肠道健康和微生物群与猪生长之间的相互作用越来越受到养猪业和学术界的关注[1]。猪肠道中含有密集、动态和高度复杂的微生物群落，从黏膜到肠腔以及不同肠段，由于微环境中的物理、化学的差异，微生物群的模式也存在明显不同[2-3]。免疫系统的大部分细胞位于肠道中[4]，黏膜相关微生物群与肠道免疫细胞相互作用，具有调节免疫系统的能力。同时，黏膜相关微生物群通过竞争性排斥和免疫调节的方式防止病原体对上皮的侵袭[5]，由微生物群诱导分泌的免疫球蛋白A（IgA）能够调节细菌定植，防止细菌通过上皮层易位[6]。部分微生物群可清除饲料中的某些毒素以及合成宿主肠道上皮细胞能够利用的维生素[7]。此外，肠道微生物群还具有促进肠道上皮细胞成熟、完善屏障功能以及促进肠道免疫系统的功能[8-9]。肠道微生物群的发育状况对猪的肠道健康可产生直接和长期的影响[10]。在猪生长的早期阶段（仔猪）建立良好的微生物群，关系到仔猪肠道功能和免疫系统的健康发育，对猪的生长至关重要[9]。其中，饲料及其相关营养成分是影响猪肠道微生物群组成的主要因素[11]。因此，可以通过饲料和营养的方式干预肠道微生物群的发育。本文重点描述猪肠道微生物的特点，黏膜相关微生物群与肠道健康的关系以及早期发育特征，为仔猪肠道微生物的相关研究提供参考。1不同肠段的微生物群特点由于胃肠道物理化学特性和可用底物不断变化，导致不同肠段的微生物群组成不同[2-3]。Zhao等[12]研究显示，粪便微生物群与大肠和小肠腔内微生物群的相似度分别为0.75和0.38。大肠是猪微生物发酵的主要场所，微生物多样性比小肠更高[2]。大肠腔内的微生物群在降解纤维和能量代谢方面发挥重要作用[13]，部分纤维也在小肠中被发酵利用[14]。除消化功能外，肠道微生物群可分泌多种生物活性物质，这些物质能够影响空肠细胞增殖、免疫系统和屏障功能[15]。Zhao等[12]研究表明，与大肠相比，小肠含有更多与癌症和传染病相关并且具有免疫功能的微生物群。Wiarda等[16]研究显示，仔猪在8周龄时，小肠T细胞的数量显著高于大肠，而在4周龄时，二者的T细胞数量相似。Petry等[17]研究表明，在小肠中，饮食、微生物群和免疫系统之间的相互作用更明显。此外，Gresse等[3]认为，粪便微生物群的特征不足以反映仔猪断奶后肠道感染的病因，因为肠道感染或病原菌增殖部位发生在空肠、回肠或结肠段，能够导致微生物群的特征改变。考虑大多数膳食化合物在小肠中消化、吸收和代谢以及来自膳食的各种外源抗原和微生物成分与肠黏膜的接触作用，因此认为空肠可能是分析膳食、肠道微生物群和肠道健康之间相互作用的关键部位。2黏膜相关微生物群的重要性通常肠腔或粪便样本应用于评估动物肠道微生物群。然而，微生物群与宿主的相互作用以及肠腔内容物的物理化学特性导致了哺乳动物肠道在横向（同一肠断的不同部位）和纵向（不同肠断）具有不同的微生物群分布。目前，越来越多的学者进行了饮食与猪空肠黏膜相关微生物群的相互作用方面的研究[18-19]。研究表明，断奶后饮食干预对黏膜相关微生物群具有长期影响，但对小肠消化无影响[2]。研究表明，猪肠黏膜相关微生物群与肠腔内微生物群存在明显不同[2]。肠腔内微生物群主要与食糜相互作用，除分泌代谢物外还影响营养物质的消化，而肠黏膜相关微生物群则主要与肠道免疫细胞直接相互作用[5]。Liu等[20]认为，仅评估粪便微生物群不足以了解肠道微生物群和免疫系统的发育机制。Mu等[21]认为，黏膜相关微生物群具有更强的免疫调节能力。黏膜相关微生物群附着在肠上皮细胞中的黏蛋白聚糖上进一步增殖，并与宿主相互作用[22]。黏膜和微生物群之间的相互作用可有效调节免疫系统，通过防止病原体定植，为宿主提供一道防线[5]。Yang等[23]研究表明，黏膜相关微生物群与人类腹泻型肠易激综合征相关，而管腔微生物群无显著变化。因此，黏膜相关微生物群的变化对宿主的生长发育具有显著影响。微生物群可以共同栖息在肠腔和黏膜环境中，不同的肠段及其生态位（黏膜和肠腔）并非完全独立，但同一因素对在肠腔和黏膜的肠道菌群具有不同程度的影响。