弯曲杆菌属是食源性病原菌[1],能够黏附在不同的宿主表面,具有生物膜形成能力,对不同宿主的侵袭性高,在外部环境中的存活能力强[2-3]。弯曲杆菌主要分为空肠弯曲杆菌和结肠弯曲杆菌[4]。空肠弯曲杆菌形成单一或多物种生物膜的能力突出[5]。家禽是高水平弯曲杆菌(约109个)的携带者,人类可通过摄入受污染的畜产品而感染[6]。感染弯曲杆菌鸡的粪便中载菌量较高,其可污染饲料、饮水、养殖设备等[7]。但目前尚无方法能够完全消除弯曲杆菌[8]。饲料中添加益生菌能够改善动物生长性能[9],有效降低弯曲杆菌数量[10]。益生菌主要通过提高宿主肠道菌群数量、拮抗肠道病原体定植起到益生效果[11-12]。文章综述了抗弯曲杆菌益生菌在家禽生产中的研究进展,探讨抗弯曲杆菌益生菌的作用机制,为消除生产实践中弯曲杆菌的负面影响提供参考。1弯曲杆菌与家禽之间的相互作用弯曲杆菌与家禽之间的相互作用主要包括三方面。第一,弯曲杆菌能够在家禽的消化道中黏附,形成生物膜,从而使弯曲杆菌在家禽肠道中定植。第二,家禽可以在没有明显疾病症状的情况下携带和传播弯曲杆菌[13]。第三,家禽肠道微生物群的组成和稳定性可以影响弯曲杆菌的定植和生存,弯曲杆菌的存在也可能影响家禽肠道微生物群的稳定性。2弯曲杆菌在家禽肠道中的定植弯曲杆菌在家禽胃肠道中的定植始于小肠,并在没有临床症状的情况下继续在家禽盲肠和肛门定植[1]。WORKMAN等[14]研究发现,受弯曲杆菌感染的仔鸡可能出现肝脏局部坏死、弥漫性出血性胃肠炎和空肠膨胀的症状。而鸡源结肠弯曲杆菌和空肠弯曲杆菌流行具有明显的优势复合体,存在克隆传播[15]。弯曲杆菌可通过粪-口途径感染,并在盲肠内容物内形成高密度感染(约109 CFU/g),其一旦在家禽肠道中定植,整个群体在几天内均会被感染,感染家禽的肠道会产生过多的黏液[13]。SMITH等[16]在肉鸡的食管区域发现了高水平的弯曲杆菌,而胃肠砂囊中弯曲杆菌的数量较少。在某些情况下,也可在家禽内脏器官(如脾脏、肝脏、法氏囊和胸腺)、肌肉和血液样本中检测到弯曲杆菌属[17]。禽类宿主免疫会对弯曲杆菌感染做出反应,触发前炎症细胞因子产生,从而调节胃肠道屏障功能。肠道损伤能够促进弯曲杆菌的细胞内/细胞间内化,促使肠腔内病原菌(如沙门氏菌、大肠杆菌和梭菌)向内脏器官间隙迁移[18]。3益生菌抗弯曲杆菌益生作用机制3.1免疫调节效应大肠杆菌Nissle1917(EcN)特有的脂多糖使其在缺乏毒力因子的情况下产生免疫原性,而不触发免疫毒性[19]。EcN对减轻人类溃疡性结肠炎、腹泻和其他与炎症相关的疾病具有积极作用[20]。此外,EcN可以提高肠道抗氧化功能和抗炎反应,改善禽类和哺乳动物细胞中的抗病原效果,减少了腹泻感染[21]。EcN的免疫调节效应可对空肠弯曲杆菌感染产生影响,包括激活核因子κB(NF-κB)信号通路、干扰素调节因子(IRF-7)和Toll样受体(TLR)适配分子(TICAM-1和TICAM-2)。在HT-29感染模型中,EcN的调节效应扩展到TLR-4信号通路、IL-12A/B、IL-1B、IL-17A、IFN-a/b和细胞外信号调节激酶通路(ERK-1和ERK-2)、p38MAPK、抗凋亡Akt信号以及c-Jun-NH2-激酶(JNK)。研究发现,在空肠弯曲杆菌感染前使用EcN预处理细胞,可下调促炎细胞因子(IL-6/8/18、IL12-B和TNF)、NF-κB、丝裂原活化蛋白激酶(MAPK-1/3/8/14和MAP2K3)、TLR、TLR适配分子(TLR-4/TLR-5、TICAM-1和TICAM-2)、NOD-1、调节凋亡因子(CASP-8和RIPK-2)、JUN和MYD88相关(IRAK-3和TRAF-6)基因的表达[22]。