今天转载一篇来自来自Aquaculture Research的综述文章：Role of gastrointestinal microbiota in fish。文章的引用信息如下：

近些年来，关于肠道微生物的研究逐渐成为热点，涵盖了从人类疾病、畜牧兽医、鱼类等各领域。

其实，早在2010年，就有一篇来自日本学者的综述，系统论述了鱼类肠道微生物的形成和建立、影响因子、主要组成、功能研究的gnotobiotic模型、肠道菌群在免疫方面的作用、肠道菌群在营养方面的作用、肠道菌群在疾病爆发中的作用、肠道菌群在鱼类健康管理中的作用、鱼类肠道菌群的调控以及益生菌理念和益生元理念。

笔者认为，该文值得系统性地阅读和解析，因此拿来以飨读者。

1、鱼类肠道微生物的形成和建立（Development and establishment of GI microbiota of fish）

肠道菌群的定植、建立、组成和多样性是一个复杂的过程，是养殖水体、饲料和环境中微生物的具体反映。在肠道中，两类细菌最常见，一类是外来的allochthonous或称为路过的（transient）；一类是土著的autochthonous或称为定植的（adherent）。

后者往往能耐受较低pH，可抵御胆汁酸的破坏，可成功在胃、肠道上皮层定植，并较牢固地粘附在肠道粘膜上而成为宿主的土著菌群；而前者则由于缺乏定植在肠道粘膜层或上皮层的能力或者在和其他菌群的竞争中处于下风而成为短暂过客。

肠道菌群在仔鱼和稚鱼期间的定植也是一个非常复杂的过程，而且和鱼的种类、饵料和环境息息相关。

在开口饵料之前，仔鱼阶段肠道菌群的丰度非常低，一般在102CFU/尾左右，是仔鱼为了保持其渗透压平衡从水体当中获得的。然而，当仔鱼开始投喂后，肠道菌群会迅速升高至105CFU/尾，说明饵料对肠道菌群的影响巨大。

2、影响肠道菌群形成的因素（Factors affecting the establishment of GI microbiota）

一系列外因和内因都会影响鱼类肠道菌群的建立和性质。影响初始菌群及其定植的包括鱼类的发育阶段、肠道结构、环境因子（比如水温）、饲养条件等。

此外，应激因子也会显著影响肠道菌群结构——当特定的化学药物、抗生素、杀虫剂等进入水生动物的肠道后，会明显地影响肠道菌群的组成，并导致特定的菌群数量减少甚至消失。

饲料以及饲养条件也会影响鱼类的肠道菌群。在仔鱼阶段，肠道菌群会随着饲料发生迅速的改变。Ringo等（1994）研究发现，野生嘉鱼肠道中的肠杆菌科菌群与摄食富含毛鳞鱼籽的饲料成正相关，且在淡水捕获的嘉鱼气单胞菌属细菌占优势、在海水中捕获的嘉鱼弧菌属细菌占优势。

另外，Ringo及其同事还发现投喂鱼糜饲料的大西洋鳕肠道的主要菌群为革兰氏阳性菌包括环丝菌属和肉食杆菌属的种类，但投喂豆粕饲料的大西洋鳕肠道主要菌群则以嗜冷杆菌属、金黄杆菌属和肉食杆菌属为主。

有趣的是，肠道菌群的季节变动，甚至是日波动都是存在的。比如在罗非鱼中，夏季肠道菌群数量约为1.6x106到5.1x107 CFU/g，秋季肠道菌群的数量约为3.1x108到1.3x109 CFU/g，冬季约为8.9x105到1.3x107 CFU/g。

在种类方面，养殖斑点叉尾鮰的大肠杆菌、克雷白氏杆菌、假单胞菌、邻单胞菌、志贺氏菌、链球菌、莫拉克斯氏菌都会随季节而变动。

3、鱼类肠道菌群的组成（Microbial composition in the GI tract of fish）

与其它动物一样，肠道是微生物最喜欢的生态位，因此鱼类肠道菌群种类异常丰富，但关于鱼类肠道菌群类别的信息却常常是完全不一致的。

早期的研究，往往是基于可培养技术对肠道内容物进行匀浆或对粪便进行细菌培养，再辅之以传统的形态学和生理生化鉴定。然而，传统方式无疑是耗时且对不可培养菌群缺乏敏感性，因此基于可培养技术的肠道菌群研究经常导致不确定的结果。

近年来，分子生物学手段的兴起，诸如克隆杂交、脉冲电泳、PCR、DGGE、荧光原位杂交等，对可培养菌群、不可培养菌群均进行了大量工作。

无论是用可培养技术还是不依赖于培养的技术，都证实细菌是鱼类肠道的主要微生物，此外酵母菌也在某些鱼类肠道发现，包括海水鱼和淡水鱼肠道中均存在的红酵母属种类以及只在海水鱼肠道中的梅氏酵母、皮状丝孢酵母和假丝酵母。

