滥用抗生素引起动物肠道菌群失调，影响动物免疫
发布: 2011-09-15 | 作者: | 来源:
1 肠道菌群及其分布
1.1 肠道正常菌群的概念
在动物体内环境中通常有一层微生物或微生物层，在正常情况下即动物处于健康状态时，并未表现异常或致病现象，称这一层微生物为正常菌群或固有菌群和原籍菌群。这些菌群是动物机体内环境中不可缺少的组成部分，对动物宿主是有益无害的。
1.2 肠道菌群的分布
人和动物的胃肠道栖息着大约30属500多种细菌，主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上，而仅类杆菌及双歧杆菌就占细菌总数90%以上。
肠道个体菌群分为3个部分：⑴ 生理性细菌与宿主共生关系，为专性厌氧菌，是肠道的优势菌群，如双歧杆菌、类杆菌、优杆菌和消化球菌等是膜菌群的主要构成者，具有营养及免疫调节作用。⑵ 条件致病菌与宿主共栖，以兼性需氧菌为主，为肠道非优势菌群，如肠球菌、肠杆菌，在肠道微生态平衡时是无害的，在特定的条件下具有侵袭性，对人体有害。⑶ 病原菌多为过路菌，长期定植的机会少，生态平衡时，这些菌数量少，不会致病，如果数量超出正常水平，则可引起人体发病，如变形杆菌、假单胞菌和常为韦氏梭菌等。口腔内的菌群高度复杂，但经过胃被胃酸破坏，对胃肠道影响很小。??
胃的酸性环境极大地抑制了微生物的繁殖，减少了进入小肠的微生物数目。在无酸的胃中细菌数会明显增多。胃内除了幽门螺杆菌或相关的菌种外，大多数是革兰氏阳性的需氧菌，如链球菌、葡萄球菌、奈瑟菌、乳酸杆菌和念珠菌，细菌浓度通常小于103/ml。幽门螺杆菌是真正的胃内细菌，它是引起胃炎的主要致病因子，是溃疡病的重要致病因子。
小肠是个过渡区，肠液流量大，足以将细菌在繁殖前冲洗到远端回肠和结肠，十二指肠和空肠相对无菌，含菌浓度为0～105/ml，主要菌种是革兰氏阳性的需氧菌，包括链球菌、葡萄球菌和乳酸杆菌。在远端回肠中，革兰氏阴性菌开始超过革兰氏阳性菌，经常存在大肠菌类和厌氧菌，含菌浓度为103～107/ml。
通过回盲瓣，细菌浓度急剧增加100倍以上，达1010～1012/ml，厌氧菌超过需氧菌102～104倍，主要的菌种是拟杆菌、真杆菌和双歧杆菌以及厌氧的革兰氏阳性球菌，正常人结肠中主要菌群是相同的，并且在一段时间内保持稳定状态。这些肠道固有细菌在维持肠道功能健康方面具有举足轻重的作用。
2 肠道菌群对动物免疫的影响及机理
肠道菌群形成一个庞大而复杂的微生态系统，有重要的生理意义。包括抵御病原体侵袭、刺激机体免疫器官的成熟、激活免疫系统及参与合成多种维生素、调节物质代谢等作用。
2.1 菌群屏障作用
动物的先天性或非特异性免疫应答，亦即机体免疫系统识别和排除各种异物，主要依靠机体的屏障作用，包括正常菌群、机体的皮肤黏膜、补体等体液因子抑菌、杀菌、溶菌等作用、吞噬细胞的吞噬作用等。从现代的研究不难看出，正常菌群在机体的屏障作用中是极为重要的一个方面。??
