張宏福 吳維達 張 莉 解競靜 陳 亮

（中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所動物營養(yǎng)學國家重點實驗室，北京100193）

我國是養(yǎng)豬大國，生豬飼養(yǎng)量占世界總量50%以上；也是豬肉消費大國，豬肉占國內(nèi)肉食類消費量的60%以上。但我國并不是養(yǎng)豬強國，每頭母豬每年所能提供的斷奶仔豬頭數(shù)平均僅為17～18頭，遠低于發(fā)達國家23～24頭的平均水平。斷奶仔豬死亡是制約我國生豬養(yǎng)殖水平的最重要原因之一，每年約有1.6億頭仔豬由于腹瀉而死亡。生產(chǎn)上通常使用抗生素及高銅、高鋅來控制仔豬腹瀉，但養(yǎng)殖糞污排放造成的抗生素及重金屬污染帶來的一系列環(huán)境問題已經(jīng)危及人類健康安全[1-2]，禁抗、限制使用高銅、高鋅已經(jīng)成了行業(yè)普遍共識。十三五期間，習近平總書記提出了“綠色”發(fā)展理念，調(diào)整畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)，降低養(yǎng)殖污染，發(fā)展綠色畜牧業(yè)是時代的要求和大趨勢[3]。2017年，農(nóng)業(yè)部已經(jīng)禁止高銅、高鋅在生豬上的使用，并且我國養(yǎng)殖促生長抗生素禁止使用的腳步越來越近。因此迫切需要新型飼料添加劑替代抗生素或高銅、高鋅，改善仔豬腸道健康，實現(xiàn)生豬養(yǎng)殖綠色發(fā)展的產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。

斷奶仔豬腹瀉的成因較為復(fù)雜，國際上普遍公認的是“過敏理論”，其原理為：過敏-腸道屏障受損-病原菌侵入-腹瀉。腸道屏障功能是建立在日糧、腸道微生物、黏膜層三者之間動態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，但該平衡十分脆弱[4-5]。因此，提高腸道屏障功能是有效控制仔豬腹瀉的關(guān)鍵。日糧纖維（Dietary fiber，DF）是不能被人和動物分泌的消化酶所消化的碳水化合物總稱，包含菊粉、果膠、微晶纖維素、抗性淀粉、β-葡聚糖等[6]。大量研究表明，DF可以被腸道微生物利用生成短鏈脂肪酸、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，具備刺激腸道發(fā)育，優(yōu)化腸道微生物區(qū)系，改善腸道屏障功能，影響機體代謝、動物行為甚至認知水平等功能[7-8]。近年研究還發(fā)現(xiàn)某些DF（如菊粉）還具有免疫調(diào)節(jié)功能[9-12]。因此，日糧添加DF可能是控制仔豬腹瀉的綠色途徑。

圖1 DF的分析分類

1 DF的含義及理化性質(zhì)

傳統(tǒng)觀點認為，動物飼糧中的粗纖維會“降低消化率，稀釋日糧養(yǎng)分并且降低動物的生產(chǎn)性能”。但是粗纖維組成分析基本上是測定酸和堿水解后的殘留量[13]。此種方法測定的纖維素占50%～80%，木質(zhì)素占10%～50%，半纖維素占20%左右。由于植物細胞壁基礎(chǔ)組分差異較大，所以粗纖維與DF之間并無固定的比例關(guān)聯(lián)關(guān)系。由于結(jié)構(gòu)上以及生理上的多樣性，至今未有DF準確的定義。CODEX(Codex Alimen?tarius Commision，2009)、國際的權(quán)威機構(gòu) EU(2008)、IOM(2001)以及AACC(2000)均對DF進行了定義，這些定義區(qū)別主要在于對碳水化合物中單體的聚合度，以及人工合成類似物上的涵蓋存在一定的差異，但是共同點在于都將DF歸納為不可被動物/人內(nèi)源消化酶消化的一類碳水化合物聚合物[14]。

