田召芳李春蕾黨安坤

（1，南京農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院 210095；2，山東省煙臺市動物疫病預防與控制中心 264003；3，山東省動物疫病預防與控制中心 250022）

丁酸梭菌作用機理與研究進展

田召芳1,2李春蕾2黨安坤3*

（1，南京農(nóng)業(yè)大學動物醫(yī)學院 210095；2，山東省煙臺市動物疫病預防與控制中心 264003；3，山東省動物疫病預防與控制中心 250022）

丁酸梭菌是一種以產(chǎn)丁酸為主要代謝產(chǎn)物的專性厭氧芽孢桿菌，丁酸梭菌較非芽孢菌具有耐熱、耐酸和耐多種抗生素等生物活性，可定植于機體腸道，抑制機體腸道內(nèi)志賀菌等有害菌的生長、促進機體內(nèi)雙歧桿菌等有益菌的生長、促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、改善腸道功能等。本研究主要對丁酸菌作用機理以及在人類、動物和其他方面的應用進行綜述，跟蹤丁酸梭菌在促進動物生長及提高動物免疫力的發(fā)展方向，探究丁酸梭菌是否能在協(xié)同抗生素治療疾病的同時抑制耐藥菌的產(chǎn)生。

丁酸梭菌；益生菌；作用機理；研究進展

丁酸是丁酸梭菌產(chǎn)生的一種天然物質(zhì)，主要存在于反芻動物的奶和腸道中，其中大腸中存在高濃度的丁酸，而在結(jié)腸中廣泛被上皮細胞利用，主動代謝并產(chǎn)生能量[1]。而丁酸梭菌主要存在于動物和人類的消化道、腸道以及糞便中，環(huán)境中的土壤，酒窖泥等。丁酸梭菌是1933年由日本的千葉醫(yī)科大學宮入近治博士首先發(fā)現(xiàn)并進行研究的。丁酸梭菌在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡，促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收和抑制致病菌的發(fā)展具有重要的意義，近年來國內(nèi)外眾多學者投入到丁酸梭菌的研究中，并在丁酸梭菌研究中取得一些重要成果。

1 丁酸梭菌的作用機理

近幾年來，丁酸梭菌已經(jīng)被廣泛應用于一系列人類和動物方面腸道疾病的治療，廣泛被用作飼料添加劑，提高動物免疫力。但丁酸梭菌的作用機理非常復雜，具體機制尚未被完全發(fā)現(xiàn)，但已經(jīng)有眾多學者在不同領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)了不同的作用機制。Segain等實驗發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌能夠在動物機體出現(xiàn)炎癥反應時調(diào)節(jié)基因表達，抑制NF-kB信號通路從而抑制炎癥[2]。Isono A等研究丁酸梭菌是否能夠影響Toll樣受體4（TLR4）在人結(jié)腸上皮細胞中的表達時發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌產(chǎn)生的丁酸能使結(jié)腸上皮細胞TLR4 mRNA表達水平下調(diào)，達到保護結(jié)腸效果[3]。2015年，王騰浩等發(fā)現(xiàn)產(chǎn)抑菌蛋白的丁酸梭菌，證明起抑菌作用的是抗菌肽[4]。該發(fā)現(xiàn)為臨床抑制細菌的生長提供了科研依據(jù)，我們可以大量培養(yǎng)丁酸梭菌提取抗菌肽，用于臨床抑菌治療。同年，廖秀冬發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌通過降低小鼠血清腎上腺皮質(zhì)激素皮質(zhì)酮含量而顯著提高肝臟和結(jié)腸黏膜的抗氧化能力[5]。這些研究說明丁酸梭菌是通過產(chǎn)生丁酸，抗菌肽和調(diào)節(jié)信號通路等調(diào)節(jié)機體表達，提高機體免疫力，為丁酸梭菌可能就是通過產(chǎn)生丁酸和調(diào)節(jié)基因表達來發(fā)揮其免疫調(diào)節(jié)作用奠定理論基礎(chǔ)。

