2.2 日粮蛋白质来源和水平对猪肠道菌群组成及代谢产物的影响
日粮添加12.04%固态发酵复合蛋白相比未发酵复合蛋白降低生长猪盲肠食糜SCFAs、挥发性盐基氮和氨等微生物代谢产物的含量，改善猪肠道消化功能[22]。平衡Lys、Met、Thr、Trp、Val和Ile或平衡10种EAAs均增加结肠Firmicutes丰度（与能量代谢有关），并降低Bacteroidetes丰度，此时蛋白水平降低2%或4%不影响猪的生长和胴体品质，但降低氮排放和粪尿氨气产量，其中前者可降低生长猪结肠Firmicutes丰度，增加Bacteroidetes丰度[23]。
2.3 脂肪来源影响猪肠道特定菌群数量
对E. coli攻毒仔猪的研究发现，以椰子油为饲粮油脂来源可降低仔猪盲肠E. coli数量，增加Lactobacillus和Bifidobacterium数量，以及Lactobacillus/E. coli、Bifidobacterium/E. coli的比值，且效果优于鱼油和猪油[24]，说明无论在正常还是免疫应激状态下，脂肪均可通过调节肠道微生态环境来促进生长，或降低应激对仔猪的负面影响。
2.4 抗生素及其他添加剂对猪肠道菌群结构的影响
2.4.1 抗生素对猪肠道微生物区系的影响
饲粮中添加恩拉霉素（5~80 mg/kg）虽对生产性能稍有提升，但明显影响仔猪肠道菌群结构。仔猪直肠E. coli数量与抗生素剂量呈明显正相关，Lactobacillus和Lactobacillus/E. coli则随抗生素剂量增加而降低。停止添加抗生素后1周仔猪肠道菌群仍不能恢复正常。抗生素的添加还导致在LPS应激后，仔猪回肠和盲肠中Lactobacillus/E. coli下降，及盲肠中VBN、AN、乙酸和丁酸含量下降[25]。可见饲粮中添加抗生素对仔猪肠道微生物区系的影响很可能是不可逆的。过量添加抗生素极大危害仔猪肠道微生态平衡。
2.4.2 其他添加剂对猪肠道微生物区系的影响
饲粮中添加0.1%~0.2% 植物源性益生素对猪生产性能的改善作用与抗生素相当，这与其影响猪盲肠菌群多样性和相似性，增加Lactobacillus数量，减少E. coli数量，提高SCFAs含量，减弱蛋白质腐败作用有关[26]。添加400 g/t凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）可降低仔猪盲肠E. coli数量；添加5 000 g/t酵母水解物则提高盲肠和结肠中Lactobacillus和Bacillus数量。二者均可增强仔猪肠道屏障功能并防止腹泻发生[27]。灌服屎肠球菌（Enterococcus faecium，3×109 CFU）可有效降低攻毒后仔猪结肠中Escherichia-Shigella丰度，增加Lactobacillus丰度，从而缓解由致病性大肠杆菌攻毒导致的新生仔猪腹泻和肠道免疫功屏障功能受损[28]。
断奶仔猪饲粮中添加苯甲酸(1 000~5 000 mg/kg)和百里香酚（100~200 mg/kg）对仔猪肠道健康的改善作用与降低肠道食糜pH值、增加Bifidobacterium、Lactobacillus和Bacillus数量，抑制E. coli及Enterococcus增殖，以及提高盲肠SCFAs及丁酸浓度有关[29]，说明苯甲酸和百里香酚可作为仔猪抗生素的潜在替代品。
重组菌丝霉素（本研究室前期构建，60 mg/kg）可降低仔猪料重比和腹泻率，改善肠道形态。与益生菌（Bacillus subtilis，≥109 CFU/g）和抗生素相比，菌丝霉素的添加可明显提高仔猪回肠Bifidobacterium数量，促进小肠黏膜紧密连接蛋白的表达及木糖的吸收，表现出较好的抗生素替代效果[30]。
