在畜产品生产过程中，抗生素的不规范使用会对畜禽健康造成危害[1]。随着畜牧生产中养殖密度的增加，饲养环境恶化，畜禽易暴发多种疾病。若在治疗动物疾病时未严格执行停药期，即使在低剂量和短时间的情况下，抗生素仍可能对机体产生负面影响[2-3]。此外，抗生素的过度使用会使病原菌对常用抗生素产生耐药性[4-5]。因此开发绿色、安全的抗生素替代品成为畜牧养殖中的重点。近年来，益生菌和益生元以及两者的合生制剂（合生元或合生素）在畜牧中应用可以调控机体免疫状态，维持肠道菌群平衡，改善动物生产性能及抗病能力。但是，某些具有生命活性的益生菌在使用过程中存在一定问题，如耐酸碱、耐高温、耐氧等性能差，对运输条件和储存环境要求高，难以在动物肠道中定植、增殖并发挥益生作用等。研究人员认为，并非所有益生作用和功能机制均与微生物活力直接相关，微生物活力是对宿主产生益生功能的非必要先决条件[6-7]。近年来，诸如后生元、联生元、“幽灵益生菌”、灭活益生菌和无活力益生菌等新术语相继出现。后生元被认为是无细胞上清液（CSF）、代谢物、生物来源因子或简单的代谢物。有研究人员提议将后生元定义为具有生物活性的微生物所产生的无活力细菌产物或代谢副产物[8-9]。本文综述了后生元的特性、分类组成及其在动物肠道菌群调控、抑制病原菌和免疫机能调节方面的阶段性研究进展及潜在机制，以期为后生元类饲料添加剂的开发提供参考。1后生元概念及分类后生元是对机体健康产生益生效果的非活性成分及其组合。在非活性微生物细胞结构发挥益生作用的情况下，灭活或非活性微生物细胞在宿主机体中产生的益生效应，被称为后生元的生物学功能。微生物产物被称为可溶性因子，通常由具备活性的微生物产生或在微生物灭活（或裂解）后释放。这些产物在宿主中能够发挥生物活性，表现出各种益生效果和生理功能[10-11]。由不同微生物菌株产生的可溶性因子包括酶、短链脂肪酸、肽、有机酸、缩醛磷脂、内多糖、外多糖、乙醇、聚磷酸盐、磷壁酸、二乙酰、乳球菌素、维生素、细胞表面蛋白、鼠肽、过氧化氢和磷壁酸酸等[12-14]。虽然后生元在畜牧生产中应用的研究晚于益生菌，但研究人员已经对后生元对动物健康和营养的改善作用产生了关注，特别是后生元的特征，包括独特的化学结构、货价期和安全剂量等[15-16]。后生元具有良好的代谢、吸收和分布功能，能够对宿主器官和组织产生有益影响，进而发挥较好的生物学功能[17]。由于对后生元的研究起步较晚，后生元的组成和功能机制尚未得到清晰阐明。现阶段，研究人员依据后生元的构成因子（或生物分子）组成和生理功能对其进行分类[18]。依据构成因子组成，后生元可以分为蛋白质（如乳酸菌素）、碳水化合物（如磷壁酸、富含半乳糖的多糖）、脂质（如丙酸盐、二甲基乙酰基衍生的缩醛磷脂、丁酸盐）、有机酸（如乳酸、乙酸）、辅因子/维生素（如B族维生素）和其他复合物分子，包括脂磷壁酸和肽聚糖衍生的胞肽[10-11,19]等类别；依据生理功能，后生元可以分为抗炎、抗菌、免疫调节、抑制肥胖、降胆固醇、抗氧化和抗高血压作用等[7,14,20]类别。2后生元与益生菌的关系大部分后生元来源于益生菌，但与益生菌存在一定的差异。益生菌定义中的关键点是微生物菌株的活力，活力优良的微生物菌株可为宿主提供更多利于机体健康的益生效果。但有研究表明，菌株活力并不是益生菌发挥功效的前提，各种益生菌成分（如无细胞上清液、纯化的细胞壁和无活力的全细胞）也可以模仿活性益生菌细胞发挥类似的益生作用[21]。此外，与活细胞相比，益生菌产品中活细胞和非活细胞成分的比例存在明显差异，许多非活细胞成分占比甚至更大[22]，这也证明了益生菌中非活细胞成分的重要性。但是，益生菌在动物生产中使用仍存在一些问题，如益生菌的毒力因子、抗性基因在肠道中的分布、炎症反应的暴发、真菌血症、菌血症和脓毒血症等；某些长期存在的菌群可对肠道菌群的定植以及心内膜炎的发生、发展和扩散造成严重的危害[23]。研究发现，某些市售益生菌存在毒性基因，这表明微生物有关特征可能会水平传播，并且会在被用作益生菌的细菌中产生抗药性或毒性基因[24]。益生菌菌株的抗生素耐药性或毒力可能导致正常的肠道菌群产生耐药性或毒力[25]。