摘要

反芻動物胃腸道的發(fā)育與胃腸道微生物的定植都有一定的規(guī)律，但是不同物種乃至個體之間又有其獨(dú)特的菌群。動物品種、年齡、性別以及不同的飼養(yǎng)管理模式對動物胃腸道微生物區(qū)系的結(jié)構(gòu)和數(shù)量有著不同的影響。微生物與宿主的相互作用主要通過其代謝產(chǎn)物與宿主機(jī)體的代謝交互實現(xiàn)。因此，對胃腸道微生物和微生物代謝產(chǎn)物以及動物生長表型之間的關(guān)系進(jìn)行相關(guān)性分析探究尤為重要。文章主要闡述了近年來反芻動物胃腸道微生物的組成、影響因素、主要代謝產(chǎn)物及其對宿主調(diào)控作用等方面的研究進(jìn)展，以期為反芻動物胃腸道微生物功能研究提供參考。 

一、反芻動物胃腸道微生物的組成

二、反芻動物胃腸道微生物的功能

三、影響胃腸道微生物的因素

1.遺傳

宿主的基因影響胃腸道菌群的組成，研究發(fā)現(xiàn)一些科和屬的細(xì)菌可以直接遺傳到下一 代。早在2001年就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)同卵雙胞胎的胃腸道微生物相似性高于其他沒有遺傳關(guān)系的個體。后來，人們確定了某些微生物類群如克里斯藤森菌（Christensenellaceae）科（Firmicutes屬），它們的豐度受到宿主遺傳的影響，并且在宿主中也發(fā)現(xiàn)了與這些微生物組成相關(guān)基因。因此，宿主含有某些基因會對腸道中微生物的結(jié)構(gòu)和數(shù)量造成影響，對維持胃腸道細(xì)菌群落具有重要作用。 

2.發(fā)育階段

幼齡反芻動物的胃腸道發(fā)育隨日齡的增長呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，是胃腸道微生物及其代謝產(chǎn)物等多方因素共同作用的結(jié)果。在肉羊養(yǎng)殖過程中，羔羊到育肥羊胃腸道的微生物豐富度逐漸增加，最后趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，整個過程微生物的代謝物對羊的健康養(yǎng)殖具有重要作用。不同發(fā)育階段反芻動物胃腸道中細(xì)菌和古菌的菌群組成具有差異，但真菌和原蟲 的菌群組成受不同發(fā)育階段的影響不大。反芻動物在分娩時與出生后，環(huán)境和飼糧的改變?yōu)槲⑸镌谖改c道定植提供有利的條件，其胃腸道微生物一直處于不斷變化的狀態(tài)，具有一定的演變規(guī)律。

3.飼糧以及飼養(yǎng)管理模式

胃腸道微生物的菌群和數(shù)量受到多種因素的影響，但是有研究發(fā)現(xiàn)飼養(yǎng)方式的影響更大。在羔羊胃腸道微生物發(fā)育階段，初生羔羊的飼喂方式會影響微生物的定植和優(yōu)勢菌群的建立，母乳喂養(yǎng)和人工喂養(yǎng)的羔羊體內(nèi)的微生物來源不同，由母乳喂養(yǎng)的羔羊體內(nèi)的胃腸道微生物大多來自于母乳、母羊的皮膚和口腔等，而人工飼養(yǎng)的羔羊的胃腸道微生物主 要來自于母羊生殖道和圈舍環(huán)境。哺乳和奶瓶喂養(yǎng)的新生羔羊有各自獨(dú)特的腸道微生物群，與母羊哺乳相比，奶瓶喂養(yǎng)顯著增加了大腸桿菌屬（Escherichia）、志賀氏菌屬（Shigella）、丁酸菌屬（Butyricicoccus）和梭狀芽胞桿菌XlVa屬（Clostridium XlVa）的豐度。

隨著飼料營養(yǎng)研究的發(fā)展，關(guān)于新型飼料的研發(fā)與應(yīng)用逐漸成熟，新型飼料在使用過程中會對動物的生長性能、胃腸道微生物指標(biāo)產(chǎn)生較大的影響。固態(tài)發(fā)酵飼料可以導(dǎo)致胃腸道的酸化，并為有益菌的建立提供適當(dāng)?shù)臈l件，另外，還可以降低腸桿菌科細(xì)菌的水平。

隨著新型飼料的開發(fā)，人們也將焦點(diǎn)聚集在其對動物胃腸道微生物的影響方面。在多浪羊的飼糧中添加不同劑量的葡萄籽油后顯著改變了多浪羊的胃腸道菌群多樣性，提高了毛螺菌屬，放線菌門等微生物的豐度，同時也抑制擬桿菌門的豐度。飼料中添加2g/kg的包膜丁酸鈉后對羔羊的胃腸道微生物具有較好的調(diào)節(jié)作用，可以豐富羔羊的胃腸道菌群組成。由此可見，飼糧種類和飼養(yǎng)模式可以改變胃腸道微生物的多樣性，幫助宿主與微生物之間建立生理平衡。 

4.胃腸道微生物與代謝產(chǎn)物的種類 

胃腸道微生物代謝物與宿主各種復(fù)雜的生理過程相關(guān)，如，宿主的免疫功能，炎癥等疾病的產(chǎn)生（見圖1）。動物的先天性免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)與微生物及其代謝產(chǎn)物之間具有相互作用。胃腸道微生物可以直接幫助宿主消化和發(fā)酵食物產(chǎn)生代謝物，也可以通過自身合成某些代謝物，這些代謝物主要包括短鏈脂肪酸，次級膽汁酸以及離子多糖A等物質(zhì)。

