《Frontiers in Immunology》：Single strain versus multi-strain probiotics in aquaculture: comparative impacts on gut microbiota and immune responses in fish and shellfish
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益生菌因其上调宿主免疫能力和增强疾病抵抗力的能力，作为水产养殖中抗生素的环境友好型替代品而广受欢迎。然而，关于单菌株益生菌（Single-strain probiotics, SSP）与多菌株益生菌（Multi-strain probiotics, MSP）的
益生菌因其上调宿主免疫能力和增强疾病抵抗力的能力，作为水产养殖中抗生素的环境友好型替代品而广受欢迎。然而，关于单菌株益生菌（Single-strain probiotics, SSP）与多菌株益生菌（Multi-strain probiotics, MSP）的差异功效和作用机制，仍有大量知识有待获取。在本综述中，研究人员全面比较了单菌株和多菌株益生菌在鱼类和贝类中的免疫调节潜力差异，重点关注免疫标记物的免疫基因表达和肠道微生物群（gut microbiota）的改变。单菌株益生菌通常通过增强特定免疫参数的表达来引发靶向免疫反应，而多菌株益生菌通常协同作用，诱导更广泛和增强的免疫反应以及更大的肠道微生物多样性。本综述还全面记录了益生菌介导免疫调节的分子基础和机制。尽管近期证据表明，与单菌株制剂相比，多菌株益生菌倾向于提供更广泛和一致的针对病原体的免疫防御，但益生菌补充剂的功效通常是情境依赖性的，取决于养殖环境条件、剂量、菌株兼容性等。益生菌与生物絮团系统（biofloc system）的结合已被提出作为一种有前景且环保的技术，用于发展可持续水产养殖和动物福利。最后，还讨论了现有研究空白和未来方向，以促进可持续水产养殖。
**1 Introduction**
水产养殖业因动物蛋白需求激增而快速发展，但集约化养殖导致疾病频发，抗生素滥用引发抗菌素耐药性（AMR）及环境风险。益生菌作为安全替代品，通过调节肠道微生物组成、抑制病原体定植、合成抗菌物质及诱导宿主免疫反应来增强生长和抗病力。然而，益生菌存在储存活力、加工稳定性及菌株兼容性等局限性。单菌株益生菌（SSP）如植物乳杆菌（*Lactobacillus plantarum*）、枯草芽孢杆菌（*Bacillus subtilis*）和酿酒酵母（*Saccharomyces cerevisiae*）具有明确功能，而多菌株益生菌（MSP）由多种协同菌株组成，可增强肠道菌群多样性并广谱调节免疫。本综述旨在比较SSP与MSP对鱼类和贝类的免疫调节作用、机制及实际应用，并探讨生物絮团技术（BFT）的协同整合潜力。
**2 Immune systems of fish and shellfish**
鱼类和贝类生活在富含微生物的水环境中，依赖高度演化的免疫系统抵御病原。鱼类兼具先天免疫和适应性免疫，而贝类主要依赖先天免疫。
**2.1 Innate immunity**
先天免疫通过物理屏障（皮肤、鳞片、黏液）、特殊细胞（巨噬细胞、中性粒细胞、血细胞）和体液成分（溶菌酶、补体、抗菌肽）快速清除病原。黏液中含有抗菌分子和免疫球蛋白；巨噬细胞和中性粒细胞通过吞噬和释放活性氧（ROS）杀灭细菌；贝类血细胞通过吞噬、包囊和释放抗微生物因子发挥类似作用。溶菌酶和补体增强病原清除，常用作健康指标。
**2.2 Adaptive immunity**
鱼类适应性免疫由B细胞产生特异性抗体免疫球蛋白M（IgM）和T细胞介导细胞免疫，但记忆效应弱于哺乳动物。贝类缺乏传统适应性免疫，但可产生免疫启动（immune priming）现象，增强后续应答。
**2.3 Immune gene markers as functional indicators**
免疫基因表达可作为宿主状态和益生菌效能的指标。促炎细胞因子如白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6）启动炎症反应，抗炎细胞因子如白细胞介素-10（IL-10）和转化生长因子-β（TGF-β）调控炎症平衡。模式识别受体（PRR）如Toll样受体（TLR）通过适配蛋白MyD88和转录因子NF-κB激活免疫基因表达。
