谷禾健康
伴侣动物正越来越多地存在于人类生活中,提供陪伴、娱乐、工作和心理支持,人们逐渐倾将宠物视为家庭成员。
随着宠物经济的不断升温,宠物健康也同时受到广泛关注。肠道微生物组是一个重要的免疫和代谢器官,越来越多的研究表明,猫狗健康的奥秘很大程度上藏匿于它们肠道内由微生物组成的复杂生态系统,它就像体内的一个”微型器官”或”第二大脑”,深刻影响着消化、免疫、代谢甚至情绪和行为。
从胃肠炎到癫痫,从肥胖到心脏病,从皮肤过敏到肾病——越来越多的研究揭示,这些看似不相关的疾病,都与肠道微生态失衡有着千丝万缕的联系。
本文将带你解码肠道微生态对于维持宠物整体健康和预防疾病所起到的关键作用,并重点介绍了与肠道微生物组改变(生态失调)相关的特定疾病和综合性的探索,例如胃肠炎、癫痫、肾病、肥胖等疾病。此外,本文还分析了影响肠道微生物组的各种因素,如习惯性饮食、年龄、品种、抗生素使用等,并基于微生物组的菌落构成以及所产生的肠道代谢与不同疾病类型之间的内在关联,为您提供从”肠”计议的个性化健康干预新思路。让我们一起守护毛孩子的健康,从肠道微生物开始!
胃肠道(GI)拥有一个复杂的生态系统,由细菌、病毒、真菌和原生动物等各种微生物组成。其中细菌是主要成分,在狗和猫的粪便样本中占>98%的宏基因组测序读数。
16S rRNA基因测序是目前最常用评估猫狗肠道细菌的标准方法,能够深入分析微生物组成、健康与患病动物间的群落差异,以及对饮食或治疗干预的反应。
★ 厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门构成核心优势菌群
宠物肠道微生物群主要由严格或兼性厌氧细菌组成,尤其是在大肠中。狗和猫的粪便微生物主要由五个门组成:厚壁菌门(Firmicutes)、梭杆菌门(Fusobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形杆菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)。其中厚壁菌门、变形菌门和拟杆菌门这三个占核心主导地位。
Garrigues Q,et al.Front Vet Sci.2022
★ 厚壁菌门下的重要菌属
在核心细菌群落中,许多主要分类群属于厚壁菌门。Clostridia纲为最丰富的分类群,主要包含三个Clostridium梭状芽孢杆菌群:IV(如Ruminococcaceae科、Faecalibacterium prausnitzii)、XI(如Peptostreptococcaceae科)和XIVa(如Lachnospiraceae科、Blautia spp.)。
除了Clostridia纲,厚壁菌门中其他常见纲包括Bacilli(主要由乳酸杆菌目组成,以链球菌属和乳杆菌属为主)和Erysipelotrichi(主要包括Turicibacter属、Catenibacterium属和Coprobacillus属)。
★ 拟杆菌门下的Bacteroides和Prevotella在狗中差异很大
拟杆菌门是猫狗粪便样本中另一个丰富的门,主要包括Prevotella、Bacteroides和Megamonas属,其中最丰富的Bacteroides和Prevotella在狗之间的丰度差异很大。
★ 梭杆菌属与健康状况紧密相关
在梭杆菌门中,梭杆菌属(Fusobacterium)与狗的健康状况有关,并且它被认为与人类结直肠癌和炎症性肠病相关。梭杆菌在肉食性动物肠道代谢中发挥关键作用,具有分解蛋白质和氨基酸产生支链挥发性脂肪酸的独特功能。在狗的胃肠道中,梭杆菌属(如F.perfoetens和F.mortiferum)大量存在,约占总相对丰度的20%。
★ 变形菌门与放线菌门大肠中数量相对较少
