宋樂輝 郭 帥 秦玉瑩 朱年華

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌330045)

動物腸道內(nèi)益生菌與宿主生理機能密切相關(guān)。飼料添加劑中允許飼用的益生菌主要有雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)等。近些年，對下一代益生菌的開發(fā)成為研究熱點。普拉梭菌(Faecalibacteriumprausnitzii，F(xiàn).prausnitzii)是健康成人消化道豐富度最高的微生物之一，約占糞便細菌總數(shù)的5%[1]，在豬[2-3]、犢牛[2]、家禽[4]等動物體內(nèi)都有分布。F.prausnitzii在動物和人類腸道中的相對豐度表明，該菌在影響宿主的生理機能等方面存在巨大的作用。其一些益生作用已經(jīng)利用體內(nèi)或體外試驗得到證實，具備作為下一代益生菌的發(fā)展?jié)摿ΑＨ欢?，F(xiàn).prausnitzii絕對厭氧，在外界自然條件下2 min就會死亡[5]，這是其無法大規(guī)模培養(yǎng)的原因之一。本文綜述了F.prausnitzii的生物學(xué)特性及潛在益生作用，以期為F.prausnitzii后續(xù)研究提供理論參考。

1 F. prausnitzii的來源及生物學(xué)特性

1922年，F(xiàn).prausnitzii首次被發(fā)現(xiàn)并歸類為梭菌門梭桿菌屬(Fusobacterium)，直到1996年隨著16S rRNA測序技術(shù)的發(fā)展，人們才發(fā)現(xiàn)它與梭狀芽孢桿菌屬結(jié)構(gòu)更接近[6-7]。2002年，Duncan等[5]建議將其歸屬為一個新的菌種糞桿菌屬(Faecalibacterium)，并將此菌改名Faecalibacteriumprausnitzii，簡稱F.prausnitzii，為無芽孢、絕對厭氧、不運動革蘭氏陰性桿菌，是目前糞桿菌屬唯一成員[1]。F.prausnitzii歸屬于厚壁菌門(Firmicutes)柔嫩梭菌類群，現(xiàn)代種系遺傳學(xué)將F.prausnitzii分為Ⅰ型和Ⅱ型，有A2-165、SL3/3、L2/6等多個亞種。在F.prausnitzii糖發(fā)酵試驗中，低聚果糖、淀粉、菊粉等能作為F.prausnitzii的碳源，而蜜二糖、棉子糖、核糖、木糖等不能被利用；丁酸、甲酸及乳酸是F.prausnitzii發(fā)酵葡萄糖的主要代謝物[5]。從牛和豬糞便中分離出F.prausnitzii并對其耐藥性的研究發(fā)現(xiàn)，所有菌株對環(huán)丙沙星、磺胺甲惡唑/甲氧芐啶具有抗性；對頭孢吡肟、頭孢西丁、四環(huán)素、頭孢曲松、氨芐青霉素等的耐藥性存在差異；沒有分離株對氯霉素有抗性；對膽酸的耐受性也存在差異[2]。

2 F. prausnitzii的生長和培養(yǎng)

2.1 F. prausnitzii的體外培養(yǎng)

微生物對腸道的適應(yīng)程度取決于微生物的數(shù)量及分布。F.prausnitzii在胃腸道內(nèi)生長的適宜pH在5.7～6.7，當(dāng)pH在3.5～4.5時菌株的生長完全被抑制，說明pH影響F.prausnitzii的生長[8-9]。在體外培養(yǎng)時添加一些益生元可提高F.prausnitzii的豐富度。研究表明，培養(yǎng)基中添加黃素類和半胱氨酸或谷胱甘肽，可以在微氧環(huán)境中培養(yǎng)F.prausnitzii；培養(yǎng)基中添加不同碳源對F.prausnitzii的生長存在影響[10]。Murakami等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在含有酵母提取物、酪蛋白胨和脂肪酸(yeast extract, casitone and fatty acid，YCFA)的培養(yǎng)基中添加海藻酸鹽、金合歡膠、抗性玉米淀粉、糊精、異麥芽糖糊精、菊粉、乳果糖、半乳甘露聚糖和2′-褐藻環(huán)乳糖，pH為6.5±0.2，厭氧條件下發(fā)酵糞便樣品24 h，含海藻酸鹽糞便樣品發(fā)酵物中F.prausnitzii的豐富度顯著增加。同樣，在Kim等[12]研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii與雙歧桿菌聯(lián)培時在葡萄糖及低聚果糖中生長最好，表明F.prausnitzii在短鏈糖及單糖底物(低聚果糖、葡萄糖)中生長效果比在長鏈糖底物(淀粉、菊糖)中好。

