■殷運菊 馬 杰 陳清華* 王興吉

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學技術(shù)學院，湖南 長沙 410128；2.山東隆科特酶制劑有限公司，山東 沂水 276400）

大量生產(chǎn)實踐證明少量抗生素的使用可以帶來巨大的生產(chǎn)效益，這就造成養(yǎng)殖業(yè)出現(xiàn)抗生素濫用的現(xiàn)象。而抗生素的濫用會致使畜禽產(chǎn)生耐藥性以及食品中抗生素的殘留，直接或間接地威脅人類健康。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部宣布2020 年7 月1 日起促生長抗生素將不再作為飼料添加劑使用。因此，尋找理想的抗生素替代物成為行業(yè)的熱點。甘露寡糖（Mannose oligo?saccharides，MOS）作為一種新型飼料添加劑，可將其應(yīng)用到畜禽生產(chǎn)中以應(yīng)對當前行業(yè)的嚴峻形勢。研究發(fā)現(xiàn)，飼喂MOS可改善動物生長性能、增強機體抗氧化能力、提高免疫力以及保護腸道形態(tài)和屏障功能。畜禽健康的腸道是保障其健康生長的基礎(chǔ)。文章主要從MOS 調(diào)控腸道健康的機制進行綜述，為其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用及推廣提供參考。

1 MOS的來源及其特性

MOS是來源于酵母細胞壁外層的寡糖之一；又稱甘露低聚糖，甘露糖分子通過葡萄糖苷鍵與葡萄糖連接。MOS 主要通過生物降解法從植物中獲取，此外，還可以通過蒸汽爆破預處理棕櫚仁餅（palm kernel cake，PKC）后，用β-甘露聚糖酶水解甘露聚糖來獲取。MOS因其單糖組成、糖苷鍵鏈接位置及鏈接方式不同，使得MOS種類繁多且其理化性質(zhì)和生物學功能也存在差異。酵母細胞壁來源的MOS 主鏈主要通過α-1，6糖苷鍵連接，而側(cè)鏈則通過α-1，2和α-1，3鍵連接。MOS結(jié)構(gòu)的研究方法主要有化學分析法、儀器分析法、生物學分析法等?；瘜W分析方法（如高碘酸氧化法、水解法、Smith降解法、甲基化反應(yīng)等）具有快速準確、操作方便及靈敏度高等優(yōu)點，因此是寡糖結(jié)構(gòu)分析的一種重要手段。MOS具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，能在一定的高溫和生理pH條件下保持其功能和結(jié)構(gòu)完整。MOS易溶于極性溶劑（如水等），但不溶于有機溶劑（如乙醇、乙醚和丙酮等）；在MOS水溶液中添加有機溶劑會出現(xiàn)沉淀或結(jié)晶。MOS黏度會隨溫度的升高而下降，當pH在3.0～9.0范圍內(nèi)時，MOS的黏度較為穩(wěn)定。

2 MOS對宿主腸道形態(tài)的影響

長而完整的絨毛、淺的隱窩和低的更新率是評定肉雞消化道健康的重要標準。較長的絨毛和較淺的隱窩為營養(yǎng)物質(zhì)的吸收提供了更大的表面積，而較低的更新率使腸道細胞能夠有效地促進酶的產(chǎn)生和成熟。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中補充MOS 增加了家禽小腸的絨毛高度，降低隱窩深度，增加絨毛高度和隱窩深度比，增加空腸和回腸杯狀細胞數(shù)量。促進小腸絨毛上皮細胞成熟。杯狀細胞的增加，促進胃腸道黏液和黏液蛋白的分泌，從而形成防御屏障，能為宿主抵御內(nèi)源性和外源性刺激物和微生物的附著及入侵起著積極作用，同時改善營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。Cheng 等（2018）在日糧中添加250 mg/kg的MOS能有效改善肉雞生長性能（ADG、ADFI和飼料轉(zhuǎn)化率）；ADG值的提高是由于MOS 對營養(yǎng)物質(zhì)的消化率、腸道微生物學和屏障完整性、氧化狀態(tài)和動物免疫力的促進作用。因此，在飼糧中添加MOS 可以有效減輕受各種不利因素（如熱應(yīng)激）引起的動物的腸道形態(tài)學損傷。

