菊粉对单胃动物肠道免疫功能的调节及应用研究进展

黄超勇，罗子林，黎力之，廖晓鹏，张海波，关玮琨*，郭冬生*，陈志斌

（1.宜春学院生命科学与资源环境学院，江西省高等学校硒农业工程技术研究中心，宜春市功能农业与生态环境重点实验室，宜春学院继续教育学院，江西宜春 336000；2.江西东旺动物微生物有限公司，江西宜春 336000）

菊粉是混合天然益生元，存在于菊苣、菊芋、蒲公英和土木香等植物块茎及块根中，主要由（1-2）糖苷键连接果糖单体形成低聚果糖，聚合度（DP）在2～60。DP 小于或等于10 的菊粉称为果寡糖，又名短链菊粉，DP 大于10 则称为长链菊粉。菊粉具有改善肠道健康、提高畜禽免疫力和降低饲料消耗比等多重功效，是一种天然饲料添加剂。研发高效、安全的植源性抗生素替代物，是现今动物营养研究的热门方向。菊粉作为抗生素替代物，其以绿色、安全、无毒害等优势，在畜禽生产中逐渐受到重视。菊粉经单胃动物结肠及其附近肠段吸收后，可增强机体免疫功能，改善动物肠道健康。菊粉对动物免疫调节主要体现：一是菊粉有良好的益生效果，可优化肠道菌群结构，实现对机体肠道系统免疫功能的促进；二是菊粉可提高动物体内抗氧化酶含量及活性，增强肠道免疫防御功能，缓解机体氧化应激损伤；三是菊粉经肠道菌群代谢产生短链脂肪酸（SCFAs），调节动物体胆汁酸（BA）代谢，介导G 蛋白偶联胆汁酸受体5（TGR5）和法尼醇Χ 受体（FΧR）等通路，增强动物免疫机能。目前，菊粉介导肠道菌群及其代谢产物影响动物肠道免疫功能方面的系统综述较少。因此，本文就菊粉对动物肠道免疫功能调节机制及其在畜牧生产中的应用现状进行阐述，以期为菊粉在畜牧生产中的应用提供理论依据。

1 菊粉生理功能

1.1 抗氧化功能 菊粉通过上调机体核因子E2 相关因子2（）、Kelch 样环氧氯丙烷相关蛋白1（）表达，激活Nrf2/Keap1 抗氧化信号通路调节机体抗氧化酶活性，加速清除过量自由基，减缓动物氧化应激。研究发现，饲粮中添加10.0 g/kg 菊粉饲喂杜×长×大断奶仔猪21 d后，肝脏中和的mRNA 相对表达量分别提高93%、9%，过氧化氢酶（CAT）、总超氧化物歧化酶（T-SOD）活性分别提高15.79、0.19 U/mg prot，显著降低了细胞膜质过氧化产物丙二醛含量，提高机体抗氧化功能。利用15 g/kg 菊粉饲喂蛋鸡56 d 后，1,1-二苯基-2-三硝基苯肼清除率提高21%，2,2-联氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二铵盐自由基活性减弱7.8%，肝脏SOD、CAT 和谷胱甘肽过氧化氢酶（GSHPx）等抗氧化酶含量及活性均显著提高，增强机体总抗氧化力。菊粉五聚糖还可通过促进蛋白激酶B（Akt）磷酸化，激活磷脂酰肌醇3 激酶（PI3K）/AKT 通路，上调内皮型一氧化氮合酶和B 细胞淋巴瘤因子2 表达，抑制内质网中Ca释放，缓解氧自由基损伤。

1.2 维持肠道黏膜屏障完整 菊粉通常由-（2-1）糖苷键连接而成，可被乳酸杆菌、双歧杆菌等肠道益生菌发酵利用，提高益生菌数量，改善肠道微生态。利用菊粉饲喂小鼠42 d 后，肠道双歧杆菌科和乳酸杆菌科相对丰度显著提高，肠道免疫应答增强；菊粉还增加瘤胃菌科及拟杆菌目S24-7 群丰度，提高肠道丁酸盐含量，促进宿主免疫系统发育。菊粉在调节肠道菌群结构的基础上，促进抗炎因子产生，增强肠黏膜屏障防御功能。研究发现，饲粮中添加2%菊粉饲喂小鼠21 d 后，粪便中双歧杆菌和乳酸杆菌丰度显著增加，肠上皮黏蛋白2（MUC2）和ZO-1 表达量分别提高55.6%和35.0%，白细胞介素（IL）-10 含量增加41%，可改善肠黏膜屏障完整性，维持机体肠道微生态稳定。补充0.4 g/（kg·d）菊粉也可改善雌性小鼠免疫器官（胸腺和脾脏）分泌抗炎因子能力，促进干扰素-（IFN-）、IL-10 和IL-12等抗炎因子产生，增强肠道黏膜屏障功能。

