肠道中存在丰富的微生物菌群，可在机体平衡中发挥重要作用。微生物菌群能够显著影响肠道的屏障功能，当肠道屏障功能受损时，会导致细菌、内毒素和其他炎症介质易位增加，并与自身免疫、炎症和代谢性疾病密切相关。肠道微生物失衡与肠道屏障功能障碍以及不成熟的免疫系统有关[1]。研究表明，移植来自健康动物的粪便微生物菌群（FMT）可以治疗肠屏障功能障碍的疾病[2]。肠道微生物菌群的主要功能之一是对营养物质的代谢，产生直接调节生理活动的代谢产物，其代谢产物在恢复健康肠道屏障和免疫系统方面的功能是研究的热点方向，利用微生物代谢产物恢复肠道屏障的完整性将成为调整肠道的健康策略之一。本文就肠道菌群及其代谢产物通过与肠道上皮细胞的相互作用、增强肠道屏障功能的相关研究进展进行综述，为有益微生物菌群及代谢物调节动物健康状态、微生态制剂产品的研发提供参考。1肠道屏障组成肠道屏障包括机械屏障、化学屏障、微生物屏障和免疫屏障。肠腔黏液层、肠上皮层以及免疫系统对腔内微生物、病毒、食物抗原和环境毒素起物理和免疫的防御作用。肠道屏障具有选择通透性，使机体内必需的营养、电解质和微生物代谢物可从肠腔进入血液循环。肠上皮屏障由上皮细胞组成，包括潘氏细胞、杯状细胞、肠内分泌细胞和微皱褶细胞。潘氏细胞和微皱褶细胞只存在于小肠，肠上皮细胞、杯状细胞、肠内分泌细胞和簇状细胞存在于小肠和结肠[3]。黏液层和不同类型的肠道细胞在维持肠道屏障功能和稳态方面发挥重要作用。肠上皮细胞（IECs）可以选择性透过营养物质、水和电解质，同时排除病原体、毒素和外来抗原。IECs通过连接蛋白形成连续的上皮细胞层，包括紧密连接蛋白（TJ）、黏附连接蛋白（AJ）、间隙连接蛋白和细胞桥粒。这些蛋白复合物调控胞外与细胞间的相互作用，并调节肠上皮细胞内的连接蛋白。TJ位于上皮层的顶端，在顶端膜与侧膜交界处形成一个连续的带状环，由50多种蛋白质组成，对维持细胞间黏附和肠道屏障完整性起到至关重要的作用。TJ由四次穿膜蛋白或单跨膜蛋白组成，连接胞内的细胞骨架蛋白，如Occludin和Claudin-1均为四次跨膜蛋白，而连接黏附分子是单次跨膜蛋白，其他TJ，如闭锁小带蛋白（ZO-1、ZO-2和ZO-3）由细胞内支架蛋白组成[2,4-5]。TJ根据转运分子的大小、电荷，通过胞间空隙调节转运分子，黏附连接和桥粒主要负责相邻细胞之间的机械接触。当TJ、AJ、间隙连接蛋白和桥粒的物理屏障被破坏时，可导致肠道通透性增加，造成炎症介质易位，其潜在表现为慢性肠道炎症等疾病，影响动物的生长效率。炎症进一步破坏TJ的连接，导致通透性增加[6]。TJ表达量是衡量肠道屏障通透性的重要指标，添加益生菌可有效提高断奶仔猪肠道中有益菌丰度，抑制病原菌定植，缓解病原微生物刺激下的肠道损伤，维护肠道健康。2肠道屏障的功能肠道上皮屏障功能缺陷与免疫调节功能失调及胃肠道疾病状态相关。随着上皮细胞凋亡或肠细胞死亡、黏液层降解以及TJ被破坏，导致细胞旁路通透性增加，进而使肠道屏障通透性增加。TJ是细胞间连接的一个重要形式，也是构成黏膜机械屏障最重要的结构，由Claudin蛋白、Occludin蛋白、JAM、ZOs等结构蛋白及各类连接蛋白分子共同组成，能够介导细胞旁通透性，负责细胞间转运和肠屏障通透性功能。