益生菌-對抗家禽壞死性腸炎的好夥伴

壞死性腸炎所造成的經濟損失

       壞死性腸炎(Necrotic enteritis, NE) 是一種由致病性且會產生毒素的梭菌感染的多因素疾病。對於家禽產業來說，壞死性腸炎的預防及管理至關重要，每年因壞死性腸炎造成的全球性經濟損失高達60 億美元甚至更多。作為一種機會性病原，產氣莢膜梭菌 (C. perfringens) 會在健康的家禽身上定殖，許多因素皆可能使其大量繁殖並分泌破壞腸道組織的毒素，包括了飼糧組成、免疫抑制、由其他疾病引起的腸道損傷 ( 尤其是球蟲症引起的) 等。壞死性腸炎常見於2~5周齡的雞隻中，急性的臨床症狀包括了下痢( 水便及血便)、高死亡率；亞臨床方面，壞死性腸炎破壞腸道上皮細胞組織會使營養吸收不良，也會導致動物生長表現變差，造成牧場經濟損失。一項評估NE 經濟影響的現場研究表明，壞死性腸炎發病率較高的肉雞群的飼料換肉率（FCR）相較其他肉雞群差了44％、活體重損失27％、屠宰時的損耗佔比19％、死亡率上升了8％，從而造成高達三分之一潛在利潤的淨損失。而另一項針對肉雞，特別是亞臨床感染的研究指出，這些雞群的體增重減少了12％，FCR 也受到了影響。受到NE 影響的家禽在臨床病例中也可能會出現高達30% 的死亡率，亞臨床表現也造成屠體品質下降、生長遲緩、飼料成本浪費等損失，因此就算死亡率不高，也有可能造成大量的經濟損失。

使用益生菌作為控制壞死性腸炎的有效方法

      在過去的數十年來，使用非治療劑量的抗生素於飼料中作為生長促進劑，對於動物生產中可獲得不錯的壞死性腸炎控制效果，然而為了控制細菌不斷發展出的抗藥性，許多地區已開始討論並禁止使用相關的抗生素產品 ( 如美國、歐盟及其他地區) 作為非處方及治療性的飼料添加，且許多牧場的確也因藥物的濫用發展出了抗藥性，這也導致了家禽的壞死性腸炎發生率增加。這迫切地使產學界開始研究及開發有效的壞死性腸炎的控制方法，像是使用酸化劑、植物性產品、益生菌、益生元和疫苗等，在實驗室及商業上都有取得不同程度上的效果，而在這些利用非藥方法的測試中，大量的研究發現益生菌是可做為控制壞死性腸炎的有效方法。益生菌可透過不同的機制對禽類的腸道健康產生有益影響，例如調節腸道微生物群及各種免疫反應、維護腸道上皮屏障的完整性、改變黏液分泌、競爭性排除以及產生抗微生物及免疫調節物質等，並且不像其他的單純抗菌替代物質，益生菌也可調控發炎反應。

      許多益生菌種，包括Lactobacillus spp., Enterococcus spp., Bacillus spp., 和某些酵母菌等，皆有許多學者及廠商進行了許多研究，顯示對於預防家禽腸道疾病，尤其是壞死性腸炎方面有許多有益的效果。除了改善腸道屏障功能外，益生菌還可以透過直接產稱生具有抗微生物活性的分子或透過增強腸道黏膜免疫反應來間接降低機會性病原體感染的風險。

使用益生菌控制壞死性腸炎的機制

      益生菌控制壞死性腸炎的機制及效果取決於多種因素，包括益生菌的種類、家禽動物的年齡和類型、宿主本身免疫的狀態、是否有其他疾病的影響及壞死性腸炎的嚴重程度等。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖1. 益生菌控制壞死性腸炎的機制

 

1. 修復腸道微生物的組成

      腸道微生物群的失調，由包括產氣莢膜梭菌在內的各種腸道病原體感染引起，通常與腸道免疫平衡的混亂和免疫調節功能受損有關，進而加劇已存在的腸道炎症。而有近期的研究指出，益生菌可改善產氣莢膜梭菌引起的發炎反應，恢復與壞死性腸炎相關的微生物群失調，維持腸道的平衡狀態。增加腸道中有益菌的豐富度及數量對於壞死性腸炎感染時維持健康的菌叢扮演很重要的角色，因產氣莢膜梭菌的增值通常與有益菌群數量減少有關。因此可以合理的推測，在家禽飼養中，透過補充益生菌可恢復由腸道感染引起的微生物群失調。

