyme, chemical drugs with mucosal surface. The intestinal mucosal immunity barrier which is beneficial for bodyhealth has arisen more and more people's concerns. This system not only has run-of-mill barrier effect, but also takes part in theprocess of humoral immunity and cellular immunity, which plays an important role in the regulation of microenvironment of gut.With the thorough research, the new strategies for restoring and maintaining human health might be provided. The paperdescribed the regulatory mechanism of intestinal mucosal immunity, the effects of the intestinal microflora and nutrients on thefunction of intestinal mucosal barrier and the harm of intestinal barrier damage to body health.Key words:intestinal mucosal barrier;intestinal mucosal immunity;SIgA;immune cell;intestinal microflora;prebiotics中图分类号:R392 文献标识码:A 文章编号:1002-6630(2008)10-0649-07收稿日期:2007-11-30基金项目:国家自然科学基金项目(30771524)作者简介:李伟(1983-),男,硕士研究生,研究方向为发酵生物技术和生物活性物质。
肠道微生态与免疫功能的关系肠道微生态指的是肠道内各种有益细菌、有害菌以及其他微生物之间的平衡关系,它对于人体的健康有着非常重要的作用。
研究发现,肠道微生态与免疫功能密切相关,它们之间的关系不仅仅体现在保护人体抵抗外界致病菌入侵方面,还可以影响肠道中的神经系统、内分泌系统以及免疫系统等多个方面的功能,本文将从多个角度探讨肠道微生态与免疫功能的关系。
肠道微生态与肠道免疫肠道内滋生着大量的细菌,这些细菌与人体的肠道黏膜形成了一个微生态平衡系统,这个系统对于人体的健康有着至关重要的作用。
肠道免疫系统随着肠道微生态平衡状态的变化而产生变化,肠道内的有益菌可以刺激肠道免疫系统的发育和完善,同时还可以抑制有害细菌的增殖,保持肠道内环境的稳定和平衡。
肠道内的哺乳动物细胞和肠道内的微生物之间相互作用着。
肠道细胞表面含有一些受体,这些受体可以识别微生物分泌的分子。
当有害微生物进入体内时,哺乳动物细胞可以通过分泌一些免疫因子,如肠道抗菌肽等来杀灭这些有害微生物。
而有益细菌则会分泌一些物质来抑制有害细菌的增殖。
有益菌还可以促进肠道上皮细胞的更新和修复,提高肠道的代谢能力以及防止肠道感染。
肠道微生态平衡失衡会引发肠道免疫反应,刺激体内炎症的产生。
当肠道内的有害细菌大量繁殖时,会引发胃肠道炎症反应、机体氧化压力升高等不适症状,增加机体感染的风险,降低身体免疫力,导致各种疾病的发生。
肠道微生态与精神免疫肠道微生态与身体健康的联系除了与肠道免疫有关,还与精神免疫密不可分。
人的肠道内含有大量的神经元,以及与大脑相似的感觉传导系统。
这种通过肠道内神经系统与大脑相互作用的复杂系统被称为肠脑轴,而肠道微生态平衡与这种系统的功能有着密不可分的关系。
研究表明,肠道微生态并不只和肠道疾病和肠道免疫有关,与不同类型的微生物有关的代谢产物与肠脑轴有关,因此在肠脑轴中起到了非常重要的调节作用。
例如,肠道有益菌可以将纤维素等难消化物质分解为能够被肠道吸收的营养物质,以供人体吸收消化。
肠道微生物对家禽肠道免疫功能的调节作用及其机制朱丽慧;廖荣荣;杨长锁【摘要】A vast diversity of microbes colonizes in the poultry gastrointestinal tract,referred to intestinal microbiota.Microbiota and products thereof are indispensable for shaping the functions of poultry digestive and immune system,thereby exerting multifaceted impacts in gut health.As antibiotics are restricted or disabled worldwide,the issue of the intestinal problems of poultry is becoming more and more serious,causing huge economic losses for the farmers.However,the researches on the intestinal microbial flora of poultry are still at a relatively early stage.This paper reviewed the composition of poultry gut microbiota and current nutrition studies on poultry gut health control.Then,we discussed the effects on immunity of gut microbe-derived nucleic acids and gut microbial metabolites,as well as the involvement of commensals in the gut homeostasis.In addition,we further focused on the recent findings with an intention to illuminate the mechanisms about how the gastrointestinal mucosa immunity system regulating gut microbiota,hoping to provide some evidences for further poultry gut health protection.%家禽肠道中定植了大量微生物,这些微生物及其代谢产物积极参与家禽的消化与免疫应答过程,对家禽健康发挥重要的调控作用.随着抗生素在全球范围内的限制或禁用,家禽肠道问题日益突出,给养殖者带来巨大经济损失.然而,对家禽肠道微生物菌群的研究还停留在相对初级的阶段.本文首先综述了家禽肠道微生物的组成以及家禽肠道健康营养调控措施的研究现状,并进一步深入探讨了肠道微生物基因组及其代谢产物对动物肠道免疫功能的调节作用,以及肠黏膜免疫系统对肠道微生物调控的潜在机制,旨在为进一步研究改善家禽肠道健康的营养措施提供参考.【期刊名称】《动物营养学报》【年(卷),期】2018(030)003【总页数】9页(P820-828)【关键词】家禽;肠道微生物;肠道免疫;肠道健康【作者】朱丽慧;廖荣荣;杨长锁【作者单位】上海市农业科学院畜牧兽医研究所,国家家禽工程技术研究中心,上海201106;上海市农业科学院畜牧兽医研究所,国家家禽工程技术研究中心,上海201106;上海市农业科学院畜牧兽医研究所,国家家禽工程技术研究中心,上海201106【正文语种】中文【中图分类】S811.6肠道不仅是消化器官,也是体内最大的免疫器官,在维持正常营养代谢、免疫防御等方面发挥重要的作用。
200第23卷 第1期 2021 年 1 月辽宁中医药大学学报JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF TCMVol. 23 No. 1 Jan .,2021肠道微生态中医药研究近况李妍,杨柳,金铭(天津市中医药研究院附属医院,天津 300120)基金项目:国家中医药管理局全国中医药创新骨干人才培训项目(国中医药人教函〔2019〕128号)作者简介:李妍(1979-),女,宁夏青铜峡人,副主任医师,博士,研究方向:中医脾胃病。
通讯作者:杨柳(1983-),男,黑龙江佳木斯人,主治医师,硕士,研究方向:中医脾胃病。
摘要:肠道微生态是一个非常复杂的系统,它参与人体代谢,促进胃肠道免疫、抗肿瘤、延缓衰老等。
近年来针对肠道微生态临床医疗、药物与病证性质的研究也越来越受到研究者们的重视。
作者就近5年来中医药在肠道微生态领域的研究,从中医理论、实验研究和临床研究等方面进行综述,总结理论研究方面的新观念、新认识,分析实验研究中中药单体和复方与肠道菌群的相互作用,探讨临床研究中中医、中药治疗各种疾病时与肠道微生态的相互关系,从理论和实践等方面展现了肠道微生态的中医药研究概况,为进一步研究中医中药与肠道微生态的关系提供参考,为临床诊疗提供新的方向。