1.3 免疫调节功能 菊粉通过调节Toll 样受体（TLR）2 和TLR4 活性，可激活免疫细胞发挥效用，实现机体免疫调节。Leonie 等发现，摄入100 mg/mL 菊粉可激活TLR2 调节外周血单核细胞活性，促进抗炎因子IL-10 与IL-12 分泌，增强机体免疫力。研究表明，补充适量菊粉后，可抑制TLR4 与下游成员髓样分化因子88（MyD88）结合，降低核因子B（NF-B）活性，刺激巨噬细胞和单核细胞，下调和肿瘤坏死因子-（）等炎性基因表达，促进IL-10 生成。同时，菊粉被单胃动物摄入后，经肠道菌群分解产生活性代谢物参与调控机体免疫。Monica 等以0.14 g/（kg·d）菊粉饲喂大鼠28 d 后，其盲肠和粪便中乳酸杆菌和双歧杆菌相对丰度显著增加，SCFAs 水平显著提高，肠道pH 降低，抑制嗜胆菌属和链球菌属等多种病原菌定植，增强机体抵抗炎症的功能。菊粉促进动物肝脏BA 分泌，并经肠道菌群代谢后生成次级BA，而次级BA 可诱导TGR5 调节NF-B 通路活性，平衡动物体内促炎因子和免疫因子含量，调控机体炎症发展方向。菊粉可显著增加肠道益生菌相对丰度，抑制革兰氏阴性菌增殖，减少脂多糖产生，降低NF-B 通路活性，下调促炎因子表达，提高肠道免疫机能。

2 菊粉代谢物对动物肠道免疫的调控机制

2.1 菊粉介导SCFAs 途径调控动物肠道免疫 研究发现，肥胖小鼠日摄食3.01 g 菊粉70 d 后，双歧杆菌和乳酸杆菌丰度显著增加，乙酸、丙酸和丁酸含量分别提高23%、61%、45%。提高SCFAs 水平可激活G蛋白偶联受体（GPCRs），并抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性，减少促炎因子生成，调控肠道免疫反应。SCFAs 与GPR41 结合后，可抑制促炎因子IL-2 和IL-6 分泌，缓解肠道有害物质与致病菌侵入血液循环引发炎症反应；SCFAs 与GPR43 结合后，可通过叉头样转录因子3（FOΧP3）提高调节性T 细胞数量和活性，抑制肠上皮过度炎症反应，增强肠道免疫功能；SCFAs 可激活GPR109A 抑制NF-B 通路，下调炎症因子和表达，并活化调节性T 细胞（Treg），促进抗炎因子IL-18 分泌。研究发现，在生长猪饲料中添加0.5%菊粉饲喂21 d 后，其肠道内乙酸、丙酸和丁酸水平分别提高46%、7%和52%，回肠和盲肠黏膜和的表达显著增加，下调-和表达。上述研究表明，菊粉可促进SCFAs 产生，介导GPCRs 激活，抑制炎性细胞因子分泌，调节肠道黏膜免疫反应。菊粉促进肠道微生物产生SCFAs 后，还可抑制HDAC 活性，上调雷帕霉素靶蛋白（mTOR）表达，减少促炎因子产生。研究发现，妊娠母猪饲粮中添加1.5%菊粉饲喂21 d 后，断奶仔猪血液总SCFAs 含量显著提高，机体内HDACs 活性降低21%。利用0.5%菊粉饲喂生长肥育猪95 d 后，盲肠乳酸杆菌相对丰度增加，降低大肠杆菌含量，显著增加乙酸和丁酸含量，上调mTOR 表达。而菊粉在单胃动物体内代谢产生的SCFAs 通过抑制HDAC，介导mTOR 通路（单胃动物调节T 细胞分化的关键通路）的激活，可促进T 细胞分泌IL-10，并诱导辅助性T 细胞（Th）1、17 的生成。此外，SCFAs 还可促进T 细胞分化为效应T 细胞和Treg，减弱动物炎症反应。综上，菊粉经肠道菌群代谢产生SCFAs，活化GPCRs及抑制HDAC 表达，激活mTOR 通路，促进T 细胞分化及IL-10 等抗炎因子生成，降低TNF-、IL-2 和IL-6等炎性因子水平，增强肠道免疫机能。

