国内防艾战争交流组

中国预防兽医学报公布益生菌对畜禽免疫的调节作用

新饲料2019-11-09 10:59:03

文/郑文才  徐静

广州广牧丰生物技术有限公司 



摘要:随着现代养殖业的发展,抗生素的禁用呼声越来越强烈,饲用益生菌的应用在养殖业内越来越受到人们关注;大量研究表明:益生菌能够维持肠道菌群平衡,作用于肠道黏膜免疫系统,引起体液免疫和细胞免疫应答反应,从而调节机体的免疫功能。本文结合最近国内外的研究状况对益生菌和机体免疫之间的关系作一综述,


关键词:益生菌;肠道微生物;肠道粘膜免疫;



Research Advances on Regulating Effect of

Feed Probiotics on Animal Immunity

Abstract:there is an increasing demand forbanning antibiotics. And the application of feed probiotics has received moreand more attention in the world. Many studies have shown that probiotics canregulate the body's immune function through maintaining the intestinal florabalance, working on the intestinal mucosal immune system, and causing humoraland cellular immune response. This article has mainly reviewed the relationshipbetween probiotics and body immunity through latest progresses at home andabroad .

Key words:probiotics;intestinal mucosal barrier;intestinal mucosal immunity;



自20世纪中叶以来,随着现代养殖业的快速发展,规模化、集约化的养殖使得养殖密度不断加大,优良品种的遗传能力有了显著的提升,但是,养殖环境的不断恶化,流通的速率不断加快以及各种病原体的变异和抗生素的大量使用等,都造成了动物机体的基础免疫压力不断加大,发病情况和疫情逐渐加重,疾病导致的损失日益增加,我国养殖业面临着极大的挑战。如何提高动物生产成绩的同时增强机体的抗病能力已是目前许多研究者关注的热点。动物免疫力的提高,不但要选择抗病能力强的品种,营养水平是调节免疫力的基础,最近研究发现肠道益生菌能够维持肠道菌群平衡,作用于肠道黏膜免疫系统,引起体液免疫和细胞免疫应答反应,从而调节机体的免疫功能。


益生菌是对机体健康有益的一类低致病性或无致病性微生物,作为促进机体健康的有益菌,益生菌具有多方面的功能。研究表明,益生菌一般能够在肠道定植,维持肠道菌群平衡,刺激胸腺、脾脏和法氏囊等免疫器官的发育,增强巨噬细胞的吞噬活性,活化肠道相关淋巴组织,促进免疫球蛋白A的生成,调节机体的免疫功能。  


1. 畜禽肠道微生物研究概况

动物肠道内存在着多种大量的正常微生物,它们大部分与机体细胞密切接触,交换能量物质,相互传递信息,对宿主有营养、免疫、刺激生长和生物颉颃等作用。在正常情况下,肠道内的正常微生物群在定性、定量、定位等方面保持平衡状态,形成微生态平衡。Katouli用分子生态学的方法研究仔猪的肠道菌来源,发现仔猪出生4 h粪便中可以检测出乳酸杆菌。另外环境因素对肠道菌群也起很大作用,从仔猪出生到断奶后肠道菌的组成一直在发生连续变化,一般认为直到育肥期才趋于平衡。


在育肥期猪的肠道内至少发现有30多个属,lOO多种细菌;禽类胃肠道因解剖结构和猪有明显区别,其肠道菌的组成有其明显特点。有学者研究报道鸡嗉囊和砂囊内的上皮细胞表面粘附着大量的乳酸杆菌。鸡小肠内以兼性厌氧菌如大肠杆菌、乳酸杆菌、链球菌和金黄色葡萄球菌为优势菌群,总量达1011个,鸡的大肠很短,肠道菌群主要在盲肠。影响猪鸡肠道微生物生态平衡的主要因素有宿主的遗传免疫特性,肠道内pH和氧化还原电位的高低以及寄主的食物结构等[1]。


Florin(2000)证明畜禽肠道微生态的组成、结构、发育过程等是外界因素和动物体本身双重作用的结果。Krause(1994)发现仔猪日粮中添加乳糖可有效降低肠道内链球菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、霉菌和酵母菌的数量,而淀粉类饲料对上述菌群有刺激生长的作用。这主要由于仔猪体内对淀粉类饲料的消化能力较低,而乳酸杆菌对乳糖的发酵比淀粉快,产生大量的乳酸抑制了其它菌的生长[2]。因而一系列寡糖添加剂通过改变饲料组分从而直接影响肠道菌的平衡。