溶质和水根据大小和电荷选择性通过TJ，主要有紧密连接途径和渗漏途径[7-8]。紧密连接途径中的CLDN-2以及CLDNs的基因表达在孔隙通路中发挥关键作用。渗漏连接允许大分子通过，该途径由肌球蛋白轻链激酶（MLCK）调控，MLCK、OCLN和ZO-1类TJ在调控泄漏途径中发挥重要作用。肠道菌群及其代谢产物可显著调节上述细胞通路，导致肠道屏障功能的增强或降低。有报道指出，肠道上皮细胞凋亡机制及其对肠道屏障功能与慢性炎症相关[9]，肿瘤坏死因子-α（TNF-α）可以破坏肠道屏障，诱导细胞凋亡导致上皮完整性丧失，通过上调白细胞介素-13（IL-13）和Cldn-2表达，诱导上皮细胞的凋亡和屏障的破坏。3微生物代谢物在肠道屏障功能中的作用肠道微生物菌群通过调节营养物质代谢、竞争生态位、产生抗菌代谢物，影响动物代谢和免疫状态，对免疫激活、能量代谢和细胞通信具有协同作用[10]。宿主和菌群共同进化促进了微生物代谢物产生，这些代谢物与动物体内的免疫受体结合，调节动物生理机能。随着宏基因组学、元转录组学和代谢组学发展，微生物代谢物及其合成的相关基因不断被发现[11]。肠道产生的微生物代谢物直接与上皮细胞和免疫细胞相互作用，对维持肠道屏障完整性和肠道内稳态具有显著影响[12]。3.1短链脂肪酸日粮中膳食纤维和不可消化的碳水化合物被肠道共生菌，如双歧杆菌、拟杆菌、肠杆菌等菌种发酵成短链脂肪酸。丙酸、丁酸和乙酸均是微生物营养所必需的物质，能够通过影响动物免疫细胞的分化和代谢，调节对其他病原菌的易感性。研究表明，丁酸钠在1~10 mmol/L范围内，可以通过增加Mucin 2（MUC2）的水平显著改善结肠细胞的上皮屏障功能；但在较高的浓度下（50~100 mmol/L）对MUC2表达无有益的影响，原因可能是丁酸盐在较高的剂量下会诱导细胞凋亡[13]。低剂量的丁酸盐可改善上皮细胞的屏障功能，但在高剂量时降低了Caco-2细胞的屏障功能。研究表明，丁酸能够激活AMP活化蛋白激酶（AMPK），通过促进TJ组装，进而促进肠道屏障的完整性[14]。乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸诱导了TJ表达，增加细胞间转运，抑制炎症小体的活化和自噬。在猪肠道屏障模型的研究中，灌胃短链脂肪酸可增强紧密连接蛋白的表达[15]。高浓度短链脂肪酸还会增加肠道内阴离子释放，维持微生物的渗透平衡。此外，添加丁酸盐可下调机体IL-1b表达水平，表明其对炎症引起的屏障破坏具有保护作用[16-17]。3.2吲哚衍生物日粮中的色氨酸通过微生物（如吲哚阳性的梭状芽孢杆菌）表达的色氨酸酶分解为吲哚。吲哚和吲哚衍生物（如吲哚-3-醛、吲哚-3-丙酮酸、吲哚-3-乙醛等）对细菌群体感应和细胞内信号传导至关重要[18-19]。微生物代谢色氨酸产生的芳基烃受体（AhR）可感知环境毒素和内源性配体，而色氨酸代谢物通过激活AhR促进免疫细胞成熟，减少病原体定植。AhR主要通过IL-22的表达影响免疫反应，IL-22可增强肠道屏障功能。调节肠道屏障完整性有多种途径，其中包括上调炎症小鼠结肠中TJ的表达[19]。