2. 維護腸上皮細胞屏障，黏液生產及競爭排除病原菌

      腸上皮細胞屏障的緊密程度與緊密連接蛋白(TJPs, claudin 及occludin) 及黏液的分泌有關，主要功能是在阻止病原菌穿越上皮細胞層進入動物體內。已知許多會產生毒素的病原菌如產氣莢膜梭菌，會破壞緊密連接蛋白，穿越黏膜表面並造成黏膜損傷。一些特定的益生菌便可以有效的調節這些緊密連接蛋白的表現，並維持黏膜間的緊密程度，或是幫助修復因腸道疾病所導致的損傷。

      消化道所分泌的黏液主要是由杯狀細胞所分泌的一些高度糖基化及連接的蛋白質所組成，是黏膜屏障的重要成分，也是共生菌和病原菌在腸道中附著和定殖的主要位置。益生菌可增進黏液的產生，並促進益生菌在腸道內的定殖，以防止病原菌附著和侵入上皮層。尤其如產氣莢膜梭菌若有機會附著於腸道上皮細胞中並產生毒素，就非常容易造成潰瘍並影響營養份的吸收，因此可藉由益生菌作為防止產氣莢膜梭菌入侵的工具。

      益生菌也能藉由一些與病原菌競爭排除的機制，大量生長來減少病原菌生存的空間。

3. 免疫調節

      壞死性腸炎最常見的病徵是因病原入侵或分泌毒素引起腸道發炎，並破壞腸道結構且增加腸道的滲透性。部分益生菌也具有免疫調節的作用，這些益生菌可與腸細胞上的細胞受體相互作用，刺激細胞激素、黏膜抗體等生物分子的產生，一些研究甚至發現，特定的乳酸菌株更有提升血清抗體濃度的能力，這些作用都可幫助調節腸道炎症，維持腸道組織健康。

4. 生產抑菌物質

      益生菌也可以分泌許多不同的抑菌物質，除了作為自身的防禦工具外也可以為宿主提供良好的病原菌抑制作用，這些物質包括了數種抗菌胜肽、乳酸、短鏈脂肪酸( 如丁酸)、過氧化氫或其他後生物質等，部分乳酸菌所產生的乳酸也可以被其他產丁酸的益生菌轉化為丁酸，在環境或動物體內達到交互營養作用。短鏈脂肪酸，尤其是丁酸，除了具抗菌作用以外，也可被其他共生菌或是腸上皮細胞直接作為營養來源，加速腸上皮細胞的修復。抑菌胜肽主要是由益生菌的核糖體所合成，具有非常廣普性的抑菌能力，可針對一些特定的病原菌進行攻擊，但不影響其他共生的有益菌。其他由益生菌產生的代謝產物( 後生元) 也被證實可提升受壞死性腸炎動物的體增重，降低腸道損傷指數及協助免疫反應等。市面上許多飼料添加劑產品是直接使用有機酸( 如乳酸及丁酸)，但益生菌的補充可使這些有益物質能夠直接在體內源源不絕的產生，產生更高的濃度，與有機酸一起使用更能夠幫助益生菌的作用，達到最好的效果。

 

常見用於控制壞死性腸炎的益生菌種類

1. 乳酸菌屬 (Lactobacillus spp.)

      在益生菌的發展歷史中，乳酸菌很早就被認可，作為有效應用於經濟動物腸道健康的益生菌種類，主要可歸功於其特殊的抗菌能力、調節腸道pH 值、調節腸道免疫、影響腸道上皮細胞組織結構等有益的功能，大部分的乳酸菌也具容易吸附腸道上皮細胞，並在腸內定殖的特性。下表介紹了一些常見的乳酸菌種及其被發現的功能。

      然而部分乳酸菌在對環境的耐受性上較不佳，因此在選擇含有乳酸菌的產品時，需評估環境耐受特性，或是廠商是否有針對其乳酸菌產品的特殊保護技術，或是選擇改由飲水投與，避免受到飼料加工過程的傷害。近期也有許多表明，不活化的乳酸菌或其發酵代謝產物 (Postbiotics, 後生元) 也有免疫刺激的功效，因此要了解各菌株組合的相關資訊，方能挑到最適合的產品。

2. 屎腸球菌 (Enterococcus faecium)
      屎腸球菌是一類非常常見的共生菌，其最大的特色是可在腸道及環境中非常快速的增殖，並能在腸道中定殖很長一段時間，可有效幫助其他有益菌調節腸道的微生態，也有研究指出，此類益生菌也能調節緊密連接蛋白的表現，降低細胞激素如熱休克蛋白等發炎因子，以降低壞死性腸炎所造成的損傷。然而近期因部分的屎腸球菌菌株被發現含有抗藥性基因，因此在食品上已禁用相關產品，雖經濟動物飼料添加尚無規範，但在選擇相關產品時仍須注意廠商是否能提供相關的基因檢測報告，以維護牧場內菌叢的安全，減少疾病治療的困難。