关键词:肠道微生态;肠道菌群;中医;中药中图分类号:R574 文献标志码:A 文章编号:1673-842X (2021) 01- 0200- 04Recent Research on Intestinal Microecology in Traditional Chinese MedicineLI Yan,YANG Liu,JIN Ming(Tianjin Academy of Traditional Chinese Medicine Affiliated Hospital,Tianjin 300120,China)Abstract:Intestinal microecology belongs to a very complex system,which is involved in human metabolism,gastrointestinal immunity,anti-tumor,anti-aging and so on. In recent years,the research of the clinical medical treatment,medication and disease of the nature of ecology of intestinal microbial is getting more and more attention of the researchers. The author just reviewed the research of TCM in the field of intestinal microecology from the aspects of TCM theory,experimental research and clinical research in the past five years. By summarizing the new concepts and new ideas of TCM theory research,analyzing the interaction of Chinese herbal extract or traditional Chinese medicine compound with intestinal flora in experimental research,and discussing the contact between the traditional Chinese medicine and ecology of intestinal microecology in the treatment on different kinds of disease through clinical study,it shows the general situation of traditional Chinese medicine research on intestinal microecology from the perspectives of theory and practice,provides the reference for depth study on the relationship between TCM and intestinal microecology,and indicates the new direction for clinical diagnosis and treatment.Keywords:intestinal microecology;intestinal flora;traditional Chinese medicine;Chinese medicine肠道微生态是由肠道菌群及其生存的肠道环境构成,是一个非常复杂的系统,主要由专性厌氧菌和兼性厌氧菌组成,并以不同的比例存在于胃肠道内的不同部位。
胃肠道微生物与免疫系统的相互作用胃肠道微生物和免疫系统之间存在着复杂而密切的相互作用关系。
胃肠道是人体最大的免疫器官,同时也是微生物最为丰富的生态环境。
这两者之间的相互作用对于人体健康至关重要。
本文将探讨胃肠道微生物与免疫系统之间的相互作用以及对人体健康的影响。
一、胃肠道微生物及其功能胃肠道内居住着大量不同种类和数量的细菌、真菌和病毒等微生物,构成了人体内最为复杂多样化的微生物群落,被称为“肠道菌群”。
这些微生物在胃肠道中发挥着重要功能。
首先,它们协助消化食物和吸收营养物质。
例如,某些益生菌可以分解食品中难以消化的纤维素,并产生有益于机体的营养成分。
此外,通过竞争性排挤或抑制其他有害菌群的侵袭,它们还能帮助维持胃肠道内的菌群平衡。
另外,在维持人体免疫平衡方面,胃肠道微生物也起着重要作用。
二、免疫系统的基本原理免疫系统是人体对抗外界侵略的重要防线,它包括先天免疫和获得性免疫两个层面。
先天免疫是人体在出生时就具备的一种非特异性防御系统,能对抗各种微生物和有害分子的侵袭。
获得性免疫则是在接触到致病微生物后逐渐发展起来的一种高度特异性和记忆性的免疫应答。
这两个层面共同构成了人体复杂而强大的免疫系统。
三、胃肠道微生物与先天免疫的相互作用1. 调节树突细胞功能树突细胞是先天免疫中至关重要的调节组织细胞,它们控制着对外界环境中微生物和超自身抗原的感知和识别过程。
最新的研究表明,某些益生菌可以通过与树突细胞的相互作用,调节它们的功能和表型,从而影响免疫系统的应答。
这种作用对于预防感染、减轻过敏症状等具有重要意义。
2. 促进天然杀伤细胞活性天然杀伤细胞是先天免疫中的一类重要细胞,能够快速识别并消灭被感染的细胞或癌变细胞。
研究发现,胃肠道微生物可以通过激活特定免疫受体,促进天然杀伤细胞的活性,并提高它们在人体抗击各种感染和肿瘤过程中的效力。
四、胃肠道微生物与获得性免疫的相互作用1. 调节抗体产生获得性免疫主要通过抗体介导来对抗微生物侵袭。
动物营养学报2020,32(6):2454⁃2459ChineseJournalofAnimalNutrition㊀doi:10.3969/j.issn.1006⁃267x.2020.06.002罗伊氏乳杆菌调节仔猪肠道黏膜免疫功能的研究进展黄金秀1,2㊀王㊀琪1,2㊀肖㊀融1,2㊀王瑞生1∗(1.重庆市畜牧科学院,重庆402460;2.农业部养猪科学重点实验室,重庆402460)摘㊀要:罗伊氏乳杆菌是一种天然存在于人和动物肠道内的优势乳酸菌,具有较强的耐受性和黏附能力,在抑制病原菌生长㊁调节肠道微生态平衡㊁增强肠黏膜免疫力等方面具有重要的功能㊂本文将重点阐述罗伊氏乳杆菌在胃肠道内的定植及其对仔猪肠道黏膜免疫功能的调控作用,为罗伊氏乳杆菌的合理开发与科学使用提供参考㊂关键词:罗伊氏乳杆菌;肠道;黏膜免疫;仔猪中图分类号:S828㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀文章编号:1006⁃267X(2020)06⁃2454⁃06收稿日期:2019-12-05基金项目:国家青年科学基金项目(31702151);重庆市财政专项资金项目(19513);重庆市百千万工程领军人才培养计划(19234)作者简介:黄金秀(1977 ),女,江西进贤人,研究员,博士,主要从事猪营养代谢与品质调控研究㊂E⁃mail:short00@163.com∗通信作者:王瑞生,副研究员,E⁃mail:50856054@qq.com㊀㊀动物肠道栖息着大量的微生物群体,这些微生物与宿主共同进化,形成稳定互利的共生系统,在宿主动物营养㊁生长发育㊁免疫等方面发挥着极其重要的作用㊂肠道微生物与宿主免疫系统间的协调与动物健康密切相关㊂诸多试验证实肠道菌群结构或组成的改变可以引起肠道免疫系统功能的紊乱,同时肠道免疫细胞㊁组织的改变也可以导致肠道微生态平衡的失调㊂罗伊氏乳杆菌(Lacto⁃bacillusreuteri)是一种天然存在于人和动物肠道内的优势乳酸菌㊂目前,人们已经从人㊁豚鼠㊁大鼠㊁猪㊁肉鸡中筛选到一些特异性的罗伊氏乳杆菌菌株,这些菌株均具有益生特性,有利于宿主动物健康㊂研究表明,罗伊氏乳杆菌对猪肠黏膜和小肠上皮细胞具有很强的黏附能力[1-2],且具有抑制病原菌生长㊁调节肠道微生态平衡㊁增强机体免疫力等重要的生理功能[3-4],是国际上公认的新型益生菌㊂本文就罗伊氏乳杆菌在胃肠道内的定植及其对仔猪肠道免疫功能的调控作用及机制进行综述,为罗伊氏乳杆菌的合理开发与科学使用提供参考㊂1 罗伊氏乳杆菌在胃肠道内的定植㊀㊀动物胃肠道系统是摄入食物消化和吸收的场所,某些特殊部位的微环境不利于微生物的定植,如胃酸造成的低pH及小肠前段的胆汁盐㊂因此,外源性微生物在胃肠道内定植的最关键一步就是要在这些严格的微环境中存活下来㊂比较不同乳酸菌在断奶仔猪肠道内的定植研究发现,与干酪乳杆菌K9⁃1和发酵乳杆菌K9⁃2相比,适应宿主的罗伊氏乳杆菌在仔猪肠道转运过程中存活更好[5]㊂目前,人们分离得到的多种猪源罗伊氏乳杆菌菌株对低pH和胆汁盐都具有很强的耐受力[6-7],可能与它们形成的生物膜有关[8]㊂试验表明,定植在宿主胃肠道的罗伊氏乳杆菌能形成生物膜,但受宿主来源的影响,用来源于人㊁小鼠㊁大鼠㊁鸡和猪等不同宿主的9株罗伊氏乳杆菌处理无菌小鼠,发现不同来源的菌株在前胃内容物的数量类似,但只有鼠源罗伊氏乳杆菌能形成生物膜并黏附在前胃上皮细胞[9]㊂进一步研究发现,猪源和鼠源罗伊氏乳杆菌菌株存在一种特异性的转运路径,即SecA2⁃SecY2通路[10]㊂紧邻SecA26期黄金秀等:罗伊氏乳杆菌调节仔猪肠道黏膜免疫功能的研究进展基因簇的Lr70902基因表达的是罗伊氏乳杆菌100⁃23的一种主要细胞壁蛋白,并通过SecA2系统进行分泌㊂SecA2突变菌株仅缺失Lr70902蛋白,体内定植试验发现Lr70902蛋白的缺失使菌株无法正常形成生物膜,提示Lr70902蛋白和SecA2⁃SecY2通路是罗伊氏乳杆菌100⁃23形成生物膜的关键要素[10]㊂然而,对于罗伊氏乳杆菌形成生物膜的分子机制及与菌株和宿主肠道上皮细胞之间的黏附力的关系,迄今仍不清楚㊂最近研究发现,罗伊氏乳杆菌能形成半渗透的生物相容性聚糖酐微球体生物膜,且该特性能促进其与肠上皮细胞的黏附,提高抗菌物质和抗炎因子的产生[11-12]㊂㊀㊀罗伊氏乳杆菌可以与黏蛋白和肠上皮细胞黏合,且某些菌株还可附着于多种宿主动物的肠上皮细胞上[13-14],其机制可能是菌体表面分子与黏液层结合,如特定簇上的同源基因编码的黏液结合蛋白(MUBs)和MUB类似蛋白可作为黏附因子[15]㊂罗伊氏乳杆菌MUBs多样性的研究发现,不同菌株的MUBs结构及在细胞表面的丰度存在明显的差异,且与其黏液结合能力密切相关[16]㊂可见,MUBs识别黏液蛋白或聚合能力存在菌株差异性,导致其表面黏附功能也因菌株不同而异㊂试验还发现,菌表多糖(exopolysaccharide,EPS)可促进罗伊氏乳杆菌100⁃23的定植,当突变果糖基转移酶(fructosyltransferase,ftf)基因造成EPS无法合成时,明显减少ftf突变菌株在无乳酸菌小鼠前胃和盲肠内的定植,但不影响它们在前胃上皮细胞表面的生物膜形成[17]㊂因此,罗伊氏乳杆菌在肠道内的定植可能涉及多种机制的共同作用,以保证其益生功能的发挥㊂2㊀罗伊氏乳杆菌对仔猪肠道黏膜免疫功能的影响㊀㊀新生期和断奶期是仔猪个体发育的关键时期,也是肠道微生物区系构建的关键时期,这2个时期仔猪肠道微生物区系非常不稳定,而且免疫功能尚未发育完全,机体防御能力不足;当面临外界环境的不良刺激时,肠道极易受到致病菌侵袭导致腹泻等疾病的发生,对仔猪生长发育造成不可逆的负面影响㊂罗伊氏乳杆菌作为一种肠道优势菌,通过外源补充的方式对仔猪肠道微生物区系稳定及肠道黏膜免疫功能均具有正向调控作用,主要途径包括:1)通过重塑肠道菌群结构,形成肠道微生物稳态平衡;2)通过提高肠道结构完整性,增强肠黏膜机械