综述：低蛋白日粮与赖氨酸限制下家禽肠道微生物特征：精准营养的启示

《Veterinary and Animal Science》：Gut microbial signatures in poultry under low-protein diets and lysine restriction: implications for precision nutrition

　　

家禽肠道微生物组包含细菌、古菌、真菌、病毒和原生动物，它们共同作为宿主活跃的代谢和内分泌伙伴发挥作用。禽类肠道微生物组沿胃肠道呈现区室特异性分布模式——涵盖从喙到泄殖腔的十二个不同区段——其中多样化的微生物共同协调代谢和生理功能的统一交响。在鸡和火鸡中，对高质量16S rRNA序列的分析分别鉴定出915和464个种水平等效操作分类单元（OTUs），涵盖13个门，其中厚壁菌门（Firmicutes）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形菌门（Proteobacteria）占主导地位（>90%的序列），核心属包括梭菌属（Clostridium）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）、乳杆菌属（Lactobacillus）和拟杆菌属（Bacteroides）。在欧洲商业化肉鸡养殖场中，肠道微生物群表现出高度区室化的结构，回肠微生物群以乳杆菌属（Lactobacillus spp.）占绝对优势（约83%），其次为大肠杆菌（Escherichia coli）（约4%）、肠球菌属（Enterococcus spp.）（约3%）、毛螺菌科（Lachnospiraceae）成员（约2%）以及其他多样化的分类群（约8%）。相比之下，盲肠微生物群富含专性厌氧菌，毛螺菌科（Lachnospiraceae）（约47%）和瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）（约19%）为主要科，同时还有双歧杆菌属（Bifidobacterium）（约10%）、乳杆菌属（Lactobacillus）（约10%）、柯林斯菌科（Coriobacteriaceae）（约7%）、拟杆菌属（Bacteroides）（约2%）及其他次要分类群（约5%），反映了盲肠特化的发酵功能。 在健康人体中，肠道微生物组包含约101?个细菌细胞，物种多样性超过1000种。相比之下，健康鸡胃肠道中的微生物密度沿禽类肠道逐渐增加，范围从嗉囊和肌胃中的约103–10? CFU/g——主要由乳杆菌和链球菌主导——到回肠中的10?–10? CFU/g，并在盲肠中达到1011–1012 CFU/g，其中瘤胃球菌、拟杆菌、梭菌、链球菌、肠球菌、乳杆菌和大肠杆菌共同形成一个密集、代谢活跃的厌氧生态系统。盲肠微生物群以梭菌目（Clostridiales）为代表，占群落的50%以上，其余主要由拟杆菌目（Bacteroidales）和乳杆菌目（Lactobacillales）组成。然而，与人类不同，家禽缺乏大规模、标准化的数据集，其微生物多样性的精确信息仍然有限。 肠道微生物组作为活跃的内分泌伙伴，分泌影响宿主生理和免疫的小蛋白及其他分子，并影响家禽肉和蛋的品质。本综述综合了家禽中饮食响应的微生物特征证据，重点关注低蛋白（LP）日粮和赖氨酸限制（LR）、其对微生物群组成、代谢和生产性能的影响，及其作为精准营养和下一代益生菌（NGPs）生物标志物的潜在应用价值。从营养基因组学角度看，饮食诱导的特征——如代谢特征（如短链脂肪酸（SCFA）产生和营养感应通路）、表观遗传特征（如组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制和组蛋白修饰）和微生物特征（如分类学变化和功能基因富集）——已在人类个性化营养中得到广泛研究。相比之下，这些特征，特别是对低蛋白日粮和赖氨酸限制响应的特征，在家禽中仍未得到充分探索，代表了开发精准营养策略的重大机遇。

1. 1.
   引言

家禽肠道微生物组沿消化道呈现高度区室化的分布特征。回肠和空肠维持以乳酸菌为主的低多样性微生物群落，乳杆菌属（Lactobacillus spp.）占种群90%以上，伴随肠球菌属（Enterococcus）和链球菌属（Streptococcus）。研究证实，高达95%的小肠细菌产生乳酸。相反，盲肠作为主要的发酵室，容纳密集的微生物群落（约101? CFU/g食糜）和约1000个物种。厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）在肉鸡和蛋鸡盲肠中占主导地位（83–92%），驱动碳水化合物发酵和短链脂肪酸（SCFA）产生。盲肠密度超过回肠100–1000倍，日粮主要塑造其组成，使盲肠成为健康和生产力相关代谢物的生物反应器。

