宠物犬猫肠道微生物组的研究进展

肠道微生物是由存在于肠道部位的细菌、古菌、真菌、原生动物以及病毒所组成的群体^[1]。宠物肠道菌群主要受品种、年龄、饮食、应激、抗生素和疾病等因素影响而处于波动状态。近年来，利用定量PCR、限制性片段长度多态性、454焦磷酸测序等方法对16S rRNA基因序列进行克隆以及序列分析，这些都是分析肠道微生物的主要技术，并可准确进行到属水平上的分类学鉴定。肠道微生物组测序技术的最新进展已经实现了创新突破，揭示了肠道微生物组与各种健康问题之间的关联。代谢性疾病如炎性肠病、肥胖、糖尿病、心血管疾病和尿石症都与肠道微生物组的变化有关。

随着伴侣动物在家庭中地位的不断提升，宠物的健康问题越来越受重视。在人类和各种动物肠道菌群研究热度中，宠物肠道微生物的研究也将成为热点。目前，下一代高通量测序法由于测序速度快、费用低以及具有定量功能等特点受到 越来越多的青睐，被广泛地应用于肠道菌群与宿主的相关研究中。本文主要阐述宠物犬猫肠道微生物组的研究进展，以期为后续宠物健康研究提供参考。

1  健康犬猫的肠道菌群

犬猫细菌丰富度和多样性沿胃肠道逐渐增加。犬猫胃和小肠总微生物数量低于大肠，沿胃肠道总体细菌丰度范围是10²-10¹⁴ CFU/g。小肠细菌主要由厌氧和兼性厌氧菌组成，而大肠中主要分布着厌氧菌。在犬猫肠道菌群中，拟杆菌门（Bacteroidetes）、厚壁菌门（Firmicutes）和梭杆菌门（Fusobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）为主要的优势菌群。变形菌门在犬肠道中更丰富，而放线菌门相对丰度在猫粪便菌群中更高。厚壁菌门中极具代表性的是芽孢杆菌纲（Bacilli）、梭菌纲（Clostridia）和产芽孢菌纲（Erysipelotrichi）。芽孢杆菌纲在犬肠道中主要以链球菌属（Streptococcus）和乳杆菌属（Lactobacillus）为代表，在猫肠道中主要以肠球菌属（Enterococcus）和乳杆菌属为代表。梭菌纲以梭菌集群IV（瘤胃球菌科和柔嫩梭菌）、XI（消化链球菌科）和XIVa（毛螺旋菌科和Blautia）为代表。产芽孢菌纲主要以Turicibacter、 Catenibacterium和粪芽孢菌属（Coprobacillus）为代表。此外，普氏菌（Prevotella）和拟杆菌（Bacteroides）属于拟杆菌门，是伴侣动物粪便微生物中最丰富和普遍的细菌属。在变形菌门中，萨特氏菌属（Sutterella）、琥珀酸弧菌属（Succinivibrio）、厌氧螺菌属（Anaerobiospirillum）和埃希氏菌/志贺菌属（Escherichia/Shigella）是犬猫粪便微生物中最丰富的菌属。埃希氏菌/志贺菌属与变形菌门另一菌属沙门氏菌被公众普遍认为是胃肠道致病菌。一项宏基因组学研究揭示，红蝽菌科（Coriobacteriaceae）是放线菌门的主要代表，在犬肠道中Collinsella和Slackia为优势菌属，在猫肠道中Eggerthella和Olsenella普遍。近来，将双歧杆菌ITS微生物分析方法应用到多个犬猫样本研究中，结果显示每个处理样本中都存在几种双歧杆菌，进一步说明双歧杆菌是哺乳动物普遍存在的共生微生物。

