抗生素是由微生物或高等动植物在生长繁殖过程中所产生的一类次级代谢产物或其他合成类似物，能通过抑制DNA、RNA、细胞壁、蛋白质的合成致细菌细胞死亡[1]。常见的抗生素有β-内酰胺类、氟喹诺酮类、四环素类、大环内酯类等。2009年以来，我国约有近60%的抗生素应用于养殖业中[2]。肠道菌群是一个包含数千种不同微生物类群的微生态系统。这些物种大多属于拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和变形菌门（Proteobacteria）等[3]。肠道菌群在动物及人类健康、维持机体免疫和代谢稳态以及防止病原体入侵等方面发挥着重大作用[4]。当抗生素耐药基因（ARGs）通过一系列途径进入肠道影响肠道菌群的生态平衡，导致宿主免疫系统和代谢紊乱，引发疾病甚至危害动物和人类的生命安全。因此，文章综述抗生素耐药与肠道菌群的研究进展，探讨抗生素使用对肠道免疫及代谢的影响、抗生素耐药基因产生及传播途径和抗生素对肠道菌群构成的影响，并对抗生素替代方向的研究进行展望。1抗生素对肠道免疫及代谢的影响作为机体最大的免疫器官，肠道免疫系统主要包括肠黏膜、肠道上皮细胞、肠道相关的淋巴组织及各种快速反应免疫细胞等，是机体抵御外界病原微生物侵袭的重要屏障[5-6]。抗生素可直接对肠道免疫系统进行干扰，如肠道中大量的巨噬细胞对维持肠道内的免疫稳态至关重要[7]。Scott等[8]研究发现，抗生素可以通过干扰巨噬细胞稳态诱导T细胞免疫功能持续失调，促进肠道感染和炎症的易感性。肠道菌群与宿主免疫系统之间存在相互作用，抗生素的使用可引起肠道菌群的变化，由此影响机体对病原体的免疫防御和抗感染能力[9-10]。Ichinohe等[11]证实，口服抗生素治疗流感病毒时，肠道菌群的改变导致CD4、CD8 T细胞和B细胞免疫缺陷。Pang等[12]在病毒感染前用抗生素治疗小鼠，建立肠道菌群失调动物模型证明抗生素干扰引起的肠道菌群改变影响肺miRNAs的表达，从而干扰宿主抗病毒免疫。Kishida等[13]发现，抗生素治疗后小鼠肠道菌群多样性降低、CD3+细胞减少且脾细胞中干扰素（IFN）-γ、白细胞介素(IL)-6和IL-13基因表达量显著降低，说明抗生素治疗后肠道菌群的组成变化影响脾细胞中淋巴细胞的数量，并影响免疫反应。万有娣等[14]研究表明，抗生素降低肠道菌群的多样性，增加致病菌的侵入，减少有益菌的繁殖，导致肠道上皮细胞紧密连接蛋白显著减少，增加肠道屏障功能损伤。此外，水平基因转移（HGT）能导致ARGs和毒力因子在菌群中快速传播[15-16]，一旦肠道内致病菌通过HGT获得ARGs和毒力因子，将会影响宿主免疫并对动物及人类健康造成巨大威胁，但具体机制还需进一步研究[17-18]。生命早期肠道菌群的破坏会对日后免疫反应产生影响。研究发现，在猪早期使用抗生素会导致肠道菌群结构的改变，并显著降低免疫相关过程基因的表达[19]。Simon等[20]和Schokker等[21]研究抗生素引起的菌群失调对早期蛋鸡免疫的长期影响，结果进一步证实早期肠道菌群的失调可能导致免疫的改变，并在较长时间内影响肠道黏膜组织中许多免疫相关基因的表达和特异性抗体反应。研究发现，抗生素暴露导致肠道菌群结构改变，对幼年小鼠结局部免疫及肠屏障功能的建立产生不利影响，具体表现为炎性因子IL-1β、IL-6、IL-8、IL-10含量和肿瘤坏死因子（TNF）-α 、肠屏障相关基因ZO-1、Occludin mRNA表达水平显著降低[22]。对生命后期使用抗生素对肉鸡肠道菌群和免疫参数的影响，结果表明，抗生素只会暂时影响肠道菌群和免疫参数[23]，因此抗生素的使用时间尤为关键。除了对免疫产生影响，抗生素的使用也会对宿主代谢产生影响[24]。有研究对接受β-内酰胺类抗生素人群的肠道菌群及代谢情况进行分析，结果显示，肠道菌群的丰度有所降低，且减少对胆汁酸、胆固醇、激素和维生素的运转和代谢，即使停药后，糖酵解、丙酮酸脱羧、TCA循环、谷氨酸代谢和铁摄取等代谢活动仍在减弱[25]。肠道是营养物质消化和代谢的场所，Pi等[26]发现，连续口服混合抗生素（氨苄西林、庆大霉素和甲硝唑）2周后，仔猪肠道中双歧杆菌、乳酸杆菌数量减少，大肠杆菌数量增加，同时降低氮的利用率，增加总氮排泄量，表明肠道菌群的改变对营养物质代谢有显著影响。此外，抗生素引起的肠道菌群失调与代谢相关疾病有关[27-29]。Livanos等[30]研究发现，早期抗生素治疗改变非肥胖糖尿病小鼠肠道微生物群及其代谢能力、肠道基因表达和T细胞群，加速了1型糖尿病的发病。Bokulich等[31]和Stark等[32]研究发现，儿童早期使用抗生素能改变肠道菌群，并有增加发展肥胖症的可能性。2抗生素耐药基因产生及传播途径存在于生物有机体内，并能够编码特异性蛋白质来清除抗生素毒性的基因被定义为抗生素耐药基因[33]。