乳酸菌对畜禽肠道稳态和免疫调控的研究进展

摘 要：畜禽肠道微生物菌群广泛认为是维持机体体内平衡的重要组成之一，与畜禽健康和疾病密切相关，许多疾病的发生都伴随着肠道微生物的紊乱。一些益生菌常被用来维持肠道微生态稳态、调节机体免疫、改善屏障功能、缓解机体疾病并维持机体健康。其中乳酸菌作为广泛分布于动物源性食品、胃肠道及生殖道等生态位的益生菌群，是应用最广泛的益生菌。其在抑制有害菌增殖，促进有益菌生长，维持肠道微生态稳定，通过上调紧密连接蛋白表达增强肠道物理屏障，促进杯状细胞分泌黏蛋白，增强黏液层保护作用维护肠道化学屏障；同时，通过激活免疫相关通路促进抗炎因子分泌，抑制促炎因子招募的潜力已得到广泛的证实。基于此，本文系统阐述了乳酸菌的生物学特性、其表面活性成分对畜禽肠道屏障功能的调控机制，以及乳酸菌介导的肠道屏障调节作用，总结其在畜禽生产中的应用现状及未来研究方向，以期为乳酸菌资源的进一步开发与应用提供参考，并为推动畜牧业减抗、绿色养殖与安全生产提供科学依据。

关键词：乳酸菌；宿主肠道；免疫调控

在畜禽集约化养殖过程中，肠道免疫失衡与内环境稳态紊乱常引发多种疾病与生长障碍，如幼龄畜禽肠道发育不完善、应激性菌群失衡、病原微生物感染等，严重制约畜禽健康与生长性能，影响养殖效率。肠道不仅是机体消化吸收的关键场所，也是重要的免疫器官和抵御外环境的第一道屏障。从结构上看，肠道上皮内黏液层紧密附着于上皮细胞表面，形成致密保护层，维持相对无菌的微环境，而外黏液层的结构相对疏松，流动性强，既为有益菌提供定植空间，也可能成为潜在致病菌的繁殖位点(图1)。因此，有效调控肠道免疫与稳态有助于降低畜禽肠道疾病发生率、减少感染风险。

图1肠上皮屏障的结构

乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)是益生菌的成员之一，属于革兰氏阳性菌，其典型代谢特征是通过糖类发酵生成大量乳酸，该菌群主要包括片球菌属、乳酸杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、明串珠球菌属等(常见乳酸菌种类及作用机制如表1)。研究表明，乳酸菌在维持畜禽肠道微生态平衡、调节免疫系统功能、增强肠道屏障以及促进健康生长等方面具有多重生物学效应。具体而言，乳酸菌可通过多种途径发挥益生作用。例如：在犊牛断奶阶段补充埃氏巨球形菌益生菌胶囊，可促进瘤胃微生物发酵，增加乳酸生成，稳定瘤胃pH值，进而促进瘤胃发育和乳头生长，最终提高犊牛生产性能。在仔猪中，罗伊氏乳杆菌可通过提高仔猪血清中干扰素-γ(Interferon-γ,IFN-γ)、白介素-4(Interleukin-4,IL-4)和免疫球蛋白G(ImmunoglobulinG,IgG)表达水平，增强免疫功能，促进肠道发育。罗伊氏乳杆菌还可进一步上调空肠内抗微生物肽与黏蛋白mRNA的表达，增加杯状细胞的数量，从而强化肠道免疫屏障功能，促进仔猪生长。目前，现有研究表明，乳酸菌参与畜禽肠道屏障、稳态和免疫调控，然而其作用机理仍不清晰，需进一步的研究。基于此，本文对乳酸菌生物特性、表面活性成分及对畜禽肠道屏障功能的调控机制进行综述，旨在为乳酸菌的开发及其在畜禽肠道健康调控中的应用提供参考。