屏障功能;3)通过促进肠道免疫细胞发育及改变免疫因子的效应,提高肠黏膜免疫防御功能㊂2.1㊀重塑肠道微生物菌群㊀㊀外源补充罗伊氏乳杆菌可以重塑动物肠道菌群结构,进而影响肠道黏膜免疫功能,这已在啮齿动物㊁猪和人上得到大量证实㊂口服人源罗伊氏乳杆菌可以使肠道微生物区系失调的皮屑小鼠得到重塑,促进肠道微生物产生肌苷,再通过腺苷A2A受体的作用减少Th1/Th2细胞及相关的细胞因子,降低机体炎症[18]㊂罗伊氏乳杆菌作为肠道中的原籍菌,在新生阶段进行干预有助于仔猪肠道微生物群落的建立,促进肠道发育成熟,增强抵御病原菌感染的能力㊂试验发现,给新生仔猪补充猪源罗伊氏乳杆菌KT260178,可促进罗伊氏乳杆菌在远端空肠和回肠的定植,同时增加盲肠内乳酸菌和双歧杆菌的总数,降低大肠杆菌和葡萄球菌的总数,改善机体抗氧化状态和免疫功能[19]㊂在新生阶段灌服猪源罗伊氏乳杆菌I5007可影响仔猪肠道菌群结构及形成过程,提高肠道有益菌乳酸菌和双歧杆菌的数量,减少肠道潜在致病菌肠杆菌及梭菌属的数量,降低肠道pH,增强肠道对炎症反应的抗性;而且灌服时间对肠道菌群结构及代谢过程的影响存在差异,间隔4d灌服1次的作用效果优于新生早期连续4d灌服[20]㊂㊀㊀补充罗伊氏乳杆菌也会影响断奶仔猪肠道微生物区系,且因菌株不同而异㊂口服罗伊氏乳杆菌ZLR003显著提高断奶仔猪空肠微生物多样性,改变肠道微生物组成,聚类分析表明罗伊氏杆菌组的空肠微生物组成更接近于抗生素组,而结肠和盲肠内容物微生物组成更接近于对照组[21]㊂经罗伊氏乳杆菌发酵的饲料饲喂断奶仔猪,能明显抑制产肠毒性大肠杆菌(ETEC)在肠道内的定植,降低小肠及粪便中ETEC及其热稳定性肠毒素丰度[22]㊂试验还发现,用2种不同的罗伊氏乳杆菌菌株分别发酵饲料,饲喂断奶仔猪后,与未发酵组相比,饲喂罗伊氏乳杆菌发酵饲料的仔猪粪便中6种不同细菌丰度发生显著改变,显著降低肠杆菌科丰度;而且,不同菌株的作用效果不同,罗伊氏乳杆菌TMW1.656可以提高光冈菌属数量,降低拟杆菌门数量,但罗伊氏乳杆菌LTH5794没有此5542㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报32卷作用㊂进一步试验发现,罗伊氏乳杆菌TMW1.656可产生reutericyclin,而罗伊氏乳杆菌LTH5794不能产生,说明罗伊氏乳杆菌TMW1.656对仔猪肠道微生物的影响与reutericyc⁃lin的产生有关[23],但其具体机制仍需深入研究㊂2.2㊀增强肠道黏膜机械屏障功能㊀㊀肠黏膜机械屏障是肠道黏膜免疫发挥作用的重要结构基础㊂研究表明,罗伊氏乳杆菌可以促进新生仔猪肠黏膜发育,改善肠道形态结构㊂给饲喂代乳粉的新生仔猪每日灌服罗伊氏乳杆菌I5007,对7d后的空肠绒毛高度㊁隐窝深度均无显著影响,但显著提高14d后的空肠绒毛高度,说明早期灌服罗伊氏乳杆菌I5007对仔猪肠道形态的改善作用具有时间依赖性[24]㊂给母猪喂养的新生仔猪每隔4d灌服1次罗伊氏乳杆菌I5007,也能提高仔猪十二指肠的绒毛高度及绒毛高度/隐窝深度㊁空肠绒毛高度/隐窝深度,且隔4d灌服的效果优于前4天灌服;同时还发现,不管是隔4d灌服,还是前4天灌服,回肠形态结构均未出现显著变化[25],提示灌服罗伊氏乳杆菌I5007对新生仔肠道形态的影响主要体现在十二指肠和空肠上㊂在断奶仔猪的试验上也发现,饲粮中添加罗伊氏乳杆菌,使平均日增重显著提高,回肠绒毛高度显著提高,回肠隐窝深度显著降低,回肠和空肠的绒毛高度/隐窝深度也显著提高[26-27]㊂可见,外源补充罗伊氏乳杆菌也能改善断奶仔猪肠道形态,增强肠道黏膜屏障功能㊂㊀㊀罗伊氏乳杆菌还可通过促进紧密连接蛋白(tightjunctions,TJs)的表达来维持上皮细胞的屏障功能㊂体内外试验表明,罗伊氏乳杆菌I5007能促进仔猪肠上皮细胞闭锁蛋白㊁闭合蛋白和紧密连接蛋白-1(ZO⁃1)等TJs蛋白的表达,增强仔猪肠黏膜屏障功能;同时还能明显抑制脂多糖所致炎性因子表达量的升高和TJs蛋白表达量的下降,且具有一定的时间依赖性[26]㊂Wang等[3]对猪肠上皮细胞的试验发现,罗伊氏乳杆菌LR1可阻碍肠毒性大肠杆菌诱导引起的ZO⁃1表达异常,进而维持猪肠上皮细胞屏障的完整性㊂Yi等[26]在断奶仔猪的试验上也发现,罗伊氏乳杆菌LR1显著提高空肠和回肠黏膜的ZO⁃1和闭合蛋白的基因表达㊂在IPEC⁃1细胞感染ETECK88前加入罗伊氏乳杆菌LR1,能降低上皮细胞通透性,减少大肠杆菌对IPEC⁃1细胞的黏附和入侵;同时提高ZO⁃1和闭合蛋白的表达水平,其作用机制可能是通过肌球蛋白轻链激酶(myosinlight⁃chainkinase,ML⁃CK)信号通路调控,用MLCK抑制剂ML⁃7处理IPEC⁃1细胞,阻碍了罗伊氏乳杆菌LR1对感染ETECK88的细胞TJs蛋白表达的促进作用[28]㊂此外,罗伊氏乳杆菌ZJ617通过抑制脂多糖诱导下p38丝裂原活化蛋白激酶(p38mitogen⁃activatedproteinkinases,p38MAPK)和细胞外信号调节激酶1/2(extracellularsignal⁃regulatedkinases1/2,ERK1/2)的磷酸化,减少肌球蛋白轻链(myosinlightchain,MLC)磷酸化,从而恢复紧密连接蛋白的表达,维持紧密连接的结构[29]㊂2.3㊀促进肠道免疫防御功能㊀㊀在仔猪新生期间间隔4d灌服罗伊氏乳杆菌I5007,对回肠CD4+㊁CD8+和IgA+阳性细胞数量的影响不显著,但有降低CD8+阳性细胞数量的趋势,同时显著降低肠系膜淋巴结中与Th1型相关细胞因子干扰素-γ(IFN⁃γ)mRNA水平,显著提高与Treg型相关细胞因子转化生长因子-β(TGF⁃β)mRNA水平,增强仔猪黏膜免疫耐受[20]㊂断奶仔猪饲粮中添加罗伊氏乳杆菌LR1,显著提高回肠黏膜分泌型免疫球蛋白A(sIgA)含量以及肠道黏膜抗炎因子白细胞介素-22(IL⁃22)和TGF⁃β含量[26]㊂罗伊氏乳杆菌LR1还可抑制肠毒性大肠杆菌诱导的促炎因子白细胞介素-6(IL⁃6)和肿瘤坏死因子-α(TNF⁃α)的表达,而促进抗炎细胞因子白细胞介素-10(IL⁃10)的表达[30]㊂可见,罗伊氏乳杆菌可通过改变肠道相关细胞因子的作用来影响仔猪肠道及整体免疫防御功能,但其具体机制仍不清楚㊂无菌小鼠补充罗伊氏乳杆菌可诱导小肠CD4+CD8αα+双阳性上皮内T淋巴细胞(DPIELs)的生成,其机制是通过产生内源性色氨酸激活CD4+T细胞的芳烃受体,导致ThPOK下调,再将肠道上皮内CD4+T细胞重塑为免疫调节性T细胞[31]㊂罗伊氏乳杆菌也可诱导抗炎性Treg细胞,但其抗炎性作用并不总是由诱导抗炎性Treg细胞引起的[32]㊂在Treg细胞缺失的小鼠,罗伊氏杆菌通过肌苷-腺苷A2A受体路径抑制Th1/Th2细胞的分化并下调促进细胞因子IFN⁃γ和白细胞介素-4(IL⁃4)的水平,进而降低机体炎性反应[19]㊂㊀㊀宿主内源防御肽作为机体第1道防御线,是先天性免疫系统的重要组成部分,主要由胃肠道65426期黄金秀等:罗伊氏乳杆菌调节仔猪肠道黏膜免疫功能的研究进展内的肠上皮细胞和吞噬细胞产生㊂研究表明,罗伊氏乳杆菌可以通过诱导肠道内源防御肽的产生来刺激先天性免疫功能㊂用罗伊氏乳杆菌I5007灌服新生仔猪20d,显著提高空肠β-防御素pBD2及结肠pBD2㊁pBD3㊁pBD114㊁pBD129的mRNA表达,并显著增加结肠内容物中丁酸含量,显著提高结肠组织中过氧化物酶体增殖物激活受体-γ(PPAR⁃γ)和G蛋白偶联受体41(Gprotein⁃coupledreceptor41,GPR41)的mRNA表达量,提示罗伊氏乳杆菌I5007刺激新生仔猪结肠防御肽的表达,其作用机制可能是通过增加结肠丁酸含量进而上调其下游分子PPAR⁃γ和GPR41表达来发挥作用,而不是通过改变肠道菌群结构来实现[33]㊂IPEC⁃J2细胞培养试验表明,与肠上皮细胞接触并不是罗伊氏乳杆菌I5007刺激防御肽表达的必要条件[34]㊂此外,罗伊氏乳杆菌I5007刺激猪肠道先天性免疫防御肽表达的同时不会诱发炎症反应,并且可以通过抑制ETECK88定植黏附㊁降低TNF⁃α和IL⁃6的过表达以及刺激IL⁃10的表达来缓解由ETECK88引起的炎症反应[34]㊂3㊀小㊀结㊀㊀罗伊氏乳杆菌在仔猪胃肠道环境中具有较强的耐受性和黏附能力,能在消化道内定植并且存活下来形成生物屏障,且存在菌株差异性特点㊂在新生期和断奶期外源补充罗伊氏乳杆菌,对仔猪肠道微生物群落的正常构建㊁肠黏膜免疫系统功能的发育与成熟具有重要的作用㊂因此,罗伊氏乳杆菌作为一种益生菌,具有较高的理论研究和应用价值,未来需要进一步探究在仔猪肠道内定植的分子机制及影响因子,深入探明其调节仔猪肠道黏膜免疫的分子信号通路,为适用于仔猪消化道内环境的新型功能性益生菌的改造和开发提供理论依据㊂参考文献:[1]㊀HOUCL,WANGQW,ZENGXF,etal.CompletegenomesequenceofLactobacillusreuteriI5007,aprobioticstrainisolatedfromhealthypiglet[J].JournalofBiotechnology,2014,179:63-64.[2]㊀LIXJ,YUELY,GUANXF,etal.Theadhesionofputativeprobioticlactobacillitoculturedepithelialcellsandporcineintestinalmucus[J].JournalofAp⁃pliedMicrobiology,2008,104(4):1082-1091.[3]㊀WANGZL,WANGL,CHENZ,etal.Invitroevalu⁃ationofswine⁃derivedLactobacillusreuteri:probioticpropertiesandeffectsonintestinalporcineepithelialcellschallengedwithenterotoxigenicEscherichiacoliK88[J].JournalofMicrobiologyandBiotechnology,2016,26(6):1018-1025.[4]㊀HOUCL,ZENGXF,YANGFJ,etal.StudyanduseoftheprobioticLactobacillusreuteriinpigs:areview[J].JournalofAnimalScienceandBiotechnology,2015,6:14.