与健康相关的生态系统级构型通过最佳的厚壁菌门/拟杆菌门（F/B）比值与生长、饲料转化率（FCR）和生理相关联，支持营养效率、屏障完整性和免疫。重要的是，降低日粮蛋白并不一定破坏优势菌门，厚壁菌门和拟杆菌门在低蛋白方案下仍然普遍存在，支持蛋白限制下核心微生物组具有韧性的概念。SCFA产生菌（瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）：粪杆菌属（Faecalibacterium）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）、丁酸球菌属（Butyricicoccus）、丁酸单胞菌属（Butyricimonas））通过乙酰辅酶A/琥珀酸途径产生丁酸；拟杆菌属（Bacteroides）和柯林斯杆菌属（Colidextribacter）调节免疫；巴恩斯氏菌属（Barnesiella）和另枝菌属（Alistipes）增强SCFA产生。爱拔益加（Arbor Acres, AA）鸡富集生长相关分类群（真杆菌属（Erysipelatoclostridium）、氢厌氧杆菌属（Hydrogenoanaerobacterium）、斯氏菌属（Shuttleworthia））；藏鸡品种偏好免疫相关分类群（黏液乳杆菌属（Limosilactobacillus）、乳杆菌属（Ligilactobacillus）、普雷沃氏菌属（Prevotella））。菌群失调的特征是厚壁菌门/拟杆菌门耗竭、变形菌门（Proteobacteria）/肠杆菌科（Enterobacteriaceae）扩张、炎症和因过量蛋白分解（氨、生物胺、支链脂肪酸（BCFAs））导致的FCR低下。

古菌（约1%）发挥代谢影响：甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）通过产甲烷消耗H?，具有互养相互作用、碳水化合物活性酶（CAZyme）活性和SCFA产生益处。干预措施包括降低蛋白摄入、补充氨基酸以及益生元（菊粉、低聚果糖）和木聚糖酶以维持有益特征。关键的是，不存在标准化的“健康基线特征”，也未定义赖氨酸响应分类群——这是精准营养的核心空白。

1. 2.
   方法：范围综述方案（PRISMA-ScR）

本范围综述遵循PRISMA-ScR指南进行系统性证据映射、关键概念识别和知识空白澄清。全面文献检索覆盖PubMed、Scopus、Web of Science和Google Scholar，时间范围为2015年1月至2026年2月。布尔组合针对宿主物种、饮食干预、微生物组特征和宿主-微生物机制。研究经过双审稿人筛选，预先定义的纳入标准要求：人群——商业化肉鸡或蛋鸡；干预——LP或LR日粮与充足对照；结局——肠道微生物特征，涵盖分类学变化、功能潜力或活性以及代谢物谱。排除标准包括仅病原体、体外发酵或非英语研究。该过程产生1325条记录，去重后1050条，标题/摘要筛选890条，全文评估228条，最终42项主要研究纳入叙述性综合。数据提取使用标准化模板捕获研究属性、干预措施、方法和结局。显著的异质性排除了定量荟萃分析。叙述性综合采用投票计数评估方向趋势。

1. 3.
   家禽基线肠道微生物组和特征谱

家禽胃肠道容纳复杂、区室化的微生物生态系统。小肠维持低多样性群落，以乳酸菌为主；盲肠作为主要发酵室，容纳密集群落。健康相关构型通过最佳F/B比值支持营养效率、屏障完整性和免疫。SCFA产生菌通过多种途径产生丁酸；拟杆菌属和柯林斯杆菌属调节免疫。不同品种富集不同分类群，反映生长与免疫的权衡。菌群失调与炎症和FCR低下相关。古菌通过产甲烷消耗H?发挥代谢影响。真菌群落（mycobiota）在上消化道更为多样，由子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）主导，日粮来源在孵化后三天内迅速取代孵化场来源的真菌，确立饲料为真菌群结构的主要决定因素。

1. 4.
   低蛋白日粮诱导的微生物特征

低蛋白日粮（LPDs）补充必需氨基酸将微生物发酵从蛋白分解（proteolytic）途径转向糖分解（saccharolytic）途径，显著抑制有毒蛋白发酵代谢物（氨、生物胺、酚类、BCFAs）。这种糖分解重编程在单胃动物中保守。机制上，低蛋白日粮通过微生物依赖性胆汁酸-FXR信号重塑白色脂肪组织。糖分解转变降低盲肠pH，抑制蛋白分解。碳水化合物发酵激增，产生有益SCFA（丁酸、乙酸、丙酸）。SCFA产生降低腔内pH和氧可用性，限制耐氧机会病原体的过度生长。丁酸和丙酸作为HDAC抑制剂，驱动组蛋白过度乙酰化。特征性群落水平指纹包括升高的香农多样性、富集的乳酸/丁酸产生菌（乳杆菌、瘤胃球菌科、毛螺菌科；普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）、罗斯氏菌属（Roseburia））、免疫调节菌（拟杆菌属、柯林斯杆菌属）以及耗竭的病原体（变形菌门/肠杆菌科、蓝藻门）。最佳剂量为降低2%粗蛋白并补充赖氨酸/蛋氨酸/苏氨酸。这些变化产生优越的肠道形态（绒毛高度/隐窝深度比值增加）、体液免疫（IgM/IgG升高）、屏障强度和炎症降低。SCFA为上皮提供能量并调节代谢、免疫和完整性。免疫调节方面，丁酸促进Th1但阻断Th17/IL-23/IL-17，通过Foxp3乙酰化诱导Treg并增强IL-10。环境效益包括减少氮排泄和垫料氨气。

