动物生产过程中，抗生素滥用导致的细菌耐药性和药物残留给动物、环境及人类健康带来严重危害。为此，我国农业农村部发布的第194号公告规定“2020年7月1日起，饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂(中草药除外)的商品饲料”。随着“饲料禁抗”“养殖减抗”和“产品无抗”时代的到来，绿色安全的益生菌制剂作为重要的抗生素替代品倍受行业关注。乳酸菌(lactic acid bacteria,LAB)是最主要的饲用益生菌之一，其为革兰氏阳性、过氧化氢酶阴性菌，主要包括乳杆菌属、乳球菌属、双歧杆菌属、链球菌属和肠球菌属等。LAB对减少抗生素使用和动物生态健康养殖具有重要意义。大量研究表明，饲粮添加LAB可显著提高饲料转化率、促进畜禽生长、增强免疫功能以及减轻腹泻和肠炎等疾病，从而维持动物健康和提高生产性能。LAB的主要益生作用是抑制肠道病原菌，因此，对其抗菌机理的探究也已成为研究热点。本文综述了近年来LAB的抑菌分子机制研究进展以及对畜禽主要病原菌的抑制效果，以期为LAB替代抗生素应用于防治病原菌感染提供理论参考。

1 LAB抑菌作用的分子机制

1.1 产生抗菌物质，直接抑制病原菌生长

1.1.1 有机酸

LAB在发酵过程中可分泌大量有机酸，包括柠檬酸、甲酸和乳酸等，研究已证实其可显著抑制畜禽致病菌。据报道，LAB抑制致病菌的能力取决于菌株产生特定有机酸能力，并且其产酸具有菌株特异性。例如，植物乳杆菌UM55的培养上清中含有乳酸、苯乳酸(PLA)、羟基苯乳酸和吲哚乳酸;而布氏乳杆菌UTAD104无细胞上清液中含有乙酸、乳酸和PLA。有机酸发挥抑菌功能主要有2种方式:一方面，其通过作用于细菌的细胞壁、细胞质膜，干扰病原微生物的特定代谢功能(如复制、蛋白质合成)，降低细胞内的pH并抑制过量的内部质子的主动运输，从而导致细菌死亡;另一方面，有机酸还可通过改变微生物群体的组成，保护动物免受pH敏感病原体的侵害，进一步增强动物胃肠道的形态和生理功能以及免疫系统。体内试验表明，饲喂含LAB和有机酸的饲粮显著降低了动物肠道、粪便中的病原菌数量及胴体中的葡萄球菌及大肠杆菌数量。

1.1.2 细菌素

细菌素是LAB分泌的一类由核糖体合成、具有广谱抑菌活性的蛋白质类抑菌物质，分为含羊毛硫氨基酸细菌素和不含羊毛硫氨基酸细菌素，其中主要由LAB分泌的包括植物乳杆菌素、乳杆菌唾液素和乳酸素等。细菌素通过作用于细胞膜、细胞壁和细胞周期而发挥抗菌作用。首先，细菌素在靶细菌细胞膜上形成孔洞，增加细胞膜通透性及靶细胞膜质子动力势的耗散，破坏细胞膜的完整性，使细胞内容物流出，导致细胞死亡。研究表明，植物乳杆菌素K25通过渗透蜡样芽孢杆菌细胞质膜形成孔洞抑制其生长;双歧杆菌素A通过增加大肠杆菌细胞膜质子动力势的耗散和膜的通透性、形成细胞膜孔，导致其无机磷酸盐的泄漏及细胞跨膜电位和pH梯度的崩溃，最终使细菌完全解体。其次，细菌素还可作用于细胞壁，使其形成孔洞导致细菌死亡，例如，植物乳杆菌素DL3通过渗透和破坏细胞膜和细胞壁，使蛋白质泄露起到杀菌作用。最后，LAB的细菌素还可作用于细胞周期，研究表明，乳杆菌MN047产生的细菌素BM1029及BM1300通过阻滞细胞周期、影响细胞周期分布，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出较高的杀菌活性。

1.1.3 短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SC-FAs)