变形菌门(Proteobacteria)和放线菌门(Proteobacteria)也很常见。这些门通常是小肠的定植者,粪便样本中的数量较少。肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的成员(例如,大肠杆菌Escherichia coli)是兼性厌氧菌,使得它们能够利用小肠中的氧气。在粪便样本中,它们的增加与许多疾病有关。放线菌门也与小肠有关,包括Corynebacteriaceae科(例如Corynebacterium spp.)和Coriobacteriaceae科(例如Collinsella spp.)。
肠道细菌能将饮食分子或药物转化为细菌衍生代谢物,因此肠道微生物群被视为重要的代谢器官。平衡的肠道微生物群通过调节免疫系统、抵御肠道病原体及提供维生素和营养物质,对宠物健康产生重要影响。
宠物肠道微生物群的组成受多种因素显著影响,包括饮食、年龄、品种、活动量、健康状况、益生菌和药物使用等,其中抗生素的影响尤为突出,这已被多种动物模型证实。
Shah H,et al.Microorganisms.2024
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饮食
饮食已被认为是影响哺乳动物肠道微生物群生物多样性和功能特征的主要驱动因素之一。宠物饮食的类型与成分直接塑造肠道菌群结构,其营养物质(如膳食纤维、碳水化合物、蛋白质)作为微生物生长的底物,经菌群发酵后产生短链脂肪酸(SCFAs)、次级胆汁酸、氨基酸及脂溶性维生素等关键代谢物。
▸ 高纤维饮食促进狗肠道产短链脂肪酸菌群增殖
研究表明,饮食纤维含量是核心调控因素:高纤维饮食(28.1%)显著促进产短链脂肪酸(SCFAs)菌群(如Bacteroides、Prevotella、Faecalibacterium)增殖,而低脂饮食(8.6%纤维)则特异性富集Faecalibacterium。
注:SCFAs可通过抑制NF-κB通路等机制减轻肠道炎症。
饮食在狗的肠道微生物组中起至关重要的作用
Shah H,et al.Microorganisms.2024
▸ 高蛋白饮食会影响猫肠道微生物多样性
研究评估了断奶后使用高蛋白/低碳水化合物饮食 (HPLC)的小猫与断奶后使用中等蛋白质/中等碳水化合物 (MP/MC) 饮食的小猫的微生物组。
发现高蛋白/低碳水饮食增加了物种多样性,在高蛋白/低碳水喂养的小猫中增加5个属是已知的丁酸盐产生菌。
营养干预对猫狗肠道代谢的影响
Lyu Y,et al.Animals (Basel).2025
值得注意的是,菌群结构具有动态可塑性——犬类饲喂32周高纯度氨基酸与可消化淀粉饲料后,菌群组成发生显著偏移,但恢复基础饮食后即可回归初始状态。这种可逆性变化证实了饮食成分通过改变肠道底物微环境,直接驱动特定菌种(如产SCFA菌)的竞争性生长,进而重塑微生物组结构与代谢组功能。因此,精准设计膳食纤维与蛋白质比例,是调控宠物肠道微生态平衡的关键策略。
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年龄
年龄是肠道微生物群落组成显著改变的重要决定因素,随着年龄增长微生物多样性明显下降。以炎症反应增强为特征的器官衰老现象导致肠道微生物组的组成和功能持续改变,从而影响机体的体力活动和药物摄入模式。
▸ 狗断奶后梭杆菌丰度增加
在犬类中,断奶后梭杆菌的存在更为普遍,6-10岁年龄组的具核梭杆菌(Fusobacterium perfoetens)丰度约为0.5-1岁年龄组的两倍(14.3%vs.7.2%)。虽然这种丰度的增加与狗的年龄呈正相关,但梭菌水平的增加与狗断奶后食用肉类食物之间也存在潜在关联。
▸ 猫肠道中双歧杆菌和乳杆菌丰度随年龄增长下降
同样地,在猫的研究中,第18至42周期间,四种最常见菌属的平均丰度发生了显著变化:双歧杆菌属(Bifidobacterium)、乳杆菌属(Lactobacillus)、普雷沃氏菌属(Prevotella)和拟杆菌属(Bacteroides)。