植物源性飼料原料的細胞壁含有豐富的DF。超過90%的植物細胞壁都是由非淀粉多糖組成，其中又以纖維素、半纖維素以及果膠最為豐富。其他少量的非淀粉多糖主要包括果聚糖、葡甘露聚糖、半乳甘露聚糖、植物黏液、β-葡聚糖以及樹膠。DF的分析方法主要有兩類：一類是酶化學法(Englyst法)、另一類是酶或非酶重量分析法AOAC（美國分析化學協(xié)會)法包括酶-重量法、酶-分光光度法、酶-HPLC法、酶-GC等。從涵蓋的DF組分上講，Englyst法認定的DF只包含非淀粉多糖（NSP），而AOAC法不僅包括NSP還包括抗性淀粉及木質(zhì)素，更具代表性（見圖1）[15]。

DF的主要理化性質(zhì)包括水合作用、發(fā)酵性能及黏性等。根據(jù)這三種性質(zhì)又可將其劃分為不同纖維類型[16]。DF的理化性質(zhì)對腸道的生理功能發(fā)揮著重要作用[17]。

1.1 水合作用

水合作用主要包括水溶性、吸水力以及持水力三方面，反映的不是纖維溶于水的能力而是纖維將水整合進入其基質(zhì)形成膠狀懸浮體的能力[18]。其中水溶性主要取決于纖維形成的多聚糖種類以及之間的化學鍵。例如纖維素、β-葡聚糖分別由β-1，4-糖苷鍵、β-1，6-糖苷鍵連接形成不可溶性、可溶性纖維。其中不溶性纖維包括纖維素、木質(zhì)素及部分半纖維素等，而可溶性纖維包括果膠、菊粉、葡聚糖以及阿拉伯木聚糖等。

1.2 發(fā)酵性能

由于發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸的生成，纖維的發(fā)酵性能一般促進腸道健康。不同類型DF發(fā)酵程度變異很大，從基本不發(fā)酵的木質(zhì)素至發(fā)酵完全的果膠。纖維的發(fā)酵部位主要是后腸，快速發(fā)酵的纖維（可溶性）可被大腸菌群迅速發(fā)酵生成短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids,SCFAs），而慢速或者不完全發(fā)酵的纖維（不可溶性）可通過促進排便，縮短食糜在腸道的轉(zhuǎn)運時間并增加糞便重量改善腸道健康；不同來源的纖維發(fā)酵生成的短鏈脂肪酸種類和濃度完全不同[6，19-20]。

1.3 黏性

黏性是影響纖維生理功能的另一重要的理化性質(zhì)，傳統(tǒng)的動物營養(yǎng)學觀念認為高黏性DF會影響營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，增加能量消耗，降低飼料的營養(yǎng)價值。一般可溶性纖維較不可溶纖維的黏性更強，長鏈纖維比短鏈更易形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而一般長鏈纖維較短鏈纖維黏性更強[21]。黏性纖維包括可溶性多糖，例如果膠、瓜爾豆膠以及β-葡聚糖等。黏性纖維可調(diào)控血液中葡萄糖、膽固醇濃度，延長胃排空時間，減慢食糜在在小腸的通過速度。

2 DF對腸道微生物的影響

DF是寄居在宿主后腸中的密集厭氧微生物的主要能量來源，微生物發(fā)酵生成的短鏈脂肪酸可為宿主提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)，否則這些將不能被宿主利用。腸道基因組學[22]研究表明，腸道微生物可編碼成千上萬的碳水化合物酶類（Carbohydrate-Active Enzymes，CAZymes）降解糖復(fù)合物、多糖以及寡糖生成可發(fā)酵的單糖：其中微生物的纖維素酶、β甘露聚糖酶、木葡聚糖酶主要分布于 GH5、GH6，GH9、GH12、GH44、GH45、GH48和GH74基因(糖苷鍵水解酶，Glycoside Hydrolase，GH)家族；木聚糖酶主要分布于GH10和GH11基因家族；果膠酶則主要分布于GH28、GH88、GH105、PL1、PL2、PL3、PL4、PL9、PL10、PL11和PL15家族（Polysaccharide Lyase，PL，多糖裂解酶家族）。雖然DF不能被宿主內(nèi)源消化酶降解，但腸道中寄居的不同微生物可編碼不同的CAZ酶從而分解利用不同的碳水化合物（分解不同的糖苷鍵）[23]。例如，纖維素是葡萄糖以β-1,4-糖苷鍵連接形成的，而擁有GH1、GH3、GH5、GH7、GH8、GH9、GH44、GH48、GH51的微生物就可以將纖維素分解利用。DF的添加可以促使富含分解該類DF的CAZy酶的微生物增殖，進而成為微生物群落中的優(yōu)勢菌群，而那些缺乏CAZy酶的微生物則很有可能會淘汰消失。日糧中DF的添加不僅可促進含有該纖維的糖苷鍵水解酶的主要降解微生物的生長，還可以通過“互養(yǎng)模式”促進其他可利用纖維主要降解微生物分解的二級產(chǎn)物的微生物增殖，從而達到調(diào)控腸道菌群的作用[24]。