3 MOS對腸道微生物的影響（見圖1）

圖1 MOS保護腸道健康示意圖

腸道微生物群是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，影響宿主生理的許多方面，包括采食、維生素合成和疾病的發(fā)生發(fā)展和免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。大量研究表明，腸道微生物與宿主健康狀況、代謝類型、營養(yǎng)物質(zhì)吸收或生產(chǎn)和免疫系統(tǒng)的發(fā)育相關(guān)，在維持腸道和能量代謝穩(wěn)態(tài)中也有著重要作用。甘露糖敏感型（mannose-sensi?tive，MS）1型菌毛顯著影響小鼠腸上皮細胞中幾種細胞因子的表達和分泌水平，有助于在沙門氏菌入侵期間誘導腸道炎癥。同時，MS1型菌毛能使細菌黏附在炎性上皮表面，這為病原體的增殖提供理想環(huán)境。MOS能與1型菌毛細菌結(jié)合阻斷他們在腸道上黏附、定植和感染，使自生菌群能夠大量繁殖，達到保護腸道健康的效果。MOS還能促進大鼠腸道發(fā)育，增加腸道厚度，在一定程度上能抑制腸道中病原菌的增殖，抵抗病原菌的入侵。因腸道中的胰淀粉酶不能消化MOS分子中的糖苷鍵，MOS進入后腸道后可作為有益菌生長繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，因此補充MOS 能增加乳酸菌的數(shù)量和雙歧桿菌的相對豐度。Dev等（2020）在日糧中加入0.2%的MOS后可以觀察到肉雞盲腸中有益菌群數(shù)量明顯增加，其原因是MOS 作為內(nèi)源性有益菌的底物，能促進病原微生物的競爭性排斥和有益微生物的選擇性定殖。

4 MOS通過腸道內(nèi)容物調(diào)節(jié)炎癥

研究發(fā)現(xiàn)，MOS 能促進斷奶仔豬大腸中有益菌的增殖，而有益菌群數(shù)量的增加可促進腸道短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）的產(chǎn)生，其通過降低腸道pH 抑制有害細菌的生長，同時抑制大腸桿菌等病原菌的致病基因和黏附因子的基因表達，降低病原菌和不耐酸腐敗菌對腸組織造成的損傷。SCFA 主要包括乙酸、丙酸、丁酸。乙酸通過激活AMPK/PGC-1α/PPARα通路促進腸道上皮細胞對飲食脂類氧化分解來促進飲食脂類的消耗，進而減少飲食脂類與載脂蛋白結(jié)合釋放入淋巴液和血液。丁酸是厚壁菌門的主要代謝產(chǎn)物，能被結(jié)腸上皮細胞吸收利用，是結(jié)腸和盲腸主要的能量來源。此外，丁酸還能抑制腫瘤細胞的增殖分化、調(diào)節(jié)基因表達、維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，預防結(jié)腸炎和結(jié)腸癌。Bozkurt 等（2015）在蛋雞日糧中添加1 g/kg的MOS 顯著提高蛋雞產(chǎn)蛋率和產(chǎn)蛋質(zhì)量，腸道中有益菌群增加以及MOS 產(chǎn)物SCFA 能促進Ca2+和Mg2+的吸收利用。

5 MOS調(diào)控腸道免疫（見圖2）

圖2 補體級聯(lián)反應(yīng)

固有免疫系統(tǒng)通過多種模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）來識別病原相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs），是抵抗病原體感染的一道防線，能有效清除病原體，保護機體。MOS具有一定的免疫原性，能夠刺激動物機體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。MOS還是某些毒素、病毒和真菌細胞等外源抗原的佐劑，并且能與這些外源抗原表面結(jié)合，降低抗原的吸收速率，增強抗原的免疫效應(yīng)，從而增強機體細胞免疫和體液免疫。酵母細胞壁是一種外來抗原物質(zhì)，而酵母細胞壁的MOS是與病原體結(jié)合的成分。Toll 樣受體（TLRs）通過PAMPs 識別MOS 并與之結(jié)合形成配體-受體復合物；激活TLR信號通路，釋放核轉(zhuǎn)錄因子（nuclear factor-kappa B，NF-κB）p65活性分子，并通過誘導適應(yīng)性免疫細胞和固有免疫細胞產(chǎn)生細胞因子抑制促炎免疫反應(yīng)。

