动物肠道菌群与营养物质代谢的研究进展

导读：肠道菌群与动物体共同组成一个有机的整体，协同共生。维持正常的肠道菌群平衡对动物健康至关重要。肠道菌群不仅影响动物对摄入营养物质的代谢，并且对消化道紊乱等相关疾病也具有不容忽视的作用。文章从动物肠道菌群组成、肠道菌群对营养物质代谢、肠道菌群对营养代谢性疾病以及维持肠道菌群平衡对动物健康的重要性等方面进行了综述。

肠道微生物系统作为动物肠道内最复杂的微生态系统，其大量微生物参与其营养物质的吸收、分布、代谢以及机体的免疫，并影响动物生长和健康。肠道菌群的失调可引起多种疾病，如顽固性便秘、炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）、代谢综合征等。因此，了解肠道菌群与营养物质之间的关系，对调节肠道菌群平衡对动物体健康有重要意义。

1、肠道菌群概述

动物肠道可为多种微生物提供良好的生活环境，研究发现在动物肠道中存在约500种细菌，总数量高达1014个。肠道菌群是微生物多种群有机整体，肠道微生物与宿主共同构成了一个相对稳定的内环境，互利共生。研究发现，肠道菌群的平衡有利于提高动物免疫力，保证动物体的健康。初生动物的肠道处于无菌状态，之后细菌可从动物口、鼻和肛门进入到动物体消化道内，2 h便可从其肠道内检测到肠球菌、链球菌和葡萄球菌等需氧菌的存在。日粮、环境、生理状态、遗传因素等均可影响动物肠道微生物的组成及数量，鸡大约在出生40 d后肠道菌群达到稳定状态，人大约在出生1年后肠道微生态环境趋于稳定。动物肠道菌群可促进宿主对营养物质（维生素、氨基酸、短链脂肪酸等）的消化、吸收和利用，并能够抑制有害菌增长，阻止病原菌、致病菌的入侵，增强宿主免疫功能。不同种类动物的肠道微生物与相同动物不同肠道部位的微生物组成及数量均存在差异性。43日龄健康仔猪肠道内的优势菌群以乳杆菌、肠球菌和梭菌等厌氧或兼性厌氧菌为主，其次是双歧杆菌，但胃和十二指肠内的优势菌群为双歧杆菌，其次为乳酸杆菌；回肠内的优势菌群为双歧杆菌，其次为肠球菌；盲肠内优势菌群为双歧杆菌，其次为小梭菌；直肠中优势菌群为双歧杆菌，其次为乳酸杆菌。40日龄鸡的肠道菌群主要由粪链球菌、大肠杆菌、拟杆菌亚种和乳杆菌属亚种构成，但其小肠内的优势菌群为乳酸杆菌，其次是梭菌、粪链球菌和大肠杆菌；盲肠内梭菌为优势菌属，其次是梭杆菌属、拟杆菌属和乳杆菌属。反刍动物的瘤胃微生物复杂多样，包括瘤胃细菌、厌氧真菌、古细菌和瘤胃原虫，还有少量噬菌体，每克瘤胃内容物中细菌数量为1011个，约有200个种类；每克瘤胃内容物中瘤胃原虫约105~106个，覆盖24个属；此外瘤胃内还存在数量较少但对营养物质的发酵降解有重要作用的厌氧真菌。不同动物之间肠道菌群组成及数量差异较大，肠道菌群多样性与动物生长以及健康均具有重要作用。

2、肠道菌群与营养物质代谢

2.1 肠道菌群与碳水化合物代谢

碳水化合物是为动物体提供能量的最主要来源。肠道菌群可通过糖酵解途径（EMP)、磷酸戊糖途径（HMP）、糖类厌氧分解途径（ED）进行糖类的代谢。碳水化合物在小肠被消化分解成简单的糖类，其进入到结肠被肠道菌群发酵分解成短链脂肪酸（包括乙酸、丙酸、丁酸等），被机体吸收利用。据研究，健康成人每天摄入的每千克碳水化合物中约含有60 g的低聚糖、纤维素和半纤维素等不能被胃消化酶直接消化的物质，但可被大肠部分肠道菌群分解利用。并且发现人的粪便中分离得到可降解纤维素的菌群有瘤胃球菌（Ruminococcus sp.）、梭菌（Clostridium sp.）、真杆菌（Eubacterium sp.）和拟杆菌（Bacteroides sp.）。Abdessamad等通过基因组分析发现在肠道菌群中的部分拟杆菌门细菌中含有编码水解酶和多糖裂解酶的基因，从而证明其能够促进多糖的降解。以上研究证明，肠道菌群能够促进结构性碳水化合物的分解利用。Etxeberria等研究发现通过比较高脂肪蔗糖日粮和正常日粮的大鼠后发现饲喂高脂肪蔗糖日粮影响大鼠体内的代谢途径（碳水化合物代谢、三羧酸循环等），进而对大鼠肠道菌群的种类造成影响。Molist等研究发现饲喂含有一定量膳食纤维的日粮可减少仔猪盲肠中大肠杆菌的数量，提高有益微生物的数量。也有研究表明，小麦纤维素被肠易激综合征患者食用进入到患者的大肠中，优先被有益菌利用，促进有益菌的增殖，从而改善其肠道菌群结构，进而缓解腹痛及排便困难等症状。同时发现结构性碳水化合物具有促进肠道蠕动、清除肠内有害物质及促进肠道纤维素分解菌增殖，并且这些纤生素分解菌能够分泌纤维素分解酶降解肠道中纤维素，从而生成葡萄糖等小分子糖类被动物机体吸收利用，或者进行微生物发酵产生挥发性脂肪酸（VFA），调节pH值促进有益菌的繁殖。但其对肠道菌群组成及数量增加，以及不同菌群之间的协同互作机理仍需进一步深入研究。

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