此外，有报道称益生菌对过度攻击性的炎症反应具有调节作用，甚至在某些情况下，益生菌本身会引起高度炎症反应[26]。在畜牧生产中使用后生元作为抗生素替代品可以有效防止上述潜在风险的发生，避免饲粮添加的活性微生物菌株所带来的生物风险，同时还可发挥与益生菌相似的益生效果[10]。这是由于后生元中的微生物器官已经失去了复制能力，不会对机体产生生物学危害；大部分益生菌均对存储和生产环境中的氧气、温度、酸碱度等因素敏感，而后生元对环境的敏感性较低，货架期比益生菌更长。因此，与一些益生菌相比，后生元的安全性和稳定性更高。乳酸杆菌和双歧杆菌菌株存在环境耐受性差、极易丧失活性等使用局限性，所以研究人员更加关注如何从这两类微生物中得到有效的后生元。还有一些研究表明，可以利用粪杆菌属和链球菌属作为优良微生物来源进行后生元制剂的开发[7,10,27]。3后生元的生物学功能后生元对机体免疫系统调节、病原体拮抗、肠道菌群调节、抗炎和抗氧化等方面均表现出积极影响。后生元维护机体健康的作用主要取决于微生物来源和菌株分泌的衍生因子[28]。3.1调节免疫系统后生元与益生菌作用一致，二者均可以有效调控免疫系统。体外研究表明，罗伊氏乳杆菌可以产生一种后生元（抗炎细胞因子白细胞介素-10），通过影响视黄酸驱动的黏膜样树突状细胞调节免疫系统，这会对T细胞产生显著的正向调节作用[16]。普氏栖粪杆菌可以合成细胞内提取物和上清液部分，人结肠腺癌细胞（Caco-2）的白细胞介素-8的含量由200 μg/g提高至275 μg/g。使用无细胞上清液（CFS）刺激结肠炎诱导的小鼠会导致白细胞介素-10水平升高10%~25%，这证实了无细胞上清液会对机体产生一定的保护作用[29]。有研究表明，副干酪乳杆菌B21060培养上清液可以有效保护健康的宿主组织免受肠黏膜中沙门氏菌的侵袭性炎症感染[30]。干酪乳杆菌的上清液减轻了感染后肠综合征患者的结肠和髂黏膜的炎症反应。与其他益生菌相比，从乳酸杆菌TMC0356中获得的后生元在巨噬细胞中引发更高的白细胞介素-12的合成，表明菌株活力并不是免疫调节所必需的条件[31]。嗜酸乳杆菌代谢产生的肽聚糖、胞外多糖和磷壁酸等可以增强仔猪的免疫功能，使断奶仔猪血浆中免疫球蛋白A（IgA）和免疫球蛋白G（IgG）的含量分别从1.89、23.24 g/L提高至2.76、40.34 g/L，提高仔猪断奶后的抗病力，缓解仔猪腹泻[32]。微生物菌株的免疫刺激活性程度与其后生元之间存在相关性，未来需要深入研究后生元对免疫调节的影响，以充分揭示后生元产生这些功能所涉及的作用机制。3.2抑制病原体后生元可以抑制潜在的病原体，保护宿主免受感染。从不同植物乳杆菌菌株（包括RI11、RG11、RG14、RS5、TL1 和 UL4）中获得的无细胞上清液形式的后生元能够有效地抑制肠道沙门氏菌S-1000、李斯特菌L-MS、耐万古霉素的肠球菌和大肠杆菌E-30等病原体[33]。基于此研究结论，研究人员将后生元描述为病原菌的抑制剂[34]。有研究表明，动物饲粮中添加后生元可以有效抑制或溶解潜在病原体，降低毒素的产生及毒力表达[13]。后生元中的抗菌特性机制主要归因于细菌素和短链脂肪酸等物质的作用。乳酸菌产生的乳酸对病原菌具有较强的抑制作用，肉鸡被梭菌感染后，服用乳酸菌制剂可以有效缓解有害菌导致的生长性能的下降[7]。同时，后生元也被证明可以强化宿主肠道内的内源性有益微生物，并且后生元的这种活性比补充不同来源的微生物菌株更好[13]。3.3抗氧化动物双歧杆菌分泌的胞外多糖（EPS）也是一种后生元，其对自由基具有清除作用，尤其是针对超氧阴离子自由基、羟基和脂质过氧化作用效果较为明显[35]。瑞士乳杆菌MB2-1分泌的胞外多糖对亚铁离子具有很强的螯合能力，具备清除三种自由基的能力[36]。某些益生菌株能够表现出多重效应，可以同时触发不同的生理途径。研究发现，细胞壁的某些成分（如脂磷壁酸）同时具有免疫调节、抗氧化和抗肿瘤活性等生物活性功能[37-38]。来源于酿酒酵母、产朊假丝酵母和嗜酸乳杆菌的后生元可以有效降低肉鸡体内丙二醛含量，提高超氧化物歧化酶活性，有助于维持机体氧化还原稳态的平衡，改善肉鸡的健康状态[39]。