表1常见乳酸菌种类及作用机制

TLR2,Toll样受体2；TLR4,Toll样受体4；Th17,辅助性T细胞17亚群；Treg,调节性T细胞：IFN-γ, γ-干扰素；TNF-α,α-肿瘤坏死因子；IL-1β，β-白介素1：MyD88，髓样分化因子88；NF-κB，核因子κB：SCFAs，短链脂肪酸

1 乳酸菌的生物学特性

乳酸菌是指能利用碳水化合物发酵产生大量乳酸的一类细菌。研究表明，乳酸菌能够通过多种途径发挥益生功能，其可通过代谢碳水化合物产酸降低肠腔pH值，抑制有害菌；上调拉克诺梭菌属和拟杆菌属相对丰度来提高肠道免疫力，且可增加丹毒梭菌属相对丰度和降低理研菌属的相对丰度来修复肠道黏膜屏障；同时，乳酸菌在抑制病原菌定植及增强宿主抗感染能力方面具有显著作用，特别是在预防肠道致病菌感染中发挥着关键作用，通过激活宿主TLR2/NF-κB信号通路诱导上皮细胞分泌防御素，其阳离子结构靶向结合革兰氏阴性菌的膜磷脂，形成跨膜离子通道，同时水解革兰氏阳性菌的肽聚糖层结构。其在维持宿主内环境稳态方面的作用主要体现在免疫调节和肠道屏障功能改善，研究表明，乳酸菌通过肠道定植形成空间屏障限制病原体与上皮细胞互作，同时激活黏膜免疫促进分泌型免疫球蛋白A防止病原体在肠道定植，并分泌有机酸降低肠腔pH值抑制病原体增殖，协同细菌素介导的膜穿孔作用实现病原体清除；此外，乳酸菌及其代谢物可调节肠道微生物组成，抑制有害菌生长，促进有益菌增殖，乳酸菌的多种代谢产物具备与病原微生物竞争的能力，可有效抑制病原菌存活和防止病原菌感染，如丁酸可以激活肠上皮细胞G蛋白偶联受体，促进调节性B细胞分泌IL-10。乳酸菌能够显著提升饲料消化利用率、生物效价及肠道的消化吸收，从而促进动物生长，并对肠道内引起机体腹泻、中毒的病原菌有防治的作用；此外，由于乳酸菌具有容易分离且培养成本低的优势，同时还具有良好的利用效果，因而在畜牧业发展中更具有研究意义。综上所述，乳酸菌可通过产酸降低肠道pH以抑制有害菌，并通过调节肠道菌群、增强免疫及黏膜屏障功能等途径改善肠道上皮屏障。然而，乳酸菌对肠道上皮屏障的调控作用主要与其表面成分密切相关。乳酸菌表面成分组成了肠道物理屏障，同时参与调控机体代谢通路，进一步影响肠道屏障功能。深入解析乳酸菌表面成分对肠道上皮屏障的调控机制，将有助于更好的了解乳酸菌维持肠道屏障的调控机理。因此，下文将重点围绕乳酸菌表面成分对肠道上皮屏障的调控作用展开阐述。

2 乳酸菌表面成分对肠道上皮屏障的调控

乳酸菌的表面成分主要由表层蛋白、菌毛、胞外多糖组成。乳酸菌的表层蛋白、菌毛、胞外多糖等作为微生物相关分子模式，通过结合宿主肠上皮细胞的模式识别受体(PRRs，如Toll样受体TLR2)，激活下游信号通路。表层蛋白通过竞争性结合病原体，抑制其黏附于肠道黏膜，并调控NF-κB 和PI3K-AKT-mTOR通路，减少炎症因子释放并增强紧密连接蛋白表达，表层蛋白通过TLR2依赖性途径激活蛋白激酶C，增强上皮细胞间紧密连接，从而改善屏障完整性。PI3K-AKT-mTOR通路是细胞感知营养、能量和生长因子状态，决定细胞生存、生长、增殖和代谢，NF-κB通路是细胞中最核心、最经典的炎症和应激反应信号通路，它在防御感染、调节免疫中至关重要。表层蛋白、菌毛、胞外多糖等乳酸菌表面分子可被PRRs识别，在维持肠道稳态、促进肠道健康方面发挥作用，其作用机理如表2所示。

