李光玉教授：犬、猫益生菌应用研究进展

犬和猫作为欧亚灰狼和野猫的后代，都是人工驯化较早的动物之一[1]。大约从15 000年前，欧亚灰狼和野猫开始被驯化，如今已经驯化出多种适合人类饲养的犬、猫品种，并在全球范围内快速繁衍。随着犬、猫角色由“看家护院”到“情感陪伴”的转变，其社会角色也转变成为了伴侣动物或家庭成员[2]。因此，宠物的健康和福利成为宠物主关注的焦点，犬、猫的食品研发也从营养均衡向保障动物健康的方向发展[3]。

研究发现，使用宿主肠道内的微生物作为益生菌菌株才是最理想的选择[3-4]。然而，对于目前中国市场上绝大多数犬、猫益生菌产品来说，较少有应用来自犬、猫肠道微生物作为益生菌菌株的产品，并且也没有将来自犬、猫肠道的菌株与市场上销售的来自其他物种的菌株进行功能性比较研究。因此，还需要更多地研究来探究犬、猫宿主源益生菌的作用机制，以及如何使用益生菌对犬、猫是最优的选择。

根据《2023年宠物市场消费白皮书》的数据，中国养宠家庭数量从2022年的9 800万户增加到10 565万户，主要以养犬、猫为主。2023年宠物犬数量为5 175万只，宠物猫数量为6 980万只。随着宠物衍生商品和服务需求越加多样化，国内宠物消费市场规模快速增长，2022年市场规模达3 117亿元，2023年市场规模约为3 924亿元。根据中华人民共和国农业农村部公告（第194号）的规定，自2020年7月1日起，我国饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料，以减少滥用抗生素造成的危害，维护我国动物源性食品安全和公共卫生安全。益生菌（或称饲用微生物），因其具有替代抗生素的功效，从而引起了广泛的关注。根据市场调研发布的数据，2021年中国宠物益生菌行业市场规模为14.7亿元，同比增长20.2%，可见以益生菌产业为核心的宠物功能性食品行业正蓬勃发展。

益生菌被定义为“食用足够数量时,对宿主健康产生有益作用的活体微生物”[5]。益生菌通过调节免疫功能、产生抗菌化合物、改善肠道屏障和调节细胞关键信号通路等方式发挥益生作用[6]。

2.1 调节免疫功能

益生菌可通过刺激T细胞分化、调节促炎和抗炎因子以及诱导产生分泌型免疫球蛋白A（secretory immunoglobulin A，sIgA）来调节机体免疫功能[7-8]。益生菌还可通过调节树突状细胞（dendritic cells，DCs）、单核细胞/巨噬细胞以及T淋巴细胞和B淋巴细胞的能力，从而增强机体对肠道病原体的清除能力[9-10]。研究报道，益生菌可以通过调控DCs，促进白细胞介素10（IL-10）等抗炎因子的分泌，从而激发先天免疫系统的抗炎反应[11]。此外，益生菌还可以通过抑制脂多糖与CD14受体的结合，抑制核因子（nuclear factor-κB，NF-κB）激活，从而降低促炎因子的产生[9]。另有研究报道称，益生菌可促进sIgA的释放[12]。免疫球蛋白A（Immunoglobulin A，IgA）被认为是黏膜表面的免疫屏障，能有效抑制病原体黏附、定植或侵入黏膜表面，保护黏膜屏障的完整性，防止病原体入侵机体。

2.2 产生抗菌化合物

Gioia等[13]研究表明，益生菌的活性并不是其发挥作用所必需的。由此提出了后生元（Postbiotics）的概念，即“对宿主健康有益的无生命微生物和/或其成分的制剂”[14]，主要包括细菌素、有机酸和过氧化氢等[15]。

2.2.1 细菌素

细菌素是核糖体产生的抗菌肽，分子质量为2 k~10 ku。由于其体积较小，因此可以黏附在微生物表面并穿透磷脂膜[16]。细菌素可以通过不同的机制发挥作用，其一是直接破坏靶细胞的细胞壁或细胞膜，导致细胞内容物的释放，从而杀死细菌；其二是细菌素进入靶细胞内，在胞内抑制基因或蛋白质的表达，从而抑制细菌的生长[17-18]。研究发现，乳链菌素溶液会抑制从牙周病犬口腔中分离出来的致病菌生长，这表明细菌素在犬牙周病中可能具有潜在的应用价值[19]。

2.2.2 有机酸

胃肠道中的乳酸菌和共生微生物会共同发酵碳水化合物，产生甲酸、乙酸、琥珀酸和乳酸等有机酸，使肠道环境呈弱酸性，从而抑制细菌病原体的生长[20]。未解离的乳酸可作为革兰氏阴性细菌外膜的渗透剂，其进入细胞后会在细菌细胞质内解离[21]。解离后的有机酸降低细胞内pH，破坏细胞膜结构，或作为其他抗菌化合物的促进剂，从而发挥杀菌作用。

