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丁酸梭菌的生物学功能及研究进展
丁酸梭菌是一种严格厌氧的革兰氏阳性芽孢杆菌，具有较强的耐热、耐酸碱、耐胆盐能力，为其在饲料工业中应用奠定了基础。在当前禁抗的背景下，丁酸梭菌由于可以产生丁酸等短链脂肪酸来促进动物消化吸收、改善肠道健康、提高机体免疫，成为益生菌研究和应用的热点。
1.丁酸梭菌的介绍
丁酸梭菌又名宫入菌、酪酸菌，属于厚壁菌门、梭菌纲、梭菌目、梭菌科、梭菌属，为严格厌氧革兰氏阳性菌，菌体呈直杆状或稍有弯曲，两端钝圆，宽0.6-1.2µm，长3.0-7.0µm，周生鞭毛，能运动，为内生芽孢，在温度 20-41 ℃和 pH 值 4.0-9.8 条件下均能够生长，具有耐酸、耐碱、耐胆盐的特性[1-2]。丁酸梭菌在生长过程中可产生大量维生素、消化酶、氨基酸、细菌素，同时代谢产生的丁酸等短链脂肪酸可直接为肠上皮细胞提供能量，对于改善肠道健康、促进消化吸收具有重要作用。
2.丁酸梭菌的益生作用
2.1维持肠道屏障完整性
肠道屏障是由微生物屏障、物理屏障、化学屏障、免疫屏障构成，肠道屏障的完整性对于营养物质的消化吸收至关重要。丁酸梭菌在动物肠道内可通过发酵糖类产生以丁酸为主的短链脂肪酸，丁酸等可直接为肠上皮细胞的修复和再生提供能量；丁酸梭菌还能促进黏蛋白（MUC2）的表达,增加黏液层的厚度，进而维持肠黏膜的完整性；Lu等[3]研究发现丁酸梭菌能显著上调仔猪肠道ZO-1和Occludin相关紧密连接蛋白基因的表达。Fu等[4]研究表明，饲喂含丁酸梭菌日粮的仔猪肠道中MUCs（MUC1、MUC4和MUC20）的基因表达量显著增加。
2.2促进消化吸收
肠道是营养物质消化和吸收的主要场所，丁酸梭菌代谢过程中产生的蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、纤维素酶、糖苷酶等，不仅能提高营养物质利用率，还能有效分解饲料中的纤维素和果胶等抗营养因子，促进动物消化吸收；此外丁酸梭菌还能促进肠绒毛的发育，提高肠道绒毛高度/隐窝深度比值，促进肠道对营养物质的吸收利用。Hu等[5]从健康猪的肠道内容物中分离出丁酸梭菌LY33菌株，并将其饲喂断奶仔猪，结果表明，丁酸梭菌有效增强了猪十二指肠淀粉酶和蛋白酶的活性，以及空肠淀粉酶、脂肪酶和蛋白酶的活性。Wang等[6]研究发现，与对照组相比，饲喂6×109CFU/kg丁酸梭菌仔猪的空肠绒毛高度和绒隐比显著增加，空肠隐窝深度显著降低。
2.3改善肠道微生态平衡
丁酸梭菌具有极强的黏附定植能力，进入肠道中可通过空间点位竞争、营养竞争等作用抑制有害菌在肠道内定植[7]；其次丁酸梭菌代谢过程中会产生有机酸、丁酸梭菌素和抗菌肽等物质，抑制病原菌的生长[8]；此外丁酸梭菌产生的丁酸、维生素B、维生素K等物质不仅可以被肠道直接利用，还可以为肠道有益菌群（乳酸菌、双歧杆菌等）供能；同时丁酸梭菌产生的纤维素酶、糖苷酶等消化酶能将多聚糖降解为低聚糖[9]，为肠道菌群提供营养物质，优化肠道菌群结构，改善肠道微生态平衡。刘韶娜等[10]研究发现，丁酸梭菌能促进仔猪肠道乳酸菌和双歧杆菌的增值，抑制大肠杆菌的增值。胡等[5]通过单培养和共培养研究发现，丁酸梭菌能显著抑制大肠杆菌和沙门氏菌的数量，同时乳酸菌的数量显著增加。
2.4增强免疫力
丁酸梭菌作为一种新型生物活性细菌制剂，首先可通过促进免疫器官的发育、提高免疫器官指数来改善机体免疫[11];其次丁酸梭菌还能激活Toll样受体（TLR）2-TLR4-髓系分化因子88(MyD88)-核转录因子-KB（NFKB）信号通路刺激肠道黏膜免疫[6,12,13]，增强肠黏膜的先天性免疫和获得性免疫功能，此外丁酸梭菌能诱导巨噬细胞分泌白介素-10来调节机体免疫应答和炎症反应[4]；最后丁酸梭菌可通过提高血清中免疫球蛋白G（IgG）、免疫球蛋白M（IgM）和分泌型免疫球蛋白A（sIgA）含量，来增强机体抗病力[14]。
3.研究展望
丁酸梭菌是一种绿色、安全、高效、抗性强、开发潜力大的益生菌，日粮添加丁酸梭菌能改善动物肠道结构和微生态平衡，促进营养物质的消化吸收利用，增强动物的免疫力和抗病力，进而提高动物生产性能，增加养殖经济效益。随着丁酸梭菌及其代谢产物作用机制的深入研究，今后必将在更多领域绽放光彩。
参考文献：
[1]冯杰,杨旸,周莉,等.丁酸梭菌的生物学功能及其在家禽生产中应用的研究进展[J].现代畜牧兽医,2023,(06):79-83.