鱼类肠道菌群多为需氧或兼性厌氧菌、兼性厌氧或专性厌氧菌，以鲸杆菌属、拟杆菌科和梭菌属为主。Currie等发现在草鱼肠道中的厌氧菌和需氧菌数量大致相同，均为107 CFU/g。

与恒温动物相比，鱼类肠道菌群数量偏低，且其数量随着年龄、营养和环境波动较大。其大致的数量为需氧菌在104-109之间，厌氧菌在6.6x104-1.6x109CFU/g。

鱼类肠道菌群的组成在淡水鱼和海水鱼具有明显不同。比如，多数淡水鱼肠道菌群中气单胞菌、假单胞菌和拟杆菌为主，接下来是肠杆菌科、微球菌、不动杆菌、梭菌属等；而在海水鱼种主要为弧菌、假单胞菌、无色菌、棒状杆菌、交替单胞菌、黄杆菌和微球菌。

4、鱼类肠道菌群的研究：Gnotobiotic模型（Role of GI microbiota in fish：gnotobiotic approaches）

Gnotobiotic模型，即将动物在无菌条件下或特定已知菌条件下进行培养，是研究肠道微生物的推荐模型。多种Gnotobiotic模型已经揭示了肠道菌群在营养代谢和吸收、外源物代谢、能量平衡调控、上皮细胞更新、竞争性抑制、粘膜免疫发育和成熟方面的作用。

目前，鱼类的Gnotobiotic模型也有报道并用来研究脊椎动物肠道菌群进化、肠道菌群调控以及在营养和免疫中的作用。鱼类的Gnotobiotic模型研究表明肠道菌群参与上皮细胞的分化和成熟。缺乏肠道菌群的鱼类肠道上皮层刷状缘碱性磷酸酶活性受到影响，肠道聚糖的表达多以不成熟形式存在。

与Gnotobiotic模型的斑马鱼相比，正常斑马鱼的碱性磷酸酶活性（肠道上皮层成熟的标志分子）、粘膜分泌杯状细胞、激素肠内分泌细胞都明显增多；而且，肠道菌群可上调与DNA修复和上皮细胞分化、增生的15种基因的表达。

5、鱼类肠道菌群在免疫中的作用（Role of GI microbiota in immunity）

肠道免疫系统，也就是大家所熟知的肠道相关淋巴组织（gut-associated lymphoid tissues，GALT）不仅仅能为机体提供免疫防御，还具有免疫调节功能。肠道粘膜中的上皮细胞和免疫因子与菌群之间一系列复杂的相互作用，对GALT的发育和成熟至关重要，很多Gnotobiotic模型研究都证实了这点。

目前，有多种机制用来阐释肠道菌群促进免疫系统发育，比如细菌能通过经典的抗原依赖的特异性免疫应答途径促进GALT中B细胞的增生或直接激活先天免疫途径。早期肠道接触活菌并定植对肠道免疫屏障的发育非常重要，因此在种苗阶段往饲料中添加益生菌能提高嗜酸性粒细胞亚群的数量。

尽管多数外源益生菌都是暂时的，只能维持一定的时间，在停止投喂之后会恢复到原来的组成，但其对肠道免疫和系统免疫的增强作用是毋庸置疑的。

6、肠道菌群在营养方面的作用（Role of GI microbiota in nutrition）

肠道菌群在营养方面的作用很早就受到关注。肠道菌群可以产生维生素、氨基酸、消化酶、多种生长因子及其他代谢产物。主要的酶类包括糖酶、磷酸酶、酯酶、脂肪酶、肽酶、纤维素酶和蛋白酶。

比如高浓度的气单胞菌可能在消化中具有重要作用，因为它们可以分泌多种蛋白酶。某些肠道菌群本身就具有乙酰氨基葡萄糖、几丁质、纤维素和胶原降解能力，从而为鱼类提供营养。

近期研究证实，厌氧菌对鱼类消化和吸收可能具有重要作用，作为厌氧发酵的终产物，挥发性脂肪酸在鲤，鲱鱼、大口黑鲈等都有报道。在产维生素方面，肠道菌群产维生素B12在多种鱼类被证实，但因品种而有所差异。

比如，罗非鱼肠道菌群所产维生素B12要比斑点叉尾鮰的高很多，罗非鱼每天每公斤体重可产B12 11.2ng，而斑点叉尾鮰每天每公斤体重仅可产B12 1.4 ng，这是因为罗非鱼肠道中的厌氧菌数量比斑点叉尾鮰多。