2.2 F. prausnitzii與腸道內(nèi)菌群的相互影響

F.prausnitzii作為一種共生菌，其他微生物也會影響其生長。F.prausnitzii和雙歧桿菌聯(lián)合培養(yǎng)時的生長效果比單獨培養(yǎng)F.prausnitzii時的生長效果好[11-12]。用彎曲桿菌攻毒羅斯雞，在飼糧中添加釀酒酵母CNCMI-1079能夠有效地抑制彎曲桿菌的生長并提高盲腸中F.prausnitzii的豐富度[13]。悉生大鼠模型表明，大腸桿菌及多形擬桿菌提前在腸道定植能創(chuàng)造有利于F.prausnitzii定植的腸道環(huán)境[14-16]。Fehlbaum等[17]用體外腸道發(fā)酵模型發(fā)現(xiàn)，在發(fā)酵過程中加入副干酪乳桿菌CNCMI-1518能增加F.prausnitzii的活性和豐富度。體外培養(yǎng)時，嗜酸乳桿菌和雙歧乳桿菌培養(yǎng)物上清液對F.prausnitzii的生長有顯著促進效果[18]。Duysburgh等[19]進行人胃腸道體外模擬時發(fā)現(xiàn)，在模擬胃腸道中加入合生素(芽孢桿菌及益生元混合物)能促進F.prausnitzii的生長。

2.3 飼糧因素(藥物、營養(yǎng)素、添加劑)對腸道內(nèi)F. prausnitzii相對豐度的影響

一些藥物的使用也會影響F.prausnitzii在腸道中的豐富度。干擾素-α可以提高神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤(NET)患者腸道中F.prausnitzii的豐富度[20]。英夫利昔(infliximab)或大劑量使用皮質(zhì)醇激素也可提高活動性克羅恩病(Crohn’s disease,CD)患者糞便中F.prausnitzii的豐富度[21]。給Ⅱ型糖尿病(T2DM)患者服用中藥葛根芩能緩解患者癥狀并提高患者體內(nèi)F.prausnitzii的豐富度[22]。某些基因的缺失也可影響腸道菌群變化。動物試驗顯示，敲除小鼠的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域2(NOD2)基因可導(dǎo)致回腸和盲腸中F.prausnitzii的豐富度顯著降低[23]。F.prausnitzii的豐富度不僅與上述因素有關(guān)，食物成分也會影響F.prausnitzii在后腸道中的豐富度。Tochio等[24]發(fā)現(xiàn)，給嬰兒和健康成人服用一定量的1-蔗果三糖能提高其腸道內(nèi)F.prausnitzii的豐富度。受試者被隨機分配到高乳制品飲食(HDD)(每天5～6份乳制品)和低乳制品飲食(LDD)(每天≤1份乳制品)6周，每天飲用高乳制品會導(dǎo)致體內(nèi)F.prausnitzii的豐富度降低[25]。Benno等[26]發(fā)現(xiàn)，大量攝入低纖維和肉類食物會降低腸道中F.prausnitzii的豐富度，而食用高纖維及少量攝入肉類會提升腸道中F.prausnitzii的豐富度。在動物體內(nèi)有相同效果，Heinritz等[27]發(fā)現(xiàn)，飼喂高纖維低脂肪飼糧比飼喂高脂肪低纖維飼糧的豬腸道內(nèi)F.prausnitzii的豐富度更高。Gangadoo等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在家禽飼糧中添加0.9 mg/kg納米硒能增加腸道中F.prausnitzii的豐富度，改善腸道健康。Feng等[29]研究發(fā)現(xiàn)，豬飼糧中添加L-谷氨酸一鈉(味精)及膳食脂肪有利于豬結(jié)腸中F.prausnitzii的定植。仔豬斷奶時間也會影響F.prausnitzii在腸道中的定植。Massacci等[30]研究發(fā)現(xiàn)，與14、21、28日齡斷奶仔豬相比，42日齡斷奶仔豬腸道內(nèi)F.prausnitzii的豐富度相對較高。犢牛的代乳產(chǎn)品也會影響F.prausnitzii的定植，犢牛飼喂不同代乳產(chǎn)品，第7天時飼喂含有更多低聚寡糖的代乳產(chǎn)品的犢牛糞便中F.prausnitzii的豐富度更高[31]。