这些作用机制与上皮免疫保护系统的预刺激相关,可以促进对空肠弯曲杆菌感染引起的促炎反应的抵制作用[23]。3.2产生细菌素和抗菌肽益生菌可产生细菌素和抗菌肽[24]。由弯曲乳杆菌DN317合成的一种乳酸菌素,对鸡源弯曲杆菌ATCC 33560表现出明显的抑制活性,将50、100、150 AU/mL的弯曲乳杆菌上清液引入弯曲杆菌ATCC 33560的培养基中,能够抑制弯曲杆菌ATCC 33560的生长,可将存活菌降低约23.8%、45.5%和61.3%[25]。肠球菌素是一种来自肠球菌属的细菌素,其与植物提取物联合使用,可降低机体中弯曲杆菌数量[26]。研究表明,乳酸杆菌可以在厌氧发酵条件下产生抑制性化合物,对多种食源性病原菌具有广谱的抗菌活性。在体外试验条件下添加28 mmol/L甘油作为罗伊氏蛋白前体时,对鸡空肠弯曲杆菌N16-1419具有明显的抑制作用[27]。3.3产生生物表面活性剂生物表面活性剂(由枯草芽孢杆菌产生的蜂毒素和表面活性素等)能够通过依赖可扩散因子(例如非核糖体/多酮合成酶)的机制,抑制空肠弯曲杆菌NCTC11168的生长、生物膜形成和对非生物聚苯乙烯表面的黏附作用[2]。研究表明,枯草杆菌PS-216具有较强的抗弯曲杆菌效果,其可通过抑制弯曲杆菌的生长、降低生物膜形成和黏附对空肠弯曲杆菌表现出明显的拮抗作用[28],这是由于枯草杆菌与抗菌分子的产生和多酮合成酶催化多不饱和脂肪酸的表达机制有关。研究发现,将枯草杆菌和空肠弯曲杆菌共培养时,可以降低空肠弯曲杆菌的活菌数,并在48 h后降至检测限以下,表明枯草杆菌可以抑制禽类弯曲杆菌[28]。3.4黏附和入侵机制高效的益生菌能够在弯曲杆菌感染的肠道环境中存活[29]。乳酸菌等益生菌对空肠弯曲杆菌K49/4的黏附和侵入具有抑制作用,并能够在鸡小肠细胞和猪肠上皮细胞中持久存在,将空肠弯曲杆菌与植物乳脂状芽孢杆菌PCS20、PCS22、PCS25和PCK9共培养可降低弯曲杆菌黏附和侵入极化肠上皮细胞的数量[3]。当将微囊化共生物与果寡糖结合应用于肉鸡生产时,植物乳杆菌能够抑制弯曲杆菌的繁殖,从而对肉鸡生长性能、免疫和抗氧化及消化率等产生积极影响[30]。当线虫感染空肠弯曲杆菌并接种乳酸菌(13-7、N9和Z5菌株)时,观察到MAPK信号通路基因(pmk-1、nsy-1、sek-1和tir-1)、抗氧化基因(skn-1和bar-1)、防御免疫基因(daf-16、age-1和dbl-1)以及抗菌肽基因(spp-1、clec-85、abf-2、clec-60和lys-7)的表达显著增加[31],益生菌对线虫空肠弯曲杆菌的拮抗效果通过免疫相关基因的过度表达来实现。4益生菌在家禽抗弯曲杆菌中的应用弯曲杆菌分离株对常用抗菌药物具有耐药性[32]。益生菌能够增强动物免疫力[33],可作为抗生素替代品应用[34]。大多数益生菌具有抗有害菌的能力[35],能够引起较强免疫调节效应,通过产生干扰素(IFN)、抗体、活化淋巴细胞、巨噬细胞和自然杀伤细胞,增强家禽特有的胃肠道免疫机制,从而对抗弯曲杆菌感染引起的各种感染和炎症过程[36]。ALIZADEH等[37]发现,乳酸杆菌能够调节雏鸡的免疫功能。部分益生菌产生的有机酸也具有抗弯曲杆菌的效果[38-39]。