2  犬猫肠道菌群的影响因素

虽然犬猫粪便微生物中普遍存在主要细菌成员，但核心粪便微生物或许受多种因素影响而改变，如饮食、年龄、代谢性疾病、肠道失调或肠癌以及人为影响等^[2]。

2.1  饮食对犬猫肠道菌群的影响

饮食被认为是影响哺乳动物肠道微生物多样性和功能特征的主要驱动力之一。通过饮食摄入的营养物质不仅可作为宿主的营养成分，也可为其肠道微生物提供营养。

近年来，给犬猫饲喂生肉基础的饮食普遍流行，代替了便捷的商业干粮。但生肉基础饮食会引起犬猫肠道菌群变化。Bermingham等（2017）研究发现，饮食严重影响犬粪便23个菌科和53个菌属，饲喂肉类饮食，犬粪便菌群中拟杆菌属、普氏菌属、消化链球菌属和粪杆菌属（Faecalibacterium）丰度降低，而梭杆菌属（Fusobacterium）、乳杆菌属、梭菌属更丰富。Butowski等（2019）发现饮食改变了猫粪便31个细菌类群，饲喂生肉饮食猫粪便菌群中梭杆菌属和梭菌属相对丰度升高，在生肉基础饮食中添加膳食纤维可使它们的相对丰度降低。Deusch等（2014）研究了两种不同蛋白质和碳水化合物含量饮食对生长期小猫粪便微生物的影响，结果发现，饲喂两种饮食的猫粪便微生物中324个菌属的丰度具有显著差异，说明饮食可引起肠道菌群结构的广泛变化。

2.2  疾病对犬猫肠道菌群的影响

最近几十年，肥胖和超重宠物数量越来越多，这成为宠物健康的主要问题。微生物组研究表明，肠道菌群在包括肥胖和糖尿病等在内的肠外疾病中发挥作用。Handl等（2013）利用16S rRNA基因焦磷酸测序和实时定量PCR法，测评22只瘦弱和21只肥胖宠物犬的粪便菌群组成，发现肥胖犬中放线菌门和Roseburia明显更丰富。Kieler等（2016）研究发现，与瘦弱猫相比，肥胖猫粪便菌群中梭杆菌门、拟杆菌门和梭菌集群XIVa丰度降低，而肠杆菌科丰度升高。此外，超重会引起其它并发症，如糖尿病、骨关节炎、心血管疾病等，危害犬猫健康。犬一般易患1型糖尿病，猫更倾向2型糖尿病。Jergens等（2019）研究发现糖尿病犬肠道菌群失调，肠杆菌科比例升高，粪便中未结合的胆汁酸浓度也发生改变。同样，患2型糖尿病的猫肠道菌群生物多样性降低，产生丁酸的细菌急剧减少（Kieler等，2019）。

肠道微生物群落可调节局部和/或系统免疫反应，促进肠道屏障完整性，影响肠道稳态和功能，并防止肠道病原体定植。然而，当肠上皮屏障发生功能或生理障碍时，肠通透性改变等异常因素可能会影响肠内稳态，从而引起肠道菌群的改变。同样，肠道微生物群的丰度或组成的改变及其功能活动的剧烈变化可能会导致适应性免疫反应的失调，并激活炎症过程，导致感染风险增加。Guard等（2015）研究发现，与健康犬相比，急性腹泻犬粪便菌群中梭菌属某些种显著升高，拟杆菌门、粪杆菌属和瘤胃球菌科未分类属显著降低。猫慢性肠病（CE）是猫常见的胃肠道疾病之一，主要包括炎性肠病（IBD）和小细胞淋巴瘤（SCL）。Marsilio等（2019）利用16S rRNA高通量测序方法，研究38只健康猫和27只慢性肠病猫（13只IBD猫和14只SCL猫）粪便微生物的特征，结果发现，慢性肠病猫粪便菌群多样性显著降低，厚壁菌门（瘤胃球菌科和Turicibacteraceae）、放线菌门（双歧杆菌属）和拟杆菌门（Bacteroides plebeius）丰度降低，兼性厌氧菌肠杆菌科和链球菌科丰度升高。百林康源公司目前正在研究猫慢性腹泻与肠道菌群的关系，同时进一步验证宠儿香品牌益生菌产品（肠乐宝）和抗生素对猫慢性腹泻的干预效果。