[5]㊀ZHAOX,WANGW,BLAINEA,etal.ImpactofprobioticLactobacillussp.onautochthonouslactoba⁃cilliinweanedpiglets[J].JournalofAppliedMicrobi⁃ology,2019,126(1):242-254.[6]㊀YUT,YANGX,WANGZ,etal.Draftgenomese⁃quenceofLactobacillusreuteristrainLRCGMCC11154,isolatedfromthefecesofhealthyweanedpig⁃lets[J].McrobiologyResourceAnnouncements,2019,8(10):e00085-19.[7]㊀SEOBJ,MUNMR,REJISHKVJ,etal.BiletolerantLactobacillusreuteriisolatedfrompigfecesinhibitsentericbacterialpathogensandporcinerotavirus[J].VeterinaryResearchCommunications,2010,34(4):323-333.[8]㊀SALAS⁃JARAMJ,ILABACAA,VEGAM,etal.BiofilmformingLactobacillus:newchallengesforthedevelopmentofprobiotics[J].Microorganisms,2016,4(3):35.[9]㊀FRESESA,MACKENZIEDA,PETERSONDA,etal.Molecularcharacterizationofhost⁃specificbiofilmformationinavertebrategutsymbiont[J].PLoSGe⁃netic,2013,9(12):e1004057.[10]㊀FRESESA,BENSONAK,TANNOCKGW,etal.TheevolutionofhostspecializationinthevertebrategutsymbiontLactobacillusreuteri[J].PLoSGenetic,2011,7(2):e1001314.[11]㊀OLSONJK,RAGERTM,NAVARROJB,etal.Harvestingthebenefitsofbiofilms:anovelprobioticdeliverysystemforthepreventionofnecrotizingen⁃terocolitis[J].JournalofPediatricSurgery,2016,51(6):936-941.[12]㊀NAVARROJB,MASHBURN⁃WARRENL,BAKALETZLO,etal.EnhancedprobioticpotentialofLactobacillusreuteriwhendeliveredasabiofilmondextranomermicrospheresthatcontainbeneficialcargo[J].FrontiersinMicrobiology,2017,8:489.7542㊀动㊀物㊀营㊀养㊀学㊀报32卷[13]㊀ROOSS,JONSSONH.Ahigh⁃molecular⁃masscell⁃surfaceproteinfromLactobacillusreuteri1063ad⁃herestomucuscomponents[J].Microbiology,2002,148(2):433-442.[14]㊀KLEEREBEZEMM,HOLSP,BERNARDE,etal.Theextracellularbiologyofthelactobacilli[J].FEMSMicrobiologyReviews,2010,34(2):199-230.[15]㊀GUNNINGAP,KAVANAUGHD,THURSBYE,etal.Useofatomicforcemicroscopytostudythemulti⁃modularinteractionofbacterialadhesinstomucins[J].InternationalJournalofMolecularSciences,2016,17(11):1854.[16]㊀MACKENZIEDA,JEFFERSF,PARKERML,etal.Strain⁃specificdiversityofmucus⁃bindingproteinsintheadhesionandaggregationpropertiesofLactobacil⁃lusreuteri[J].Microbiology,2010,156(11):3368-3378.[17]㊀SIMSIM,FRESESA,WALTERJ,etal.StructureandfunctionsofexopolysaccharideproducedbygutcommensalLactobacillusreuteri100⁃23[J].TheISMEJournal,2011,5(7):1115-1124.[18]㊀HEB,HOANGTK,WANGT,etal.Resettingmicro⁃biotabyLactobacillusreuteriinhibitsTregdeficien⁃cy⁃inducedautoimmunityviaadenosineA2Areceptors[J].JournalofExperimentalMedicine,2017,214(1):107-123.[19]㊀YANGJJ,WANGCL,LIULQ,etal.LactobacillusreuteriKT260178supplementationreducedmorbidityofpigletsthroughitstargetedcolonization,improve⁃mentofcecalmicrobiotaprofile,andimmunefunc⁃tions[J].ProbioticsandAntimicrobialProteins,2019,18:1-10.[20]㊀刘宏.发酵乳酸杆菌I5007干预新生仔猪产道菌群形成及黏膜免疫的研究[D].硕士学位论文.北京:中国农业大学,2013:49-56.[21]㊀ZHANGDY,JIHF,LIUH,etal.Changesinthedi⁃versityandcompositionofgutmicrobiotaofweanedpigletsafteroraladministrationofLactobacillusoranantibiotic[J].AppliedMicrobiologyandBiotechnolo⁃gy,2016,100(23):10081-10093.[22]㊀YANGY,GALLES,LEMHA,etal.Feedfermenta⁃tionwithreuteran⁃andlevan⁃producinglactobacillusreuterireducescolonizationofweanlingpigsbyEnter⁃otoxigenicEscherichiacoli[J].AappliedandEnviron⁃mentalMicrobiology,2015,81(17):5743-5752.[23]㊀YANGY,ZHAOX,LEMH,etal.Reutericyclinpro⁃ducingLactobacillusreuterimodulatesdevelopmentoffecalmicrobiotainweanlingpigs[J].FrontiersinMi⁃crobiology,2015,6:762.[24]㊀LIUH,ZHANGJ,ZHANGSH,etal.OralAdminis⁃trationofLactobacillusfermentumI5007favorsintes⁃tinaldevelopmentandalterstheintestinalmicrobiotainformula⁃fedpiglets[J].JournalofAgriculturalandFoodChemistry,2014,62(4):860-866.[25]㊀YANGFJ,WANGAN,ZENGXF,etal.Lactoba⁃cillusreuteriI5007modulatestightjunctionproteinexpressioninIPEC⁃J2cellswithLPSstimulationandinnewbornpigletsundernormalconditions[J].BMCMicrobiology,2015,15:32.[26]㊀YIHB,WANGL,XIONGYX,etal.EffectsofLac⁃tobacillusreuteriLR1onthegrowthperformance,in⁃testinalmorphology,andintestinalbarrierfunctioninweanedpigs[J].JournalofAnimalScience,2018,96(6):2342-2351.[27]㊀YUHF,WANGAN,LIXJ,etal.EffectofviableLactobacillusfermentumonthegrowthperformance,nutrientdigestibilityandimmunityofweanedpigs[J].JournalofAnimalandFeedSciences,2008,17(1):61-69.[28]㊀YIHB,WA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【收稿日期】2009-02-15【作者简介】廖宁波(1982-),男,硕士研究生,从事肠道微生态学,E m a i l :8150060@163.c o m ;王欣,通讯作者文章编号:1005-376X (2009)05-0477-03【综 述】肠道内分节丝状菌的生物学特性及其与宿主黏膜免疫系统的关系廖宁波1,孙国昌2,王欣2(1.浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华 321004;2.浙江省农业科学院植物保护与微生物研究所,浙江杭州 310000)【关键词】 分节丝状菌;肠道微生态;肠道黏膜免疫系统【中图分类号】R 379.9 【文献标识码】A 脊椎动物肠道内存在着近千种,数量以百兆计算的细菌。
这些肠道细菌与脊椎动物共同进化了上亿年,建立了密切的互惠互利的关系。
对任何高等动物而言,实际上是动物本身和细菌的共和体[1]。