肠道微生物定植抗力（colonization resistance.CR）于1971年由荷兰微生物学家Van der waaij教授提出，肠道内源性专性厌氧菌抑制消化道中主要属需氧菌的潜在致病菌群数量的能力。Vollaard认为粪便中需氧革兰氏阴性杆菌、肠球菌、酵母菌的数量可作为肠道微生物定植抗力的指标。双歧杆菌与肠杆菌的数量比值（B/E值）作为肠道微生物定植抗力指标。
2.2 影响黏膜免疫
分泌型球蛋白（SIgA）是黏膜免疫的主要效应因子，可有效中和黏膜上皮内的病原体，捕捉黏膜内层病原体，形成免疫复合物排除体外，在局部的抗感染过程中起着关键的作用。研究发现双歧杆菌抑制其他肠道菌的效果与诱生一种抗菌物质——分泌型球蛋白（SIgA）有关。有人研究证明乳酸杆菌粘附形成的空间占位，是防止其他菌对阴道组织附着的一个重要的保护性机制。嗜酸性乳杆菌可以在肠黏膜免疫中发挥重要的免疫监视功能。口服干酪乳杆菌能增强宿主的黏膜的免疫反应，促进肠道分泌免疫球蛋白SIgA)，即使饲喂低剂量的干酪乳杆菌也能引起SIgA的分泌。又有报道短双歧杆菌能促进小肠淋巴组织集合B细胞增生，诱导淋巴组织集合的浆细胞产生大量的分泌型免疫球蛋白（SIgA），进而增强机体的免疫功能。??
2.3 促进免疫器官的生长发育
益生菌能促进机体的免疫器官的生长发育、成熟，增加T、B淋巴细胞的数量，胸腺淋巴细胞免疫球蛋白含量增多，启动免疫应答。有关研究表明，实验组免疫器官内的淋巴密度密集，数量增多以及浆细胞的数量增多，中枢免疫器官的淋巴细胞和上皮网状细胞数量增多，这标志免疫器官内部淋巴细胞的发育情况和免疫功能的成熟程度，从而向外周免疫器官脾脏、盲肠扁桃体以及全身各处免疫组织源源不断的输送T、B淋巴细胞。成熟的T淋巴细胞接受抗原刺激后，激活、增殖和分化为T淋巴细胞，执行细胞免疫功能。B淋巴细胞接受抗原刺激后，激活，增殖和分化为浆细胞，由浆细胞产生特异抗体，发挥体液免疫功能，从而健全全身免疫系统，提高免疫功能。??
2.4 激活免疫因子
有研究报道，益生菌能明显的激活巨噬细胞活性及细胞因子介导素的分泌，增强免疫功能，提高宿主的抗病能力。这些因子在某些情况下，可以代替免疫调节剂，因为它们不仅能刺激造血活性，而且也能增强成熟细胞的功能。例如IL-1，人类颗细胞集落刺激因子及少量的肿瘤坏死因子（TNF）能增强对感染的抵抗力。胃肠道中的正常菌群，生理作用十分明显，没有致病性，对宿主有免疫原性，抗肿瘤作用明显。细菌细胞表面结合的细胞因子对细菌调节机体一系列免疫反应是非常重要的。研究发现双歧杆菌能刺激免疫细胞分泌IL-1，IL-6的量增加，而IL-1可促进T辅助细胞分泌IL-2和B淋巴细胞分泌抗体，也能增强NK细胞的杀伤功能，对人类的多种肿瘤细胞具有直接的杀伤作用；同时，IL-6则可促进B淋巴细胞的分化成熟，使之分泌抗体，又可直接诱导T淋巴细胞的增殖并参与了T淋巴细胞、CTL、NK细胞及LAK的细胞分化。口服丽珠肠乐后，T淋巴细胞亚群约有不同程度回升，尤以CD3，CD4及CD4/CD8比值显著。嗜酸性乳酸杆菌的细胞壁成分提取物能增加上皮内淋巴细胞的自然杀伤活性，并能促进其产生IL2。研究短小双歧杆菌作用时发现，靶细胞是巨噬细胞样的细胞，该细胞释放的活性因子直接对B细胞的分裂发挥效应。双歧杆菌WPG对T细胞的增殖和IL-2产生没有直接作用，但能诱导TNF-α，IL-β，IL-6，IL-10和IFN-α的mRNA表达。
2.5 干预细胞免疫
干酪乳杆菌和保加利亚乳杆菌可激活巨噬细胞功能，刺激人体产生免疫应答。还通过巨噬细胞和T细胞、NK细胞活性的增强来增强人体的免疫；巨噬细胞、NK细胞、T细胞的活化，有益于增强周围血管和局部淋巴结中淋巴细胞的免疫，T辅助细胞、NK细胞的增加，可使抑制性T细胞减少。吸附于人体的嗜酸乳杆菌具有抗菌活性，该菌株能吸附于分化的肠道细胞上，还可在体外抵抗幽门螺杆菌，杀灭入侵菌。
许多研究结果显示，乳酸菌能干预细胞免疫。乳酸菌、双歧杆菌能阻断许多微生物的入侵和粘附（位组抑制）。口服乳酸菌或双歧杆菌能刺激人体产生非特异性免疫。乳酸菌的某些菌株：鼠李糖乳杆菌（ATCC??53103），植物乳杆菌（VTT），乳酸球菌（ARH74），双歧杆菌动物亚种是肿瘤坏死因子TNF-α和IL-6的强有力的诱导剂。有些能刺激IL-10的产生，以增强免疫。??