1. 5.
   赖氨酸限制驱动的微生物和宿主特征

赖氨酸是家禽营养中关键的第一限制性氨基酸。日粮赖氨酸限制（LR）显著重构肠道微生物组的组成和功能。即使必需氨基酸降低20%也足以改变β多样性和特定细菌丰度。门水平变化包括放线菌门（Actinobacteria）、糖杆菌门（Saccharibacteria）和互养菌门（Synergistetes）富集。宿主优先的营养吸收施加微生物氮限制。微生物成熟度与体重（r=0.886）和日增重（r=0.896）强相关。群落重构从根本上重塑代谢输出，特别是SCFA谱。丁酸通过交叉互养产生：粪杆菌属/罗斯氏菌属消耗乙酸，而霍氏真杆菌（Eubacterium hallii）通过经典途径转化乳酸。充足的赖氨酸水平与盲肠丁酸升高和支链SCFA抑制相关。SCFA作为信号枢纽，通过HDAC/赖氨酸脱乙酰酶抑制、GPCR激活和细菌毒力酰化调节营养、能量稳态、群落结构。宿主代谢重构将氨基酸从合成代谢（mTOR抑制）转向肠道免疫和炎症。营养状态调控表观遗传：赖氨酸包含的氨基酸调节抗脂肪生成miRNA。抗生素破坏微生物组，削减肌肉DNA甲基化，证明菌群失调到宿主表观遗传的因果关系。

1. 6.
   蛋白和赖氨酸限制下古菌特征响应

古菌约占盲肠微生物组的1%，发挥不成比例的代谢影响。产甲烷菌（甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter））通过清除发酵细菌的氢优化发酵效率，通过肠道氢经济中的产甲烷增强宿主能量提取。直接的家禽数据将低蛋白日粮或赖氨酸限制与古菌特征联系起来仍然稀缺。知识空白包括：不同日粮方案下的生态学分析；产甲烷与替代氢汇（产乙酸）的功能决定因素；靶向调控策略。低蛋白/赖氨酸限制可能扰动发酵底物、限制氢供应并重构盲肠氢经济。在鸡中，毛螺菌科驱动的产乙酸占主导地位作为氢汇，减少的H?将破坏互养，转移通量并改变SCFA谱。

1. 7.
   精准营养中宿主-微生物组-代谢和宿主-微生物组-免疫轴

宿主-肠道微生物组相互作用从根本上塑造生理、免疫和营养结局。免疫代谢解释了微生物代谢物如何重编程宿主代谢通路以调节免疫细胞激活、增殖和防御。SCFA通过表观遗传机制（HDAC抑制、组蛋白乙酰化）和GPCR激活（GPR41/43/109A）调节免疫，抑制NF-κB/MAPK通路和细胞因子表达。丁酸抑制HDAC，减少TNF-α和IL-1β，阻断巨噬细胞中IκB降解和p65激活。微生物特征与宿主通路如mTOR和GCN2交汇。氨基酸变化通过未负载tRNA激活GCN2，导致eIF2α/ATF4磷酸化并触发整合应激反应。品种对比显示，快速生长品种富集氨基酸和能量通路，而韧性品种偏好信号转导和抗炎通路。纤维增加多样性和丁酸产生菌丰度。

1. 8.
   下一代益生菌和活体生物治疗产品

经典益生菌作为一般支持性补充剂，而下一代益生菌（NGPs）和活体生物治疗产品（LBPs）代表向精准微生物组疗法的根本转变。LBP遵循药物级监管通路，需要严格的安全性、质量和有效性证明。精准取决于识别与健康或生产性状相关的稳健微生物和代谢特征。非负矩阵分解（NMF）等先进计算方法将复杂微生物组数据提炼为稳定、预测性特征。家禽通过共富集罗伊氏黏液乳杆菌（Limosilactobacillus reuteri）和贝莱斯芽孢杆菌（Bacillus velezensis）的盲肠特征预测高体重，产生有效菌群。NGPs/LBPs通过双重作用驱动无抗生素（ABF）家禽生产：维持生长同时防御病原体和营养应激源引起的菌群失调。