其中拟杆菌属和普雷沃氏菌属的丰度随年龄显著增加,而双歧杆菌属和乳杆菌属则显著下降。幼猫18周龄时,微生物组主要由乳杆菌属(35%)和双歧杆菌属(20%)构成。早期时间点(8-17周)乳杆菌属和双歧杆菌属丰度的升高可归因于哺乳/断奶期影响。至42周龄时,拟杆菌属占比达16%,普雷沃菌属占14%,巨球菌属(Megasphaera)占8.4%。巨球菌属的丰度随时间显著上升,从第18周的0.1%和第30周的0.2%增至第42周的8.4%。
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品种
品种是微生物群个体间变异的主要来源。研究发现不同品种之间的微生物组成存在差异。
▸ 相同饮食下不同犬菌群丰度不同
例如,在对比马尔济斯犬、贵宾犬和迷你雪纳瑞三种犬种时发现,即使喂养相同的食物,在马尔济斯犬中,梭杆菌(Fusobacteria)数量丰富,而在贵宾犬中,厚壁菌(Firmicutes)和放线菌(Actinobacteria)数量丰富,且马尔济斯犬中厚壁菌门的丰度最低。
▸ 猫科和布偶猫存在肠道微生物差异
另一项研究通过16S rRNA基因测序技术证明了家猫与布偶猫肠道微生物组的品种差异:布偶猫组中肠球菌属(Enterococcus)、乳杆菌属(Lactobacillus)、链球菌属(Streptococcus)、罗氏菌属(Roseburia)和经黏液真杆菌属(Blautia)等有益微生物的丰度显著高于家猫组,这表明可针对特定品种设计益生菌制剂。
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性别/绝育
大量研究表明,雄性和雌性之间的肠道菌群存在差异。这在动物和人类中都有观察到。例如,对非肥胖糖尿病(NOD)/ShiLtJ小鼠的研究发现,与雌性小鼠相比,某些细菌家族在雄性小鼠中更丰富,如Kineosporiaceae、Peptococcaceae、Porphyromonadaceae、 Veillonellaceae、 Lactobacillaceae、Peptostreptococcaceae、Bacteroidaceae、Cytophagaceae和Enterobacteriaceae。
而在人类中,双侧卵巢切除术与鲍氏梭菌(Clostridium bolteae)的较高存在相关。非卵巢系统性雌激素水平与粪便梭菌的丰度之间存在直接相关性,其中包括非梭状芽胞杆菌属和瘤胃球菌科的三个属。
▸ 绝育狗厚壁菌门相对丰度较高
在宠物研究中,发现厚壁菌门的相对丰度显示绝育雌性和阉割雄性之间的相似性,与正常雌性和雄性狗相比,这些群体的相对丰度明显更高。此外,雄性狗的厚壁菌门比例高于雌性狗。另一方面,与雌性相比,雄性狗的拟杆菌门较低,但高于阉割狗(绝育的雌性和阉割的雄性)。与绝育狗(绝育的雌性和绝育的雄性)相比,正常犬(雌性和雄性)的梭杆菌更高。
▸ 绝育后乳杆菌、双歧杆菌减少
还有一项研究发现,绝育后的雄性猫狗肠道中某些菌群数量会发生变化,如乳杆菌(Lactobacillus)、双歧杆菌(Bifidobacterium)等菌群数量减少,而肠球菌(Enterococcus)、大肠杆菌(Escherichia)等菌群数量增加。这些变化可能与代谢、免疫等方面有关。
此外,宠物的饮食、生活环境等因素也会对肠道微生物产生影响,因此在绝育后需要注意宠物的饮食和生活环境,以维护宠物的肠道健康。
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运动
研究表明,体育活动与改善代谢健康之间存在密切联系。人类研究表明,体育活动会导致有益肠道微生物的增加,如梭菌。定期运动与丹毒丝菌科(Erysipelotrichaceae)含量较高之间存在正相关关系。
Shah H,et al.Microorganisms.2024
▸ 运动与饮食一起影响了狗肠道菌群