在豬日糧中添加DF可以實現(xiàn)優(yōu)化腸道菌群的作用已經(jīng)得到大量研究證實。日糧中添加34%的抗性淀粉增加了公豬結(jié)腸前端產(chǎn)丁酸菌，如普拉梭菌和埃氏巨型球菌的豐度，降低了潛在致病微生物，如鉤端螺旋體屬微生物的豐度（P＜0.05）[25]。促進了結(jié)腸上皮細胞三羧酸循環(huán)及脂肪酸β-氧化的進程。母豬飼糧中添加34%的抗性淀粉能夠增加結(jié)腸產(chǎn)丁酸菌柔嫩梭菌、布氏瘤胃球菌豐度，降低可能致病菌大腸桿菌和假單胞菌屬豐度，同時增加結(jié)腸短鏈脂肪酸乙酸、丙酸、丁酸濃度[26]。仔豬日糧中添加3.0 g/kg纖維寡糖可以提高腸道緊密連接蛋白Claudin-1和Zonula Occludens-1(ZO-1)的表達，調(diào)高雙歧桿菌Bifidobacte?rium、乳酸菌Lactobacilli的豐度；降低致病菌如豬鏈球菌Streptococcus suis、大腸桿菌Escherichia coli的豐度，促進仔豬腸道健康發(fā)育[27]?？剐缘矸埏@著提高了豬腸道中有益菌：糞腸球菌Coprococcus、瘤胃球菌Ruminococcus，和Turicibacter的豐度，并且糞腸球菌屬與瘤胃球菌屬與食糜中6-磷酸葡萄糖、麥芽糖、花生四烯酸，9,12十八碳二烯酸、油酸濃度存在正相關(guān)。說明抗性淀粉不但影響豬腸道菌群，也會影響菌群代謝及其終產(chǎn)物[28]。而仔豬日糧中添加苜?？梢蕴岣呤耗c球菌Coprococcus eutactus的豐度；降低致病菌如豬鏈球菌Streptococcus suis的豐度，優(yōu)化仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu)[29]。

過往的研究多集中于DF對腸腔內(nèi)容物中微生物區(qū)系的影響，對腸黏膜微生物區(qū)系變化的關(guān)注很少。而由于黏膜微生物定植在黏膜層表面，更接近腸道上皮/免疫細胞，并且區(qū)系結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，可以持續(xù)脫落入腸腔對腸腔微生物起到“接種作用”，其對宿主腸道免疫功能的調(diào)節(jié)作用可能更為直接、重要。豬不同腸道部位菌群分布存在異質(zhì)性，相應(yīng)的功能也存在差異，了解不同位置菌群對營養(yǎng)干預(yù)的相應(yīng)變化有利于制定適宜的策略調(diào)節(jié)腸道菌群，促進腸道健康[30]。在此基礎(chǔ)上，本課題組發(fā)現(xiàn)同一腸道部位中腸腔與腸黏膜上菌群分布與功能也存在差異，SparCC共線性網(wǎng)絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)普雷沃式菌科、毛螺菌科以及韋榮氏球菌科在腸腔和腸黏膜微生物上都形成共現(xiàn)性微生物菌群，而來自于γ-變形菌門中機會性致病菌則僅在豬腸道黏膜上形成共現(xiàn)性微生物菌群，豬腸道菌群空間分布的異質(zhì)性以及共生模式是與其所在“生態(tài)位”的微環(huán)境緊密相關(guān)[31]。添加果膠、菊粉和微晶纖維素三種DF對仔豬微生物區(qū)系組成及功能的影響存在腸段之間、腸腔與黏膜之間的差異。三種DF均顯著降低了回腸黏膜菌群的定植（特別是一些病原菌的豐度），降低了回腸黏膜菌群群落的α多樣性，保護了仔豬黏膜屏障。而DF對回腸腸腔微生物的改變有限。不同DF對后腸的核心菌群存在特異性優(yōu)化作用，其中菊粉促進了豬后腸腸黏膜上雙歧桿菌的增加而果膠則顯著促進了后腸腸黏膜中普雷沃式菌科的增加，具有優(yōu)化腸道菌群的作用。（未發(fā)表數(shù)據(jù)）