2.2.3 过氧化氢

乳酸菌还可以分泌过氧化氢，这也是益生菌能抵抗病原体的重要原因之一。过氧化氢可以减少致病菌对上皮细胞的侵袭，或改变上皮细胞基因转录和信号转导的方式，杀死无过氧化氢酶的肠道致病菌[22-23]。Lin等[24]从犬的粪便中分离出能够产生过氧化氢的菌株W. cibaria C34，结果显示，该菌株能抑制食源性致病菌的生长。

关于后生元对犬、猫肠道菌群影响的研究还比较少。但因为后生元具有保质期长、稳定性好、能发挥益生菌活菌相似作用的优点，其可能会成为益生菌的替代品。但值得注意是，后生元不具备益生菌能在胃肠道中定植，并持续发挥功能的潜力。因此，未来还需要结合转录组、蛋白组和代谢组等研究方法来探索后生元-宿主-肠道菌群的相关信号通路和潜在机制，为后生元作为功能性食品在犬、猫领域推广应用提供理论基础。

2.3 改善肠道屏障

益生菌可通过物理、化学和免疫屏障等方式来增强肠黏膜完整性，从而减少炎症反应的发生和病原体的移位[25]。肠上皮屏障由一个密集的黏膜层组成，是维持肠上皮完整性、防止病原体感染和过度炎症反应发生的关键防线[26]。益生菌能够促进杯状细胞分泌黏液、促使Paneth细胞释放防御素以及促进正常上皮细胞合成紧密连接蛋白，从而调节和预防上皮细胞凋亡[27-28]。益生菌还能刺激IgA的产生，防止病原体在肠道内繁殖并调节黏膜免疫系统，增强肠道免疫屏障[29]。

2.4 调节关键信号通路

越来越多的证据表明，益生菌能通过调节关键信号通路与宿主进行交流。如增强或抑制NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated proteinkinase，MAPK）的活化，影响下游通路[30]。研究报道的益生菌潜在调节信号通路有：①通过抑制NF-κB α抑制剂（IκBα）的磷酸化、泛素化、蛋白酶体降解或NF-κB移位等方式，抑制NF-κB的活化[31-32]；②通过过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（PPARγ）来调控p65蛋白的核移位[32]；③通过调节磷脂酰肌醇3-激酶（Phosphoinositide 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，Akt）通路，防止肠上皮细胞凋亡；④通过调控p38、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）和细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase, ERK）1/2 MAPK的磷酸化水平，来影响细胞因子分泌和细胞凋亡过程[33-34]（见图1）。

3.1 降低腹泻的发生率

腹泻是犬、猫最常见的疾病之一，多发于幼龄犬、猫，益生菌可有效降低犬、猫腹泻的发病率。刘昆[35]将犬源芽孢杆菌Y10饲喂给腹泻幼犬，结果显示，饲喂益生菌显著降低了腹泻的发病率。周雨[36]从健康犬粪便中分离出犬源益生菌，并饲喂给番泻叶造模的腹泻犬，结果表明，益生菌对腹泻具有一定的防治作用。田其真等[37]给幼犬饲喂唾液乳酸杆菌TCSL[5×1010 CFU/（mL·d）]，结果发现益生菌可改善幼犬的肠道健康，降低腹泻发病率。Strompfová等[38]在犬日粮中添加犬源益生菌Lactobacillus fermentum CCM 7421，结果发现添加益生菌可提高犬粪便中乳酸杆菌相对丰度，降低梭状芽孢杆菌相对丰度，并减少腹泻的发病率。陈斌等[39]给英国短毛猫饲喂复合益生菌和酶制剂，结果发现添加复合益生菌和酶制剂可以改善猫肠道健康，并降低腹泻率。

3.2 防治肠道疾病

益生菌还具有防治犬、猫肠道疾病的潜力。高敬涵[40]给经阿司匹林引发肠炎的犬饲喂含有谷氨酰胺和益生菌的处方粮，结果发现，饲喂组犬腹泻率降低，肠道菌群的物种丰富度和多样性得到改善，血清丙二醛含量降低，抗氧化酶活性提高，动物肠道中sIgA、IgM、IgG的含量提高，且紧密连接蛋白（ZO-1）和膜整合蛋白（Occlaudin）的表达量提高。这表明，同时饲喂谷氨酰胺与益生菌能够减轻犬小肠损伤导致的病理反应和临床症状，维持消化道内环境稳态，增强机体免疫力与肠道屏障功能。刘鲜姣[41]针对益生菌开展了犬、猫临床应用，发现其在治疗动物肠道疾病方面具有显著疗效。White等[42]探究混合益生菌对患炎性肠病犬肠道菌群的影响，结果发现，饲喂混合益生菌或泼尼松（激素类），均能调节患有炎性肠病犬肠道菌群相对丰度，饲喂泼尼松的犬肠道双歧杆菌丰度显著提高，饲喂益生菌的犬肠道乳酸杆菌丰度显著提高，且钙黏蛋白-E、闭锁蛋白和联蛋白表达显著上调。这表明，饲喂益生菌可能有益于维持炎性肠病犬的肠道稳态。据报道，饲喂由8种乳酸菌菌株组成的复合益生菌制剂可改善慢性便秘和特发性巨结肠病猫的临床症状[43]。