细菌能够大量存在动物肠道中的直接原因是因为这些细菌的基因库中包含了大量的功能基因,而且这些功能基因为宿主动物本身所不具有,能够为宿主提供一系列独特的、宿主缺乏而必须的生理功能。
分节丝状菌(S e g -m e n t e df i l a m e n t o u s b a c t e r i a ,S F B )是广泛存在于人、多种脊椎动物及无脊椎动物肠道内的一类形态结构特异的“原著”细菌。
这种细菌和宿主的免疫成熟息息相关,影响到宿主肠道黏膜免疫系统中s I g A 的分泌,从而引起了肠道微生物学家对该细菌研究的热情。
本文对S F B 的研究近况做一简要概括,着重介绍S F B 在宿主免疫调节与免疫成熟方面可能扮演的角色。
1 生物学特性1.1 生存环境及生活史 早在1849年L E I D Y 等人观察到在白蚁肠道内生长着一种微生物,其形状像植物纤维,L E I D Y 称之为“e n t e r i c f l o r a ”。
至上个世纪60年代,随着显微技术的发展,越来越多的人观察到这类菌群的存在,1965年H A M P T O N 等人根据形态学方面的独特特点,称其为F i l a m e n t o u s s e g m e n -t e dm i c r o -o r g a n i s m s ,之后又有学者称之为S e g m e n t e df l a m e n t o u sb ac t e r i a 简称S F B [2],1995年许益名等首次将其在国内的刊物中译为分节丝状菌[3]。
肠道微生态的研究进展近来,众多研究表明肠道是人体的第二大“大脑”,肠道健康和微生态的平衡对人体健康至关重要。
我们的肠道内,存在着数万亿的微生物群落,如今关于肠道微生态的研究越来越多,对于肠道健康具有重要的意义,本文将从微生态的定义、肠道微生态的组成、与身体健康的关系等多个方面探讨肠道微生态的研究进展。
一、微生态的定义微生态是指微生物(包括细菌、真菌、病毒等)在特定环境中形成的群落,而在肠道,这些微生物群落中含有大约1000种不同的细菌菌株,包括常见的Bifidobacterium、Lactobacillus等,都对人体的健康产生着深远的影响。
二、肠道微生态的组成肠道微生态是指人体肠道内的生态系统,是由宿主本身与肠道内的细菌、真菌等微生物群落共同构成的。
微生物群落的组成和数量对人体的健康影响巨大。
例如,多种有益菌可以协同起来和一些有害菌互相制约,保持肠道的平衡,从而减少患肠道相关疾病的风险。
三、与身体健康的关系肠道微生态的失衡与身体的健康密切相关。
肠道菌群失衡可导致人体各种疾病,如乳糖不耐症、功能性肠病、消化不良、免疫力低下、自身免疫性疾病以及肥胖等。
除了上述的疾病,肠道微生态失衡还可能导致脑部功能紊乱,进而出现某些情绪障碍和神经系统疾病。
同时,肠道微生态平衡的恢复对于一些疾病的治疗也有非常重要的作用,例如微生态调节剂可以起到减轻抗生素使用引起的腹泻、防治肠胃炎和便秘等问题。
四、微生态的调节针对肠道微生态的平衡是一项非常重要的工作,而此过程,主要是通过饮食和使用微生物制剂进行调节。
在饮食方面,良好的饮食结构,应高膳食纤维、低脂肪、高矿物质和维生素摄入,保持足够的饮水和运动,都有利于肠道微生态的平衡。
与此同时,微生物制剂的应用也逐渐成为了肠道微生态调节的重要手段。
预生物、益生菌和共生菌等微生物制剂是促进肠道健康的重要手段之一,预生物和益生菌的作用在于维持肠道菌群平衡,促进肠道蠕动,保持肠黏膜的健康和抵御有害菌侵害。
肠道粘膜免疫应答机制摘要:人体肠道内的黏膜是人体内环境与外环境间直接交流的主要界面。
肠道黏膜不仅是营养吸收及水分、矿物质交换的主要场所,同时也是许多病原体感染或起始感染的主要位点。
肠道粘膜免疫是机体免疫系统的重要部分,近年发现了病原体、肠道菌群、免疫疫苗、免疫载体在其免疫调节的机制发挥着极其的重要地位。
肠道黏膜免疫系统是由肠相关淋巴组织组成的复杂网络,具有完善的免疫反应机制和严格的免疫调控机制。
可以说,肠道黏膜免疫系统是机体抵御肠道病原体感染的第1 道防线,同时,也在宿主与外环境间黏膜稳态的建立和维持上发挥重要的作用。
本文简要综述简要介绍肠道黏膜免疫应答机制的研究进展以及介绍这些影响因素在肠道粘膜免疫的作用。
关键词:肠道黏膜免疫细胞应答机制肠道粘膜免疫病原体肠道菌群免疫疫苗免疫载体研究进展1 肠道黏膜免疫系统简介黏膜免疫系统由呼吸道、胃肠道、泌尿生殖道及某些外分泌腺(如唾液腺、泌乳的乳腺等)粘膜相关的淋巴组织共同构成一个相对独立的体系,由于其所处的解剖位置相分布部位的特殊性,粘膜免疫系统既是机体系统免疫的重要组成部分,同时又具有其相对独立性。
传统观念认为淋巴细胞是来自骨髓或胸腺,在中枢淋巴器官巾分化、成熟后经淋巴循环定居于周围淋巴器官,担负免疫监视功能。
近年来大量的资料[37]显示脏器巾的淋巴细胞不完全由淋巴器官移入,存在着固有淋巴细胞,并统称为组织相关性淋巴细胞。
胃肠道黏膜不仅是消化、吸收营养物质的场所,而且还是重要的免疫器官,具有重要的免疫功能,与呼吸道的淋巴组织共同构成免疫系统的第一道防线。
2 肠道黏膜免疫系统组成肠道黏膜免疫系统,也称之为肠道相关淋巴组织(GALT),直接参与和调控肠道黏膜免疫调节,也是机体免疫系统的重要组成部分。
肠道黏膜免疫系统有以下部分组成:肠上皮细胞(IEC),肠上皮细胞间淋巴细胞(IEL),黏膜固有层淋巴细胞(LPL),肠粘膜下集合淋巴结(PP),以及黏膜组织内各种单核淋巴细胞,如T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突细胞(DC)等[35]。
灰尘的旅行肠腔里的会议主要内容人体内部的肠腔是一个神奇的世界,充满了各种微生物和化学反应。
在这个世界里,微生物和宿主之间的相互作用构成了一个微观的生态系统。
这个生态系统对人体健康有着重要的影响,因此,了解肠腔内的微生物群落和其功能是非常重要的。
近年来,越来越多的研究表明,肠腔内的微生物群落与人体健康密切相关。
肠腔内的微生物群落可以影响人体的免疫系统、代谢系统、神经系统等多个方面。
因此,对肠腔内微生物群落的研究已经成为了当今生命科学领域的一个热点。
在这个背景下,2018年6月12日至14日,由中国医学科学院肿瘤医院、中国医学科学院肿瘤预防与治疗研究所主办的“肠道微生物与人体健康国际会议”在北京举行。
本次会议邀请了来自国内外的知名学者和专家,就肠道微生物与人体健康的相关研究进行了深入的探讨和交流。
在本次会议中,与会专家主要从以下几个方面进行了研讨:1.肠道微生物与免疫系统肠道微生物对免疫系统有着重要的影响。
与会专家就肠道微生物如何影响人体免疫系统进行了深入的探讨。
研究表明,肠道微生物可以通过激活T细胞、调节免疫细胞分化和功能等多种方式影响人体免疫系统。
此外,肠道微生物还可以通过调节肠道黏膜屏障的功能来影响免疫系统。
因此,研究肠道微生物与免疫系统的关系对于预防和治疗免疫相关疾病具有重要意义。
2.肠道微生物与代谢系统肠道微生物对代谢系统也有着重要的影响。
与会专家就肠道微生物如何影响人体代谢进行了深入的探讨。
研究表明,肠道微生物可以通过调节肠道菌群的组成和代谢产物的产生来影响人体代谢。
此外,肠道微生物还可以通过调节肠道黏膜屏障的功能来影响代谢系统。
因此,研究肠道微生物与代谢系统的关系对于预防和治疗代谢相关疾病具有重要意义。
3.肠道微生物与神经系统肠道微生物对神经系统也有着重要的影响。
与会专家就肠道微生物如何影响人体神经系统进行了深入的探讨。
研究表明,肠道微生物可以通过调节肠道菌群的组成和代谢产物的产生来影响人体神经系统。
肾病患者肠道微生态失调与疾病进展的关联研究肾脏是人体的重要器官之一,其功能异常可能导致肾病的发生。
与此同时,肾病患者常常伴随着肠道微生态失调的情况。
本文旨在探讨肾病患者肠道微生态失调与疾病进展的关联,并分析其可能的机制。
一、肠道微生态的定义与重要性肠道微生态是指在肠道内存在的有益菌群与人体共生关系的微生物总称。
这些微生物可以帮助消化食物、保护肠道黏膜免受有害菌的侵害,并参与调节免疫反应等重要生理过程。
肠道微生态的平衡与稳定对于人体健康具有重要意义。
二、肾病患者肠道微生态失调的现象多项研究表明,慢性肾病患者常常伴随肠道微生态失调的情况。
这种失调可能表现为菌群结构的改变、菌群丰度的变化以及肠道黏膜屏障功能的异常。
具体表现为有益菌数量减少、有害菌数量增多,以及肠道屏障功能受损等。
三、肠道微生态与肾病的关联研究1. 炎症反应:肠道微生态失调可能导致肠道屏障功能破坏,使得肠道内的有害菌及其代谢产物进入循环系统,触发炎症反应。
这些炎症反应可能加重肾脏病变,并促进肾病的进展。
2. 免疫调节:肠道微生态失调可能导致机体的免疫功能紊乱,使得免疫细胞的数量和活性发生异常改变。
这些改变可能引发炎症反应,进而影响肾脏功能。
3. 毒物代谢:肠道微生物在代谢过程中会产生一些代谢产物,其中包括一些有毒物质。
肠道微生态失调可能导致这些有毒物质的产生增加,从而对肾脏产生负面影响。
四、调节肠道微生态的治疗策略1. 益生菌制剂:给予肾病患者适量的益生菌制剂,可以有选择地改变肠道微生态,增加有益菌群的丰度,从而改善肠道屏障功能。
2. 膳食调节:合理调整肾病患者的膳食结构,增加膳食中富含益生元、纤维素等物质的食材摄入,有利于有益菌群的生长。
3. 抗生素应用的注意事项:对于需要应用抗生素的肾病患者,应该遵循合理用药的原则,减少对肠道微生态的不良影响。
五、结论肾病患者肠道微生态失调与疾病进展之间存在紧密的关联。
肠道微生态失调可能通过炎症反应、免疫调节和毒物代谢的改变等机制,进一步加重肾病的进展。