3 DF對黏膜屏障的調(diào)節(jié)作用

3.1 黏膜屏障

腸道黏膜屏障是由微生物屏障、黏液層屏障、機械屏障、免疫屏障共同構(gòu)成（見表1）。四者不是相互孤立，這些屏障相互作用和支持，共同維護著腸道的健康。腸道微生物是協(xié)調(diào)這四個屏障功能的重要載體。仔豬腸道發(fā)育不完全，微生物區(qū)系薄弱，斷奶打破腸道內(nèi)環(huán)境平衡，對腸道各個屏障均有顯著地影響。因此，恢復(fù)仔豬腸道內(nèi)環(huán)境平衡，加強腸道微生物區(qū)系緩沖，調(diào)節(jié)和保護功能，是解決仔豬腹瀉的關(guān)鍵所在。

表1 黏膜屏障的基本組成

3.2 DF對黏膜屏障的調(diào)節(jié)作用

腸道細菌擁有降解黏蛋白必需的唾液酸酶和糖硫酸酯酶，但是糖硫酸酯酶的最佳pH值（pH值5.0）要遠低于唾液酸酶的最適pH值（pH值7.8）。因此，小腸液中性的pH值將導(dǎo)致微生物對硫酸化黏蛋白的降解程度可能要遠遠低于對唾液酸化黏蛋白的降解。黏性（膨脹）纖維的攝入主要增加大鼠小腸中唾液酸化黏蛋白（相比于硫酸化黏蛋白）的含量。腸道中硫酸化黏蛋白的降低可能會導(dǎo)致黏蛋白降解速度的提高，使得微生物更易通過黏液屏障與腸道上皮細胞直接接觸。

H.Ito等在小鼠中的研究發(fā)現(xiàn)，高黏度的可溶性纖維會增加腸道杯狀細胞數(shù)量，而低黏度纖維的作用不顯著。可溶性纖維會增加黏液的基礎(chǔ)性分泌，但果膠并不改變杯狀細胞數(shù)量[35]。S.Hino等研究發(fā)現(xiàn)，無論是給大鼠飼喂可溶性DF（魔芋、車前草或者瓜爾豆膠，50 g/kg）還是不可溶性纖維（聚苯乙烯、麩皮或者玉米皮，80 g/kg）都能增加回腸杯狀細胞數(shù)量[36]。此外，對人的研究表明飲食中缺乏纖維會導(dǎo)致結(jié)腸黏液層變薄[37]，減弱黏液屏障。DF對杯狀細胞或者黏液層的作用可以通過直接和間接的作用實現(xiàn)，直接的作用被報道與纖維的理化性質(zhì)（黏性以及溶脹性）有關(guān)，而間接的作用則與腸道菌群的調(diào)控有關(guān)。

不同纖維來源對于仔豬腸道的上皮細胞屏障影響并不一致[38]。仔豬日糧中添加10%的小麥麩纖維可顯著上調(diào)腸道黏膜的緊密連接蛋白（ZO1以及OCLN）基因的表達(P＜0.05)，而飼糧中添加10%的玉米纖維以及大豆纖維卻對緊密連接蛋白無顯著影響[39]。此外，體內(nèi)、外的研究均表明DF的發(fā)酵產(chǎn)物短鏈脂肪酸可以促使腸道上皮細胞增殖。另一方面乳酸桿菌能顯著上調(diào)Caco-2細胞的緊密連接蛋白OCLN和Claudin基因的表達，而大腸桿菌與腸道上皮細胞接觸則導(dǎo)致緊密連接蛋白（ZO-1和Occludin）降解，腸道通透性增加進而引發(fā)腸道屏障功能的紊亂。