2.6 和疫苗混合使用提高抗体水平
林志新等（1991）报道，光合细菌与传染性支气管炎疫苗（H-52）混合使用，具有提高实验组鸡的γ-球蛋白和对禽传染性支气管炎病毒（IBV）的特异性抗体水平。也有研究表明，在ND疫苗接种前后饲用益生素，可提高鸡血清中抗NDV血凝抑制抗菌体，延长抗体的高峰期。
2.7 具有免疫佐剂活性
Himanen等（1993）研究枯草芽孢杆菌的脂磷壁酸（LTA）和肽聚糖?擦妆谒岣春衔锏纳?物活性时，发现两者均具有很强的免疫佐剂活性作用。地衣芽孢杆菌的免疫促进作用是机体经口服芽孢杆菌后，在肠道淋巴组织集合的抗原结合位点上直接作为免疫佐剂，或者通过调整宿主体内的微生物群，尤其是双歧杆菌菌群起主导作用，间接的发挥免疫佐剂的作用，提高机体的局部或全身防御功能。??
2.8 菌群失调对动物免疫的影响
菌群失调是指肠道正常菌群的种类、数量和比例发生异常变化，偏离正常的生理组合，转变为病理性组合状态。临床上以腹泻为最明显症状，其他如肠道菌群中潜在致病菌引起的内源性感染和一些过敏性疾病如特异性反应性湿疹、过敏性皮炎和炎症性肠病等，被认为与菌群变化致肠一屏障功能损害及免疫紊乱有关。随着抗生素的广泛应用，特别是抗菌谱过广，应用时间长，是引起菌群失调的主要诱发因素。同位素、激素及放射治疗和化疗均可在治疗疾病的同时降低机体免疫力，影响益生菌。使人体潜在的致病菌定植。手术、外伤、感染和肿瘤以及环境恶化等均可引起菌群失调。
３ 饲用抗生素、动物免疫和肠道微生物的相互作用
饲用抗生素在饲用抗生素促生长机制的研究方面，以前人们多从微生物角度出发，认为是抗生素对肠道微生物的抑制作用。然而，通过分析从前的研究结果，结论并非如此。佟建明等（2000）采用多次屠宰连续采样的方法对金霉素影响肠微生物的结果以及在动物不同生长阶段的变化情况进行研究，提出 了饲用抗生素、动物免疫系统和肠道微生物的三元平衡的理论假设。 他认为饲用抗生素、免疫系统和微生物（以及其他抗原物质）通过一定时间的相互影响会逐渐建立一个三元平衡，而且这个三元平衡影响着抗生素是否具有促生长作用。三者之间建立的过程可以分为两个时期：一是反应期，在这个时期，新生的畜禽受环境中微生物以及饲料中抗原物质的刺激，机体的免疫系统开始产生免疫反应，饲用抗生素对微生物产生一定的抑制作用，同时有的抗生素还可以对免疫系统起直接的抑制作用。两种作用之和形成免疫屏障，减缓和降低动物机体的免疫反应。饲用抗生素在此期间以此对动物产生相对明显的促生长作用；二是平衡期，在这个时期，肠道微生物的数量增加到正常情况下的最高水平，抗生素与免疫系统联合作用使微生物的数量和免疫反应水平不再增加，三者的正反作用在此时形成相对平衡。此时抗生素对动物不产生相对明显的促生长作用。
因此，在实际生产中，作为饲料添加剂的抗生素水平宜以预防和促生长作用的剂量而不宜以治疗剂量长期添加。