畜牧兽医学报 2023,54(7):2751-2760A c t a V e t e r i n a r i a e t Z o o t e c h n i c a S i n i c ad o i :10.11843/j.i s s n .0366-6964.2023.07.009开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):胃肠道菌群与黏膜免疫在围产期奶牛健康中的作用赵婉莉,曹棋棋,杨 悦,邓昭举*,徐 闯*(中国农业大学动物医学院,北京100193)摘 要:胃肠道菌群的变化在动物健康和疾病中扮演重要角色,越来越多的研究证据将机体的免疫系统与胃肠道菌群联系了起来㊂其主要机制可能是菌群紊乱导致菌群-免疫互作失调,营养代谢与能量调控失衡,免疫系统受损,最后诱发疾病㊂围产期奶牛面临维持机体正常生理代谢的严峻挑战,奶牛在围产期容易感染多种疾病,给牧场带来了严重的经济损失㊂最近的研究表明,围产期奶牛瘤胃菌群紊乱是导致生产性疾病发生的重要诱因,胃肠道菌群与宿主黏膜免疫系统之间的互作在维持胃肠道动态平衡和抑制炎症中起着关键作用㊂本文综述了围产期奶牛胃肠道菌群变化特征及胃肠道黏膜免疫系统组成,并讨论了菌群与黏膜免疫互作机制在维持奶牛健康中发挥的重要作用,最后介绍了菌群紊乱与免疫失衡介导的奶牛生产性疾病,旨在为探索围产期奶牛饲养管理及疾病防控提供新思路㊂关键词:围产期奶牛;胃肠道菌群;黏膜免疫;菌群失调中图分类号:S 857.2 文献标志码:A 文章编号:0366-6964(2023)07-2751-10收稿日期:2022-11-30基金项目:国家杰出青年科学基金(32125038)作者简介:赵婉莉(2000-),女,河南虞城人,硕士,主要从事奶牛营养代谢病研究,E -m a i l :155********@163.c o m*通信作者:徐 闯,主要从事奶牛营养代谢病研究,E -m a i l :x u c h u a n g7175@163.c o m ;邓昭举,主要从事奶牛营养代谢病研究,E -m a i l :z h a o -j u _d e n g@c a u .e d u .c n T h e I n t e r a c t i o n b e t w e e n G a s t r o i n t e s t i n a l M i c r o b i o t a a n d M u c o s a l I m m u n i t yi n H e a l t h o f P e r i n a t a l D a i r y Co w s Z H A O W a n l i ,C A O Q i q i ,Y A N G Y u e ,D E N G Z h a o j u *,X U C h u a n g*(C o l l e g e o f V e t e r i n a r y M e d i c i n e ,C h i n a A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ,B e i j i n g 100193,C h i n a )A b s t r a c t :T h e c h a n g e s o f g a s t r o i n t e s t i n a l f l o r a p l a y a n i m po r t a n t r o l e i n a n i m a l h e a l t h a n d d i s -e a s e ,a n d m o r e a n d m o r e r e s e a r c h e v i d e n c e h a s l i n k e d t h e i mm u n e s ys t e m w i t h g a s t r o i n t e s t i n a l f l o r a .T h e m a i n m e c h a n i s m m a y be t h a t t h e d i s t u r b a n c e of f l o r a l e a d s t o t h e i m b a l a n c e o f f l o r a -i mm u n e i n t e r a c t i o n ,t h e i m b a l a n c e o f n u t r i t i o n a l m e t a b o l i s m a n d e n e rg y r e g u l a t i o n ,th e d a m a ge of i mm u n e s y s t e m ,a n d f i n a l l y i n d u c e s d i s e a s e .P e r i n a t a l d a i r y c o w s f a c e t h e s e v e r e c h a l l e ng e o f m a i n t a i n i n g n o r m a l ph y si o l o g i c a l m e t a b o l i s m.D a i r y c o w s a r e e a s y t o b e i n f e c t e d w i t h a v a r i e t y of d i s e a s e s d u r i ng th e p e ri n a t a l p e r i o d ,w h i c h b r i n gs s e r i o u s e c o n o m i c l o s s e s t o t h e p a s t u r e .R e c e n t s t u d i e s h a v e s h o w n t h a t t h e d i s t u r b a n c e o f r u m e n f l o r a i n p e r i n a t a l d a i r y c o w s i s a n i m po r t a n t c a u s e o f p r o d u c t i v e d i s e a s e s ,a n d t h e d y n a m i c i n t e r a c t i o n b e t w e e n g a s t r o i n t e s t i n a l f l o r a a n d h o s t m u c o s a l i mm u n e s y s t e m p l a y s a k e y r o l e i n m a i n t a i n i n g g a s t r o i n t e s t i n a l d yn a m i c b a l a n c e a n d i n -h i b i t i n g i n f l a mm a t i o n .I n t h i s p a p e r ,t h e c h a n g e s o f g a s t r o i n t e s t i n a l m i c r o f l o r a a n d t h e c o m po s i -t i o n o f g a s t r o i n t e s t i n a l m u c o s a l i mm u n e s y s t e m i n p e r i n a t a l d a i r y co w s w e r e r e v i e w e d ,a n d t h e i m p o r t a n t r o l e o f t h e i n t e r a c t i o n m e c h a n i s m o f m i c r o f l o r a a n d m u c o s a l i mm u n i t y i n m a i n t a i n i n gt h e h e a l t h o f d a i r y c o w s w a s d i s c u s s e d .F i n a l l y ,t h e p r o d u c t i v e d i s e a s e s o f d a i r y co w s m e d i a t e d畜牧兽医学报54卷b y f l o r a d i s o r d e r a n d i mm u n e i m b a l a n c e w e r e i n t r o d u c e d i n o r d e r t o p r o v i d e n e w i d e a s f o r p e r i n a-t a l c o w f e e d i n g a n d m a n a g e m e n t a n d d i s e a s e p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l.K e y w o r d s:p e r i n a t a l d a i r y c o w s;g a s t r o i n t e s t i n a l m i c r o b i o t a;m u c o s a l i mm u n i t y;d y s b a c t e r i o s i s *C o r r e s p o n d i n g a u t h o r s:X U C h u a n g,E-m a i l:x u c h u a n g7175@163.c o m;D E N G Z h a o j u, E-m a i l:z h a o j u_d e n g@c a u.e d u.c n不同于单胃动物,反刍动物有一套独特的进化优势,使它们能够消化和利用单胃动物无法消化的植物纤维,这些优势来自于瘤胃中栖息着的大量微生物㊂奶牛围产期主要指奶牛产前3周至产后3周,这一时期奶牛会经历从怀孕到分娩和泌乳的过程,动物正常营养代谢和能量平衡的维持面临严峻挑战[1]㊂为适应产后泌乳需要,围产期奶牛从产前的高纤维饮食转变为产后的高精料饮食,这种转变往往导致瘤胃菌群的剧烈变化[2]㊂寄生在胃肠道上的微生物和宿主之间存在的共生关系本质上主要是互惠互利的㊂宿主-微生物群的相互作用主要发生在黏膜表面,这创造了一个生态位,促进了细菌的定居和建立,也发展了对病原微生物识别和反应的机制㊂同时,微生物群产生的代谢产物在宿主生理中起着重要作用,它与宿主的免疫系统保持动态平衡[3]㊂越来越多的研究证明,胃肠道菌群通过参与竞争有限营养物质㊁防御病原体和调节免疫系统发育等机制在非肠组织炎症疾病中发挥着重要作用[4]㊂黏膜免疫作为机体抵抗病原体的第一道屏障,在宿主免疫系统中扮演重要角色㊂因此,清楚地了解围产期奶牛胃肠道菌群与黏膜免疫在健康和疾病中的相互作用,对于围产期奶牛饲养管理及疾病防控具有重要意义㊂1奶牛胃肠道菌群1.1围产期奶牛胃肠道菌群特征瘤胃约占奶牛胃肠道总体积的80%,是胃肠道中85%以上短链脂肪酸(S C F A