产丁酸的益生菌菌株(例如丁酸分枝杆菌)能够改善饲料效率,可降低Ross 308肉鸡的盲肠中弯曲杆菌水平[40]。益生菌衍生的丁酸还能减少炎性细胞因子的表达,并抑制脂多糖(LPS)刺激下的亚硝酸盐的产生[41]。乳酸杆菌SMXD51菌悬液可降低鸡肠道弯曲杆菌水平[34]。此外,乳酸杆菌SMXD51是丝氨酸蛋白素的有效产生菌株,可通过增加IL-8、β-防御素2的分泌,引起免疫调节效应[34]。研究表明,从鸡粪中筛选得到了3株能够有效抑制空肠弯曲杆菌生长,抑制其鞭毛合成的乳酸菌,有望作为拮抗性饲用益生菌用于调节畜禽的空肠弯曲杆菌感染[42]。此外,益生菌还有助于提高受弯曲杆菌感染的鸡的生产性能[43]。研究表明,在受弯曲杆菌感染的Ross 308肉鸡饲粮中添加1×109 CFU/kg鲍拉第酵母菌(CNCM I-1079),肉鸡的体重、肠绒毛高度和隐窝深度明显增加,粪便和盲肠中弯曲杆菌水平明显降低[44]。研究表明,添加嗜酸乳杆菌PL53(1×108 CFU)能够降低克雷白氏肠炎弯曲杆菌在鸡肛门和盲肠中水平[45]。综上所述,益生菌添加剂有助于增强鸡肠道屏障,丰富肠道微生物群落[46],促进营养物质的吸收和消化[47],表明益生菌可以预防或减少空肠弯曲杆菌的定植[48]。抗弯曲杆菌益生菌在体内外的研究进展见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2024.04.030.T001表1抗弯曲杆菌益生菌在体内外的研究进展项目益生菌浓度研究结果文献来源体内腈状丁酸球菌25-3T109 CFU/kg盲肠中的弯曲杆菌数量减少EECKHAUT等[40]乳酸杆菌SMXD51107 CFU/kg盲肠中弯曲菌属数量减少SAINT-CYR等[34]酿酒酵母菌CNCM I-1079109 CFU/kg绒毛长度和隐窝深度增加,体重增加,弯曲杆菌种类降低MASSACCI等[44]益生菌+油酸0.5 kg/t盲肠中弯曲杆菌数量减少KHAN等[38]体外乳酸菌(PCS20/PCS22/PCS25/LGG/PCK9)108 CFU/mL减少了空肠梭菌(B1OXI)的黏附、侵袭和易位ŠIKIĆ等[3]尼氏大肠杆菌19171×107 CFU/kg降低了空肠弯曲杆菌在HT-29细胞中的侵袭性和存活率,改善了肠上皮细胞的屏障功能和紧密连接的完整性HELMY等[23]尼氏大肠杆菌19172×108 CFU/kg降低了空肠弯曲杆菌81-176[ATCCBAA-2151TM]在HT-29在细胞内的存活和侵袭性MAWAD等[19]尼氏大肠杆菌19171×107 CFU/kg调节免疫反应,抗凋亡Akt信号,保护空肠弯曲杆菌的促炎反应81-176HELMY等[22]乳酸菌DN31750、100、150 AU/mL对空肠弯曲杆菌ATCC 33560具有抑制作用ZOMMITI等[25]乳酸菌PTA5_F131.4 mmol/L将空肠弯曲杆菌从7.3 log CFU/mL降低到检测限度以下ASARE等[27]芽孢杆菌PS-216107 CFU/kg通过生物膜的形成和基于扩散因子的黏附作用抑制NCTC11168的生长EREGA等[2]5展望益生菌可通过调节机体免疫系统,产生抗菌物质,从而影响弯曲杆菌的生长和黏附。益生菌在抗弯曲杆菌方面具有广阔的应用前景。未来仍需进一步研究家禽肠道致病菌(如弯曲杆菌)的致病机制,以验证新的抗弯曲杆菌益生菌菌株的有效性。
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