高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中，DF可重塑腸道菌群，并促進腸上皮細胞增殖及抗菌基因的表達，而菊粉的益生作用又依賴于腸道菌群；DF可以通過恢復(fù)受損的腸道黏液層，防治受到高糖脂低纖維的西方飲食影響的小鼠腸道；抗生素處理或無菌小鼠中菊粉的保護作用降低[40]。長期或間接性DF不足的情況下，腸道菌群訴諸宿主分泌的黏膜糖蛋白作為營養(yǎng)源，導(dǎo)致黏膜屏障被侵蝕，更多致病菌侵入黏膜，機體炎癥反應(yīng)加重。即使后續(xù)日糧中添加包含14種多糖（菊粉、阿拉伯木聚糖、β-葡聚糖等）的DF也并不能治愈或減輕這樣的結(jié)腸炎癥[37]。

用菊粉預(yù)飼小鼠，可以降低Citrobacter rodentium感染后腸道的炎癥反應(yīng)以及Smad7的表達，可通過影響NF-κB和Smad 7信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進宿主保護性免疫反應(yīng)[41]。J.Kovacs-Nolan等研究發(fā)現(xiàn)，β-1，4-甘露二糖（MNB）可以通過TLR2/4信號通路激活巨噬細胞，誘導(dǎo)小鼠回腸Th1和Th2型細胞因子的表達，提高糞IgA和脾臟NK細胞活性。LPS刺激后，MNB降低了TNF-α、IL-6、iNOS和IL-10的含量，增加NK細胞活性，提示MNB可以調(diào)控腸道和系統(tǒng)免疫反應(yīng)，防止LPS誘導(dǎo)的免疫抑制[42]。R.Badia等研究發(fā)現(xiàn)，從Ya?con根中分離的果寡糖可提高腸道先天性免疫功能，增加sIgA的分泌，提高IL-6、巨噬細胞炎癥蛋白MIP1a以及TLR4受體的表達[43]。L.Che等研究發(fā)現(xiàn)，飼喂甜豆纖維影響了腸道屏障、免疫以及代謝相關(guān)的蛋白和基因表達，顯著改善了仔豬大腸的免疫功能[44]。給仔豬飼喂4%可發(fā)酵的糊精纖維可激活Th2相關(guān)的免疫通路，選擇性下調(diào)促炎因子，減輕三硝基苯磺酸（TNBS）誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥狀[45]。

3.3 DF的直接調(diào)節(jié)作用

最近有研究表明，腸道上皮細胞可以產(chǎn)生直接的、非益生的作用，但到目前為止僅有少量研究關(guān)注到這個問題[46-49]。目前已有若干實驗室利用人源多個不同腸道上皮細胞系證實了DF可直接調(diào)控腸道免疫反應(yīng)。M.Ortega-Gonzalez等的研究結(jié)果證實，菊粉以及果寡糖、低聚半乳糖、羊奶寡糖可作為TLR4的配體直接作用于腸上皮細胞，誘導(dǎo)大鼠IEC18腸上皮細胞系的生長相關(guān)癌基因（GROα）、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）以及MIP2的表達，其誘導(dǎo)效率可達LPS的50%～80%。這些DF的免疫調(diào)控作用依賴于IκB-α磷酸化，Myd88或TLR基因敲除顯著地降低反應(yīng)[50]。M.Zenhom等用寡糖、α3-唾液乳糖、果聚糖直接處理Caco-2細胞時，激活了肽聚糖識別蛋白3（PGlyRP3）以及PPARγ信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，下調(diào)IL-12的分泌、TNF-α、IL-8的基因表達，NF-κB核轉(zhuǎn)位減少[51]。以Caco-2細胞為模型，Bermudez-Brito等發(fā)現(xiàn)，菊粉、果膠、果寡糖、阿拉伯木聚糖直接激活樹突狀細胞的能力并不強，上皮細胞在介導(dǎo)DF的免疫調(diào)節(jié)有著十分重要的作用[47]。Caco-2上皮細胞培養(yǎng)液可以直接刺激樹突狀細胞生產(chǎn) IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α、MCP-1和MIP-1α，DF可以通過TLR-Myd88信號通路引起Th1細胞因子的變化，從而顯著抑制了上皮細胞的免疫刺激作用。DF可以直接作用于腸道，并不依賴于共生菌的增殖。這類碳水化合物能夠與致病菌結(jié)合，阻止其與黏蛋白糖鏈的黏附；還可以直接上調(diào)IL-10和INF-γ細胞因子，影響回腸和盲腸的IgA反應(yīng)[43]。