Petry等[17]研究发现，饲喂高纤维日粮，猪的回肠腔内丹毒科（Erysipelotrichaceae）、Olsenella和球菌属（Turicibacter）显著增加，回肠黏膜中的球菌属（Turicibacter）、螺杆菌（Helicobacter）和毛螺菌属（Lachnospiraceae）显著增加。饲喂添加木聚糖酶的高纤维日粮，猪的回肠腔内毛螺菌属（Lachnospira）、放线菌属（Actinobacillus）、双歧杆菌属（Bifidobacterium）和乳杆菌属（Lactobacillus）显著增多，链球菌（Streptococcus）和球菌属（Turicibacter）显著减少；而回肠黏膜双歧杆菌属（Bifidobacterium）、巨球菌属（Megasphaera）和衣原体属（Chlamydia）显著增加，梭菌（Clostridium）、大肠埃希菌（Escherichia）和志贺氏菌（Shigella）显著减少。当猪饲喂高纤维日粮并添加阿拉伯木聚糖寡糖（AXOS）时，其回肠腔内毛螺旋菌属（Lachnospira）增加，放线杆菌（Actinobacillus）减少，而回肠黏膜巨球菌（Megasphaera）和链球菌（Streptococcus）增加，关节念珠菌（Candidatus arthromitus）和螺杆菌（Helicobacter）减少。3黏膜相关微生物群与肠道健康Duarte等[24]描述肠道微生物群与肠道健康之间的相互作用，强调腔内微生物群通过与食糜的相互作用，进而影响营养物质的消化以及调控免疫反应的相关代谢物分泌。黏膜相关微生物群与宿主动物肠细胞相互作用通过不同机制直接影响猪的肠道健康。3.1微生物群与上皮细胞受体之间的相互作用研究表明，与免疫系统相关的很多基因可影响黏膜相关微生物群，表明免疫系统对肠道微生物群施加选择性压力可以促进有利群落形成[25]。反之，黏膜相关微生物群也有助于调节肠道免疫功能[26-27]。肠黏膜由上皮细胞、肠相关淋巴组织（GALT）和黏液层组成。黏膜相关微生物群、肠上皮细胞和肠道免疫细胞之间相互作用，形成一种动态而复杂的网络，对肠道的营养和免疫功能至关重要。Gutzeit等[28]认为，上皮细胞、M细胞和树突状细胞可直接感知肠道抗原，诱导Toll样受体（TLR）和核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NLR）产生，募集T细胞和B细胞，促进产生细胞因子和免疫球蛋白。细胞因子、趋化因子以及宿主和微生物代谢物是肠道稳态的关键分子介质，能够影响宿主和微生物群的反应。此外，Sinkora等[29]研究表明，T细胞和B细胞的产生主要取决于免疫系统与微生物群的相互作用。3.2微生物群代谢物微生物发酵产生的代谢物对肠道免疫系统也起重要作用。短链脂肪酸（SCFA）是微生物发酵碳水化合物和氨基酸碳链产生的主要代谢物。丁酸主要由厚壁菌门中的细菌生产，而乙酸盐和丙酸盐主要由拟杆菌门细菌产生[30]。SCFA的产生取决于可利用的底物和微生物群组成[31]。此外，一些细菌能够产生乳酸和琥珀酸，可被肠道细胞吸收或进一步被微生物群转化为丙酸[32]。除有助于能量代谢外，SCFA对肠道免疫系统也具有积极作用[33]。SCFA可直接激活中性粒细胞、巨噬细胞和树突状细胞中的G蛋白偶联受体43和109A（GPR43和GPR109A）[34]。GPR43对于肠道炎症期间募集免疫细胞至关重要。Wu等[35]研究发现，乙酸盐能够诱导GPR43介导肠道IgA的分泌。IgA与病原体结合，能够抑制病原体增殖，防止细菌附着于肠上皮细胞[6]。此外，SCFA在促进细胞增殖、完善上皮屏障功能、调控肠道稳态以及刺激宿主防御因子产生方面也具有重要作用[36-37]。研究表明，SCFA可直接促进杯状细胞增殖，增加黏蛋白2（MUC2）的分泌[38]。肠腔中的蛋白质在消化和吸收前可沿着肠道被发酵，产生一系列影响免疫系统的代谢物。氨基酸发酵的产物包括SCFA和支链脂肪酸（BCFA）、氨、胺、硫化氢、酚类和吲哚，上述化合物对肠道健康产生有害或有益作用[39]。其中，水杨酸和α-酮戊二酸具有抗炎作用，可阻断NF-κβ激活和IL-8产生[40]。3.3微生物群细胞壁成分肠黏膜相关细菌细胞壁结构可识别位于肠细胞上的受体，并激活免疫反应。脂多糖（LPS）被发现于革兰氏阴性菌外膜中，具有免疫原性和破坏上皮紧密连接蛋白的作用[41]。