表2乳酸菌表面分子对肠道上皮屏障的影响

2.1 表层蛋白对肠道上皮屏障的调控

表层蛋白是古细菌、革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中丰富的超分子细胞包膜结构，其大多由单一的蛋白质或多种糖蛋白组成，这些蛋白被命名为S层蛋白。表层蛋白在细菌黏附和肠道屏障保护方面的作用可以归因于表层蛋白与肠出血性大肠杆菌(Enterohaemorrhagic Escherichia coli，EHEC)、肠侵袭性大肠杆菌(Enteric invasive Escherichia coli, EIEC) 和肠致病性大肠杆菌(Enteropathogenic Escherichia coli,EPEC)等病原体在肠细胞表面黏附位点的竞争。研究表明，表层蛋白通过分子识别阻断大肠杆菌外膜蛋白(如OmpC、Intimin、I型菌毛)与宿主受体的相互作用，降低病原体在肠道的定植能力，减少病原体的存在，从植物乳杆菌中纯化的表层蛋白对感染EPEC的Caco-2细胞具有保护作用，其途径是增加其跨上皮细胞电阻，下调其通透性。嗜酸乳杆菌的表层蛋白可自组装形成一层单分子膜，紧密附着于细胞外表面，直接与外界环境、环境应激因子以及宿主肠道内的相关成分接触，而这些成分正是该微生物所栖息的微环境，进一步促进微生物发挥作用，提高机体的免疫能力。因此表层蛋白对于维持肠道内稳定，减少病原菌的存在具有重要作用。

2.2 菌毛对肠道上皮屏障的调控

菌毛是细菌表面的丝状副器官，在细菌与宿主肠道上皮的黏附中起重要作用。根据菌毛的形态、数量、在细菌表面的分布、黏附特性、抗原性和遗传位点将菌毛分为6种类型(1型-VI型)。菌毛介导的黏附作用可竞争性抑制病原体(如大肠杆菌、沙门氏菌)与肠黏膜的结合，减少病原体侵袭，并通过抑制NF-κB和PI3K-AKT-mTOR等炎症信号通路的磷酸化，降低促炎因子(如TNF-α、IL-8)的表达，从而缓解肠道炎症反应；菌毛介导的定植可促进有益菌增殖，抑制致病菌，并通过代谢产物激活芳香烃受体(Aryl hydrocarbonreceptor，AhR)信号通路，强化紧密连接。试验表明，短双歧杆菌UCC2003的紧密黏附菌毛是VIb菌毛的一个亚类，双歧杆菌产生的Tad菌毛对肠道具有益生作用，通过产生一种细胞外蛋白结构支架，促进肠道黏膜生长。也有研究表明，益生菌的SpaCBA菌毛对于Caco-2肠道上皮细胞系的黏附是必不可少的。鼠李糖乳杆菌的SpaCBA菌毛可诱导合成上皮细胞活性氧，并在刺激细胞外调节蛋白激酶磷酸化和保护肠道上皮屏障中发挥作用。