本課題組利用豬空腸上皮細胞IPEC-J2細胞系作為試驗對象，對DF對腸道上皮細胞的直接免疫作用進行了相關(guān)研究。采用Multiplex Map Kit與Lu?minex液相懸浮芯片測定IPEC-J2細胞上清液中13種細胞因子的含量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)菊粉較對照組在24 h時同時顯著增加了IPEC-J2中促炎因子（IL18、IL6、IL2、GM-CSF）的分泌以及抗炎因子IL10的分泌，而果膠顯著增加了IL18、IL8的分泌，其中菊粉孵育24 h可顯著上調(diào)TLR4的表達量，暗示菊粉可能通過激活TLR4模式識別受體調(diào)節(jié)腸道免疫因子的分泌。菊粉和果膠對腸道上皮細胞的免疫調(diào)節(jié)模式不同。而菊粉和果膠在體外實驗和動物試驗對腸道免疫因子的影響并不一致。菊粉對同時大幅提高IPEC-J2促炎以及抗炎因子的分泌但并未引起動物腸道炎癥的過度炎癥，暗示DF對腸道上皮細胞的影響時需要充分考慮黏液層、腸道上皮細胞、樹突細胞以及T細胞等之間的互作（張莉，未發(fā)表數(shù)據(jù)）。

4 “DF-腸道菌群-黏膜屏障”生理軸

圖2 腸道菌群及其代謝產(chǎn)物影響宿主免疫的主要途徑[52]

黏膜層作為分割腸淋巴層與腸道菌群的動態(tài)屏障，通過黏液層、上皮細胞與緊密連接蛋白的協(xié)同合作，共同抵御腸道有害菌對腸道的侵蝕[53]。而黏膜免疫主要包括先天性免疫和獲得性免疫兩部分，其中先天性免疫由物理屏障、先天免疫細胞與分子構(gòu)成，在腸內(nèi)，這些細菌通過模式識別受體（Pattern Recogni?tion Receptor,PRR）受嗜中性粒細胞和巨噬細胞的活性控制，以識別和響應(yīng)微生物的異常變化[7]。PRR識別微生物相關(guān)分子模式（MAMP），主要包括肽聚糖、鞭毛蛋白、脂多糖（LPS）和微生物的核酸結(jié)構(gòu)。PRRs由Toll樣受體（Toll-Like receptors，TLRs），核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域（Nucleotide binding Oligomerization Domain，NOD）樣受體（NLRs），視黃酸可誘導(dǎo)基因1（Retinoic Acidinducible Gene，RIG-1）樣受體（RLRs），C型凝集素受體（C-type Lectins Receptor，CLR）等。而獲得性免疫主要是由T細胞和B細胞構(gòu)成，病源微生物侵入后一段時間，T細胞和B細胞或者其他免疫細胞會分泌細胞因子、抗菌肽、sIgA等物質(zhì)與先天性免疫系統(tǒng)協(xié)同應(yīng)對[7，54]。

先天性免疫是由微生物與不同模式識別受體結(jié)合，激活下游免疫反應(yīng)實現(xiàn)的。Toll樣受體（TL2、TL4、TL5）與 NOD 受體（NOD1、NOD2、NLRC4、NL?PR3）為微生物與黏膜屏障結(jié)合的主要受體[55]。而Th1、Th2、Th17，Treg和細胞毒性淋巴細胞是獲得性免疫中主要的效應(yīng)T細胞，Th17細胞產(chǎn)生促炎細胞因子，如IL-17、IL-21，以增強炎癥。Treg細胞分泌抗炎細胞因子IL-10以減輕炎癥。Th17和Treg細胞分化之間的動態(tài)平衡由細胞因子如IL-6、IL-21和IL-2所調(diào)節(jié)[55]。巨噬細胞、樹突狀細胞（DC）和先天淋巴細胞（ILC）可以感受抗原，然后分泌細胞因子或趨化因子來調(diào)節(jié)炎癥響應(yīng)。ILC3充當抗原呈遞細胞（APC）能夠以主要組織相容性復(fù)合體（MHC）II依賴性方式獨特地抑制CD4+T細胞應(yīng)答，并能夠分泌IL-22參與修復(fù)受損的上皮細胞。ILC2可以產(chǎn)生IL-5和IL-13以發(fā)揮上皮衍生的IL-25和IL-33的作用抗蠕蟲。T輔助3型（Th3）細胞、調(diào)節(jié)性B細胞（Breg）和上皮內(nèi)淋巴細胞（IEL）具有通過IL-10抑制過量的Th1和Th17應(yīng)答的能力和TGF-β產(chǎn)生。這些免疫調(diào)節(jié)細胞通過相互作用共同維持腸內(nèi)黏膜穩(wěn)態(tài)[56]。