2 丁酸梭菌在人類方面的應用

丁酸梭菌在人類疾病方面具有抗炎、抗癌、提高免疫力等作用，在臨床應用和人類疾病防治方面具有很大的潛力[6]。1944年，丁酸梭菌制劑在日本正式投入臨床應用，主要治療菌群紊亂引起的腸炎、腹瀉、消化不良等疾病，同時取得顯著效果。2005年，我國青島東海藥業(yè)有限公司開發(fā)的丁酸梭菌制劑通過了國家食品和藥品監(jiān)督管理局GMP認證，其主要用于調(diào)理腸道菌群穩(wěn)定。隨后，青島東海藥業(yè)有限公司在2009年研究丁酸梭菌對惡唑酮誘導的大鼠腸炎作用，發(fā)現(xiàn)丁酸梭菌降低IL-23和腫瘤壞死因子 （TNF-alpha）含量的效果優(yōu)于美沙拉嗪或丁酸鈉等[7]。該結(jié)果的發(fā)現(xiàn)為人類治療炎癥減少抗生素的大量使用開辟了新的道路。Imase K等研究丁酸梭菌與抗生素并用根除幽門螺旋桿菌時腸道菌群變化及機體變化時發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌和抗生素合用治療幽門螺旋桿菌，能有效預防單獨使用抗生素治療幽門螺旋桿菌導致的相關(guān)性腹瀉和腸道菌群失調(diào)這些副作用[8]。丁酸梭菌聯(lián)合抗生素治療幽門螺旋桿菌給許多慢性胃炎患者帶來了希望，同時也降低了胃癌的發(fā)病率。隨后，Arimochi H等在研究丁酸梭菌發(fā)酵大豆蛋白產(chǎn)生誘導細胞凋亡的物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)該物質(zhì)對人結(jié)腸癌細胞有毒性作用能抑制人結(jié)腸癌細胞的生長[9]。該發(fā)現(xiàn)為許多結(jié)腸癌患者帶來了福音。劉麗麗等觀察發(fā)現(xiàn)，早產(chǎn)兒臨床使用丁酸梭菌活菌制劑能減少早產(chǎn)兒喂養(yǎng)過程中嘔吐、腹脹、腹瀉的發(fā)生，促進早產(chǎn)兒的生長發(fā)育，對防治喂養(yǎng)不耐受具有重要意義[10]。次年，陳峰和李司鵬探討了丁酸梭菌防治新生嬰兒高膽紅素血癥的療效，發(fā)現(xiàn)口服丁酸梭菌的活菌制劑能降低黃疸發(fā)生率[11]。2015年，王艷芳等學者研究表明，在不同鼠胃潰瘍模型中使用丁酸梭菌活菌制劑具有抗炎癥作用。同年，Kanai T等研究表明，丁酸梭狀芽孢桿菌作為益生菌能誘導巨噬細胞產(chǎn)生白細胞介素-10通過Toll樣受體和髓樣分化的初級反應等途徑預防急性結(jié)腸炎[12-13]。2015年，Cassir研究了丁酸梭菌菌株和菌群失調(diào)與早產(chǎn)兒壞死性小腸結(jié)腸炎的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)壞死性小腸結(jié)腸炎與丁酸梭菌菌群失調(diào)以及缺乏等有關(guān)系[14]。丁酸梭菌在人類臨床應用中存在許多益處，為人類消化道疾病，提高免疫力等作出巨大貢獻。

3 丁酸梭菌在動物方面的應用

3.1 調(diào)整腸道菌群，促進生長

丁酸梭菌對動物致病菌有抑制作用，例如豬大腸桿菌，豬腸炎沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等均有顯著抑制作用[15]，同時能提高飼料利用率，增強動物免疫力。在2007年，王保正等探究丁酸梭菌對仔豬生長性能的影響發(fā)現(xiàn)，飼喂丁酸梭菌組的仔豬至轉(zhuǎn)群時平均日增重明顯高于對照組，而且實驗組的料重比明顯低于對照組[16]，充分說明飼料中添加丁酸梭菌能顯著促進仔豬的生長。2011年，Kong Q等研究丁酸梭菌活菌口服液對小鼠腸道菌群的影響發(fā)現(xiàn)，攝入丁酸梭菌能顯著提高益生菌數(shù)量，減少小鼠腸道菌群生態(tài)系統(tǒng)中不必要的有害菌群[17]。同年，Zhang等對丁酸梭菌制劑對肉雞生產(chǎn)性能和消化道的影響研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加丁酸梭菌制劑有利于肉雞腸道健康，促進肉雞生長[18]。Zhao X(2013)等研究了丁酸梭菌活菌對肉雞生長性能、脂質(zhì)代謝的影響，發(fā)現(xiàn)飼喂丁酸梭菌能夠促進肉雞的生長[19]。