SCFAs主要包括乙酸、丙酸和丁酸等，由肠道微生物通过发酵食物纤维产生并为其所利用。作为肠道细菌的代谢物，其主要作用之一是维持肠道内有利于共生细菌的环境并控制病原体的生长。研究表明，SCFAs能通过激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)及信号转导与转录激活因子3促进肠上皮细胞产生胰岛再生源蛋白Ⅲγ和β防御素，维持肠道稳态;还能通过稳定转录因子———缺氧诱导因子，维持结肠的生理性缺氧，有利于肠道厌氧微生物群生存和控制沙门氏菌等病原体生长。此外，SCFAs盐如甲酸盐、乙酸盐、丁酸盐等也作为重要抗菌剂添加到饲粮中。据报道，丁酸盐通过调节细胞白细胞介素(interleukin,IL)-10受体、闭合蛋白(occludin)等增强上皮细胞间的紧密连接，增强其屏障功能;丁酸钠在适宜浓度下可通过提高黏蛋白2的水平，显著改善上皮细胞屏障功能。

1.1.4 过氧化氢(H₂O₂)

H₂O₂是在有氧条件下，LAB通过烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)氧化酶、超氧化物歧化酶等酶的作用下分泌的物质。H2O2可以降低病原菌毒力、减少病原菌对上皮细胞的侵袭并杀死在肠道上皮细胞内扩散的病原菌，从而起到保护肠道的作用。研究表明，乳酸和H2O2对病原菌具有协同增强的杀灭活性。低浓度乳酸和H2O2可以杀灭革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌，甚至杀灭真菌病原体。乳酸和H2O2可以依靠细胞内的铁离子产生羟基自由基，使经处理后的细胞基因组DNA断裂分散造成病原菌的死亡。此外，H2O2通过改变膜的通透性致使致病菌内容物泄露最终死亡。

1.2 与病原菌竞争定植位点

LAB抑菌的另一重要机制是与病原体竞争黏附受体及营养物质。在动物肠道内，病原体感染宿主的第1步是通过定植黏附于肠上皮。如沙门氏菌通过多种菌毛黏附素使其菌毛穿过肠道黏液层，黏附并侵入宿主的上皮细胞诱发感染。而LAB则通过细胞表面的脂磷壁酸与动物细胞蛋白结构受体位点之间键合黏附上皮细胞，这种黏附机制对于肠上皮细胞的破坏性较小，可通过黏液结合蛋白及S层蛋白与病原体竞争宿主黏膜界面相同的附着位点，以此排除黏附的病原菌及对可用营养物进行竞争，防止病原体附着并保护肠道免受肠道感染。研究表明，乳酸杆菌和双歧杆菌可抑制并取代黏附在肠上皮细胞的致病性猪霍乱沙门氏菌，并通过竞争排斥机制阻止鼠伤寒沙门氏菌在鸡肠道定植，促进其他有益菌的快速生长，抑制致病菌的生长。

1.3 调控肠道菌群平衡

肠道菌群的平衡可以抑制病原菌的生长，提高动物的免疫能力，保持机体健康。当肠道菌群失调时，致病菌更易黏附在肠道上皮细胞，引起各类疾病以及其他器官的病变。LAB能刺激胃肠道中有益菌群的快速生长，防止致病菌定植，恢复并维持肠道微生物平衡。研究表明，植物乳杆菌L15菌株对大肠杆菌具有一定的抗黏附作用，可通过竞争、抑制和替代作用维持肠道平衡。LAB还能调节肠道环境，抑制或杀死胃肠道中的病原体，改善肠道微生物平衡，调节肠道黏膜免疫，维持肠道屏障功能，从而有利于畜禽的健康。据报道，植物乳杆菌L15通过竞争、抑制对大肠杆菌具有抗黏附作用，减少肠道内大肠杆菌的数量;约氏乳杆菌BS15通过增加肠道内乳酸杆菌和约氏乳杆菌的数量，减少肠杆菌科数量使肠道菌群平衡;饲粮中添加嗜酸乳杆菌LAC0201、发酵乳杆菌LFE0302和弯曲乳杆菌LCU0401可以减少动物肠道中的肠球菌和肠杆菌数量，增加乳杆菌的数量。

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