有研究显示，无菌（GF）小鼠粪便中吲哚的含量比常规饲养小鼠低27倍，GF小鼠的TJ和AJ（Cldn7、Ocln、ZO-1、E-cadherin 1）明显低于常规饲养小鼠，补充吲哚后能够提高GF小鼠连接蛋白的表达，恢复肠道屏障的完整性，表明粪菌移植可增强肠道菌群中与吲哚生物合成相关的功能（如吲哚-3-乙酸），从而增强肠道的屏障稳态[1]。肠道菌群代谢色氨酸激活AhR激动剂与动物的代谢综合征有关。在2,4,6-三硝基苯磺酸（TNBS）诱导的结肠炎模型中，日粮中添加合成的AhR激动剂或通过添加代谢色氨酸产生AhR配体的菌株可增强肠道屏障功能[20]。与野生型小鼠相比，AhR缺陷型小鼠的TJ水平显著降低，导致肠漏现象增加。AhR缺乏与上皮内淋巴细胞、固有淋巴细胞和IL-22生成减少相关，日粮中添加AhR配体（如I3C）可保护肠道干细胞生态位，维持肠道屏障功能。3.3胆汁酸肠道菌群影响胆汁酸代谢，胆汁酸及其受体与肠道屏障作用及畜禽健康密切相关[21]。有研究表明，鹅脱氧胆酸（CDCA）可导致肠道通透性和炎症细胞因子IL-8水平增加。高脂肪饲料可以诱导肠道屏障功能损伤与胆汁酸的比例有关[22]。胆汁酸的作用由Src家族激酶介导，可被内皮生长因子EGF消除，不同胆汁酸之间需要适当的平衡调节肠道屏障保护活性。有研究报道，CDCA通过诱导ZO-1基因的表达，而降低TNF-α、IL-6和IL-10的表达[23]，提高肠道屏障保护作用。小鼠使用氨苄西林、克林霉素和链霉素等广谱抗生素后，肠道细菌多样性和丰度降低，肠道屏障完整性受到影响，同时胆汁酸的分泌发生显著变化[24]。日粮中添加黄酮可恢复细菌多样性，改善肠道屏障完整性和胆汁酸的稳态[25]。使用TPE-CA后诱导了TJ的表达（如ZO-1），提高了肠道屏障细胞的完整性，并通过法尼酯X核受体（FXR）等靶向蛋白调节胆汁酸进入肠肝循环，从而维持胆汁酸的分泌和稳态环境的维持[23]。3.4共轭脂肪酸肠道细菌如双歧杆菌、肠杆菌、乳酸杆菌、梭状芽孢杆菌、克雷伯菌等均可产生共轭脂肪酸代谢物[26]，如共轭亚油酸（CLA）可影响肠道屏障功能。CLA异构体导致ZO-1的再分布，并增加Caco-2结肠上皮细胞的细胞旁路通透性。日粮中补充亚油酸可改善小鼠DSS诱导的结肠炎，拟杆菌丰度降低，短双歧杆菌丰度有所增加，显著增加了TJ的表达[27-28]。益生菌植物乳杆菌ZS2058产生共轭脂肪酸异构体，α-亚麻酸通过上调结肠组织中紧密连接蛋白的表达增强肠道屏障功能，缓解DSS诱导的结肠炎。通过共轭亚麻酸CLNA1和CLNA2的治疗，显著降低炎症介质水平（TNF-α、IL-1b和IL-6），同时上调结肠抗炎细胞因子IL-10和过氧化物酶激活受体的表达。因此，共轭脂肪酸可以重新平衡结肠的肠道微生物组成，增加菌群多样性。3.5聚胺类精胺、亚精胺和腐胺在肠道成熟和免疫系统的分化和发育过程中对机体健康具有重要影响。肠道菌群如大肠杆菌、拟杆菌和梭杆菌等可通过鸟氨酸脱羧酶等在肠道后段产生多胺可代谢日粮中营养物质（如小麦胚芽、大豆）。