2.3 胞外多糖对肠道上皮屏障的调控

乳酸菌胞外多糖(Exopolysaccharides，EPS)通过多种分子机制调控肠道上皮屏障功能，其作用涉及信号通路激活、紧密连接蛋白表达、菌群稳态维持及免疫调节等方面。不同菌株的EPS具有特异性作用机制：如植物乳杆菌NCU116 的EPS116能够激活信号转导与转录激活因子3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)，促进其与闭合蛋白(Occludin)和闭锁小带蛋白-1(Zonula occludens-1,Z0-1)基因启动子结合，上调紧密连接蛋白表达，降低肠道通透性，并抑制病原菌入侵；植物乳杆菌L-14产生的EPS则可阻断脂多糖与TLR4的相互作用,在巨噬细胞RAW264.7中发挥抗炎作用；嗜热链球菌ZJUIDS-2-01产生的 EPS 能通过 MAPK 和 NF-κB 信号传导(部分通过 TLR2和 TLR4)促进巨噬细胞产生TNVF-α并增强其吞噬作用，此外，罗伊氏乳杆菌产生的胞外多糖在体内外均表现出抗病原菌黏附的作用：在仔猪模型中可颉颃肠产毒素性大肠杆菌(Enterotoxigenic Escherichia coli，ETEC)对肠黏膜的黏附，减轻感染引起的体液流失；细胞试验进一步证实其能显著抑制ETEC对猪肠上皮细胞的黏附。

综上所述，乳酸菌表面成分可通过共同的竞争性黏附机制发挥作用，一方面与病原菌竞争肠上皮细胞表面的结合位点，物理性阻断病原体的定植，同时又通过不同信号通路上调紧密连接蛋白(如Occludin,ZO-1)的表达，增加跨上皮电阻，降低肠道通透性，具体而言，菌毛主要依赖激活AhR通路增强紧密连接，同时抑制NF-κB和 PI3K-AKT-mTOR通路以增强抗炎能力；而胞外多糖则通过激活STAT3上调紧密连接、阻断TLR4/NF-κB通路或经由TLR2/4-MAPK/NF-κB通路促进免疫细胞功能，从而协同维护肠道屏障完整性。

3 乳酸菌对肠道屏障的调控

胃肠道作为机体与外界交互的最大界面，它是动物体消化吸收营养物质的场所，也是免疫器官，肠道存在着物理屏障、化学屏障、微生物屏障与免疫屏障等防御体系。完整的肠道屏障有助于畜禽的肠道正常发挥功能，促进机体健康生长，当肠道屏障中某一屏障受到损伤后，都会引起肠道功能的紊乱，不利于畜禽的生长。因此，以下通过针对肠道的物理屏障、化学屏障、微生物屏障与免疫屏障展开论述，阐明乳酸菌对肠道屏障的调控作用。

3.1 乳酸菌对肠道物理屏障的调控

肠道上皮细胞对于维持机体稳态发挥着关键作用，其主要功能是通过形成物理屏障来对外部环境进行分隔。物理屏障保障营养物质和有益分子的进入，同时阻拦了有害物质的进入，物理屏障的选择通透性主要依赖于紧密连接蛋白的调控，这些特殊蛋白分子构成了物理屏障功能的结构基础。紧密连接是一种动态连接结构，可以控制肠黏膜的通透性，紧密连接的复杂性及结构完整性与肠黏膜屏障功能息息相关。研究发现植物乳杆菌OLL2712激活MYD88依赖的自噬通路，减少肠上皮细胞凋亡，增强屏障功能。研究表明，肠道菌群中的乳酸菌可通过调节紧密连接蛋白的表达及分布影响肠黏膜的屏障功能，从而增强宿主对病原菌侵袭的防御能力。植物乳杆菌ZLP001 可通过上调断奶仔猪肠道Claudin-1、Occludin及Z0-1的基因和蛋白表达，减轻ETEC诱导的紧密连接蛋白降解，恢复肠道通透性。罗伊氏乳酸杆菌ZJ617可上调脂多糖诱导肠道紧密连接蛋白Z0-1、Occludin和Claudin-3的表达水平，改善仔猪肠道屏障功能的损伤。表明乳酸菌在缓解仔猪肠道通透性，提高紧密连接方面发挥重要作用。