2.2 菊粉介导BA 代谢途径调控动物肠道免疫 研究显示，补充菊粉可增加动物肝脏BA 合成，提高血液BA含量及肠道菌群相对丰度，促进BA 早期解离及次级BA 合成。次级BA 是FΧR 的关键信号分子之一，基因敲除的小鼠比野生型小鼠更易出现免疫系统障碍，TNF-和IL-6 等肠黏膜炎症因子表达水平显著上升，表明FΧR 对免疫调节功能有促进作用。与正常小鼠相比，炎性小鼠体内-鼠胆酸、脱氧胆酸和石胆酸等含量均显著降低，肠道表达下调，ZO-1 含量显著降低，肠道炎症细胞因子IL-1、IL-6 及TNF-水平升高。研究发现，饲粮添加5%菊粉饲喂仔猪72 d 后，盲肠初级BA 和次级BA 分别提高19.83%、16.12%，回肠、盲肠和结肠表达量分别增加11%、200%和45%，结肠表达提高63%，肠道免疫得到增强。Jena 等发现，饲粮添加6%菊粉饲喂小鼠150 d 后，螺杆菌和相对丰度显著降低，BA 合成限速酶胆固醇7-羟化酶活性减弱，及其靶基因小异二聚体伴侣表达上调，等炎性基因表达下调，缓解了肠道炎症损伤。此外，TGR5 是次级BA 的主要受体之一。研究发现，菊粉促进肠道微生物产生BA 后，免疫细胞和肠道组织中表达上调，胞内信使环磷酸腺苷含量增加，可抑制LPS 诱导巨噬细胞分泌促炎因子，降低IB激酶磷酸化，下调表达，减弱NF-B 活性，减少促炎因子IL-1、IL-6、TNF-、IL-1分泌，提高机体抗病力。综上所述，菊粉可促进单胃动物体内BA 的产生，不仅可增强TGR5 和FΧR 通路表达，还可促进ZO-1 合成释放，下调和-等促炎细胞因子表达，增强动物肠道免疫功能。

3 菊粉在动物生产中的应用

菊粉经肠道菌群分解吸收后，可增强机体抗氧化能力，促进肠道发育，增加营养物质吸收效率，改善动物生产、繁殖性能。在家畜生产中，妊娠母猪饲粮添加1.5%菊粉饲喂42 d 后，其产仔时间平均缩短29 min，窝总产仔数增加0.33，死胎率降低1.5%，仔猪窝内体重变异系数降低2.21%，表明菊粉具有改善妊娠母猪产仔性能方面的作用。此外，菊粉对肠道形态、杯状细胞数量和黏膜二糖酶酶活性均有促进作用。研究发现，补充菊粉后架子猪回肠绒毛高度增长10%，隐窝深度降低15%，结肠隐窝杯状细胞数增加1 倍，回肠麦芽糖酶酶活性上升42%，空肠麦芽糖酶酶活性上升34%，提高了日增重及饲料转化率。在家禽方面，饲用菊粉后，家禽体内抗氧化酶在禽蛋中沉积，抗氧化能力提高，保鲜期延长。研究发现，蛋鸡饲粮分别添加0、5、10、15、20 g/（kg·d）菊 粉，DPPH 和ABTS 自 由基清除能力增加，血清总抗氧化能力分别提高29% 和20%，且随菊粉添加量增加，生产鸡蛋鲜度显著提高，当菊粉浓度达20 g/（kg·d）时达到峰值，产蛋量增加0.06%。另外，肉仔鸡饲料中菊粉添加水平与直肠粪臭素浓度呈显著负相关，说明菊粉对肉鸡养殖过程中有害气体产生具有抑制作用。在水产方面，菊粉可增加肠道相关指数（如菌的丰度），改善肠道形态，促进营养物质吸收，提高饲料消化率，改善生产性能。在尼罗非鱼鱼苗饲料中添加5 g/kg 菊粉84 d 后，肠道总菌群数量、乳酸杆菌数和双歧杆菌数显著增加，肠绒毛高度和杯状细胞个数分别提高17%、27%，饲料转化率上升10%，日增重增加4 g/d。饲粮中添加0.4% 菊粉饲喂凡纳滨对虾40 d 后，饵料系数降低0.14，增重率增加46%，肠壁肌肉厚度和肠绒毛密度显著提高，肠道淀粉酶、CAT、SOD 及酚氧化酶活性分别增强37%、218%、21% 和62%。目前，菊粉在畜牧生产中的应用多集中于单胃动物及水产方面，但菊粉能否提高反刍动物肉、乳品质还有待深入探究。

4 总结与展望

在调节肠道菌群结构方面，菊粉通过提高益生菌丰度，降低有害菌对肠道屏障损伤，改善肠道健康，增强机体免疫调节能力。在肠道菌群代谢物方面，菊粉通过调节代谢物含量参与机体免疫相关途径：①提高SCFAs水平，通过调控GPCRs 途径和HDAC 通路，调节T 细胞分化情况，控制促炎细胞因子IL-2、IL-6、TNF-、IL-18 分泌；②提高BA 含量，介导FΧR 通路和TGR5通路，抑制炎症机体内NF-B 活性及增强非炎症机体内免疫因子表达。目前的研究表明，菊粉在维护肠道健康、调节动物免疫机能、改善畜禽生产和繁殖性能方面有重要作用。但关于菊粉对单胃动物肠道免疫调控的机理研究仍处于初级阶段，其是否参与介导除乳酸杆菌和双歧杆菌以外的更多菌属及其代谢产物调控肠道免疫，以及菊粉是否参与更多细胞因子调控肠道炎症反应等问题尚未明确，并且菊粉在畜牧生产中对改善反刍动物肉、乳品质的研究和应用较少，还需进一步探究。