短鏈脂肪酸是胃腸道細(xì)菌產(chǎn)生的最豐富的代謝物之一，也是目前研究最為透徹的微生物代謝產(chǎn)物，控制著宿主免疫和代謝的多個方面。人和動物無法消化吸收的纖維素可以通過胃腸道中的微生物發(fā)酵為短鏈脂肪酸，微生物也可以將未消化的蛋白質(zhì)和肽作為短鏈脂肪酸合成的底物，從頭合成短鏈脂肪酸，微生物通過水解，糖酵解以及磷酸戊糖途徑產(chǎn)生短鏈脂肪酸。胃腸道中的擬桿菌門主要產(chǎn)生乙酸和丙酸鹽，厚壁菌門則多產(chǎn)生丁酸鹽，這些SCFAs可以作為宿主的能量來源。SCFAs會影響胃腸道微生物組成，減少大腸桿菌，沙門氏菌等細(xì)菌的數(shù)量。丁酸鹽是結(jié)腸上皮細(xì)胞的能量來源，可以通過眾多機(jī)制增強(qiáng)腸道屏障功能；例如，脂多糖誘導(dǎo)的核酸結(jié)合寡聚結(jié)構(gòu)域（NOD）樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3炎癥小體活化和自噬會導(dǎo)致腸道屏障功能受損，而SCFAs作為組蛋白去乙酰化酶的抑制劑，可以抑制上述過程，防止腸道屏障破壞。 

微生物產(chǎn)生、調(diào)節(jié)和降解的代謝物與其真核宿主有密切聯(lián)系，胃腸道微生物大腸桿菌具有產(chǎn)生色氨酸的能力，色氨酸代謝產(chǎn)生的吲哚及其衍生物是芳香烴受體（Aryl hydrocarbon receptor，AhR）的配體，AhR配體可以結(jié)合免疫細(xì)胞。上皮細(xì)胞等細(xì)胞中的AhR，激活誘導(dǎo)白細(xì)胞介素22（IL-22）的產(chǎn)生，保護(hù)宿主免受致病菌的侵害。除了食物來源和內(nèi)源性來源以外，體內(nèi)的AhR可以由胃腸道微生物合成，乳酸桿菌可以利用色氨 酸作為能源產(chǎn)生AhR的配體，這與機(jī)體炎癥和免疫功能相關(guān)。羅伊氏乳桿菌代謝色氨酸產(chǎn)生的吲哚-3-乙醛可以激活A(yù)hR信號，保護(hù)腸道上皮屏障。 

肝臟中膽固醇合成的初級膽汁酸和胃腸道細(xì)菌合成的次級膽汁酸共同構(gòu)成循環(huán)膽汁酸池混合物，結(jié)腸微生物可以將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，胃腸道細(xì)菌進(jìn)行的膽汁酸相關(guān)的生物轉(zhuǎn)化影響胃腸道微生物組的結(jié)構(gòu)和宿主的生理功能。有研究表明膽汁酸可以導(dǎo)致細(xì)菌的細(xì)胞膜損傷，增加膽汁酸的濃度能溶解細(xì)胞膜并引起完整膜蛋白的分解，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏，但是細(xì)菌細(xì)胞擁有針對膽汁酸所引起損傷的保護(hù)和修復(fù)機(jī)制。

結(jié)腸微生物可以通過解偶聯(lián)、脫羥基化等過程將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，人們在脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）、普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus）等微生物中發(fā)現(xiàn)了與解偶聯(lián)相關(guān)的膽鹽水解酶；脫羥基化作用由厚壁菌門的細(xì)菌進(jìn)行催化，包括：梭菌 （Clostridium）和真桿菌屬（Eubacterium）；另外，膽鹽水解酶還廣泛存在于小腸和大腸中的一些革蘭氏陽性菌中；例如，雙歧桿菌，乳桿菌等。 

氨基酸可以調(diào)節(jié)動物體內(nèi)蛋白質(zhì)和能量的穩(wěn)態(tài)，胃腸道細(xì)菌產(chǎn)生的氨基酸衍生分子可以通過調(diào)節(jié)宿主微生物的組成和代謝來影響宿主健康，細(xì)菌對蛋白質(zhì)的降解對反芻動物來說意義重大。

胃腸道微生物群參與幾種來源于消化性和內(nèi)源性蛋白質(zhì)的氨基酸的利用和分解代謝，這些氨基酸可以作為微生物群產(chǎn)生的代謝終產(chǎn)物（包括：SCFAs）合成的前體。盡管微生物的種類和代謝途徑不同，在色氨酸代謝過程會產(chǎn)生相似的代謝產(chǎn)物，如，D‐色氨酸、小肽和吲哚及其衍生物。胃腸道細(xì)菌產(chǎn)生的氨基酸衍生分子對宿主的健康有一定的作用；另外，細(xì)菌還會利用游離的氨基酸合成微生物菌體蛋白供宿主利用。

過去長達(dá)幾十年的研究發(fā)現(xiàn)，普雷沃氏菌、牛鏈球菌（Streptococcus bovis）、多酸米氏球菌（Misuokella multiacidas）和丁酸纖維菌（Butyrivibrio fibrisolvens）等細(xì)菌含有與蛋白質(zhì)消化和氨基酸吸收有關(guān)的酶，如，二肽基肽酶和二肽酶等。氨基酸還會通過氨基酸代謝細(xì)菌調(diào)節(jié)精子發(fā)生以及卵母細(xì)胞受精的過程，對哺乳動物的生殖過程產(chǎn)生影響。懷孕期間腸道中氨基酸代謝細(xì)菌的組成和豐度會發(fā)生改變并向子宮轉(zhuǎn)移，這對胎兒發(fā)育和妊娠識別具有重要意義。

（來源：青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院；青海省高原家畜遺傳資源保護(hù)與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實驗室；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部青藏高原畜禽遺傳育種重點(diǎn)實驗室）