s)产生的部位,也是奶牛胃肠道菌群研究最多的部位㊂瘤胃生态系统的进化按如下精确顺序发生:瘤胃乳头生长[5],发酵碳水化合物和蛋白质的增加[6],提升酶活性[7]和调节微生物定植[8]㊂瘤胃中栖息着大量的微生物,包括细菌㊁原生动物㊁真菌㊁古生菌和噬菌体等,它们能降解植物纤维,并产生可用于维持宿主动物生长的代谢物[9]㊂瘤胃微生物群落主要分布在瘤胃液㊁瘤胃内容物及瘤胃壁,相互协同作用,在这个复杂多样的生态系统中,细菌种群构成了主导群落[10]㊂存在于瘤胃液内的细菌称为液相细菌,属严格厌氧菌㊂瘤胃壁上皮附着的细菌又称瘤胃壁黏附菌㊂瘤胃内容物细菌附着在固态饲料颗粒上,称为固相细菌,包含着大量纤维降解菌,是降解纤维素的最重要的组成成分[11]㊂成熟反刍动物瘤胃微生物区系结构较稳定,围产期奶牛瘤胃活跃的菌群由20个细菌门组成,按照功能不同又可划分为纤维素与半纤维素降解菌㊁淀粉降解菌,产甲烷菌㊁乳酸产生菌,糖类㊁脂肪㊁蛋白分解菌等[11]㊂其中丰度最高的几个细菌门主要是厚壁菌门(F i r m i c u t e s)㊁拟杆菌门(B a c t e-r o i d e t e s)㊁变形菌门(P r o t e o b a c t e r i a)[12]㊂最大优势科主要是厚壁菌门的瘤胃球菌科(R u m i n o c o c c a c e-a e)㊁拟杆菌门的普雷沃菌科(P r e v o t e l l a c e a e)㊁变形菌门的琥珀酸弧菌科(S u c c i n i v i b r i o n a c e a e)[13]㊂1.2围产期奶牛胃肠道菌群组成变化奶牛瘤胃菌群丰度与稳定性对瘤胃健康至关重要㊂围产期瘤胃菌群种类及丰度在不同阶段会发生相应变化㊂随着奶牛从干奶期过渡到泌乳期,从饲喂高纤维饲料转变到高精料,瘤胃菌群丰度和多样性随之下降[14-15]㊂对干奶期及泌乳早期瘤胃菌群进行分析,发现随着精料增加,产前软壁菌门㊁绿弯菌门和疣微菌门所占比例较高,产后放线菌门所占比例较高[16]㊂而作为瘤胃液中丰度最高的2个菌门,厚壁菌门与拟杆菌门细菌丰度及种类在围产期变化尤为明显,最显著的变化是拟杆菌门比例的增加和厚壁菌门的减少,与产前相比,产后拟杆菌与厚壁菌的比值几乎翻了一番(从6ʒ1到12ʒ1)[2]㊂其中产前厚壁菌门的瘤胃球菌属与丁酸弧菌属在瘤胃生态系统中富集,产后拟杆菌门中的拟杆菌属和普雷沃菌的丰度却显著增加[16]㊂这也与产后日粮更换密切相关㊂瘤胃球菌㊁产琥珀酸丝状杆菌作为瘤胃内主要的纤维降解菌,在纤维的降解过程中最为重要,在产前高纤维日粮饲喂条件中富集㊂当产后转变高精料日粮饲喂时,需要大量的淀粉降解菌,这时诸如普雷沃菌㊁牛链球菌等的丰度将会显著增加㊂厚壁菌门/拟杆菌门比值降低可以看作肠道菌群紊乱的生物标志,与某些疾病的发生㊁宿主的新陈代谢25727期赵婉莉等:胃肠道菌群与黏膜免疫在围产期奶牛健康中的作用及生理健康密切相关[17]㊂产后瘤胃菌群的另一个值得注意的特征是链球菌属和乳杆菌属的过度表达,作为瘤胃内重要的淀粉利用者及乳酸产生者,该类细菌随着产后高精料饲喂逐渐占据优势[18],它们会产生大量的乳酸,乳酸代谢的主要产物是短链脂肪酸(S C F A s),指碳数少于6的脂肪酸,主要包括醋酸盐㊁丙酸和丁酸㊂而围产期奶牛丙酸的主要产生菌埃氏巨球型菌(M e g a s p h a e r a e l s d e n i i)和反刍兽月形单胞菌(S e l e n o m o n a s r u m i n a n t i u m)的数量有所减少,乳酸因无法被及时代谢而导致机体内乳酸积聚,伴随乳酸吸收入血,同时丙酸作为糖异生的重要底物,会导致围产期奶牛挥发性脂肪酸(V F A)和葡萄糖浓度降低,易诱发奶牛生产性疾病[19]㊂2胃肠道黏膜免疫系统黏膜免疫系统为90%以上的潜在病原体提供第一道免疫防御屏障,是体内最大的免疫器官㊂它不仅需要保持对入侵抗原的耐受性,同时还要防止对共生细菌的有害炎症反应,专门负责监测和协调诱导抑制免疫反应㊂微生物区系和胃肠道上皮表面之间的密切串扰对黏膜免疫系统构成了巨大的挑战㊂胃肠道黏膜免疫系统由物理屏障(如黏液㊁上皮)㊁化学屏障(如抗菌肽㊁分泌型I g A)和免疫屏障(如上皮内淋巴细胞㊁巨噬细胞㊁树突状细胞㊁T和B 细胞以及自然杀伤细胞)组成,它们共同识别和作用于病原体[20]㊂2.1黏液屏障上皮细胞表面的黏液层是机体物理屏障的第一道防线㊂黏液屏障主要由黏液和黏蛋白㊁抗菌肽和分泌型I g A(s I g A)组成㊂黏膜中的杯状细胞分泌黏液和黏蛋白,构成屏障的主要部分[21]㊂肠道中黏液的产生似乎受到共生菌的刺激㊂在无菌小鼠和常规饲养的小鼠之间的比较表明,缺乏肠道细菌会导致黏液产生减少,但在无菌小鼠的结肠黏膜表面注射脂多糖和肽聚糖可刺激黏液产生,表明细菌或细菌产物促进了肠道黏液的产生[22]㊂此外,无菌小鼠的上皮细胞生成率低于常规饲养的小鼠[23]㊂这表明肠道微生物群对于维持肠道上皮细胞的增殖和确保损伤后黏膜屏障的恢复具有重要意义㊂肠上皮细胞与纤毛上皮细胞产生广谱抗菌肽(比如防御素㊁抗菌肽㊁S100蛋白㊁肽聚糖识别蛋白1),这些肽类对革兰阳性和革兰阴性菌㊁真菌㊁病毒㊁原生动物都有活性[24-25]㊂分泌型I g A是由黏膜固有层中的浆细胞分泌二聚体I g A并转运到黏膜上皮细胞表面而产生的,可与共生微生物区系的脂多糖㊁D N A和鞭毛抗原结合,防止它们跨上皮移位,在肠道免疫中发挥重要作用,它帮助免疫系统调节有益细菌和致病细菌之间的关系㊂如果这种免疫球蛋白从胃肠道中去除,细菌可能会无法控制地大量增加,同时免疫系统会上调促炎细胞因子的表达[26]㊂s I g A是小牛体内产生的主要免疫球蛋白,大量分泌于肠道黏膜上皮[27]㊂当s I g A到达肠腔时,它与细菌结合,然后s I g A-细菌复合体通过蠕动的方式在肠道内移动,最终随粪便排出[28]㊂从小牛粪便中回收的共生菌中50%~70%包被s I g A[29]㊂缺少I g A可导致细菌扩张,引发炎症反应,I g A恢复产生时伴随机体正常菌群组成的恢复,同时消除局部和全身炎症[30-31]㊂2.2免疫屏障上皮细胞是胃肠道黏膜免疫系统的第二道物理屏障,直接参与胃肠道的免疫监视㊂上皮细胞不仅参与微生物的直接防御,还通过产生细胞因子和趋化因子向黏膜免疫系统发送信号,在胃肠道微生物区系的刺激下,可以调节宿主免疫反应,维持肠道微生物和宿主免疫系统的良好平衡[32]㊂单层上皮细胞通过称为紧密连接的细胞间连接复合体相互粘连,紧密连接结构由封闭蛋白(o c c l u d i n)㊁水闸蛋白(c l a u d i n)㊁间隙连接蛋白(j u n c t i o n a l a d h e s i o n m o l e-c u l e)等多种蛋白质构成,可选择性地促进营养物质㊁离子和水的细胞旁运输,但阻止微生物和微生物衍生的肽的扩散[33]㊂黏膜表面与黏膜细菌(如乳杆菌和双歧杆菌)或细菌代谢产物之间的相互作用通过上调紧密连接蛋白表达来促进肠道屏障的完整性[34-35]㊂紧密连接蛋白还受到饮食成分的调节,哺乳期犊牛补饲开食料会增加肠道黏膜屏障的通透性,这与紧密连接中的封闭蛋白与水闸蛋白的表达下调有关[36]㊂当紧密连接破裂时,这会使上皮细胞发生渗漏,肠道细菌及其产物可能会逃离肠道,发生炎症反应并导致组织损伤,与之相关的炎症综合征称为 肠道渗漏 ㊂多种特殊免疫细胞群,如巨噬细胞㊁树突状细胞㊁先天淋巴细胞和调节性T细胞(T r e g),可与肠道上皮细胞或肠道微生物区系双向通讯[37]㊂如树突状细胞可以打开肠道上皮之间的紧密连接,直接进入肠腔,吞噬沙门菌和大肠杆菌[38]㊂上皮细胞对微生物代谢产物产生反应,如短链脂肪酸(丁酸)和许多正常的共生微生物成分(脆弱类杆菌荚膜多3572畜牧兽医学报54卷糖),它们可以通过促进杯状细胞产生黏液和增加上皮细胞分泌抗菌肽来影响黏液屏障[39-40]㊂这些代谢产物和共生微生物成分刺激上皮细胞产生转化因子β(T G F-β),这对产生抗炎细胞因子I L-10的T r e g的发育是必不可少的㊂这些微生物代谢产物还直接刺激自然杀伤样细胞3型先天淋巴细胞产生I L-22,从而诱导肠上皮细胞产生更多防御素[41]㊂对反刍动物进行的研究发现,G蛋白偶联受体41 (G p r41)作为短链脂肪酸(S C F A s)的受体在反刍动物的日粮和免疫反应之间提供了潜在的分子联系, S C F A s增强了G p r41介导的多形核白细胞募集和上皮屏障功能相关的基因的表达,从而介导了瘤胃上皮细胞的保护性免疫[42]㊂丁酸还可以调节小肠上皮细胞的的生长和分化,是诱导血乳屏障紧密连接蛋白表达的重要营养物质[43]㊂此外,上皮细胞和抗原递呈细胞(A P C s)也表达各种模式识别受体(P R R s)识别抗原,T o l l样受体(T L R s)是P R R s家族重要的一员,能够识别存在于微生物中的病原体相关分子模式(P AM P s),并触发促炎或抗炎途径[44]㊂哺乳期犊牛饲喂开食料会增加T L R2和T L R6的表达,这表明日粮能够改变小牛肠道的通透性,微生物及其代谢产物与黏膜屏障接触,导致P R R s表达增强[45]㊂还发现除了T L R1和T L R3外,新生牛犊T L R s表达水平高于日龄较大的奶牛,同时两组间T L R10都在回肠区域高表达[46]㊂无菌动物的结肠中T L R s的表达低于常规饲养的动物,表明微生物与T L R s之间的相互作用在维持肠道内稳态和天然免疫反应方面发挥了一定作用[47]㊂与先天免疫细胞不同,先天免疫细胞是促炎细胞,也是第一反应细胞,上皮细胞主要是抗炎反应㊂在犊牛出生的第一周内,促炎细胞因子I L-8和抗炎细胞因子I L-10在小肠中的表达上调[48]㊂乳杆菌和双歧杆菌定植在新生儿肠道中可以刺激未成熟的树突状细胞分泌I L-10,可以减轻对共生细菌的促炎反应[49]㊂在出生头几周的奶牛中,双歧杆菌是小牛肠道的优势菌种,这可能表明乳杆菌和双歧杆菌在小牛肠道的定植促进了免疫反应的调节,避免炎症反应加剧[50]㊂固有层(L P)位于肠上皮细胞的下层,由B细胞和T细胞组成㊂黏液屏障与免疫屏障紧密互作,阻止主要的抗炎反应㊂微生物及其代谢产物通过刺激B细胞产生S I g A影响L P的免疫反应,同时维持产生T r e g的抗炎环境,增加T r e g数量(T r e g是维持机体抗炎和免疫调节的重要因素)[39]㊂T细胞对肠道管腔发出的信号迅速作出反应,并启动抗炎反应㊂类杆菌属可以刺激调节性T细胞,促进上皮修复,增强对微生物的耐受性,并开始抑制对自身和细菌抗原的免疫反应㊂肠道微生物群促进初始C D8+T 细胞向C D4+T细胞分化,刺激C D4+T细胞分泌I L-17和I L-22,参与调节肠道炎症㊂3胃肠道菌群免疫互作失调介导奶牛疾病发生菌群失调不仅仅是微生物群的丧失,它还会削弱黏膜屏障㊂机体中S I g A和AM P s的数量下降,使黏液层变薄,病原体与黏膜相互作用易导致疾病发生㊂同时帮助刺激黏膜产生抗炎作用的共生菌群不再可用,紧密连接变弱,肠漏发生,并发生促炎反应,进一步削弱肠道上皮,奶牛生产性疾病发病率升高[51]㊂胃肠道微生物区系的失调在宿主的代谢和免疫能力中起着重要作用[52]㊂了解胃肠微生物群的动态平衡在健康和疾病中的潜在作用,对于确定奶牛生产性疾病的生物标记物和探索新的治疗方法非常重要㊂3.1瘤胃酸中毒发生在反刍动物身上的大多数消化系统疾病,如急性和亚急性瘤胃酸中毒(S