1.1 肠道正常菌群的概念
在动物体内环境中通常有一层微生物或微生物层，在正常情况下即动物处于健康状态时，并未表现异常或致病现象，称这一层微生物为正常菌群或固有菌群和原籍菌群。这些菌群是动物机体内环境中不可缺少的组成部分，对动物宿主是有益无害的。
1.2 肠道菌群的分布
人和动物的胃肠道栖息着大约30属500多种细菌，主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上，而仅类杆菌及双歧杆菌就占细菌总数90%以上。
肠道个体菌群分为3个部分：⑴ 生理性细菌与宿主共生关系，为专性厌氧菌，是肠道的优势菌群，如双歧杆菌、类杆菌、优杆菌和消化球菌等是膜菌群的主要构成者，具有营养及免疫调节作用。⑵ 条件致病菌与宿主共栖，以兼性需氧菌为主，为肠道非优势菌群，如肠球菌、肠杆菌，在肠道微生态平衡时是无害的，在特定的条件下具有侵袭性，对人体有害。⑶ 病原菌多为过路菌，长期定植的机会少，生态平衡时，这些菌数量少，不会致病，如果数量超出正常水平，则可引起人体发病，如变形杆菌、假单胞菌和常为韦氏梭菌等。口腔内的菌群高度复杂，但经过胃被胃酸破坏，对胃肠道影响很小。??
胃的酸性环境极大地抑制了微生物的繁殖，减少了进入小肠的微生物数目。在无酸的胃中细菌数会明显增多。胃内除了幽门螺杆菌或相关的菌种外，大多数是革兰氏阳性的需氧菌，如链球菌、葡萄球菌、奈瑟菌、乳酸杆菌和念珠菌，细菌浓度通常小于103/ml。幽门螺杆菌是真正的胃内细菌，它是引起胃炎的主要致病因子，是溃疡病的重要致病因子。
小肠是个过渡区，肠液流量大，足以将细菌在繁殖前冲洗到远端回肠和结肠，十二指肠和空肠相对无菌，含菌浓度为0～105/ml，主要菌种是革兰氏阳性的需氧菌，包括链球菌、葡萄球菌和乳酸杆菌。在远端回肠中，革兰氏阴性菌开始超过革兰氏阳性菌，经常存在大肠菌类和厌氧菌，含菌浓度为103～107/ml。
通过回盲瓣，细菌浓度急剧增加100倍以上，达1010～1012/ml，厌氧菌超过需氧菌102～104倍，主要的菌种是拟杆菌、真杆菌和双歧杆菌以及厌氧的革兰氏阳性球菌，正常人结肠中主要菌群是相同的，并且在一段时间内保持稳定状态。这些肠道固有细菌在维持肠道功能健康方面具有举足轻重的作用。
2 肠道菌群对动物免疫的影响及机理
肠道菌群形成一个庞大而复杂的微生态系统，有重要的生理意义。包括抵御病原体侵袭、刺激机体免疫器官的成熟、激活免疫系统及参与合成多种维生素、调节物质代谢等作用。
2.1 菌群屏障作用
动物的先天性或非特异性免疫应答，亦即机体免疫系统识别和排除各种异物，主要依靠机体的屏障作用，包括正常菌群、机体的皮肤黏膜、补体等体液因子抑菌、杀菌、溶菌等作用、吞噬细胞的吞噬作用等。从现代的研究不难看出，正常菌群在机体的屏障作用中是极为重要的一个方面。??