2. 肠道黏膜免疫屏障

     肠道不仅是消化吸收的重要场所,也是生物体最大的免疫器官,肠道粘膜面积庞大,它的结构和功能构成了强大的粘膜免疫系统,加之在肠道中生存着大量的微生物菌群(microbiologyflora),同时经口腔也会进入的大量微生物和食物等抗原的侵袭,致使外源细菌和病毒很难突破这道防线而对机体产生危害,因此肠道黏膜担负着重要的免疫功能。正常的肠黏膜屏障包括机械屏障、免疫屏障以及微生态屏障,这三个屏障在维持肠道微生态平衡,抵御病原体的入侵具有重要作用[3]。


肠道黏膜免疫系统是免疫系统的第一道防线,其主要功能是为机体提供黏膜表面的防御作用,它包括免疫保护和非免疫保护两个方面,宿主黏膜表面良好的防御功能依赖于非免疫保护作用和免疫应答反应两者的健全和完整。系统主要由肠道相关淋巴组织和有关细胞与分子成分,如淋巴细胞、巨噬细胞、粒细胞、抗体、溶菌酶、抗菌肽等组成。肠黏膜的分泌性(sIgA)是机体黏膜免疫系统的一部分,IgA主要由黏膜淋巴结和固有膜淋巴细胞分泌产生,与肠上皮腺体细胞合成的分泌片集合形成sIgA,它既可以抵抗肠腔内的蛋白水解酶的水解作用,也不会激活补体。


经肠黏膜上皮细胞释放到肠腔内的sIgA,和肠黏膜表面的正常菌群混合存在,可以降低致病性微生物在黏膜表面的附着,中和细菌毒素,限制细菌的繁殖[4]。而益生菌通过口腔进入体内,它们首先作用的是黏膜免疫系统,许多研究表明,益生菌能够刺激机体sIgA分泌细胞的生长,从而增加肠道内sIgA的量,从而增强机体的抵抗能力。因此,在动物幼龄时添加益生菌不仅可以促进免疫系统的发育成熟,还可以改变幼龄动物的免疫类型,调节免疫力[5]。


3. 消化道菌群对免疫功能的影响

正常菌群能增强宿主的黏膜免疫功能,促进机体免疫器官的发育成熟,提高机体的特异性和非特异性免疫功能,增强巨噬细胞活性及细胞因子介导素的分泌,增强红细胞的免疫功能。正常菌群在特定部位寄生后,形成非特异性屏障,有利于机体对特异性抗原产生特异性抗体,增强特异性免疫应答。肠道内的正常菌群在肠道中生长、发育、繁殖,在胃酸pH2.5的条件下30 min内保持100%活性,并形成生物薄膜附着在肠道黏膜上。正常菌群对动物的免疫增强作用与其抗原位点有关,在肠道具有抗原识别位点,在淋巴集结上发挥免疫佐剂作用,活化肠道黏膜内的相关淋巴组织诱导T、B淋巴细胞和巨噬细胞产生细胞因子,通过淋巴细胞再循环而活化全身免疫系统,增强机体特异性和非特异性免疫go能[6]。


动物每日摄取的食物都含有大量的微生物,其中也包括大量的病原微生物,但是正常个体的肠道中总是保持正常的菌群状态,并不发生感染,从而维持肠道的正常结构和功能状态,其原因除了黏膜的机械屏障作用,常住菌群形成菌膜屏障,正常菌群对致病菌和“机会”致病菌的制约作用外,肠道黏膜免疫系统也起着极其重要的作用。


4.益生菌对免疫功能的调节作用

益生菌对仔猪肠道细胞免疫和体液免疫的调节作用,主要包括激活肠道中T、B淋巴细胞和NK细胞,IL、IFN等一系列细胞因子的产生。实践也已证明,通过饲喂乳酸菌和酵母菌发酵饲料能提高干扰素的活性和巨嗜细胞的活性。而且这种效果并不是由于肠道内微生物系改变所致,而是由于嗜菌作用活性被激活和肠道产生抗体所致。有学者研究报道,饲喂植物乳杆菌和粪肠球菌可以显著提高猪瘟抗体效价,以及饲喂蜡样芽胞杆菌,可以提高仔猪流感和支原体抗体效价[7]。