LPS与上皮细胞中的TLR4和分化簇14（CD14）结合，可诱导NF-κβ、TNF-α和IL-8表达[42]。在微生物细胞壁中发现的另一种物质是肽聚糖（PG），是一种潜在的免疫增强剂，可降低炎症反应和增加体液免疫[43]。肽聚糖识别蛋白（PGLYRP1-PGLYRP4）与PG结合，可产生抗菌活性[44]。PG对免疫系统的正常发育也很重要。Ha等[45]研究发现，PG与肠上皮中的模式识别受体（PRR）结合，可诱导IgA的分泌。黏附素是细菌表面存在的一些特殊结构和相关蛋白质，具有使细菌附着到宿主靶细胞的作用。研究表明，黏附素能够直接促进宿主的免疫反应[46]。在定植或感染之前，微生物通过菌毛或无菌毛黏附素附着于上皮细胞。养猪业中最常见的黏附素是产肠毒素大肠杆菌（ETEC）表达的菌毛F4和F18[47-48]，这些结构与ETEC的致病力有关[49]。4仔猪肠道菌群的发育肠道微生物群的早期建立对肠道免疫系统的成熟、屏障功能的完善以及猪的健康和生长均极为重要[9]。仔猪肠道微生物群具有很强的可塑性，其生长发育受宿主基因组、品种、年龄、性别和饮食等因素的影响[50-51]。此外，生命早期对仔猪肠道微生物群的干预可以产生长期影响[10]。4.1肠道菌群的早期建立目前，肠道最早出现微生物是在子宫内还是在动物出生时存在很大争议[52-53]。然而，不管是子宫内的微生物群定植，还是来自母体肠道微生物群分泌的代谢产物，对新生仔猪肠道功能的发育以及免疫系统均具有明显影响[54]。Wang等[11]在研究猪肠道微生物群早期发育时发现，尽管在仔猪出生后6 h内收集胎粪样本，但胎粪样本中的微生物群与哺乳期间从粪便样本中获得的微生物群仍存在明显不同，推测胎粪微生物群可能是来自母猪子宫。然而，新生仔猪在分娩过程中建立起最初的肠道微生物群是得到广泛接受的理论。4.2出生后肠道菌群的发育出生时，新生仔猪接触母猪产道和粪便中大量的微生物。同时，哺乳仔猪在断奶前与母猪在同一产床上生活，与母猪的粪便、黏膜、皮肤和体液长期接触[54]。研究表明，母猪阴道的微生物群对后代仔猪肠道微生物群的早期建立起重要作用[55]，然而母猪阴道微生物群在很大程度上受母猪粪便的影响。因此，母猪粪便微生物群对新生仔猪（出生后几天）肠道微生物群的发育具有明显的促进作用。仔猪出生后可以通过吮吸母乳（初乳和常乳）获得肠道营养支持。母乳为仔猪提供的能量和营养包括乳糖、氨基酸和脂肪，可激活肠道消化功能，进而改变肠道微生物群定植的环境[56]。Wylensek等[57]研究发现，与体重较轻的仔猪相比，体重较重的仔猪肠道中拟杆菌门（Bacteroidetes），拟杆菌属（Bacteroides）和瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）丰度较高，而猪放线杆菌（Actinobacillus porcinus）和淀粉乳杆菌（Lactobacillus amylovorus）的丰度较低，哺乳期摄入的奶水量可能通过调节肠道微生物群影响宿主的健康和生长发育。此外，母乳的营养成分中含有低聚糖，有助于肠道微生物群的发育。Schokker等[58]研究表明，口服低聚果糖能够显著增加乳猪结肠食糜中乳酸杆菌科（Lactobacillaceae）和双歧杆菌科（Bifidobacteriaceae）的相对丰度，增强肠道屏障功能，减少空肠黏膜中细胞因子的表达。初乳和常乳中除营养成分外，还含有许多生物活性物质，如免疫球蛋白（Ig）、抗菌素、抗炎因子和有益微生物。上述生物活性物质有助于动物肠道微生物群的建立和发育，尤其在免疫系统不成熟的新生仔猪肠道中发挥重要作用。然而，初乳与常乳成分存在明显不同，如分娩后18 h，母乳中IgA浓度从21.2降至6.7 g/L[59]。IgA是初乳和常乳中含量最丰富的免疫球蛋白，其浓度降低可能与哺乳期间母猪肠道微生物群的变化有关。Rogier等[60]研究发现，在断奶时，与不喂食母乳IgA小鼠相比，喂食母乳IgA的小鼠肠道微生物群存在差异。这种差异在成年小鼠中甚至更大，表明母乳IgA对肠道微生物群的影响具有长期效应。营养干预母猪肠道菌群可影响后代仔猪的肠道菌群。