微生物影響?zhàn)つて琳系淖饔脵C制主要由以下幾條：①直接接觸（direct physical contact）；②產(chǎn)生的代謝物（短鏈脂肪酸、膽汁酸、TMA、吲哚類物質(zhì)）（pro?duction of metabolites）；③自身脫落的結(jié)構(gòu)類物質(zhì)，如鞭毛（shedding of structural components）[57]。而營養(yǎng)物質(zhì)通過腸道微生物生成代謝產(chǎn)物，進而調(diào)節(jié)黏膜屏障上免疫信號。代謝產(chǎn)物的作用既可以直接作用于免疫細胞，也可以作用于腸上皮細胞，進而影響下游相關(guān)信號通路[52]。而DF不僅能調(diào)節(jié)腸道菌群組成和功能，還能調(diào)節(jié)微生物代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸（SCFAs）或者轉(zhuǎn)化某些宿主代謝物質(zhì)例如膽汁酸組成等[58]，不僅改善腸道健康，還能影響機體代謝、動物行為[59]。

DF發(fā)酵的主要產(chǎn)物是短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFAs），包括乙酸、丙酸、丁酸以及琥珀酸鹽等。SCFAs的生成會導(dǎo)致腸腔中pH值的降低，既可以抑制病原微生物的生長也可以促進一些營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。乙酸還在雙歧桿菌抑制病原菌過程中發(fā)揮重要作用[60]。丁酸可為腸道上皮細胞供能；增加腸道中黏蛋白的生成繼而改變黏液層中黏附的微生物[61]；還可改善緊密連接的完整[62]。因而，SCFAs的生成在維持腸道屏障功能方面發(fā)揮著重要作用。95%～99%的SCFAs可被機體迅速吸收并通過不同的生物合成途徑被宿主利用[63]。通常，乙酸會轉(zhuǎn)運至肝臟并作為肌肉組織的能量底物；丙酸則在肝臟轉(zhuǎn)化為葡萄糖；丁酸則主要被結(jié)腸上皮細胞利用作為其代謝活動的重要來源[64]。Chen等發(fā)現(xiàn)在Caco-2細胞培養(yǎng)體系中添加SCFAs可有效的促進上皮細胞的保護與修復(fù)功能[65]。SCFAs在大腸還可以刺激水和鈉離子的重吸收從而限制腹瀉的產(chǎn)生。SCFAs主要通過以下途徑參與腸道免疫調(diào)節(jié)：①可抑制組蛋白去乙?；福℉DAC）的活性，抑制核轉(zhuǎn)錄因子NF-kB的基因表達，下調(diào)促炎因子的產(chǎn)生從而抑制腸道炎癥。②通過短鏈脂肪酸受體-G蛋白耦聯(lián)受體GPR41、GPR43以及GPR109A等發(fā)揮作用，刺激細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，上調(diào)Toll樣受體的表達[66]。SCFAs與其受體GPR和HDAC相結(jié)合，并引起調(diào)節(jié)性T細胞與樹突細胞增殖，或分泌IL-18增強黏膜屏障對有害微生物的抵御性。宿主免疫系統(tǒng)識別并消除病原微生物通過激活效應(yīng)T細胞功能，這一過程也受SCFA介導(dǎo)的HDAC抑制和mTORC1活化調(diào)節(jié)。例如，丁酸和丙酸可以誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細胞（Treg）的分化，幫助控制腸道炎癥，這些作用是通過抑制組蛋白的去乙酰化完成[66-67]。腸道炎癥的控制可以幫助維持腸道屏障，從而降低炎癥性腸?。↖BD）或者結(jié)直腸癌（CRC）發(fā)生的可能性。除了腸道中主要SCFAs的乙酸、丙酸以及丁酸以外，我們對其他的SCFAs的潛在益處尚不清楚。近來的研究表明，高纖維日糧可以增加SCFAs誘導(dǎo)激活GPR43以及GPR109A，從而激活對于腸道穩(wěn)態(tài)很關(guān)鍵的NL?RP3炎癥體。