3 F. prausnitzii在動物腸道內(nèi)的作用

3.1 產(chǎn)丁酸作用

短鏈脂肪酸(SCFA)即揮發(fā)性脂肪酸(VFA)，是指碳原子數(shù)在6個及以下的有機脂肪酸，主要包括乙酸、丙酸、丁酸等。人和動物結(jié)腸的主要功能之一是產(chǎn)生SCFA，為結(jié)腸黏膜上皮細胞提供70%的能量，而F.prausnitzii是胃腸道中主要的產(chǎn)丁酸鹽微生物之一[32]。研究表明，在人和小鼠后腸段中SCFA是主要的代謝產(chǎn)物(主要成分為乙酸、丙酸、丁酸)[33]，并作為主要能量來源為結(jié)腸供能[34]。Murakami等[11]發(fā)現(xiàn)，在YCFA培養(yǎng)基中加入海藻酸鹽發(fā)酵培養(yǎng)24 h時，發(fā)酵培養(yǎng)物中F.prausnitzii的相對豐度與丁酸濃度均呈顯著正相關(guān)。Myint等[35]研究表明，飼糧中添加5.6%的大豆殼粉能提高柴犬腸道中F.prausnitzii的豐富度并提高體內(nèi)丁酸的濃度。研究表明，健康人正常飲食時體內(nèi)F.prausnitzii的豐富度和丁酸鹽的濃度顯著正相關(guān)，但食用無纖維飼糧或者纖維補充劑時二者不存在顯著關(guān)系[36]。蘋果果膠發(fā)酵試驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii和多形擬桿菌對蘋果果膠的利用存在競爭關(guān)系[8]，且二者共發(fā)酵時比F.prausnitzii單獨發(fā)酵時產(chǎn)生更多的丁酸[14]，表明F.prausnitzii能夠利用多形擬桿菌的代謝產(chǎn)物合成丁酸。

SCFA除了提供能量外，在抑制腸道沙門氏菌、增強腸道免疫等[37-38]方面也有明顯作用。鑒于F.prausnitzii是腸道內(nèi)主要產(chǎn)丁酸鹽的微生物之一，丁酸展現(xiàn)出的益生作用F.prausnitzii同樣具備。但因?qū).prausnitzii的報道較少，其具體的作用效果有待后續(xù)研究。

3.2 F. prausnitzii的抗炎作用及機制

雖然現(xiàn)階段關(guān)于F.prausnitzii的研究較少，但通過體內(nèi)、外試驗發(fā)現(xiàn)F.prausnitzii具有顯著抗炎作用。Zhang等[39]在體外共培腸道上皮細胞及厭氧細菌時發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii能降低Toll樣受體3(TLR3)、Toll樣受體4(TLR4)的表達并抑制核因子-κB(NF-κB)途徑，從而對結(jié)腸上皮細胞發(fā)揮抗炎作用，丁酸對這一效果有促進作用。有研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii能夠促進人外周血單核細胞產(chǎn)生白細胞介素-10(IL-10)，其培養(yǎng)物上清液能夠抑制腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導(dǎo)的HT-29細胞分泌白細胞介素-8(IL-8)[40]。Alameddine等[41]報道，F(xiàn).prausnitzii促進人樹突細胞中產(chǎn)生IL-10的T細胞的增殖，導(dǎo)致IL-10和白細胞介素-27(IL-27)的表達增加，降低白細胞介素-6(IL-6)和TNF-α的表達。用CaCo-2細胞模型進行研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii及其胞外小泡(EVs)能降低模型中白細胞介素-17(IL-17)、IL-6的分泌并提高白細胞介素-4(IL-4)的水平，且EVs的效果比F.prausnitzii更明顯[42]。Huang等[43]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitziiA2-165上清液能保護及治療葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠，認為F.prausnitzii上清液是通過抑制Th17細胞分泌IL-17A同時降低IL-6改善結(jié)腸炎，還可以提高IL-4的分泌預(yù)防結(jié)腸炎。Zhang等[44]也證明，F(xiàn).prausnitzii產(chǎn)生丁酸抑制T細胞中組蛋白去乙酰化酶3(HDAC3)和c-Myc基因的表達，從而降低Th17細胞分化，達到緩解DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥狀。Kawade等[45]的試驗發(fā)現(xiàn)，給DSS模型小鼠飼喂活F.prausnitzii能緩解小鼠腸道炎癥且與對照組相比該組小鼠TNF-α、γ-干擾素(IFN-γ)和IL-10的表達量顯著降低。Rossi等[46]通過試驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitziiA2-165能通過增加IL-10的含量，進而提高小鼠T細胞活性并降低IFN-γ+T細胞比例。研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii能促進結(jié)腸緊密連接蛋白表達，改善腸道通透性，緩解2，4-二硝基苯磺酸(DNBS)誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥[47]。