7、肠道菌群在疾病暴发中的作用（Role of GI microbiota in disease outbreak）

根据致病性，肠道中的菌群可分为非致病菌、致病菌和共生菌，这些都会对鱼类的健康和疾病暴发产生影响。

在健康个体中，有些细菌会在肠道定植，而有些则是暂时的，在肠道菌群和宿主免疫之间建立了一种平衡关系，这种平衡一旦被打破，暂时性的细菌中部分具有致病性的将会诱发感染。

肠道、皮肤和鳃是鱼类病原进入的主要途径，而高密度集约化养殖的出现使得无论是淡水养殖还是海水养殖，无论是暖水性鱼类还是冷水性鱼类，疾病的暴发都非常普遍。

通过肠道感染的疾病包括弧菌病、疖疮病、败血症、气单胞菌病等等。根据溶藻弧菌对粘膜系统粘附的动力学研究，说明肠道是大黄鱼溶藻弧菌感染的主要途径。

对太平洋鲑鱼的研究结果证实，在其肠道和幽门盲囊处有大量鳗弧菌和Vibrio ordalii。更为严重的是，病原菌会通过粘附或定植在肠道，会释放一系列的酶或毒素破坏肠道完整性，并会在数个小时之内感染并发病。

8、肠道菌群在鱼类健康管理中的作用（Role of GI microbiota in fish health management）

在相当长的历史时期，人们都相信肠道菌群的活力与宿主的寿命密切相关。在陆生动物，肠道菌群不仅仅协助执行消化功能，还可作为对抗病原菌的保护性屏障。肠道微生物与入侵的病原菌竞争营养成分，同时也会分泌一些抗菌物质，从而保护宿主。

Sugita发现，淡水鱼肠道菌群中，大约有2.7%的肠道微生物可以抑制各种不同的病原体，而大约有3.2%的肠道微生物可以抑制气单胞菌。而在海水鱼，这个比例相对较高，例如Westerdahl报道在大比目鱼肠道菌群中，有大约28%的肠道微生物可抑制李斯特菌。

在半滑舌蹋的研究结果显示，当鱼苗开始摄食后，其肠道中的竞争性微生物数量将显著上升，6周后大约40%的肠道微生物可竞争性抑制李斯特菌和发光杆菌。

更为有趣的是，很多细菌具有广谱的抑制活性。比如鲑鳟鱼肠道常见的肉食杆菌类，可抑制嗜水气单胞菌、杀鲑气单胞菌、黄杆菌、发光杆菌、鳗弧菌、链球菌等。

9、鱼类肠道菌群的调控（Manipulation of GI microbiota in fish）

近年来，通过饲料添加的方式调节鱼类肠道菌群的组成和活力，进而提高宿主的整体健康状况，越来越受到关注。主要方式包括添加有益微生物（益生菌）或能选择性促进特定肠道微生物增殖且不能被消化的物质（益生元），或者两者的合用（合生元）。

10、益生菌理念（Probiotic concept）

所谓益生菌是指能整体提高宿主健康状况的有益微生物。益生菌在水产养殖中的使用已经非常普遍，不管是土著的还是外来的。常用的种类包括酵母菌、梭菌、芽孢杆菌、肠球菌、乳酸菌、希瓦氏菌、明串珠菌、乳球菌、肉食杆菌、气单胞菌等。

应用的方式包括饲料添加或者泼洒，其中饲料添加是肠道菌群建立和成功定植的较好方式，而在水中施用也能达到多重效果。

比如在斑点叉尾鮰养殖水中添加芽孢杆菌能提高成活率和产量；在罗非鱼池塘中添加芽孢杆菌和红假单胞菌可以促进生长和提高免疫；在虹鳟养殖池添加假单胞菌可以抵御鳗弧菌的感染。

11、益生元理念（Prebiotics concept）

益生元通常是不能被消化的低聚糖，它们可以添加到饲料中，促进肠道中特定有益微生物的增殖。益生元往往可以促进宿主肠道乳酸菌、双歧杆菌的增殖。

常用的益生元包括低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖、低聚木糖、菊粉、乳果糖和低聚乳果糖等。现有报道表明，添加益生元可促进鲤、虹鳟等鱼的生长、提高免疫和对疾病的抵抗力，其机制包括增加宿主的消化酶、增厚肠道粘膜层。

但益生元的使用必须考虑两个问题，一是多种病原菌或条件致病菌都能利用各种碳水化合物，从而会造成大量繁殖，不仅仅使得益生元的效果无法体现，还有潜在的诱发疾病风险；二是有些益生元在高浓度使用时，本身就有副作用，比如高浓度的菊粉会对肠上皮细胞造成破坏。

益生菌和益生元的概念催生了合生元的概念，也就是将两者合用产生同步效应，会起到更好的结果。比如粪球菌和低聚甘露糖合用比单独使用效果都好，能明显提高虹鳟的免疫力和对鳗弧菌的抵抗力，芽孢杆菌和低聚异麦芽糖合用能显著提高对虾的免疫力和对特定病原的抵抗力。