腸道微生物不僅可以代謝日糧成分（DF），而且能夠轉(zhuǎn)化宿主分泌代謝的膽汁酸調(diào)控腸道健康。膽汁酸一直被認為對細胞的先天性免疫可發(fā)揮直接的調(diào)控作用。膽汁酸可降低單核細胞、巨噬細胞、樹突細胞以及肝臟巨噬細胞的促炎性因子[68-69]。這一作用主要是由兩種不同的宿主受體介導(dǎo)的：膽汁酸受體（Farnesoid X Receptors FXR）和G蛋白耦聯(lián)膽汁酸受體1（TGR5，膽汁酸的膜型受體）。兩種受體都可以類似的方式被初級膽汁酸和次級膽汁酸激活。FXR，是一種核配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，可與視黃酸受體RXR形成異二聚體。合成的FXR激動劑對于小鼠模型的結(jié)腸炎具有保護作用，然而對FXR基因缺乏（FXR-/-）的小鼠則呈現(xiàn)出更嚴重的病理。FXR-/-的小鼠也表現(xiàn)出持續(xù)性的肝炎以及肝臟腫瘤[70-71]。TGR5（G蛋白耦聯(lián)的受體），與膽汁酸結(jié)合會引發(fā)細胞內(nèi)cAMP水平的提高以及ERK的激活[72]。與FXR類似，采用合成的激動劑激活巨噬細胞以及Kupffer細胞的TGR5受體，可以通過干擾依賴NF-kβ的轉(zhuǎn)錄來抑制LPS誘導(dǎo)的促炎性細胞因子的表達。這與直接抑制NF-kB的激活相關(guān)[73-75]。初級膽汁酸和次級膽汁酸都能夠激活FXR以及TGR，目前尚且不清數(shù)初級膽汁酸和次級膽汁酸之間平衡的偏移會有什么功能性的改變。初級膽汁酸CDCA是法尼基衍生物X受體FXR的配體可抑制LPS誘導(dǎo)的巨噬細胞的IL-1β、IL-6以及TNF-α的釋放。膽汁酸的腸肝循環(huán)這一生理過程受到肝臟中復(fù)雜的膜轉(zhuǎn)運系統(tǒng)以及腸道中核受體的調(diào)節(jié)，一方面有毒的膽汁酸會導(dǎo)致炎癥、凋亡以及細胞死亡。另一方面，膽汁酸激活的核受體以及GPCR信號會保護肝臟、腸道以及巨噬細胞免受炎癥。已有研究表明DF可以影響膽汁酸池的組成，一方面膽汁酸可以通過腸道受體直接調(diào)控腸道先天性免疫，另一方面膽汁酸組成的改變也會對腸道微生物組成產(chǎn)生影響從而對腸道免疫起到調(diào)節(jié)作用。

5 小結(jié)及展望

DF對黏膜免疫的直接影響時需要充分考慮黏液層、腸道上皮細胞與其它免疫細胞（例如樹突細胞）之間的互作，以后的試驗中可建立腸道上皮細胞與免疫相關(guān)細胞的共培養(yǎng)模型來探究DF的直接免疫作用會有更深入直觀的理解。

腸道菌群的動態(tài)變化符合“安娜·卡列尼娜原則”，健康/平衡狀態(tài)都很相似，而疾病/失衡各有各的不同[76]。如何通過特定微生物或代謝產(chǎn)物判斷豬腸道微生物群落的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并利用特定DF實現(xiàn)靶向性調(diào)控，需要前期大量的試驗積累工作建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫，才能將其更好的應(yīng)用于實際生產(chǎn)。并且DF對豬腸道微生物的影響還主要集中在特定菌群豐度的改變，其與黏膜屏障功能變化之間的關(guān)系仍只停留在相關(guān)性的研究水平，缺乏具體機理與相關(guān)分子機制的研究。如何通過定向微生物培養(yǎng)技術(shù)、無菌動物等方法手段，實現(xiàn)從一個C（Correlation）到另一個C（Cau?sality）的跨越，可能是下一步工作的重點。

圖3 日糧纖維通過SCFA影響宿主免疫反應(yīng)[7]