**3 Single-strain probiotics**
SSP由单一且功能明确的菌株组成，常用于水产养殖以增强免疫和生长。常用菌种包括芽孢杆菌属（*Bacillus* spp.）、乳酸杆菌属（*Lactobacillus* spp.）和酿酒酵母，它们通过产生抗菌代谢物、竞争性排斥、增强肠道屏障和刺激免疫发挥作用。在鲤鱼（*Cyprinus carpio*）中，枯草芽孢杆菌上调IL-1β和TNF-α表达，提高溶菌酶水平和吞噬活性；在罗非鱼（*Oreochromis niloticus*）中，植物乳杆菌增强免疫基因表达；在凡纳滨对虾（*Litopenaeus vannamei*）中，芽孢杆菌提高酚氧化酶活性和抗病存活率。
**4 Multi-strain probiotics**
MSP由两种或多种协同菌株组成，通过协同、相加或拮抗关系影响宿主。MSP通常比SSP产生更广泛的免疫调节效应，早期感染时上调促炎细胞因子以加强病原检测，同时诱导抗炎细胞因子防止过度炎症。例如，在对虾中芽孢杆菌和乳酸杆菌组合增强免疫基因表达和酚氧化酶活性，抵抗弧菌（*Vibrio* spp.）感染；在鱼类中增强先天和适应性免疫，提高感染压力下的存活率。MSP效果依赖于菌株兼容性、剂量和环境条件，配方复杂性和储存稳定性可能影响效果。
**5 Comparative analysis of single-strain vs. multi-strain probiotics**
SSP和MSP在作用机制、免疫调节能力和实际应用中存在差异。SSP通过靶向机制（如竞争性排斥、代谢产物、免疫刺激）产生可预测结果，但作用范围有限。MSP通过互补菌株协同作用，增强微生物多样性、稳定肠道菌群、协调多通路免疫信号，提供更广谱的病原和环境应激抵抗。在生物絮团系统（BFT）中，SSP对免疫参数影响有限，而MSP能更好地整合到复杂微生物群落中，促进功能冗余和营养循环。
**5.1 Conceptual perspective: targeted strategy vs. ecosystem engineering**
SSP基于靶向策略，选择单一功能明确的菌株，效果可预测且可重复。MSP遵循生态系统工程原则，模拟自然微生物群落，通过多种菌株协同实现营养处理、病原排斥和免疫调节，功能多样性和环境稳定性更强。
**5.2 Comparison of functional properties**
SSP的机制明确、路径特异，免疫反应适中且聚焦，对肠道微生物群影响有限，稳定性和可预测性高，在可控环境中表现最佳。MSP的机制互补协同，免疫刺激更强且多通路，显著重塑肠道微生物并增加多样性，抗病谱更广，能更好调节促炎和抗炎平衡，环境适应性更强，但配方设计需谨慎以避免拮抗作用。
**6 Synergistic integration of Biofloc technology and probiotic strategies**
生物絮团技术（BFT）通过高密度微生物群落转化废物、维持水质。SSP在BFT中效果有限，因单一菌株可能被稀释；MSP则更易与BFT微生物群落整合，通过协同作用促进有机质降解、营养循环和病原抑制，并增强宿主先天免疫（如溶菌酶活性、抗氧化能力和免疫基因表达）。MSP与BFT的协同源于外源益生菌与内源微生物的互利共生，为养殖动物提供稳定环境和更高抗逆性。
**7 Future perspectives**
未来研究方向包括：利用计算生物学和人工智能设计具有特定功能的微生物群落；合生元（益生菌+益生元）和后生元（益生菌代谢产物）的应用；宿主特异性益生菌的研发；以及组学技术（基因组学、转录组学、代谢组学）解析宿主-微生物互作，以实现精准健康管理。
**8 Conclusion**
益生菌作为安全有效的免疫增强剂已被广泛认可。SSP在可控条件下提供精确靶向效果，而MSP通过协同作用实现更广谱、更稳定的免疫调节和疾病抵抗。但最佳选择需根据菌株兼容性、养殖物种、环境条件和病原谱确定。将益生菌与BFT等新技术结合，可进一步发挥其在可持续水产养殖中的潜力。