几项临床试验研究了运动和饮食干预对犬肠道菌群的影响。在利用商业高蛋白、低脂肪和高纤维干粮的减肥计划中,运动会影响肠道微生物群的组成。在与运动相关的活动中,葡萄糖胺的添加会影响雪橇犬微生物组的组成。食用葡萄糖胺的雪橇犬的乳杆菌科(Lactobacillaceae)和Anaerovoracaceae减少。在补充葡萄糖胺的狗中,Sellimonas、Eubacterium brachy和Parvibacter的丰度降低,尤其是在运动后。
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健康状况
▸ 消化系统疾病破坏肠道微生物群平衡
消化系统疾病如腹泻、便秘、胃肠炎等会对猫狗微生物群产生影响,破坏肠道微生物群的平衡,导致有益菌的减少,有害菌的增加。
▸ 感染寄生虫改变肠道微生物群
许多肠道寄生虫被证明会引起宠物肠道微生物群的显著改变,其中贾第鞭毛虫是一种普遍存在的肠道寄生虫,可导致腹泻,其带来的改变最为明显。
贾第鞭毛虫与许多细菌群落的丰度呈正相关,例如普雷沃氏菌(Prevotella)和厌氧螺菌(Anaerobiospirillum succiniproducens)。这些细菌会导致肠道屏障粘液的脆弱化。这种脆弱化使肠贾第鞭毛虫更容易切割屏障并允许更多肠道病原体在肠道定植。
此外,在22周大的幼犬中,贾第鞭毛虫的高负荷也与约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii)的减少相关。
▸ 病毒感染降低拟杆菌丰度
犬细小病毒是影响狗的最常见病原体之一,会导致腹泻、出血性肠炎和幼犬死亡。在一项研究中,四只幼犬在6周大时自然感染了犬细小病毒,肠道微生物群发生严重改变,变形杆菌丰度增加,主要是肠杆菌科(Enterobacteriaceae),拟杆菌(Bacteroidetes)和梭杆菌(Fusobacteria)丰度减少。
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抗生素等外源药物
抗生素通过作用于细菌保守靶点(如核糖体、细胞壁)发挥广谱抗菌作用,但其非选择性抑制会显著扰动宠物肠道微生态平衡。
▸ 抗生素会改变猫狗肠道菌群组成与代谢能力
研究表明,抗生素暴露可导致犬猫肠道菌群结构与功能发生多维度改变:菌群组成方面,常见有益菌如产短链脂肪酸(SCFA)的Faecalibacterium、Blautia和Roseburia丰度显著降低,而潜在致病菌(如Enterobacteriaceae、Enterococcus spp.及Escherichia spp.)增殖。
代谢功能方面,碳水化合物发酵能力下降导致SCFA产量减少,胆汁酸代谢紊乱表现为初级胆汁酸(胆酸、鹅去氧胆酸)累积与次级胆汁酸(脱氧胆酸、石胆酸)耗竭。
▸ 使用抗生素可能导致长期菌群失衡
值得注意的是,甲硝唑、泰乐菌素及阿莫西林-克拉维酸等常用抗生素还可降低粪便维生素与抗氧化物质浓度,同时升高氧化应激标志物(如核糖酸)。这些扰动具有长期持续性——猫停用克林霉素2年后仍存在菌群(如Prevotellaceae减少)与胆汁酸代谢异常,幼猫抗生素暴露后菌群失衡可持续至成年期。菌群失调进一步增加耐药菌定植风险(如艰难梭菌),并可能通过破坏肠屏障功能诱发慢性肠病。
值得注意的是,益生菌干预(如猫源Enterococcus hirae)或特定酶制剂(如核糖酶)可能缓解部分不良反应,提示在临床抗感染治疗中需综合评估菌群修复策略。
与人类和其他动物类似,狗和猫肠道代谢库的主要贡献者是蛋白质、碳水化合物和脂肪。这些常量营养素在消化过程中分解,产生各种代谢物,包括气体(例如CO2、CH4)、有机酸(例如乳酸、丙酮酸)、生物胺(例如组胺、血清素)、短链脂肪酸(例如丁酸盐、乙酸盐)、支链脂肪酸(BCFAs,例如异丁酸酯、异戊酸酯)和支链氨基酸(例如异亮氨酸、缬氨酸)。
猫和狗肠道中的典型代谢物