肠道微生物定植抗力（colonization resistance.CR）于1971年由荷兰微生物学家Van der waaij教授提出，肠道内源性专性厌氧菌抑制消化道中主要属需氧菌的潜在致病菌群数量的能力。Vollaard认为粪便中需氧革兰氏阴性杆菌、肠球菌、酵母菌的数量可作为肠道微生物定植抗力的指标。双歧杆菌与肠杆菌的数量比值（B/E值）作为肠道微生物定植抗力指标。
2.2 影响黏膜免疫
分泌型球蛋白（SIgA）是黏膜免疫的主要效应因子，可有效中和黏膜上皮内的病原体，捕捉黏膜内层病原体，形成免疫复合物排除体外，在局部的抗感染过程中起着关键的作用。研究发现双歧杆菌抑制其他肠道菌的效果与诱生一种抗菌物质——分泌型球蛋白（SIgA）有关。有人研究证明乳酸杆菌粘附形成的空间占位，是防止其他菌对阴道组织附着的一个重要的保护性机制。嗜酸性乳杆菌可以在肠黏膜免疫中发挥重要的免疫监视功能。口服干酪乳杆菌能增强宿主的黏膜的免疫反应，促进肠道分泌免疫球蛋白SIgA)，即使饲喂低剂量的干酪乳杆菌也能引起SIgA的分泌。又有报道短双歧杆菌能促进小肠淋巴组织集合B细胞增生，诱导淋巴组织集合的浆细胞产生大量的分泌型免疫球蛋白（SIgA），进而增强机体的免疫功能。??
2.3 促进免疫器官的生长发育
益生菌能促进机体的免疫器官的生长发育、成熟，增加T、B淋巴细胞的数量，胸腺淋巴细胞免疫球蛋白含量增多，启动免疫应答。有关研究表明，实验组免疫器官内的淋巴密度密集，数量增多以及浆细胞的数量增多，中枢免疫器官的淋巴细胞和上皮网状细胞数量增多，这标志免疫器官内部淋巴细胞的发育情况和免疫功能的成熟程度，从而向外周免疫器官脾脏、盲肠扁桃体以及全身各处免疫组织源源不断的输送T、B淋巴细胞。成熟的T淋巴细胞接受抗原刺激后，激活、增殖和分化为T淋巴细胞，执行细胞免疫功能。B淋巴细胞接受抗原刺激后，激活，增殖和分化为浆细胞，由浆细胞产生特异抗体，发挥体液免疫功能，从而健全全身免疫系统，提高免疫功能。??
2.4 激活免疫因子
有研究报道，益生菌能明显的激活巨噬细胞活性及细胞因子介导素的分泌，增强免疫功能，提高宿主的抗病能力。这些因子在某些情况下，可以代替免疫调节剂，因为它们不仅能刺激造血活性，而且也能增强成熟细胞的功能。例如IL-1，人类颗细胞集落刺激因子及少量的肿瘤坏死因子（TNF）能增强对感染的抵抗力。胃肠道中的正常菌群，生理作用十分明显，没有致病性，对宿主有免疫原性，抗肿瘤作用明显。细菌细胞表面结合的细胞因子对细菌调节机体一系列免疫反应是非常重要的。研究发现双歧杆菌能刺激免疫细胞分泌IL-1，IL-6的量增加，而IL-1可促进T辅助细胞分泌IL-2和B淋巴细胞分泌抗体，也能增强NK细胞的杀伤功能，对人类的多种肿瘤细胞具有直接的杀伤作用；同时，IL-6则可促进B淋巴细胞的分化成熟，使之分泌抗体，又可直接诱导T淋巴细胞的增殖并参与了T淋巴细胞、CTL、NK细胞及LAK的细胞分化。口服丽珠肠乐后，T淋巴细胞亚群约有不同程度回升，尤以CD3，CD4及CD4/CD8比值显著。嗜酸性乳酸杆菌的细胞壁成分提取物能增加上皮内淋巴细胞的自然杀伤活性，并能促进其产生IL2。研究短小双歧杆菌作用时发现，靶细胞是巨噬细胞样的细胞，该细胞释放的活性因子直接对B细胞的分裂发挥效应。双歧杆菌WPG对T细胞的增殖和IL-2产生没有直接作用，但能诱导TNF-α，IL-β，IL-6，IL-10和IFN-α的mRNA表达。
2.5 干预细胞免疫
干酪乳杆菌和保加利亚乳杆菌可激活巨噬细胞功能，刺激人体产生免疫应答。还通过巨噬细胞和T细胞、NK细胞活性的增强来增强人体的免疫；巨噬细胞、NK细胞、T细胞的活化，有益于增强周围血管和局部淋巴结中淋巴细胞的免疫，T辅助细胞、NK细胞的增加，可使抑制性T细胞减少。吸附于人体的嗜酸乳杆菌具有抗菌活性，该菌株能吸附于分化的肠道细胞上，还可在体外抵抗幽门螺杆菌，杀灭入侵菌。
许多研究结果显示，乳酸菌能干预细胞免疫。乳酸菌、双歧杆菌能阻断许多微生物的入侵和粘附（位组抑制）。口服乳酸菌或双歧杆菌能刺激人体产生非特异性免疫。乳酸菌的某些菌株：鼠李糖乳杆菌（ATCC??53103），植物乳杆菌（VTT），乳酸球菌（ARH74），双歧杆菌动物亚种是肿瘤坏死因子TNF-α和IL-6的强有力的诱导剂。有些能刺激IL-10的产生，以增强免疫。??