3.2 增強免疫力，協(xié)助治療疾病

在2008年時，Kohiruimaki M等研究在奶牛臨產(chǎn)期添加酪酸菌制劑對產(chǎn)期奶牛外周血白細胞數(shù)量的影響發(fā)現(xiàn)，飼喂丁酸梭菌活菌制劑可以提高產(chǎn)期奶牛CD4-T細胞數(shù)量，提高奶牛的免疫力[20]。高權(quán)新 (2011)等人發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌具有抑制大腸桿菌誘導的雞胚腸細胞凋亡能力，為使用丁酸梭菌制劑抑制大腸桿菌誘導的腸細胞凋亡和治療雞出血性大腸桿菌病提供理論依據(jù)[21]。丁酸梭菌制劑在動物身上應用已經(jīng)獲得農(nóng)業(yè)部批準，改善動物腸道健康，促進動物生長。

4 其他方面應用

丁酸梭菌研究涉及領(lǐng)域越來越廣泛，楊貴清等人（2010）研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)丁酸梭菌生理生化特性，用過同源重組技術(shù)構(gòu)建了高產(chǎn)丁酸的丁酸梭菌，為丁酸的化工生產(chǎn)轉(zhuǎn)型為木質(zhì)纖維素同步糖化發(fā)酵提供了新的研究思路[22]。年賈志新 （2014）研究發(fā)現(xiàn)，飼喂丁酸梭菌能夠不同程度上提高櫻桃谷雛鴨肝臟中抗氧化生化指標，顯著提高血清中抗氧化指標[23]。廖秀冬 （2015）研究日糧中添加丁酸梭菌對肉雞的影響發(fā)現(xiàn)，丁酸梭菌能提高肉雞十二指腸、空腸和回腸黏膜、血清和肝臟的抗氧化能力[24]?？寡趸芰Φ陌l(fā)現(xiàn)給化妝品行業(yè)和美容界帶來了福音，為以后將丁酸梭菌應用到人類護膚品行列提供了理論基礎(chǔ)?，F(xiàn)在生物制氫受到工業(yè)和學術(shù)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，2016年中國科學技術(shù)大學學者等研究發(fā)現(xiàn)利用丁酸梭菌能增加產(chǎn)氫率。

丁酸梭菌作為益生菌的作用機制將被充分利用。

5 討論

丁酸梭菌在國內(nèi)外臨床應用已經(jīng)有70多年歷史，不僅在人類身上廣泛應用還在動物身上大肆研究，為人類腸炎和腹瀉，動物疾病預防開辟新篇章。丁酸梭菌是調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)定的益生菌，維持腸道菌群的穩(wěn)定，促進腸道消化吸收能力，提高機體免疫力。在人類方面，丁酸梭菌在預防和治療機體炎癥，抑制癌細胞生長等方面發(fā)揮巨大作用；在動物方面，丁酸梭菌在提高飼料利用率，降低料肉比，提高動物免疫力，減少抗生素在畜產(chǎn)品中的濫用，降低耐藥菌的產(chǎn)生，促進動物健康生長和降低全球耐藥性具有重要意義。丁酸梭菌作為一種益生菌，具有無毒，無副作用的優(yōu)勢為人類、動物健康做出巨貢獻。在未來，我們將加深研究丁酸梭菌與抗生素以及其他益生菌的協(xié)同作用，為人類和動物健康做出更大的貢獻。

[1]Roediger WE,Marshall VC,Roberts S.Value of small bowel enema in incomplete intestinal obstruction./Aust N Z J Surg.1982,52(5)：507-509.

[2]Segain J P,De la Bletiere D R,Bourreille A,et al.Butyrate inhibits inflammatory responses through NFkB inhibition：implications for Crohn's disease[J].Gut,2000,47(3)：397-403.

[3]Isono A,Katsuno T,Sato T,Nakagawa T,Kato Y,Sato N,Seo G,Suzuki Y,Saito Y.Clostridium butyricum TO-A culture supernatant downregulates TLR4 in human colonic epithelial cells[J].Dig Dis Sci.2007,52(11)：2963-71.

[4]王騰浩,宗鑫,宋德廣,等.產(chǎn)抑菌蛋白的丁酸梭菌的篩選和鑒定及體外益生功能研究[J].動物生產(chǎn),2015,51(13)：75-81.