多胺具有恢复损伤黏膜的功能，能够通过诱导细胞黏附蛋白E-钙黏蛋白增强肠道屏障的完整性[29]，恢复细胞旁路通透性，调节肠道屏障功能[30]。3.6多酚类多酚类化合物（如单宁）被肠道菌群代谢为各种生物活性代谢物[31]。研究表明，多酚可以调节肠道菌群[32]，降低肠道通透性，包括减少致病菌进入血液的概率[33]。多酚类物质如异黄酮和木脂素以及相应的微生物代谢物，可以通过降低肠道上皮细胞的通透性和抑制LPS诱导的炎症反应保护肠道上皮细胞[34]，改善大肠杆菌诱导的肠道屏障功能障碍[35-36]。综上所述，微生物及其代谢物对肠道上皮细胞产生直接影响，并在调节肠道屏障功能和黏膜免疫中发挥重要作用。4肠道屏障疾病的微生物策略微生物及其代谢产物是调节肠道屏障功能障碍和生物失调的潜在策略之一[37]。微生物及其代谢产物可以通过调节肠道菌群的结构多样性和丰度，增加有益微生物代谢产物的种类，控制病原菌的增殖，从而增强动物的肠道健康。特定的共生菌能够通过调节免疫细胞的功能，保持肠道内稳态和增强上皮屏障的功能。解淀粉芽孢杆菌能够增加刚出生仔猪回肠中乳酸菌和双歧杆菌的数量，降低空肠中大肠杆菌的数量[38]。在GF小鼠中，17株复合菌株能够增强Treg细胞丰度并诱导抗炎介质IL-10、T细胞产生，从而增强肠道屏障功能，减弱诱导性结肠炎的反应程度[39]。FMT可降低抗生素、化疗和损伤所引起的肠道通透性，增加具备抗炎特性的特定菌群丰度[40]。植物乳杆菌等益生菌可通过增强肠道上皮细胞紧密连接蛋白的表达，调节正常肠道微生物菌群，维持肠道屏障稳态和上皮细胞通透性[41]。此外，植物乳杆菌等益生菌还能够提高动物机体防御肽，从而改善肠道屏障功能[42]。微生物代谢物多被认为是治疗肠道屏障功能障碍的有效途径，其中以短链脂肪酸和胆汁酸的研究报道较多。妊娠和哺乳母猪饲喂复合益生菌制剂可显著提高仔猪粪便中短链脂肪酸产生菌（梭菌群Ⅳ和ⅪⅤa）的丰度[43]。植物乳杆菌可增加小鼠粪便中胆汁酸排泄，调节胆汁酸代谢，进而影响其胆固醇生理代谢过程[44]。胆汁酸对早期断奶仔猪的肠道完整性和生长性能也具有改善作用[45]。此外，微生物代谢物尿石素A（UroA）及其合成的结构类似物UAS03通过上调TJ中CLDN-4、OCLN和ZO-1的表达增强肠道屏障功能[46,32]，提高肠道屏障完整性[47]。日粮中添加姜黄素可通过调节肠-肝轴和增强肠道ZO-1表达，缓解高脂肪饲料诱导的脂肪肝[48]，改善肠道屏障功能障碍，防止肠道上皮细胞凋亡[49]，从而延缓由于全身炎症反应以及相关治疗引起的肠细胞损伤和肠屏障功能障碍[50]。5结论本文综述目前肠道微生物代谢产物维持肠道屏障完整性的相关研究进展，提出其改善肠道屏障完整性的潜在策略。健康肠道中的有益菌群可以通过代谢产生微生物代谢物，如短链脂肪酸、吲哚衍生物、胆汁酸代谢物、共轭脂肪酸、多胺和酚类衍生物，其可通过激活受体起调节肠道屏障和抑制炎症的作用，影响病原体定植、肠道屏障完整性和动物的生理代谢。开展健康的微生物菌群及其代谢物对肠道屏障功能的作用以及肠道菌群动力学的研究，能够为阐明动物发病机制、识别关键微生物以及揭示疾病预防途径提供方向，也为利用有益的肠道微生物和肠道代谢物保持动物健康和控制疾病提供了可能。