3. 芽孢桿菌屬 (Bacillus spp.)
      芽孢桿菌是另一類常見的益生菌，非常多研究顯示其有許多適合拿來作為維護經濟動物腸道健康的功能。部分芽孢桿菌可分泌一系列特殊的胜肽類抑菌因子，也能與腸道相關的淋巴組織(GALT) 相互作用，一些特殊芽孢桿菌甚至能生產特定的消化酵素，加強蛋白質的分解也能降低產氣莢膜梭菌利用未消化蛋白作為營養源而大量繁殖。更重要的是，在嚴苛環境中( 如高溫環境)，它們能形成高耐性的孢子，因此較能在飼料生產的過程中存活下來，此外它對胃酸、膽汁和消化酶的高耐受性也有助於它們在腸道中有效作用。但相對於乳酸菌及腸球菌，芽孢桿菌屬相對較不容易定殖在腸道中，會與動物的糞便一起排到環境中，因此需要長期的口服或飼料給與方能達到最高的效益。目前發現許多芽孢桿菌屬的菌種，在動物體外或體內模型中都具有抗產氣莢膜梭菌的特性，因此也可被利用於控制壞死性腸炎的問題。常見的芽孢桿菌菌種包括了 B. subtilis, B. licheniformis, B. amyloliquefaciens, B. coagulans等等。

4. 酵母菌 (Yeast)
      酵母菌自食品工業發展以來，便是很常見的益生菌種類，與上述的幾種細菌不同，酵母菌屬真菌類，最常見的用途便是拿來做為生產酵素的平台，除消化酵素外也可用來生產一些分解特定毒素的酵素，並且酵母本身的菌體結構也含有多種對生物有益，能夠提升免疫力的聚醣類 ( 如β- 葡聚糖)，因此不活化的酵母菌體( 酵母細胞壁) 也十分常被用於維護動物體的免疫防線，提升動物的生長表現，以及處理一些黴菌或細菌所產生的毒素。但因現今許多酵母菌其可能經過基因改造來生產特定的物質，因此使用上必須注意其來源。目前家畜禽產業中最常被利用的酵母菌種為Saccharomyces cerevisiae 及 Pichia pastoris。

5. 其他菌種 ( 丁酸梭菌 Clostridium butyricum, 丁酸球菌 Butyricicoccus pullicaecorum)
丁酸梭菌及丁酸球菌皆為動物腸道中可轉化營養源( 如乳酸或其他醣類) 成短鏈脂肪酸( 如丁酸) 的菌種，丁酸梭菌對於同屬的病原菌也有拮抗的作用，因此對於產氣莢膜梭菌及困難梭菌有互相牽制的效果。

 

益生菌控制壞死性腸炎 - 投與途徑

      目前市面上經濟動物用益生菌依投與途徑大致可分為飼料添加、溶水粉劑及液劑三種，可依牧場的實際情況挑選適用的型態。

1. 飼料添加益生菌: 日常預防使用，通常建議長期添加，建立良好的腸道菌叢，減少壞死性腸炎病爆發機會。
2. 飲水添加益生菌 ( 粉劑、液劑): 定期飲水給予，或是在腸道疾病好發時節或周齡時預防使用，天熱退料時、抗生素治療

      後加強給予，協助快速建立正向菌叢，提升採食量，協助恢復生長表現。在限制抗生素使用及現場抗藥性好發的情況下，壞死性腸炎的問題及發生率不斷提高，因此迫切需要可行的替代方案，在眾多策略中，益生菌可為控制壞死性腸炎提供一個有效的選項，而在為自己的家禽場選擇控制壞死性腸炎的益生菌配方前，需考慮許多關鍵因素，包括菌株種類及其特性、廠商的生產發酵技術、動物的年齡、品種和類型，以及給予的頻率及途徑。因此須了解益生菌種是否能定殖於腸道上皮細胞 ( 與給予頻率有關)、環境耐受性( 是否能通過加工)、是否針對特定病源( 產氣莢膜梭菌、球蟲等) 有抑制的效果，另外值得注意的是產品內所使用的複合菌種是否會互相牽制而影響彼此的效果，並非菌株/ 種數量越多效果越好。上述皆是在挑選益生菌相關產品時可以了解的內容，方能選到對的益生菌，發揮最大的經濟效益。