来源于嗜酸乳杆菌代谢产物的后生元可以使断奶仔猪血浆丙二醛含量从2.38 μmol/L降低至1.60 μmol/L，断奶仔猪抗氧化能力得到明显提高[32]。后生元已被证明具有保肝功效[39]。由发酵乳杆菌的细胞裂解物组成的悬浮液可以通过帕金森病相关基因PINK1信号通路降低对乙酰氨基酚诱导的肝癌组织HepG2细胞肝毒性[40]。在一项针对对乙酰氨基酚诱导的肝毒性的研究中发现，从嗜酸乳杆菌MTCC447和链球菌IITRHR1获得的细胞内容物在培养的大鼠肝细胞模型中表现出保护肝脏的作用。后生元可以潜在降低氧化应激生物标志物水平，使宿主体内的谷胱甘肽浓度恢复到正常水平[41]。3.4增强上皮屏障功能在动物饲粮中补充后生元制剂可以维持肠道上皮屏障完整性[7]。肉鸡饲粮中添加酿酒酵母和植酸酶灭活而成的后生元可显著提高肉鸡肠道屏障功能[39]。后生元可以通过以下方式发挥作用：第一，刺激编码紧密连接成分所必需的因子；第二，增加跨上皮电阻；第三，通过触发负责转录的SP1和STAT3等因子重新组装蛋白质；第四，自发性恢复正常上皮屏障的功能（尤其在炎症条件下）；第五，合成抗菌肽[42-43]。当后生元与其他代谢物、活性微生物菌株配伍使用时，可以发挥较强且高度特异性的生理作用。这种协同作用可以提高生物活性，有利于宿主机体健康和畜产品质量的改善[44]。4后生元调控肠道微生物的应用研究动物肠道菌群与宿主、饲粮之间存在广泛的相互作用。大多数情况下，包括益生菌、益生元和后生元在内的一些饲料成分和饲料添加剂通常能够有效调节肠道微生物菌群和宿主免疫系统[45]。随着试验研究的不断开展，后生元制剂被证实可以在畜牧生产中有效利用，成为较为理想的抗生素替代品，能够有效调控肠道菌群，改善肠道菌群的多样性[46-47]。后生元可以有效调节家禽肠道菌群结构，改善肠黏膜屏障完整性，提高家禽的生长性能。饲粮中添加后生元可以增加肠道中乳杆菌属和巴氏杆菌属的相对丰度，降低毛梭菌属和消化球菌属的相对丰度，提高饲料转化效率[33]。断奶仔猪饲粮中添加后生元可改善肠道健康，增加乳酸菌丰度，降低肠杆菌丰度，改善绒毛形态，降低猪群腹泻率[32]。后生元与益生菌、益生元在维持肠道微生物生态方面的作用机制相似，在动物饲粮中配伍使用时，可以对动物肠道健康产生协同作用[48]。肠道不同部位的菌群受饲粮中营养成分、宿主免疫反应、机体产生和分泌的多种代谢物质的影响，这些菌群构成了整个复杂的微生物组。肠道菌群和宿主之间的互作可以调节菌群中各种菌的共生关系和免疫水平，并对致病抗原的内源性蛋白质的合成产生应答[49]。一般情况下，低含量的病原微生物在肠道中长时间存活，并不会对宿主造成不利影响[50]。但是，在不利的肠道内环境条件下，某些本来促进肠道环境稳定性的微生物可以产生有毒代谢物而成为病原体。因此，稳定的肠道内环境是维持宿主整体健康的关键[51]。在动物饲粮中添加后生元可以维持肠道菌群的多样性，能够进一步改善肠道健康，有利于动物饲粮中营养成分的吸收和饲料转化率的提升[52]。全面了解肠道菌群及后生元的益生调节作用有利于改善动物的生长性能、繁殖性能、健康状态及动物福利，有效减少食源性人畜共患病病原体对机体产生的不利影响[53]。5结论在畜牧生产中合理使用后生元可为动物带来多种益处，有助于机体维持健康状态，调节肠道菌群平衡，促进营养的吸收利用，提高生产效益。后生元在调节动物肠道微生物平衡、降低肠道细胞炎症、缓解应激、调节机体免疫功能和降低霉菌毒素毒害等方面发挥重要作用，进而改善动物的生长性能和畜产品的品质。但不同研究报道的结果存在差异，未来需要对后生元的最佳使用剂量、持续使用时间、给药方式、运输与贮存、目的菌株的选择、动物种类和饲料组成进行系统的考量。后生元益生效果的测定应该通过不同动物品种进行大规模现场试验，使用高通量测序和现代技术进一步揭示后生元发挥作用的详细分子机制及生理途径。在对后生元的研究与应用过程中，应该注意后生元的鉴定、分类、生产和应用效果评估。对后生元与益生菌、益生元之间协同作用的研究将有助于探究产品组合效果，同时三者间的协同机制也需要更深入的研究。