在不同木聚糖水平（<7.54%）的断奶仔猪饲粮中添加木聚糖酶（1 000 U/kg）可提高仔猪回肠SCFAs和乙酸含量，降低盲肠氨含量，增加Bifidobacterium数量，且作用效果与添加水平呈正相关[31]。小麦-豆粕型饲粮中添加不同水平重组木聚糖酶（本实验室构建，500~2 000 U/kg）可提高猪生长性能和养分消化率，且与木聚糖水平正相关。随木聚糖酶水平增加，猪粪便微生物DGGE条带组成与玉米-豆粕型饲粮组的相似度逐渐增加[32]，说明重组木聚糖酶可维持猪肠道微生态平衡。但另一研究发现添加木聚糖酶（30 g/t和60 g/t）对断奶仔猪盲肠中上述菌群数量和SCFAs浓度无影响[33]。因此，木聚糖酶对猪肠道菌群结构的影响存在争议，其作用的靶菌群有待探明。
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猪肠道微生物与宿主对话的可能机制
3.1 SCFAs与猪肠道发育和屏障功能的关系
通过回肠末端灌注SCFAs（与两种含甜菜渣饲粮在猪盲肠中产生的SCFA比例一致，两种饲粮CF含量分别为5.74%和1.50%）发现，与抗生素相比，回肠末端灌注SCFAs可提高猪回肠和盲肠各SCFA含量及其受体（GPR43和GPR41）基因的表达量，降低肠道pH值，增加回肠、盲肠和结肠中Lactobacillus、Bifidobacterium、Bacillus的数量，并降低E. coli数量，抑制肠道上皮细胞凋亡，改善肠道黏膜屏障功能[34]。
3.2 SCFAs对宿主免疫应答的调节机制
对野生型和GPR43基因敲除小鼠的比较研究表明，SCFAs可明显提升野生型小鼠粪便和血清中抗原（卵清蛋白/霍乱毒素，OVA/CT）特异性IgA和IgG（γ）水平，在OVA/CT免疫条件下SCFAs可促进CD4+ T细胞的增殖，且该增殖速率在GPR43-/-小鼠中低于野生型小鼠。同时SCFAs在T细胞和非T细胞依赖条件下均能诱导B细胞产生IgA，并可在非T细胞依赖条件下诱导B细胞产生IgG。说明SCFAs具有诱导抗原特异性免疫球蛋白和非特异性免疫球蛋白合成、促进T细胞增殖的功效，其机制与GPR43的介导有关[35]。
3.3 IL-33可能是肠道微生物介导宿主肠道免疫功能的重要调节因子
野生型小鼠与IL-33-/-小鼠肠道微生物结构存在显著差异，主要体现在Lachnospiraceae和Desulfovibrio的丰度差异。IL-33-/-小鼠具有更高的总菌丰度，对柠檬酸杆菌（Citrobacter rodentium）的清除能力降低。说明由肠上皮细胞分泌的IL-33可调节动物自身肠道菌群结构。进一步分析表明，IL-33可通过“mTOR-STAT3”以及“MEK-ERK-STAT3”信号途径调控肠上皮细胞分泌REG3γ，后者对部分革兰氏阳性和阴性病原菌具有抑制作用。由于TGF-β的存在，内源性IL-33在炎症和健康状态下均对肠道中Treg细胞具有抑制作用，IL-33-/-小鼠呈现出更强抗炎特质的原因可能是由于CD4+ Foxp3+ Treg比例的增加[36]。
小结与展望
我们的研究结果强调了肠道微生物-宿主-营养代谢和健康的潜在联系。被传统营养学忽视的肠道微生物对营养物质的利用及其对宿主表型的影响应该被重视。微生物不仅影响饲粮消化和营养物质吸收，还直接或间接调控宿主的多项生理功能，参与疾病的发生和发展。结合我们的研究结果，在营养水平一致的情况下，不同结构、来源和组成的营养物质对肠道微生物结构的影响可能存在极大的差异，而微生物水平的变化反映在动物机体上的生理效应被放大，最终影响动物的生长和健康。因此在优化不同阶段猪的饲粮配方时，不应只考虑满足其营养需要，日粮的营养结构（如碳水化合物平衡模式）也应被重点考虑。
未来相关研究应集中于评估肠道微生物的代谢在动物整体代谢中所占的比重。鉴于微生物与宿主免疫功能的密切联系，寻找特定菌群作为营养调控和免疫调节的新靶标也是有潜力的研究方向。将传统动物营养学相关技术与较为先进的组学技术相结合，通过无菌动物模型、菌群移植、肠道瘘管等方法的联用可实现上述研究目标。在探明微生物作用于宿主的精确位点的基础上，未来将可能通过对肠道菌群的靶向调控实现对营养物质的高效利用，以达到不同的生产目的。
(审核编辑: 猪猪侠)