尿石症是犬猫泌尿系统最常见疾病之一，肠道菌群失调是尿石症形成的一个因素。Gnanandarajah等（2012）对比了草酸钙结石犬和健康犬粪便菌群的差异。百林康源公司近两年研究了犬猫尿石症与肠道菌群的关系，发现尿石症犬猫与健康犬猫肠道菌群多样性和组成存在一定的差异，并对尿石症犬猫进行宠儿香品牌益生菌产品（防石灵）干预，结果发现防石灵产品对尿石症犬猫失调的肠道菌群有一定的调节作用。

慢性胰腺功能障碍也是一种代谢性疾病，百林康源公司正在尝试研究慢性胰腺功能障碍犬与肠道菌群的关系，同时验证宠儿香品牌胰酶产品（胰宝SIDE）和益生菌产品（康源益生菌）对犬慢性胰腺功能障碍的干预效果。

慢性肾衰竭（CRF）是犬猫最常见的肾疾病，是犬的第三大致死因素，北美兽医研究集团NAVRG调查数据显示，每年有5.2%的犬因慢性肾衰竭到宠物医院就诊。陆江等^[3]（2020）利用高通量测序方法，研究CRF对宠物犬肠道菌群的影响及基因功能预测分析，结果显示，CRF犬肠道菌群多样性降低，拟杆菌门、变形菌门和放线菌门的相对丰度增加，厚壁菌门数量减少。组间菌群LEfSe分析发现，CRF组富集了20个物种，主要包括假单胞菌属（Pseudomonas）、埃希氏菌属（Escherichia）和变形杆菌属（Proteus）等，这些物种与肠道其他菌属间多呈负相关关系；差异物种基因主要富集在氨基酸代谢、糖生物合成和代谢以及碳水化合物代谢等代谢途径。以上结果表明，慢性肾衰竭可以使犬肠道菌群多样性降低、菌群结构失调以及菌群功能改变。

2.3  人类与宠物互动对肠道菌群的影响

饮食变化、接触抗生素、减少与自然的接触以及与人类的密切互动，这些是驯化所带来的重大变化，这些变化可能已经对动物的肠道微生物群落产生了影响。最近的一项研究调查了人工选择和与人类密切接触对犬肠道菌群的影响，比较了基于16S rRNA基因测序的犬类与人类和狼的核心肠道菌群。对比结果表明，狼核心肠道菌群中的6个细菌属Alistipes、Pseudomonas、Slackia、Subdoligranulum、Eubacterium coprostanoligenene和Barnesiella在已被驯化的犬核心肠道菌群中丢失，而犬核心肠道菌群又获得了另外5个微生物类群，包括多雷亚（Dorea）、Parabacteroides、链球菌、拟杆菌目和梭菌目的未分类成员，它们是人类核心肠道菌群的典型组成部分。这些发现表明，从自然和未驯化的生活方式到与人类同居的转变，调节了驯化犬的肠道微生物群落。

3  抗生素、微生态制剂在犬猫中的应用

在犬猫疾病的治疗中，通常会用到抗生素，为了研究抗生素对肠道菌群的影响，Pilla等^[4]（2020）利用16S rRNA和定量PCR技术，研究甲硝唑对健康犬粪便菌群和肠道失调指数的影响，结果显示，口服甲硝唑7天和14天菌群丰富度和均匀度显著降低，粪杆菌属、Turicibacter、梭杆菌属和C. hiranonis丰度降低，链球菌和大肠杆菌丰度增加，且停用甲硝唑4周后，梭杆菌门没有完全恢复。同时，甲硝唑处理7天和14天显著升高了肠道失调指数（DI），停药2周后，DI与基线相比已经不再有明显改变。