[2]楚云开,李建涛,韩淑敏.丁酸梭菌在改善畜禽肠道健康方面的研究进展[J].饲料研究,2023,46(11):176-178.
[3]Lu J, Yao J, Xu Q, et al. Clostridium butyricum relieves diarrhea by enhancing digestive function, maintaining intestinal barrier integrity, and relieving intestinal inflammation in weaned piglets[J]. Livestock Science, 2020, 239: 104112.
[4]Fu J, Wang T, Xiao X, et al. Clostridium butyricum ZJU-F1 benefits the intestinal barrier function and immune response associated with its modulation of gut microbiota in weaned piglets[J]. Cells, 2021, 10(3): 527.
[5]Hu X, Lin B, Luo M, et al. The isolation, identification, physiological property of pig-isolate Clostridium butyricum LY33 using lactic acid and its effects on intestinal function of weaned piglets[J]. Italian Journal of Animal Science, 2019,18:910–921.
[6]Wang K, Cao G, Zhang H, et al. Effects of Clostridium butyricum and Enterococcus faecalis on growth performance, immune function, intestinal morphology, volatile fatty acids, and intestinal flora in a piglet model[J]. Food & function, 2019, 10(12): 7844-7854.
[7]Wang J, Zeng Y, Wang S, et al. Swine-derived probiotic Lactobacillus plantarum inhibits growth and adhesion of enterotoxigenic Escherichia coli and mediates host defense[J]. Frontiers in microbiology, 2018, 9: 1364.
[8]Chen D, Jin D, Huang S, et al. Clostridium butyricum, a butyrate-producing probiotic, inhibits intestinal tumor development through modulating Wnt signaling and gut microbiota[J]. Cancer letters, 2020, 469: 456-467.
[9]Duan Y, Zhang J, Huang J, et al. Effects of dietary Clostridium butyricum on the growth, digestive enzyme activity, antioxidant capacity, and resistance to nitrite stress of Penaeus monodon[J]. Probiotics and antimicrobial proteins, 2019, 11: 938-945.
[10]刘韶娜,朱石安,赵彥光,等.丁酸梭菌对滇陆猪断奶仔猪日增重、血清生化免疫和肠道菌群的影响[J].中国饲料,2018,(24):49-53.
[11]李洪涛,李爱军,庄佳荣,等.丁酸梭菌对商品肉鸡生长性能、屠宰性能、免疫器官指数和经济效益的影响[J].饲料工业,2023,44(15):19-24.
[12]康坤,牛志鹏,胡元森.丁酸梭菌的生物学特性及其对仔猪的益生影响与作用机制的研究进展[J].饲料研究,2024,47(07):168-172.
[13]Li H H, Li Y P, Wang L Y, et al. Effects of Clostridium butyricum on intestinal barrier function of piglets with two genetic backgrounds and its molecular mechanism[J]. Chinese Journal of Animal Nutrition, 2019, 31(10): 4647-4658.
[14]Wang K, Chen G, Cao G, et al. Effects of Clostridium butyricum and Enterococcus faecalis on growth performance, intestinal structure, and inflammation in lipopolysaccharide-challenged weaned piglets[J]. Journal of animal science, 2019, 97(10): 4140-4151.
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