Baker等[61]研究发现，母猪日粮添加枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）能够显著增加后代仔猪回肠的乳杆菌属（Lactobacillus spp.），减少产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）数量。Ma等[62]研究显示，饲喂添加合生元日粮的母猪，其后代哺乳仔猪结肠腔内微生物群发生显著变化。此外，Choudhury等[63]研究发现，饲喂教槽料的乳猪能够调节结肠食糜中瘤胃球菌属（Ruminococcus）、毛螺菌属（Lachnospira）、罗斯氏菌属（Roseburia）、乳头状杆菌属（Papillibacter）、真杆菌属（Prevotella）的数量，这与断奶时仔猪的肠道发育有关。上述结果表明，可在生命早期阶段调节猪的肠道微生物群，从而产生长期影响。仔猪微生物群的调节很大程度上取决于环境，也可在母猪妊娠和哺乳期阶段通过调节母猪的肠道微生物群和母乳成分实现。4.3断奶后微生物群的发育断奶时，仔猪面临营养、环境、生理和心理的挑战，容易发生断奶应激。断奶应激可引起肠道微生物群的破坏或生态失调，也是导致断奶后感染的主要因素。Li等[64]研究表明，断奶时，仔猪肠道的毛螺菌科（Lachnospiraceae）、阴性菌（Negativicutes）、硒单胞菌属（Selenomonadales）、弯曲杆菌目（Campylobacterales）丰度显著上调，而弯曲杆菌（Campylobacter）、卟啉单胞菌科（Porphyromonadaceae）、别氏菌属（Alloprevotella）、巴氏杆菌属（Barnesiella）和颤杆菌属（Oscillibacter）丰度表现为下调。饲喂和摄入的饮食是调节肠道微生物群的主要因素[9]。断奶后，肠道微生物群的变化主要归因于从液态奶到固体日粮的突然转变。研究发现，断奶后仔猪肠道普氏菌（Prevotella）的相对丰度随日粮的供给而增加[65]。此外，断奶应激引起的肠道菌群变化也可改变生物活性物质的分泌和与营养代谢相关的基因表达[66]。因此，断奶引起的机体应激在肠道菌群的发育过程中起诱导作用。Galley等[67]研究表明，应激源能够诱导小鼠结肠中肠腔和黏膜相关微生物群的变化。因此，实施营养策略刺激肠道有益微生物群的增殖、提供不利于病原体生长的环境很有必要性。Lo等[68]研究发现，日粮添加由牛初乳、蔓越莓提取物、香芹酚、酵母衍生的甘露聚糖和β-葡聚糖组成的混合型饲料添加剂，能够显著增加保育仔猪回肠黏膜罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）和普氏粪杆菌（Faecalibacterium）等有益细菌的丰度，降低螺杆菌（prausnitzii）丰度，进而提高机体健康状况和生长性能。Wang等[11]评估不同生长阶段猪肠道微生物群时发现，哺乳期仔猪的微生物群与保育期猪存在明显不同（R=0.98）。而保育猪、生长猪和育肥猪的微生物群更相似（R=0.43~0.55）。上述结果表明，从断奶应激中恢复后，仔猪肠道微生物群向成熟转变。此外，某些微生物在猪肠道定植后，从哺乳期到育肥期都会一直存在[11]。肠道菌群的稳定代表着肠道菌群的成熟。Ke等[69]研究发现，猪肠道微生物群通常在80日龄左右发育成熟。而Zhao等[12]研究表明，猪肠道菌群在6月龄时才达到相对稳定。确定肠道微生物群何时成熟很困难，因为肠道微生物群易受包括饮食和宿主免疫系统成熟等因素的影响，而始终处于动态变化中。因此，猪肠道微生物群的成熟被认为发生在生长早期，即从断奶（当猪接受基础日粮时）到育肥阶段。5结论肠道微生物群的发育对仔猪肠道健康和生长发育非常重要。肠腔和黏膜中的肠道微生物群具有不同特点和功能，肠腔微生物群的作用主要与消化功能相关，可产生与宿主相互作用的代谢物；黏膜相关微生物群可直接或通过分泌代谢物间接与肠上皮细胞相互作用，主要与肠道的免疫调节相关。肠道微生物具有可塑性，通过改善饮食塑造优势肠道微生物群，能够增强仔猪肠道健康，提高生长性能。因此，了解肠道微生物群的作用及其与宿主的相互作用对于养猪业的饲料配方和日粮补充至关重要。