Lyu Y,et al.Animals (Basel).2025
这些代谢物在维持宿主生理过程中起着关键作用。肠道还包括来自细菌细胞壁成分、多胺、挥发性有机化合物、植物次生代谢物和膳食胆碱的各种代谢物。这些代谢物具有高度动态性,经历吸收、分布或从体内排泄等各种过程。这种动态性质强调了肠道代谢的复杂性及其对整体健康的深远影响。通过检测猫狗肠道中的主要代谢物及微量元素,也可以一定程度上反映其健康状况。
一般来说,从产量和健康影响的角度来看,犬科和猫科动物结肠中的主要代谢物主要是短链脂肪酸、次级胆汁酸以及支链脂肪酸和吲哚衍生物,它们分别来自碳水化合物、脂肪和蛋白质的发酵。
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短链脂肪酸
短链脂肪酸(SCFA)是结肠内特定厌氧菌(例如罗氏菌属、拟杆菌属)发酵膳食纤维和抗性淀粉产生的主要细菌代谢产物,这些短链脂肪酸对人类和伴侣动物都表现出许多健康益处,包括抗炎、免疫调节、体重管理、糖尿病管理和癌症预防,以及对心脏和肝脏等器官的保护作用。
▸ 猫和狗可通过蛋白质发酵产生短链脂肪酸
此外,SCFA可以降低肠道pH值,防止氨等有害代谢物的吸收。值得注意的是,与大多数杂食性哺乳动物通过膳食纤维和抗性淀粉发酵产生短链脂肪酸不同,狗和猫作为食肉动物,其结肠中具有更丰富的蛋白质发酵细菌(如产气荚膜梭菌),能够产生短链脂肪酸。虽然蛋白质对SCFA产生的直接贡献不如纤维重要,但它可以通过改变肠道微生物组组成、转运时间和特定氨基酸的利用来间接影响该过程。
乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐是三种主要的短链脂肪酸,因其多样化的生物活性而被广泛研究。肌组织可以利用乙酸盐作为能量来源。丙酸盐被肝脏从门静脉血吸收并转化为琥珀酰辅酶A,琥珀酰辅酶A参与能量产生、柠檬酸循环、酮代谢和血红素合成。丁酸盐被结肠氧化,是结肠细胞的首选能量底物。
▸ 营养和疾病状况会影响体内短链脂肪酸含量
在各种饮食干预和补充策略的犬猫营养研究中,SCFA的产生经常被报道。在最近的许多狗和猫研究中,来自多种食品成分的植物来源的低聚糖(例如,果糖、半乳糖、甘露糖和木糖低聚糖(FOS、GOS、MOS、XOS))和各种类型的可发酵碳水化合物(例如,果胶、菊粉和抗性淀粉)一致表明SCFA的产生显著增加。
具体而言,研究表明,当成年犬的饮食中添加0.5% FOS和GOS、0.15% MOS、1%菊粉和1%抗性淀粉时,丁酸盐、乙酸盐或戊酸盐的水平升高。在猫中,当动物喂食0.4% XOS时,粪便丁酸盐和丙酸盐浓度与乳酸菌种类丰度的增加呈正相关。
疾病状态的发生和发展通常也会影响SCFA的产生。例如,几项研究表明,患有炎症性肠病(IBD)的犬科动物和猫科动物经常表现出肠道菌群失调,导致产生SCFA的细菌(例如双歧杆菌、Roseburia)下调,随后导致特定SCFA的合成减少。
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次级胆汁酸
次级胆汁酸,如胆酸和鹅去氧胆酸,是在肝脏中产生并通过胆道器官释放到消化系统中的脂质分子。肠道微生物群将这些宿主来源的胆汁酸转化为次级胆汁酸,这些胆汁酸构成了粪便中发现的大部分胆汁酸,是狗和猫的主要肠道代谢产物。
胆汁酸的一个基本作用是促进脂肪的消化和吸收。除了消化功能外,胆汁酸还充当信号分子,影响葡萄糖和脂质代谢、胰岛素敏感性、炎症反应、免疫功能和甲状腺调节的能量消耗。
▸ 次级胆汁酸可以反映营养状况
主要由碎牛肉(75%)组成的高蛋白、高脂肪、低纤维饮食(46.7%蛋白质、33.1%脂肪、3.4%纤维、干物质)已被证明可以提高狗的粪便脱氧胆酸水平。
与饲喂湿粮(46%蛋白质、27%脂肪、4.7%纤维)的猫相比,喂食干粮(33%蛋白质、7%脂肪、9.3%纤维、干物质)的猫的粪便总胆汁酸减少了3倍。这一发现意味着高脂肪和低纤维饮食可以诱导健康猫的粪便总胆汁酸增加。