3.2 乳酸菌对肠道化学屏障的调控

化学屏障是指肠上皮细胞分泌的黏液，黏液层是胃肠道黏膜屏障的关键结构组分，其通过覆着于肠道上皮表面，构成宿主防御系统的重要防线。其保护机制主要体现在以下三个层面：首先，发挥物理屏障功能，有效阻隔肠腔内有害物质对上皮组织的直接侵袭；其次，通过选择性地富集黏液降解菌，维持菌群空间分布；最后，动态调节以适应消化道内环境的变化。胃肠道黏液主要由肠道上皮杯状细胞分泌，其主要成分为黏蛋白，黏蛋白作为高分子量糖蛋白复合物，依据其结构和功能特性可分为两类：①分泌型黏蛋白(MUC2、MUC5AC、MUC5B和MUC6)，构成黏液层的主要结构框架；②跨膜型黏蛋白(MUC1、MUC4、MUC13 利 MUC16)。

乳酸菌可通过调控肠道黏蛋白合成途径影响宿主肠道屏障功能，这一作用机制涉及对黏蛋白基因表达的调控及免疫功能的调节。多项试验证实，特定菌株能够显著上调肠上皮细胞中关键黏蛋白基因的表达水平。如大肠杆菌与HT-29细胞共培养时，可诱导 MUC2，MUC，MUC5AC及 MUC5A等黏蛋白基因mRNA表达水平显著升高。Yang等发现，通过对雏鸡口服乳酸菌补充剂能够预防肠炎沙门氏菌对雏鸡小肠绒毛形态和黏膜层破坏。常振宇等对牦牛补饲乳酸杆菌，发现其可显著提高肠道的 MAPK表达量，而MAPK的信号通路能通过调节连蛋白和膜蛋白的表达及磷酸化的过程，发挥肠道屏障保护的作用。在对仔猪的研究中发，罗伊氏乳杆菌ZY15 通过上调 MUC1、MUC2、Occludin、Z0-1和 Claudin-1的蛋白和mRNA水平来增强肠道屏障，减少IL-1B、IL-6、TNF-α等促炎细胞因子的招募，来减轻机体肠道炎症反应。此外，从羔羊胃黏膜中分离出来的罗伊氏乳杆菌作能够促进HT-29细胞 MUC2和 MUC5AC的表达，显著提升抗炎因子IL-10的分泌水平，从而改善肠道炎症反应。综上所述，乳酸菌可增加黏蛋白基因的表达，上调黏蛋白合成通路，改变肠道黏液层特性，并借助肠道免疫调节机制进一步维持肠道稳态。

3.3 乳酸菌对微生物屏障的调节

肠道内栖息着细菌、病毒、真菌及古生菌等多种微生物。这些微生物与宿主之间形成了复杂的生态系统，并不同程度的参与机体内多种生理过程。研究表明，乳酸菌能够通过“竞争排斥”原理调控肠道微生物群落，其作用机制主要从以下三个方面体现：首先，乳酸菌可与病原微生物争夺机体肠道黏膜表面的黏附位点；其次，它们可以与有害菌竞争生长所需的营养底物；此外，还能分泌具有抗菌活性的代谢产物。在断奶仔猪日粮中添加植物乳杆菌JDFMLP11或粪肠球菌NCIMB 11181可增加断奶仔猪肠道微生物群落的多样性和丰富度，降低肠道炎症回肠免疫基因(BPI、RSAD2、SLPI、DMBT1和C6)的表达，与有益菌协同抑制肠道黏膜中病原菌定植进而抑制有害菌生长，调节氨基酸合成和丁酸代谢促进肠道发育。枯草芽胞杆菌QST713作为抗生素生长促进剂的替代品饲喂肉鸡，其肠道中大肠杆菌和肠球菌数量显著降低，乳酸杆菌数量显著升高，可以调节微生物群和肠道结构。此外，乳酸菌在细胞外液中通过竞争肠道微环境中的营养物质，抑制病原菌在肠道黏膜的定植，因此，宿主营养状态与肠道菌群构成存在动态平衡关系。