据李琰研究报道,用益生菌ND疫苗免疫雏鸡,其免疫器官T淋巴细胞和B淋巴细胞增殖功能和T细胞数量均高于对照组,同时外周血中的IgG,IgM、IgA抗体生成细胞数量以及法氏囊、脾脏指数均显著高于对照组;盲肠扁桃体黏膜皱襞增多,微绒毛变密集,长度增大,分泌性蛋白质颗粒增加,表明服用了益生素后,肠道内的有益菌群可激发锥鸡局部黏膜组织的体液和细胞免疫功能[8]。


有学者研究报道,口服干酪乳酸菌能增强宿主肠道黏膜的免疫反应,证实了干酪乳酸菌能促进肠道分泌免疫球蛋白slgA,增强宿主的肠道黏膜免疫反应,即使饲喂低剂量的干酪乳酸菌,也能引起slgA 的分泌。同时研究中发现,双歧杆菌合剂能显著促进ANP对黏膜损伤的修复,保护肠的屏障功能,减少肠道脂多糖(LPS)和细菌移位[9]。Nahashon等研究表明,在蛋鸡料中添加乳酸菌可增大回肠派伊氏结(Payer S Patch)的细胞结构,这说明乳酸菌可刺激与抗原结构有关的黏膜系统,诱导产生slgA,增强动物免疫功能。


5. 益生菌对免疫作用的调节途径

 幼龄动物免疫系统发育不完善,免疫调节功能差,以Th2免疫应答为主,不同T细胞群和细胞因子能促进或抑制不同的免疫应答。益生菌的不同成分都可能调节免疫系统,如细胞壁成分、肽聚糖、细胞膜成分、特殊的DNA序列等都可加强免疫应答。一些直接接触肠壁或易位到肠壁内的益生菌成分通过以下途径可以通过增加IFN-IFN-C、IL-2和IL-12促进Th0向Th1分化,和(或)降低IL-4减少Th0向Th2分化,调节Th1/Th2的比例,增加IgA、减少IgE的分泌。


5.1 建立免疫耐受

肠黏膜是接触抗原最多的部位,其主要功能是排除抗原和产生耐受。因为所有的食物成分和消化道正常菌群都可被看作抗原,所以口服耐受是生命维持不可缺少的免疫功能。低剂量的抗原诱导产生IL-4、IL-10和转移生长因子-B(TGF-B),抑制Th1细胞的分化,使机体产生口服耐受。高剂量的抗原可导致克隆无能,T细胞处于细胞不应答状态,T细胞不能分泌IL-2和增殖。有研究报道,益生菌或化学益生素进入消化道后被肠内特有的M细胞摄取,传递给派依尔结内的抗原递呈细胞,从而促进Th0细胞向Th1细胞的分化,Th1细胞可促进B细胞分泌IgA,抑制IgE的分泌,它产生的一些细胞因子(IL-2、IFN-A、IFN-B和TNF-A)可抑制肿瘤和病毒的生长[10]。


免疫耐受的建立与PPs内T细胞数量有关。无菌(GF)鼠PPs中T细胞少于无特异病原菌(SPF)鼠。接种Bifidobacteriuminfants或Escherichiacoli的悉生鼠T细胞数量恢复,但接种Clostridiumperfringens或Staphylococcusaureus的悉生鼠T细胞数量不变。经诱导后,SPF鼠和前两种悉生鼠产生口服耐受,GF鼠和后两种悉生鼠未建立免疫耐受[11]。因此,正常动物肠道菌群似乎在口服耐受的产生中起决定作用,某些益生菌可能可以帮助机体建立免疫耐受。


5.2 树突状细胞介导的肠道黏膜抗原递呈通路

近来发现,树突状细胞(dendriticcells,DCs)对局部免疫应答的调控有重要作用。树突状细胞是T细胞依赖型免疫应答启动所需的重要细胞。树突状细胞也存在于非淋巴组织如皮肤、呼吸道和消化道。树突状细胞可分为淋巴来源的树突状细胞(LDC)和单核细胞来源的树突状细胞(MDC)两个亚群。根据抗原的不同性质,树突状细胞释放不同类型的信号到前T细胞,改变Th1/Th2比例。MDC可分为两种亚型:MDC1,通过Toll样甘露糖受体对脂多糖(LPS)、脂磷壁酸或CpGDNA发生应答,活化核因子JB(NuclearFac-tJB,NF-JB)途径,增强Th1应答;MDC2,对免疫复合物和细胞因子〔细胞素、前列腺素(PGE2)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)〕发生应答,产生CD40-CD40配体识别IL-4介导的Th2应答。