▸ 食物中蛋白质和纤维含量影响猫胆汁酸水平
最近的一项研究评估了猫的23种粪便胆汁酸,结果显示,将7.9%高消化抗性淀粉饮食(37.6%蛋白质、18.9%脂肪、3.2%纤维)与0.5%低消化抗性淀粉饮食(38.0%蛋白质、19.0%脂肪、3.1%纤维)进行比较时,胆汁酸谱发生了显著变化。具体来说,12种胆汁酸表现出显著增加,而3种表现出减少。在次级胆汁酸胆酸盐和牛磺胆酸盐硫酸盐以及次级胆汁酸12-脱氢胆酸盐和3-脱氢胆酸盐中观察到最明显的变化。因此,尽管宏量营养素含量相似,但食品加工技术及配方对微生物(次级)胆汁酸代谢有显著影响。
在一项交叉研究中,制定了一种老年干粮(31.1%蛋白质、16.8%脂肪、1.3%纤维)含有特定成分(即燕麦粒、西兰花和番茄渣),可防止与年龄相关的认知能力下降,并与商业干粮(32.7%蛋白质、19.1%脂肪、1.4%纤维)进行了比较。老年干粮与粪便次生胆汁盐7-α-羟基-胆甾烯酮、脱氢石胆酸盐、脱氧胆酸盐、异熊去氧胆酸盐、石胆酸盐和熊去氧胆酸盐的显著减少以及粪便初级胆汁盐胆酸盐的增加有关。
一般来说,饮食类型和营养成分会影响犬科动物和猫科动物的肠道微生物群,从而进而改变粪便胆汁酸库。具体而言,在患有慢性肠病和胰腺外分泌功能不全的狗中观察到粪便石胆酸、脱氧胆酸和总次级胆汁酸浓度较低,粪便胆汁酸代谢失调和熊去氧胆酸降低与猫慢性肾病中的新型微生物特征相关。需要进一步的研究来阐明这些改变与饮食因素以及肠道微生物群之间的关系。
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支链脂肪酸和吲哚代谢物
肠道微生物组可以改变氨基酸的代谢,产生支链脂肪酸(BCFA)和吲哚衍生物等代谢物。这些化合物影响各种生理过程,包括免疫功能和炎症。
▸ 支链脂肪酸影响肠道微生物组及健康
肠道中BCFA的存在会显著影响其环境,从而影响肠道微生物组的组成和活性。此外,这些脂肪酸充当信号分子,与肠道内壁和免疫细胞进行交流,最终帮助维持肠道屏障的完整性,调节免疫反应和炎症,并与认知功能和心理健康有关。
▸ 膳食蛋白质和纤维含量会影响支链脂肪酸浓度
然而,由于狗和猫的肉食性,与人类和其他杂食性哺乳动物相比,它们具有更高的膳食蛋白质需求量和较低的结肠蛋白发酵水平。因此,BCFA的浓度远小于短链脂肪酸(即占SCFA的5%-10%)。狗和猫中最重要和最丰富的BCFA是异丁酸盐和异戊酸盐,它们分别由缬氨酸和亮氨酸产生。BCFA的产生与饮食中的粗蛋白含量和氨基酸浓度直接相关。
研究观察到,当狗和猫补充膳食纤维(例如低聚果糖、菊粉)时,BCFA浓度,特别是异丁酸盐浓度降低。这表明结肠环境和微生物组功能已从蛋白质发酵转变为纤维发酵。同样,胃肠道疾病可促使BCFA生成量下降,诊断为慢性肠病的猫科动物的异丁酸盐和异戊酸盐水平降低就证明了这一点,这一结局可能与潜在的微生物群失调有关。
▸ 不同剂量的吲哚衍生物对狗健康影响不同
另一组重要的氨基酸代谢物包括吲哚衍生物。这些化合物来源于氨基酸色氨酸,起信号分子的作用,对免疫调节(如T细胞反应)、抗炎过程和维持肠道内的屏障功能至关重要。
尽管如此,各种吲哚衍生物对健康的影响并不一致,并且明显依赖于剂量。某些化合物(如硫酸吲哚)在肠道内过度积累可导致不良反应,如炎症性肠病和肾功能障碍。与BCFA类似,吲哚衍生物(例如吲哚、吲哚-2-酮、吲哚-丙烯酸酯、吲哚-3-乙酸酯)随着蛋白质摄入量的增加而增加,而在健康狗中,纤维补充剂会减少或趋于减少,但饮食与吲哚衍生物之间的相互作用相当复杂。
在最近的一项研究中,比较了不同蛋白质水平(19.99%、25.34%、45.77%)对狗肠道健康的影响,吲哚和吲哚-2-酮的粪便水平随着蛋白质消耗的增加而显著增加,而吲哚-乳酸、吲哚-乙酸、吲哚-丙酸和2-氧吲哚-3-乙酸酯的水平随着蛋白质消耗水平的增加而显著降低。色氨酸是吲哚的前体氨基酸,随着蛋白质消耗的减少而增加。