A R A),与瘤胃微生物的组成和功能紊乱有关[53]㊂瘤胃微生物对奶牛摄入的碳水化合物进行发酵,产生乳酸和大量挥发性脂肪酸(V F A)㊂V F A主要包括乙酸㊁丙酸㊁丁酸㊁戊酸和异戊酸等,是淀粉等碳水化合物在瘤胃内发酵的终产物,也是反刍动物维持正常生命活动及生产所需的主要能量来源[54]㊂健康奶牛体内V F A 部分被瘤胃壁吸收,部分被分泌的唾液中和,使瘤胃p H保持在一定范围内㊂而当奶牛摄入过量碳水化合物丰富的饲料时,V F A积聚继而导致瘤胃p H长时间间歇性下降,诱发奶牛S A R A㊂瘤胃微生物群的改变可能在瘤胃酸中毒中发挥作用㊂在高谷物饲料饲养的奶牛中发现,瘤胃纤维分解细菌的数量减少,产琥珀酸丝状杆菌和溶纤维丁酸弧菌的比例下降,变形杆菌㊁牛链球菌㊁瘤胃单胞菌和普雷沃菌的比例增加,其中链球菌和乳杆菌的生长比其他细菌的生长速度更快[55]㊂在S A R A中发现的最常见的细菌分类群是乳杆菌㊁链球菌㊁琥珀酸杆菌和梭状芽胞杆菌[56]㊂瘤胃中革兰阳性产乳酸菌,如链球菌与乳杆菌大量增殖,可能导致乳酸积聚,p H降低,诱45727期赵婉莉等:胃肠道菌群与黏膜免疫在围产期奶牛健康中的作用发S A R A㊂还有研究发现,p H的急剧下降造成胃肠道黏膜上皮受损(溃疡和黏膜炎症),同时伴有大量革兰阴性菌死亡,向瘤胃中释放过量的脂多糖(L P S)[57]㊂L P S是革兰阴性菌细胞壁的主要成分之一,也是一种非常重要的致炎因子㊂由于瘤胃内生存着大量的革兰阴性菌,细菌的死亡或者过度生长都会释放L P S,因此瘤胃被认为是L P S的主要储存场所[58]㊂过多的L P S将会破坏胃肠屏障,进入血液循环,引发肝功能障碍和其他器官(如肺部㊁子宫㊁乳腺等)相关疾病,也可能导致死亡[59-60]㊂3.2酮病奶牛酮病与瘤胃菌群组成及瘤胃发酵所产生的不同V F A含量及比例密切相关㊂牛奶中β-羟基丁酸和丙酮浓度,可能是筛选对酮病易感性较低的奶牛的有用指标,普雷沃菌科和瘤胃球菌科细菌数量与酮病发生呈现显著负相关性,唯一呈现正相关性的微生物是古生菌中的甲烷短杆菌属[52]㊂另有研究发现,围产期奶牛和酮病奶牛组的乳酸浓度高于对照组,而V F A浓度低于对照组[61]㊂在反刍动物中,大约90%的葡萄糖是由糖异生作用提供的,其中50%~60%来自丙酸[62]㊂丙酸是糖异生最重要的底物,主要是被转移到肝通过糖异生作用生成葡萄糖,通过这种方式,动物很快就能获得血糖㊂在奶牛体内,70%以上的乳酸是由埃氏巨球型菌通过丙烯酸酯途径发酵的,丙酸是最终产物㊂反刍兽月形单胞菌利用琥珀酸-丙酸途径将乳酸转化为丙酸㊂拟杆菌门主要通过琥珀酸途径或丙烯酸酯途径产生丙酸㊂另外,瘤胃球菌也可以通过丙二醇途径产生丙酸[63]㊂然而随着产后产乳酸菌数量增加,但丙酸生成菌,包括反刍兽月形单胞菌和埃氏巨球型菌的数量显著减少,瘤胃中生成的过量乳酸不能及时分解,导致生糖先质及能量供应不足,造成酮病发病率升高㊂研究指出围产期和酮病奶牛的血糖浓度低于非围产期奶牛,这是能量负平衡的一个重要指标[61]㊂低血糖的主要原因可能与瘤胃中埃氏巨球型菌和反刍兽月形单胞菌的不足有关,导致丙酸的生成减少,这可能促进能量负平衡或酮病的发展㊂同时也有研究发现,酮病奶牛体内的反刍兽月形单胞菌和埃氏巨球型菌低于健康组奶牛[61]㊂因此,作者推测,可以通过调节微生物发酵,特别是增加瘤胃中埃氏巨球型菌和反刍月单胞菌的数量来减轻或避免能量负平衡和酮病的发生㊂3.3乳房炎奶牛乳房炎始终是制约全球乳品行业发展最重要的疾病之一㊂因乳房炎造成的牛奶产量及乳品质下降㊁奶牛繁殖力减退㊁死淘率升高及治疗成本增加等一系列损失更是对奶牛养殖业的惨重打击㊂胃肠道微生物区系和宿主免疫系统动态平衡的任何破坏被称为 胃肠道生物失调 ,这与动物的乳房炎密切相关[64-65]㊂奶牛瘤胃菌群紊乱释放的脂多糖(L P S)可能与乳房炎的发生有关㊂高精料诱导的奶牛瘤胃菌群紊乱会促使条件致病菌过度生长和繁殖,破坏瘤胃㊁肠道和血乳屏障的保护性㊂瘤胃内的病原体和有毒代谢物L P S,穿过破损的肠道上皮屏障侵入血液循环,进入乳腺,开始定植,导致乳房生态失调和组织损伤,并破坏免疫反应,最终导致乳腺炎[66-67]㊂有研究指出乳房炎奶牛乳静脉和乳动脉血液中L P S 含量显著升高[68]㊂目前有研究证明,肠道相关的淋巴组织中的单核吞噬细胞(具有向树突状细胞分化的能力)可以捕获肠道菌群,通过内源性细胞途径(肠-乳途径)将微生物成分运到乳腺[55,69]㊂在通过对奶牛饲喂高精料诱导的S A R A这一典型的奶牛瘤胃菌群紊乱动物模型中发现,寡养单胞菌在S A R A奶牛瘤胃液㊁乳汁和粪便中富集,然后通过给小鼠灌服麦芽寡养单胞菌(寡养单胞菌中唯一的菌种),发现小鼠乳腺组织出现病理性损伤[70]㊂表明奶牛S A R A导致瘤胃内寡养单胞菌大量升高是其诱发乳腺炎的内源性途径之一㊂肠道菌群对金黄色葡萄球菌性乳房炎的保护作用可能是通过调节血乳屏障的通透性来实现的,而这种调控作用的关键可能与S C F A s有关[71]㊂醋酸盐㊁丁酸盐和丙酸是存在于宿主肠道和牛奶中的重要短链脂肪酸,具有跨越细菌细胞膜扩散的能力,并发挥积极的免疫调节和抗炎作用[72-73]㊂丙酸可以通过调节血液屏障来预防脂多糖诱导的乳房炎[74]㊂丁酸是诱导血乳屏障紧密连接蛋白表达重要的营养物质[43]㊂S C F A s通过与T r e g的G蛋白偶联受体(G P R)结合,调节适应性免疫系统中T淋巴细胞的功能[75],并促进T淋巴细胞分化为T r e g或效应性T淋巴细胞[76]㊂醋酸盐通过H D A C和m T O R调节T淋巴细胞的增殖,并上调I L-10的产生[76]㊂此外,丁酸盐减少淋巴细胞中趋化因子受体-2(C X C R-2)的表达,并调节T细胞向炎症部位的募集[77]㊂短链脂肪酸还可以刺激B细胞的分化,促进抗入侵病5572畜牧兽医学报54卷原菌的I g A产生[78]㊂这些研究表明,S C F A s介导的免疫调节在调节免疫平衡和防止组织损伤方面发挥着重要作用㊂一方面,短链脂肪酸通过支持肠上皮细胞来保护黏膜屏障的完整性;另一方面,短链脂肪酸通过抑制促炎细胞因子的分泌和促进抗炎细胞因子的释放,显著调节先天和获得性免疫反应㊂3.4蹄叶炎蹄叶炎是发生在足部或者是蹄类动物四肢的皮肤层区域的弥漫性无败性炎症,是引起奶牛跛行主要的疾病㊂奶牛蹄叶炎是由于全身性代谢损伤引起的,是一种营养代谢性疾病,亚急性瘤胃酸中毒是主要的致病因素[79]㊂在亚急性瘤胃酸中毒的情况下,全身p H降低,瘤胃菌群紊乱,导致脂多糖大量释放,破坏胃肠屏障,过多的脂多糖进入血液循环,同时,瘤胃内产生的大量组胺会抑制上皮细胞的自我修复,导致瘤胃壁通透性升高而造成损伤,使更多的有害物质进入循环系统[80]㊂在此过程中,血管活性物质激活,蹄部血流增加,内毒素和组胺释放,造成血管收缩和舒张,导致蹄部血管微循环血压升高,血管壁损伤渗出,导致水肿出血,形成血栓㊂最终,在机械性和代谢性共同作用下致使蹄叶炎的发生㊂3.5子宫内膜炎奶牛子宫内膜炎是病原菌侵入子宫内引起子宫内膜层发生的炎症,多发于分娩后[81]㊂子宫内膜上皮细胞的模式识别受体(P R R s)特异性识别病原菌的分子结构,体内免疫反应被激活,当子宫内免疫屏障无法完全消灭病原菌时,病原菌定植于子宫腔中并大量繁殖,释放外毒素,引起子宫内膜的炎症反应㊂由于奶牛生殖系统的特殊结构,产后外源性细菌感染被认为是奶牛子宫内膜炎的主要原因㊂但近些年来,菌群失调被认为是患病奶牛的重要内源性诱因㊂产后奶牛由于产犊泌乳及日粮改变带来的生产应激,造成胃肠菌群结构失衡,引起大量的L P S 释放和黏膜屏障受损㊂来自消化道的L P S进入子宫,激活T L R4信号通路,引起子宫内膜炎[82]㊂同时致病菌还可通过血液从肠道迁移到子宫,引起奶牛子宫炎[70]㊂3.6炎性肝损伤外源性和内源性L P S均可诱导炎性肝损伤[83]㊂瘤胃菌群紊乱疾病模型(即患有S A R A的奶牛)的门静脉和肝静脉中可以观察到高浓度的L P S,随后,超过肝代谢能力的过量L P S会引起肝的氧化应激和细胞损伤,并导致炎症的发生[84-85]㊂瘤胃酸中毒也会致使瘤胃上皮受损,导致坏死梭杆菌和化脓性放线菌穿透瘤胃壁,进入门脉循环,最终进入门脉毛细血管系统,造成肝脓肿及肝损伤[57]㊂4小结与展望胃肠道微生物在机体健康和疾病中的作用已经成为许多研究的焦点㊂围产期对奶牛来说是一个严峻的挑战,葡萄糖供应不足㊁体内脂肪动员可能会导致能量负平衡㊁酮病或脂肪肝等生产性疾病㊂同时为适应奶牛大量泌乳的需要,产后饲喂高精料日粮也会造成瘤胃菌群紊乱,拟杆菌门比例显著增加而厚壁菌门比例减少,乳酸生成菌(链球菌属和乳杆菌属)的过度表达和丙酸生成菌(埃氏巨球型菌和反刍兽月形单胞菌)的不足,都会造成机体内挥发性脂肪酸与葡萄糖浓度降低,而乳酸浓度升高㊂微生物区系和胃肠道上皮表面之间的紧密互作对黏膜免疫系统构成了巨大的挑战㊂围产期奶牛体内挥发性脂肪酸与葡萄糖浓度的不足,削弱了黏膜屏障的完整性,刺激机体炎症反应的发生㊂乳酸的积聚又引起瘤胃内p H下降,损伤胃肠道上皮屏障,同时又造成革兰阴性菌死亡,释放大量脂多糖㊂病原体及有害细菌产物(脂多糖),穿过受损的黏膜屏障,通过血液循环途径定植在乳腺㊁肝㊁肺等器官,造成全身性的炎症反应,造成围产期奶牛生产性疾病高发㊂胃肠道菌群与黏膜免疫的互作在维持奶牛健康中发挥着重要作用㊂目前关于奶牛方面的相关文章还比较少,未来的研究需要进一步明确围产期奶牛菌群变化特征及其与黏膜免疫的互作机制,探究通过添加益生菌或其他营养调控的方式来改善奶牛瘤胃及肠道内环境是否有助于维持奶牛机体健康水平㊂参考文献(R e f e r e n c e s):[1] F I L I P E J,I N G L E S I A,AMA D O R I M,e t a l.P r e l i m i n a r y e v i d e n c e o f e n d o t o x i n t o l e r a n c e i n d a i r yc o w sd u r i n g t he t r a n s i t i o n p e r i o d[J].G e n e s(B a s e l),2021,12(11):1801.[2] P I T T A D W,K UMA R S,V E C C H I A R E L L I B,e ta l.T e m p 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