盡管F.prausnitzii有顯著的抗炎效果，但其產(chǎn)生抗炎作用的具體物質(zhì)及作用機理并不完全清楚。有研究認為，F(xiàn).prausnitzii代謝產(chǎn)物丁酸在抗炎過程中起主要作用，也有研究持不同意見。2016年，Quévrain等[48]在F.prausnitzii上清液中發(fā)現(xiàn)一種具有抗炎效果的蛋白質(zhì)，將其稱為微生物抗炎分子(microbial anti-inflammatory molecule,MAM)，并發(fā)現(xiàn)MAM通過抑制NF-κB信號通路緩解DNBS誘導(dǎo)的小鼠炎癥，不同菌株來源的MAM具有的抗炎活性不同[49]。這一抗炎蛋白被證實具有抑制NF-κB信號通路活性的作用[50]。Xu等[51]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii分泌的MAM能夠通過調(diào)節(jié)腸道緊密連接蛋白的表達，改善T2DM小鼠模型的腸道功能。另外，Miquel等[15]在F.prausnitzii治療2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)誘導(dǎo)的小鼠模型炎癥時發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii通過多種代謝物質(zhì)發(fā)揮抗炎作用，其中水楊酸最為顯著。F.prausnitzii發(fā)揮抗炎作用是一個極其復(fù)雜的過程，且該類報道有限尚未形成定論，有待后續(xù)研究。

3.3 F. prausnitzii對宿主的其他作用

腹瀉是對犢牛危害最嚴重的疾病之一，病情嚴重會造成犢牛的死亡和經(jīng)濟損失。抗生素能夠有效地預(yù)防治療犢牛腹瀉，但使用抗生素成本高、危害大，因此尋找新的腹瀉預(yù)防和治療方法尤為重要。Oikonomou等[52]用16S rRNA測序方法對出生犢牛到7周齡犢牛糞便微生物進行檢測發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii和犢牛腹瀉率及犢牛增重相關(guān)，尤其在第1周齡時，F(xiàn).prausnitzii的豐富度越高，犢牛增重越快，腹瀉率越低。同樣，F(xiàn)oditsch等[53]給斷奶犢?？诜﨔.prausnitzii后發(fā)現(xiàn)，口服F.prausnitzii的試驗組犢牛腹瀉率及致死率與對照組相比降低且促進了犢牛增重；在試驗過程中犢牛未出現(xiàn)不良反應(yīng)，因此認為F.prausnitzii能作為潛在益生菌開發(fā)利用。雖然相關(guān)研究表明F.prausnitzii和犢牛腹瀉相關(guān)，但該過程復(fù)雜，具體的作用機制并未探索完全，有待進一步研究。

3.4 F. prausnitzii與人類和動物疾病

F.prausnitzii除具有以上潛在益生作用外，它與一些人類和動物疾病也緊密相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，成年CD患者的糞便和回腸黏膜中F.prausnitzii的豐富度顯著低于健康人群，活動期CD患者腸道內(nèi)F.prausnitzii的豐富度顯著低于緩解期CD患者[54]。除與CD有關(guān)外，有研究者發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)患者腸道內(nèi)F.prausnitzii的豐富度降低，這一現(xiàn)象與患者體內(nèi)DP8α T細胞活性降低有關(guān)[55]。F.prausnitzii還與過敏性哮喘相關(guān)。Hu等[56]發(fā)現(xiàn)，飼喂活的或死亡的F.prausnitzii能夠緩解屋螨塵(HDM)誘導(dǎo)的小鼠的癥狀并提高免疫表達，促進SCFA的產(chǎn)生及改善腸道菌群失調(diào)情況；同時，還證明F.prausnitzii作為一種益生菌在預(yù)防過敏性哮喘病中具有潛在的作用。F.prausnitzii對不可預(yù)測的慢性輕度應(yīng)激(CUMS)誘導(dǎo)的小鼠抑郁及焦慮癥具有顯著的治療、預(yù)防作用，并能防止小鼠全身股骨、脛骨的骨密度降低[57]。F.prausnitzii在人和動物疾病方面都有顯著的預(yù)防、治療效果，尤其是在人腸道疾病方面。因此，F(xiàn).prausnitzii具備作為益生菌利用的潛力。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，基于現(xiàn)階段研究結(jié)果，F(xiàn).prausnitzii在提高機體免疫能力等方面具有一定的作用。然而F.prausnitzii具備作為益生菌飼料添加劑發(fā)展?jié)摿Φ耐瑫r，尚有諸多問題有待解決，例如：1)F.prausnitzii是絕對厭氧的共生菌，因此，F(xiàn).prausnitzii大規(guī)模培養(yǎng)問題及添加方式有待解決；2)F.prausnitzii在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用研究較少，在生產(chǎn)中如何合理的添加有待于深入研究；3)關(guān)于F.prausnitzii對宿主的益生作用機制及生產(chǎn)中應(yīng)用的安全性缺乏大量試驗報道，有待于進一步研究。以上問題的解決有利于F.prausnitzii在養(yǎng)殖生產(chǎn)中的應(yīng)用。