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维生素
维生素与肠道菌群的互作是猫狗肠道微生态健康的重要组成部分,是评估消化系统功能的关键指标。通过分析维生素的合成能力和代谢能力,可以早期识别微生态失衡状态,预防营养吸收障碍。
▸ 维生素A影响视觉、皮肤健康
维生素A是宠物体内重要的营养成分,参与视觉、皮肤健康、免疫系统功能以及细胞生长和分化的调节。它有助于维持视⼒,特别是在夜间视力方面,⽀持正常的生长和发育,促进皮肤和被毛的健康。
▸ 维生素D影响钙的吸收及骨骼健康
维生素D主要影响钙和磷的代谢,帮助维持骨骼和牙齿的健康。它促进钙的吸收和利用,对猫狗的生长、发育以及整体骨骼健康至关重要。
▸ B族维生素能影响大部分生理过程
B族维生素参与猫狗几乎所有的生理过程,这些水溶性维生素无法在体内大量储存,需要持续补充。B族维生素缺乏会导致神经系统异常、皮肤病变、贫血、消化不良和免疫功能下降等多种问题。
▸ 维生素C影响免疫及皮肤弹性
维生素C是一种强效的抗氧化剂,对宠物的健康至关重要。它有助于增强免疫系统,促进伤口愈合,支持皮肤和被毛的健康,同时还参与胶原蛋白的合成,保持关节健康和皮肤弹性。
对狗和猫的研究表明,肠道微生物组和功能的变化不仅决定着胃肠道疾病,而且还与其他器官系统的疾病密切相关,例如慢性肾病、肠胃炎、神经系统疾病和肥胖等。虽然在许多疾病中仍需要探索确切的潜在机制,但一些微生物途径现在已得到公认,会影响健康和疾病,其中一些可以使用不同的方法直接评估。
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急性和慢性胃肠炎
急性胃肠炎(AGE)发作时(尤其细菌/病毒性感染),犬猫肠道菌群呈现多样性骤降与致病菌暴发性增殖。
▸ 急性胃肠炎时肠道菌群多样性会骤降
一项针对健康犬、急性非出血性腹泻犬、急性出血性腹泻犬以及特发性炎症性肠病(IBD)犬的16S rRNA基因测序研究显示,患有急性腹泻的犬,尤其是急性出血性腹泻犬,其菌群中的细菌类群发生了最显著的变化。与健康犬相比,急性出血性腹泻犬的大肠杆菌、Sutterella和产气荚膜梭菌含量显著增加,同时伴随产短链脂肪酸(SCFA)的核心菌群(如Faecalibacterium、Blautia)减少。
这种失衡直接削弱SCFA合成能力,导致肠屏障修复障碍与炎症因子(如IL-8、TNF-α)释放增加。值得注意的是,抗生素治疗虽抑制病原菌,但进一步降低菌群多样性,延长恢复周期。
患有胃肠道疾病的狗和猫的微生物变化
doi: 10.3748/wjg.v20.i44.16489.
▸ 肠道炎症宠物体内变形菌门细菌增加,拟杆菌属减少
慢性炎性肠病(CE)是一种多因素疾病,肠道免疫和环境因素(饮食、微生物群)之间的相互作用引发并驱动慢性肠道炎症,导致受影响狗呕吐、腹泻、食欲改变或体重减轻。
患有CE的犬表现出粪便细菌丰富度和多样性的显著降低。炎症性肠病中常见的微生物组变化是厚壁菌门和拟杆菌门内的细菌群减少,而变形菌门内的细菌群增加,此外,Lachnospiraceae和Clostridium亚群多样性减少与IBD有关。
不同的微生物学研究表明,肠道变形菌门的增加和梭菌目的减少与肠道炎症有关。持续胃肠道症状的犬受试者中梭菌属、梭杆菌属和拟杆菌属丰度降低,同时肠杆菌科丰度升高,肠杆菌科的成员被认为是致病的,因为它们有能力在胃肠道内引起先天免疫反应。
Shah H,et al.Microorganisms.2024
对患病犬和健康对照组的微生物种群进行比较分析发现,前者的双歧杆菌、乳酸杆菌、链球菌和潜在致病性大肠杆菌水平均有所升高。在胃肠道中,驻留细菌可以将各种化合物释放到周围的肠道环境中,包括脂多糖、淀粉样蛋白和其他免疫原性混合物。免疫激活,无论是通过脂多糖分泌还是与抗炎微生物相比促炎微生物的增加,都会形成肠道菌群失调,进一步导致肠道炎症。