由于抗生素具有副作用和耐药性，其应用受到一定限制。目前，益生菌、益生元等新型治疗方式在犬猫临床中已应用广泛。Rossi等（2014）利用患有炎性肠病（IBD）的犬作为试验动物，比较了抗生素（强的松和甲硝唑）和益生菌VSL#3治疗IBD 的效率，结果发现，虽然这两种治疗法都引起其体内临床疾病活动指数（CIBDAI）、CD3细胞数降低和TGF-8细胞数的增加，但不同的是用益生菌处理的犬中TGF-8细胞数增加的幅度要明显大于用抗生素处理组，并且只有在用益生菌处理的犬中才可观察到FoxP3细胞数目的增加。此外，这项研究还发现，相比于正常犬，具有炎性肠病的犬菌群中粪杆菌属和Turicibacter明显降低，而在用VSL#3治疗之后，显著增加了其肠道中粪杆菌属的丰度，使由于IBD引起的肠道菌群失调恢复正常。Henderson等（2017）^[5]研究屎肠球菌SF68对口服阿莫西林克拉维酸猫胃肠道症状和粪便菌群的影响，结果发现，口服阿莫西林克拉维酸的猫普遍腹泻，且改变了肠道菌群，饲喂益生菌SF68可明显降低总腹泻分数，减轻相关临床异常现象。Whittemore等^[6]（2018）研究合生元对口服克林霉素猫临床症状、粪便微生物组和代谢物组的影响，结果发现，克林霉素可导致猫抗生素相关胃肠道症状、肠道菌群失调和粪便代谢物变化；饲喂合生元（含多种益生菌和益生元）的猫呕吐减少，第631-633天菌群没有完全恢复正常。Pilla等（2019）研究合生元对食物性慢性肠炎犬粪便微生物的影响，结果显示，包含屎肠球菌、低聚果糖和阿拉伯树胶的合生元可使食物性肠炎犬粪便菌群多样性升高、肠球菌属相对丰度略有增加。

4  展望 

近年来，宠物肠道菌群逐渐成为研究热点，人们对宠物肠道菌群有了新的认 识。然而目前，对宠物与微生物群体以及宠物病原与肠道菌群间的关系依然不是很明确，因此未来的研究要着重解决这些问题。这对于深入理解肠道微生物系统的结构和功能，阐明在疾病中微生物对宿主的作用机制，促进微生态制剂的应用具有重要的意义。

参考文献：

[1] 李世芳, 赵付荣, 常惠芸, 等. 动物肠道菌群的研究进展[J]. 中国微生态学杂志, 2017,    29(11):1354-1361.

[2] Alessandri G, Argentini C, Milani C, et al. Catching a glimpse of the bacterial gut community   of companion animals: a canine and feline perspective[J]. Microb Biotechnol, 2020, 13(6): 1708-1732.

[3] 陆 江, 朱道仙, 赵学刚, 等. 高通量测序研究慢性肾衰竭对宠物犬肠道菌群多样性的影响及基因功能预测分析[J]. 畜牧兽医学报, 2020, 51(10):2590-2598.

[4] Rachel Pilla, Frederic P. Gaschen, James W. Barr, et al. Effects of metronidazole on the fecal microbiome and metabolome in healthy dogs[J]. J Vet Intern Med, 2020, 34:1853-1866.

[5] Henderson C T, Summers S, Suchodolski J, et al. Effect of Enterococcus Faecium Strain SF68 on Gastrointestinal Signs and Fecal Microbiome in Cats Administered Amoxicillin-Clavulanate[J]. Topics in Compan An Med, 2017, 32:104-108.

[6] Whittemore J C, Stokes J E, Laia N L, et al. Short and long-term effects of a synbiotic on clinical signs, the fecal microbiome and metabolomic profiles in healthyresearch cats receiving clindamycin: a randomized, controlled trial[J]. Peer J, 2018, 6:e5130.