3.4 乳酸菌对免疫屏障的调节

早期断奶的仔猪肠道微生物菌群容易发生紊乱，导致抵抗力下降、消化能力减弱以及营养吸收能力降低，增加肠道中乳酸杆菌数量有助于恢复肠道菌群平衡，并对宿主营养利用产生积极影响；集约化的养殖造成家禽的肠道菌群紊乱，免疫力下降，通过增加乳酸菌培养物可以提高肉鸡血清中免疫球蛋白IgG、IgA含量，从而提高免疫能力；在反刍动物饲粮中添加乳酸菌可以增加血清中IgA、IgM、IgG含量。Gandhar等发现嗜酸乳杆菌可提高免疫球蛋白含量，降低炎症反应，使感染牛轮状病毒的腹泻犊牛恢复期缩短。乳酸菌也可以提高受病菌侵袭的犊牛免疫中淋巴细胞和中性粒细胞的比率，增强牛的抗应激能力，增强全身特异性免疫反应。饲料中添加植物乳杆菌可显著提高肉鸡回肠黏膜中的IL-6、IL-10的表达，有益于促进肉鸡的肠道健康。此外，乳酸菌在宿主体内分泌细菌素，诱导宿主防御素的表达，从而提升机体的免疫防御能力，进而提高畜禽的免疫能力。试验发现，乳酸菌能够有效刺激肠道免疫球蛋白的分泌，从而增强肠道黏膜免疫屏障。从作用机理来看，首先，乳酸菌能够激活免疫系统，诱导多种免疫因子的表达，包括白介素、干扰素等细胞因子；其次，乳酸菌对肠上皮细胞具有较强的黏附能力，这种能力使其能够持续与肠道免疫细胞进行信号传导，从而增强宿主的免疫防御功能。不同种类的乳酸菌可分泌差异化的细胞因子，例如IL-12、IL-1B和TNF-α等促炎因子可激活免疫反应，而IL-10和转化生长因子-β(Transforming growth factor-beta，TGF-β)等抗炎因子则参与抗炎过程。当环境中存在较多的IL-10/TGF-β时，树突状细胞和巨噬细胞会诱导生成调节性T细胞，这类细胞通过调控效应T细胞与调节T细胞的比例，来维持外周免疫耐受。

4 小结与展望

动物机体的免疫稳态与肠道菌群之间存在复杂的互作关系，乳酸菌作为调控畜禽肠道健康的核心益生菌群，其作用机制尚有待进一步阐明。当前研究虽明确了其表面成分在调控肠道屏障与免疫中的重要性，但对不同菌株特异性成分的作用靶点、信号通路及互作网络仍缺乏系统性研究。因此，未来应从以下方向重点突破：第一、开展不同物种及生长阶段的菌株研究，比较猪、禽等畜禽在不同生理阶段(如幼龄期、育成期)对乳酸菌定植与免疫应答的差异，解析宿主生理状态如何影响菌株功能，建立“菌株-宿主-阶段”适配机制，为菌株的靶向筛选和应用提供依据。第二、揭示菌株与宿主的表观遗传互作网络，利用多组学技术，阐明乳酸菌活性成分如何通过影响宿主DNA甲基化、染色质开放度等表观遗传修饰，调控免疫相关基因的表达，系统解析“微生物信号-表观遗传重编程-免疫稳态”的分子通路。第三、构建表面成分的“结构-功能-靶点”关系，整合结构生物学与功能验证手段，解析乳酸菌特征性表面成分的分子结构与其识别宿主受体、激活下游通路的对应规律，明确不同成分的功能特异性及协同效应，为益生菌制剂的筛选及制备奠定基础。未来通过对上述方向的突破，可系统阐明乳酸菌的作用机制，为其在养殖生产中的规范化、靶向化应用提供坚实科学依据，推动畜牧业向绿色健康高质量发展转型。

参考文献：略。

作者：马驰，冯小芳等2026年2月10日网络首发于《中国畜牧兽医》。