2.6 和疫苗混合使用提高抗体水平
林志新等（1991）报道，光合细菌与传染性支气管炎疫苗（H-52）混合使用，具有提高实验组鸡的γ-球蛋白和对禽传染性支气管炎病毒（IBV）的特异性抗体水平。也有研究表明，在ND疫苗接种前后饲用益生素，可提高鸡血清中抗NDV血凝抑制抗菌体，延长抗体的高峰期。
2.7 具有免疫佐剂活性
Himanen等（1993）研究枯草芽孢杆菌的脂磷壁酸（LTA）和肽聚糖?擦妆谒岣春衔锏纳?物活性时，发现两者均具有很强的免疫佐剂活性作用。地衣芽孢杆菌的免疫促进作用是机体经口服芽孢杆菌后，在肠道淋巴组织集合的抗原结合位点上直接作为免疫佐剂，或者通过调整宿主体内的微生物群，尤其是双歧杆菌菌群起主导作用，间接的发挥免疫佐剂的作用，提高机体的局部或全身防御功能。??
2.8 菌群失调对动物免疫的影响
菌群失调是指肠道正常菌群的种类、数量和比例发生异常变化，偏离正常的生理组合，转变为病理性组合状态。临床上以腹泻为最明显症状，其他如肠道菌群中潜在致病菌引起的内源性感染和一些过敏性疾病如特异性反应性湿疹、过敏性皮炎和炎症性肠病等，被认为与菌群变化致肠一屏障功能损害及免疫紊乱有关。随着抗生素的广泛应用，特别是抗菌谱过广，应用时间长，是引起菌群失调的主要诱发因素。同位素、激素及放射治疗和化疗均可在治疗疾病的同时降低机体免疫力，影响益生菌。使人体潜在的致病菌定植。手术、外伤、感染和肿瘤以及环境恶化等均可引起菌群失调。
３ 饲用抗生素、动物免疫和肠道微生物的相互作用
饲用抗生素在饲用抗生素促生长机制的研究方面，以前人们多从微生物角度出发，认为是抗生素对肠道微生物的抑制作用。然而，通过分析从前的研究结果，结论并非如此。佟建明等（2000）采用多次屠宰连续采样的方法对金霉素影响肠微生物的结果以及在动物不同生长阶段的变化情况进行研究，提出 了饲用抗生素、动物免疫系统和肠道微生物的三元平衡的理论假设。 他认为饲用抗生素、免疫系统和微生物（以及其他抗原物质）通过一定时间的相互影响会逐渐建立一个三元平衡，而且这个三元平衡影响着抗生素是否具有促生长作用。三者之间建立的过程可以分为两个时期：一是反应期，在这个时期，新生的畜禽受环境中微生物以及饲料中抗原物质的刺激，机体的免疫系统开始产生免疫反应，饲用抗生素对微生物产生一定的抑制作用，同时有的抗生素还可以对免疫系统起直接的抑制作用。两种作用之和形成免疫屏障，减缓和降低动物机体的免疫反应。饲用抗生素在此期间以此对动物产生相对明显的促生长作用；二是平衡期，在这个时期，肠道微生物的数量增加到正常情况下的最高水平，抗生素与免疫系统联合作用使微生物的数量和免疫反应水平不再增加，三者的正反作用在此时形成相对平衡。此时抗生素对动物不产生相对明显的促生长作用。
因此，在实际生产中，作为饲料添加剂的抗生素水平宜以预防和促生长作用的剂量而不宜以治疗剂量长期添加。