细菌耐药可以分为天然耐药和后天获得性耐药。前者可以通过随机突变或抗生素选择压力表现出耐药性，能够将耐药基因遗传给下一代[34]；后者是通过水平基因转移（HGT）如接合、转化、转导等方式获得外源性耐药基因，使自身耐药，这也是细菌耐药的主要原因。抗生素耐药基因可通过可移动遗传元件（MGEs），如质粒、整合子、转座子、噬菌体、插入序列等进行广泛的传播[35]。MGEs在ARGs的传播中发挥着重大作用，如整合子可以捕获外来的基因盒并通过整合酶将耐药基因在可变区重组使细菌耐药[36]。肠道内细菌能通过整合子元件获得耐药基因还能帮助耐药基因向其他菌群进行传播并与基因进化密切相关[37]。转座子具有片段短、灵活性高等特点，可以在各种遗传载体间自由移动，并带着一个或多个ARGs不断传播[38]。目前，在土壤、水体等环境以及人体粪便中均检测到噬菌体DNA携带耐药基因，其传播机制还有待研究。但作为MGEs在基因转移和重组的作用频率比预想的要高[39]。人类活动也是加速ARGs传播的重要原因。Langelier等[40]利用宏基因组学二代测序技术研究国际旅行者往返前后耐药基因和肠道菌群的组成，表明旅行能导致肠道微生物ARGs增加， 与Bengtsson-Palme等[41]研究结果一致。研究表明，肠道环境（鸡粪便、猪和人肠道）的总ARGs含量显著高于与原始环境（海水、土壤），两者ARGs的分布及丰度存在差异[42]，进一步表明ARGs的水平与人为因素的影响呈正相关。养殖场、粪便、污水、土壤以及空气中的气溶胶、灰尘和细菌滋生的食物等也是ARGs在宿主之间通过环境传播的重要媒介[43-45]。陈霞等[46]对肉鸡养殖场中耐药基因散播情况进行调查，共得到41种不同的耐药基因谱型，并且发现与耐药基因传播相关的int1和ISCR1元件检出率越高，耐药基因检测出的种类就越多。研究显示，华南珠江三角洲地区水源水、饮用水处理厂和自来水中均检测到ARGs，且不同类型的水中存在不同的ARG，floR基因和sul1基因在该地区3条大河的水源中占主导地位[47]。随着水源的利用，ARGs将进入生态循环并在不同环境中传播。3抗生素对肠道菌群构成的影响ARGs能够在肠道内快速传播，使肠道菌群的结构发生改变。研究发现，用混合抗生素喂养小鼠30 d后，小鼠肠道菌群体内的菌群数量显著下降，菌群丰度和独立种属数量发生改变[48]。氟喹诺酮类抗生素是用于治疗家禽沙门氏菌感染的重要抗生素。研究显示，高剂量恩诺沙星（100 mg/kg BW）对鸡肠道沙门氏菌有较好的杀灭效果，但同时肠道菌群的组成、结构受到很大的影响，如布劳特氏菌属数量明显减少，芽孢杆菌和乳球菌数量显著增加，停药后肠道菌群的丰度也会发生变化[49]。很多研究比较了不同种四环素类抗生素对肠道菌群的影响。Zhou等[50]对斑马鱼进行6周的土霉素（OTC）喂养，结果表明，喂食OTC后，变形菌门、浮霉菌门的相对丰度显著降低，而梭杆菌门丰度增加。苗淑彦等[51]在乌鳢饲料中加入不同浓度四环素，发现30 d后肠道中厚壁菌门、芽孢杆菌科、假单胞菌科等比例降低，但增加变形菌门、链球菌科、莫拉菌科和不动杆菌属等。研究发现，在喂养金霉素后，肉鸡肠道菌群的组成、丰度和动态分布均发生改变[52]。β-内酰胺类抗生素也能对肠道菌群产生重大影响。研究发现，第三代头孢菌素—头孢噻呋注射后，猪肠道菌群中大肠杆菌数量显著下降，但只是短暂的，而肠球菌和双歧杆菌数量增加[53]。Yin等[54]研究显示，头孢哌酮的使用能使肠道内乳酸菌和梭状芽孢杆菌数量上升，且在结束摄入时梭状芽孢杆菌数量达到最高水平。从出生开始，人类肠道菌群的多样性迅速增加，但其构成可能会随着外部因素（如抗生素）的变化而波动[55]。研究表明，早产婴儿在出生一周后使用氨苄西林和庆大霉素后，会在接下来的2~3周内增加肠杆菌属丰度并降低菌群多样性[56]。Korpela等[57]对142名2~7岁芬兰儿童使用大环内酯类抗生素和肠道菌群情况进行探究，结果显示儿童肠道菌群丰度发生变化，其中放线菌减少，拟杆菌门和变形杆菌门增加，同时大环内酯耐药基因显著增加，且代谢有关的胆盐水解酶也有所减少。另外，有研究表明，抗生素对20~22岁青年肠道菌群的潜在活性和丰度水平有根本性的影响[58]。而对于肠道菌群本身就不稳定的个体，抗生素对其影响更复杂[59]。4展望在畜禽养殖业中，寻找有效的抗生素替代品是亟待解决的问题。益生菌、益生元、合生元等微生态制剂在养殖业中能达到提高生产性能、稳定肠道菌群、增强免疫力等目的[60-61]。酸化剂、植物提取物、中草药添加剂、酶制剂等也能替代抗生素使用。但目前仍有许多技术问题及作用机制需要解决。此外，抗生素耐药基因在肠道菌群中的传播机制以及细菌耐药和肠道菌群间的相互作用还需深入的研究，肠道菌群对机体免疫及代谢的影响还待进一步解析。