DCs表达紧密连接蛋白,其水平受细菌或细菌产物调节。固有层的DCs 能够识别致病菌和非致病菌,并且,当肠道感染致病菌时,大量DCs 被诱导从黏膜迁移至肠系膜淋巴结[12]。Christensen等发现,乳酸杆菌的不同菌株对树突状细胞的活化方式不同,所有乳酸杆菌都能上调表面MHCⅡ类分子和B7-2(CD86),后者代表DC的成熟;其中以能产生IL-12的乳酸杆菌的上调作用更强;而LactobacillusreuteriDSW11246不仅诱导IL-12能力差,还抑制其他乳酸杆菌的活化作用[13]。因此,DC可根据肠道微生物或益生菌调节Th细胞亚型的比例。


5.3 改变肠黏膜表面的糖基化通过接种无菌动物发现,一类重要的固有菌Bacte-roidesthetaiotamicron,可促进肠表面的糖基化,建立有利于细菌自身的生态小环境,从而更好地与肠道表皮细胞作用[14]。


Freitas等又发现,B1thetaiotamicron诱导的糖基化改变,涉及表达水平和糖轭合物亚细胞拓扑结构的改变,变化更加离散,更为复杂[15]。该报道还认为细菌来源的一些可溶性物质和活菌可能都可以调节肠道的糖基化。


6.小结

大量的研究报道显示,国内外科学家注意到防御疾病的关键就是维护好肠黏膜屏障,特别认识到搞清楚肠道微生物菌群的菌种组成结构、关键的功能菌类型、菌群的功能基因组成和菌群结构与生态功能在不同环境下的动力学变化规律等方面的重要性,实现维持肠黏膜结构和功能的恒定,维持定植在肠道表面的微生物群系平衡,保证肠黏膜免疫屏障维持正常的生理状态,对肠黏膜抵御病原菌及毒素的能力增强,保持和调理肠道内环境的健康,最终可在整合系统营养与生物学的基础上实现无抗养殖为人类食品安全和环境和谐做出贡献。



参考文献

[1] 何昭阳,王增辉,吴延春,等.雏鸡消化道主要正常菌群定植规律的研究[J]  畜牧兽医学报,2000,31(1):41—48.


[2]姚建国译.益生素改善肠道微生物平衡和饲料卫生[J].国外畜牧科技,2000,27(5):21~22.


[3] 陈忠龙. 肠黏膜屏障与胃肠道疾病[J]. 海峡预防医学杂志, 2007, 13(2): 31-32.


[4]王平利,李玉谷.非特异性免疫研究进展[J]黑龙江畜牧兽医,2002(11):50—52.


[5] 周正任.浅谈黏膜免疫机制[J].中国微生态学杂志,2000,12(6):311.


[6] 张日俊.动物胃肠道菌群与其免疫功能和健康的关系[J].饲料广角,2002(21):17—26.


[7] 苏布敦格日乐.猪源乳酸菌的分离及其对猪瘟疫苗免疫协调作用的研究[D]。呼和浩特:内蒙古农业大学,2008.


[8] 杨玉荣,郑世民.雏鸡服用益生素后局部粘膜免疫组织抗体生成细胞的动态变化[J]中国预防兽医学报,2004,26(5):355—358.


[9]GronlundMM,ArvilommiH,KeroP,etal1ArchievesofDiseaseinChild,2000,83:186-1921


[10]OuwehandA,IsolauriE,SalminenS,etal1EuropeanJournalofNutrition,2002,41:32-371


[11]SpiekermannGM,WalkerWA1JournalofPediatricGastoenterologyandNutrition,2001,32:237-2551


[12] MONICA R, MARIA R.Uptake and presentation of orally administeredantigens[J]. Vaccine, 2005, 23(15):1793-1796.


[13]ChristensenHR,FrokiaerH,PestkaJ1JImmunology,2002,168:171-1781


[14]BryL,FalkPG,MiditvedtT,etal1Science,1996,273:1380-13831


[15]FreitasM,TavanE,CayuelaC,etal1BiologyoftheCel,l2003,95:503-5061