[5]廖秀冬.酸梭菌的篩選及其對動物抗氧化能力和肉雞肉品質(zhì)影響的研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學,2015.

[6]冉雪松,王振華,潘康成.丁酸梭狀芽孢桿菌的研究進展[J].安徽農(nóng)學通報,2007,13(4)：37-39.

[7]Zhang HQ,Ding TT,Cui YL.Therapeutic effects of Clostridium butyricum on experimental colitis induced by oxazolone in ratsl[J].World J Gastroentero.2009,15(15)：1821-1828.

[8]Imase K,Takahashi M,Tanaka A.Efficacy of Clostridium butyricum preparation concomitantly with Helicobacter pylori eradication therapy in relation to changes in the intestinal microbiota[J].Microbiol Immunol.2008,52(3)：156-61.

[9]Arimochi H,Morita K,Kuwahara T.Production of apoptosisinducing substances from soybean protein by Clostridium butyricum：characterization of their toxic effects on human colon carcinoma cells[J].Cancer Lett,2009,18;277(2)：190-198.

[10]劉麗麗,李晶,李丹,等.酪酸梭菌活菌散在防治早產(chǎn)兒喂養(yǎng)不耐受方面的應用[J].中國微生態(tài)學雜,2011,23(4)：14-15.

[11]陳峰,李司鵬.酪酸梭菌活菌散對新生嬰兒高膽紅素血癥治療效果的影響[J].中國基層醫(yī)藥,2012,19(9)：1372-1373.

[12]Wang FY,Liu JM,Jiang Y.Potential protective effects of Clostridium butyricum on experimental gastric ulcers in mice[J].World J Gastroenterol,2015,21(27)：8340-8351.

[13]Kanai T,Mikami Y,Hayashi A.A breakthrough in probiotics：Clostridium butyricum regulates gut homeostasis and anti-inflammatory response in inflammatory bowel disease[J].J Gastroenterol,2015,50(9)：928-939.

[14]Cassir N,Benamar S,Armstrong N.Clostridium butyricum Strains and Dysbiosis Linked to Necrotizing Enterocolitis in Preterm Neonates[J].Send to Clin Infect Dis,2015,61(7)：1107-1115.

[15]謝樹貴,戴青,趙述淼,等.低昂算梭菌對動物致病菌的拮抗作用研究[J].湖北農(nóng)業(yè)科學,2007,46(3)：424-426.

[16]王保正,楊清付,董曉東,等.酪酸梭菌對豬生長特性的影響[J].飼料工業(yè),2001,28(16)：39-40.

[17]Kong Q,He GQ,Ruan H.Oral administration of Clostridium butyricum for modulating gastrointestinal microflora in mice[J].Curr Microbiol,2011,62(2)：512-517.

[18]Zhang B,Yang X,Long F.Effects of dietary lipids and Clostridium butyricum on the performance and the digestive tract of broiler chickens[J].Arch Anim Nutr,2011,65(4)：329-339.

[19]Zhao X,Guo Y,Tan J.Effects of Clostridium butyricum and Enterococcus faecium on growth performance,lipid metabolism,and cecal microbiota of broiler chickens[J].Appl Microbiol Biotechnol,2013,97(14)：6477-6488.

[20]Kohiruimaki M,Ohtsuka H,Kawamura S.Effects of active egg white product/Clostridium butyricum Miyairi 588 additive on peripheral leukocyte populations in periparturient dairy cows.

[21]Gao Q,Qi L,Wang J.Ability of Clostridium butyricum to inhibit Escherichia coli-induced apoptosis in chicken embryo intestinal cellsl[J].Vet Microbio,2012,160(3-4)：395-402.

[22]楊貴清,劉剛,楊長得.酪丁酸梭菌代謝工程菌的構(gòu)建及其發(fā)酵特性[J].生物工程學報,2010,26(2)：170?176.

[23]賈志新,莊蘇,等.丁酸梭菌對櫻桃谷肉鴨生長性能、免疫和抗氧化功能及腸道食糜VFA含量的影響[D].南京農(nóng)業(yè)大學,2014.

[24]廖秀冬.酸梭菌的篩選及其對動物抗氧化能力和肉雞肉品質(zhì)影響的研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學,2015.

*通訊作者：黨安坤

山東省重點研發(fā)計劃項目 （2015GNC110027）。