3.3 增强免疫力

益生菌可增强幼犬的特定免疫功能。研究发现，给幼犬（从断奶到1岁）补充E. faecium SF68（5×108 CFU/d），可显著提高机体免疫蛋白含量，这可能与改善断奶期及生命后期应对各种感染的保护性免疫反应有关[44]。益生菌还能改善猫的免疫力。王诚等[45]给宠物猫饲喂嗜酸乳杆菌、长双歧杆菌和沼泽红假单胞菌的复合益生菌制剂，结果发现，饲喂益生菌组的猫血清中的IgG和IL-6含量提高，进一步证实了益生菌能有效增强猫的免疫力。

3.4 预防肥胖

肥胖和超重是宠物健康的主要问题之一[3]。张宏福等[46]报道，给犬补充灭活植物乳杆菌（L. plantarum L-137），发现其能够改善犬粪便质量，调节脂质代谢，改善肠道屏障功能。Lee等[47]将含有L. gasseri BNR17的合生元饲喂给肥胖犬，研究发现第10周时，肥胖犬的身体状况评分、皮下脂肪量及比例显著下降，表明益生菌有助于改善犬的肥胖。Lu等[48]探究Eurotium cristatum对肥胖犬的影响，结果发现，益生菌能降低代谢障碍水平，提高肠道菌群中的厚壁菌门/拟杆菌门值。然而，关于益生菌对肥胖或超重猫的研究很少。Kathrani等[49]报道，给超重的猫饲喂Enterococcus faecium SF68，发现饲喂益生菌对猫的采食量、体重和身体代谢参数均未产生显著影响，这可能与饲喂的时间长短有关。未来，还需要开展更多的试验来探究益生菌在预防猫肥胖中的作用。

3.5 防治皮炎

刘欣等[50]给患有异位性皮炎的犬补充益生菌制剂，结果表明，服用益生菌组犬的外周血淋巴细胞叉头框蛋白P3（FoxP3）表达升高，血清中IL-10含量提高，IgE含量下降，表明益生菌通过调控Treg细胞数量来预防异位性皮炎。Marsella[51]给幼犬饲喂益生菌L. rhamnosus GG，发现补充益生菌可降低特异性皮炎的免疫指标。Ohshima-Terada等[52]发现给患有皮炎的犬饲喂益生菌L. paracasei K71后，益生菌能够降低类固醇浓度，起到治疗皮炎的效果。

4.1 存在的问题

4.1.1 质量和稳定性

益生菌产品的功效受到生产、制备技术以及载体的影响[53]。Grześkowiak等[54]研究发现，生长培养基和预处理方法等制备工艺参数会影响益生菌[发酵乳杆菌（L. fermentum）VET9A、植物乳杆菌（L. plantarum）VET14A和鼠李糖乳杆菌（L. rhamnosus）VET16A]的黏附能力。因此，在对现有益生菌进行质量控制和开发伴侣动物新型益生菌时，应考虑其生长条件、培养基成分及产品辅料对益生菌功效的影响。因为即使是微小的改变都有可能对培养结果及产品功效与质量产生影响，从而影响宿主健康。

4.1.2 安全性

部分市售的伴侣动物益生菌产品中含有肠球菌，以屎肠球菌或粪肠球菌为主。这些肠球菌是犬和猫胃肠道中的天然菌株，某些特定菌株可能作为益生菌对宿主产生益处。然而，肠球菌也可能具有致病性，并且具有快速发展、传播抗生素耐药性的能力，还可能助长潜在致病菌的繁殖[55-56]。虽然目前尚无肠球菌感染的报道，但从理论上来讲仍存在一定的安全隐患。因此，还需开展更多的科学研究来探究益生菌的安全性。

4.2 未来的发展

宠物的健康和福利已成为宠物主人关注的焦点，营养全面均衡的饮食以及改善宠物健康的益生菌产品将成为非常有潜力的选择。未来益生菌的研究与应用重点在四个领域：一是宿主来源益生菌的益生及安全评价与应用；二是复合益生菌的功效与应用评价；三是新型益生菌安全、功效比较研究与应用评价；四是益生菌生产、加工和储存过程中活性的监测与标准建立。

目前的研究证据显示，特定的益生菌菌株和/或其组合可能在犬和猫的营养、治疗和护理方面发挥积极作用。值得注意的是，宿主来源的微生物可能是最适合作为益生菌的来源。然而，新型益生菌在伴侣动物中的应用方法、验证和风险评估策略尚未完全标准化，仍需要开展更多试验来探究其对犬和猫机体健康和福利的影响；同时，还需要开发监测犬、猫益生菌生产、加工和贮存过程中活性的新方法和新工具，促进产业的标准化、科学化发展。

参考文献及更多内容详见：

饲料工业，2024，45（13）：1-7

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