MOS促進腸道有益菌的增殖，而有益菌作為一種良好的免疫激活劑，能有效提高抗干擾素和巨噬細胞的活性，通過產(chǎn)生抗體和增強巨噬作用等刺激免疫細胞，激發(fā)機體體液免疫和細胞免疫，促進免疫器官發(fā)育及淋巴細胞增殖，從而增強機體的免疫功能。MOS可以刺激腸道分泌甘露糖結(jié)合蛋白（mannose-bind?ing protein，MBP），MBP 也稱為甘露糖結(jié)合凝集素（mannose binding lectin，MBL），是存在于血清中的Ca2+依賴型凝集素。MBL 能與病原體（如細菌、病毒等）表面的甘露糖等糖基受體結(jié)合發(fā)揮調(diào)理吞噬作用，調(diào)節(jié)機體的固有免疫應(yīng)答過程。當MBL 與合適的碳水化合物結(jié)合并識別多種病原微生物，與其表面的甘露糖殘基和（或）N-乙酰葡萄糖胺結(jié)合，引起甘露糖分子構(gòu)象發(fā)生改變后再與巨噬細胞表面膠原樣區(qū)（collagen-like region，CLR）相關(guān)受體結(jié)合，進一步激活巨噬細胞。巨噬細胞分泌IL-2，而IL-2 具有強大的T細胞生長因子作用，能促使T細胞增殖和分化。因此，巨噬細胞分泌的細胞因子能連接先天免疫和適應(yīng)性免疫。此外，甘露糖分子構(gòu)象的改變還能激活MBL 相關(guān)絲氨酸蛋白酶（MBL associated serine proteases，MASPs），從而觸發(fā)補體級聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生C5b6789n 復合物，即膜攻擊復合體（membrane at?tack complex，MAC）（見圖2），它會破壞局部磷脂雙分子層并形成親水性孔道，調(diào)理吞噬作用或增強炎癥細胞的吸引和活化來清除病原微生物。MBL 在炎癥等緊急狀態(tài)下其濃度迅速在血液和局部組織中增加。它不僅能發(fā)揮先天免疫的作用，還能與自身免疫細胞結(jié)合，調(diào)節(jié)獲得性免疫應(yīng)答及局部炎癥反應(yīng)。Liu 等（2018）在仔豬飼糧中添加0.2%的MOS 能增加白細胞和淋巴細胞數(shù)量，在感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的病豬飼糧中添加MOS能增加中性粒細胞數(shù)量；表明攝入MOS 可能通過與免疫細胞的碳水化合物受體相互作用而導致與免疫細胞的系統(tǒng)接觸，從而促使免疫細胞數(shù)量快速增加。

6 在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用（見表1）

表1 MOS在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前，MOS在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用已有廣泛研究（見表1）。Wang等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加0.5 g/kg的MOS能緩解炎癥帶來的腸道損傷；并通過降低肝臟中TLR4 和TNF-α的含量，增強其免疫力。Duan 等（2019）在母豬飼糧中添加400 mg/kg 的MOS，發(fā)現(xiàn)其后代空腸黏膜中分泌型IgA 含量顯著提高，促炎細胞因子的含量顯著降低。關(guān)于MOS在反芻動物生產(chǎn)中的應(yīng)用鮮有報道，大多為生長性能和瘤胃參數(shù)的研究。Ghosh 等（2012）研究發(fā)現(xiàn)，在飼糧中添加4 g/（頭·d）MOS，雜交小牛平均體重、采食量、飼料轉(zhuǎn)化率都有所增加，且MOS組糞便評分顯著低于對照組。Tatiana等（2018）發(fā)現(xiàn)在飼糧中添加1.5 g/kg可降低瘤胃液中NH3濃度，提高瘤胃液的酸堿度和短鏈脂肪酸的總濃度。

7 小結(jié)

MOS 是從植物和微生物中提取的一類新型抗原活性物質(zhì)，國內(nèi)外已將其作為飼料添加劑廣泛用于飼料工業(yè)。甘露寡糖通過影響宿主腸道形態(tài)、菌群結(jié)構(gòu)、微生物多樣性以及能刺激巨噬細胞分泌細胞因子，促進T細胞的增殖分化調(diào)控腸道免疫。但關(guān)于甘露寡糖與其他配伍添加劑在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用的相關(guān)研究較少，針對畜禽各階段飼料中甘露寡糖的添加量需要進一步明確，使其免疫效果更加安全高效。在當前禁抗的嚴峻形勢下，應(yīng)當充分利用甘露寡糖等飼料資源，同時研發(fā)新型有效的飼料添加劑，合理進行資源配置，推動甘露聚糖在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用以及養(yǎng)殖業(yè)中的快速發(fā)展。