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神经系统疾病
脑肠轴(GBA)是一个由内分泌、免疫和神经元介质组成的网络,在肠道和大脑之间形成错综复杂的相互作用。肠道微生物群、中枢神经系统(CNS)和肠道神经系统(ENS)共同调节GBA。胃肠道中产生的某些神经活性物质可以穿过血脑屏障(BBB)和肠道粘膜屏障进入中枢神经系统。
▸ 肠道菌群可能通过神经递质影响犬类癫痫
癫痫是犬类最常见的神经系统疾病之一。肠道微生物群(GM)衍生的短链脂肪酸(SCFAs)可能会影响癫痫发作的可能性,通过调节兴奋性/抑制性神经递质、神经炎症、氧化应激以及心理社会压力来实现。
肠道菌群紊乱可加剧癫痫严重程度,其核心机制为菌源性炎症激活免疫应答,通过肠神经系统(ENS)影响中枢神经功能。肠道微生物群组成的变化与狗的神经系统疾病(如不明原因的脑膜脑脊髓炎以及攻击性和恐惧症等行为问题)有关。
代谢物在大脑的兴奋/抑制平衡和癫痫发生的作用
Shah H,et al.Microorganisms.2024
▸ 攻击性行为犬巨单胞菌属和Catenibacterium升高
攻击性行为犬的粪便中Catenibacterium与Megamonas丰度异常升高,该菌群同时参与初级胆汁酸代谢失调,可能通过腹痛-应激通路诱发神经兴奋。
老年犬的梭杆菌门丰度随年龄增长下降,而放线菌门减少与认知功能提升正相关。致病菌如大肠杆菌和假单胞菌可合成γ-氨基丁酸(GABA)等神经活性物质,其透过血脑屏障后干扰神经递质平衡——GABA作为关键抑制性神经递质,其水平下降将直接降低神经元兴奋阈值,促进癫痫发作。
生酮饮食(KD)可通过重塑菌群结构(如提升阿克曼菌、粪便拟杆菌丰度),显著降低发作频率。而犬类研究显示KD能同步调节代谢组(如降低促瘤因子)与菌群(减少丹毒丝菌目、乳杆菌目,增加双歧杆菌目等)。
3
肾病
猫和狗的慢性肾病带来了重大的临床挑战,新兴研究强调了肠肾轴在其发病机制和管理中的关键作用。
肠-肾轴包含肠道微生物组、肠道屏障、微生物代谢物和肾脏生理学之间相互作用的复杂网络。该轴的破坏,特别是以肠道菌群失调和微生物代谢失调为特征,是导致慢性肾病(CKD)发病机制的重要因素。
▸ 肠道菌群失调导致毒素积累会加剧肾功能障碍
肠道微生物群组成和功能的改变会引起相关微生物代谢失调,导致尿毒症毒素积累和氨基酸、胆汁酸和脂肪酸谱的破坏。这些紊乱反过来会加剧肾功能障碍和全身炎症。
▸ 慢性肾病也会反向加剧尿毒素生成菌增殖
慢性肾病(CKD)通过多重途径驱动肠道菌群失调:肾功能下降导致含氮废物(如尿素、肌酐)肠腔蓄积,促进变形菌门中尿毒素生成菌(如大肠杆菌、假单胞菌)增殖,同时抑制产短链脂肪酸(SCFAs)的厚壁菌门生长;饮食限制(如低磷、低蛋白处方粮)往往会减少膳食纤维摄入,剥夺益生菌代谢底物,加剧菌群多样性下降;药物副作用(如磷结合剂、抗生素)进一步破坏肠黏膜屏障。
这种失调形成恶性循环:菌群紊乱减少SCFAs(尤其丁酸)合成,削弱其抗炎与维护肠屏障功能,导致内毒素易位激活全身炎症,加速肾纤维化;而尿毒素蓄积又进一步改变肠道微环境,促进条件致病菌定植。
▸ 通过菌群有望改善慢性肾病
而干预菌群-肾脏轴有望改善CKD进程:临床研究证实,补充特定益生菌组合(如含双歧杆菌的制剂)可降低CKD犬猫血清尿素氮,其机制涉及抑制变形菌门过度增殖、恢复SCFAs水平及减轻尿毒症毒素积累;直接补充丁酸盐或高纤维饮食促进产丁酸菌(如Faecalibacterium)生长,改善肾小球硬化评分;此外,粪菌移植(FMT)在CKD犬模型中显示可部分逆转菌群失调,延缓eGFR下降速率。这些证据凸显了以肠道菌群为靶点的营养干预在宠物CKD管理中的临床应用潜力。
4
过敏/皮肤病
对肠道微生物的深入研究发现,肠道菌群与皮肤之间存在内在关联,被称之为“肠-皮肤轴”(Gut-Skin Axis)。肠道菌群及其所产生的代谢物通过免疫调节影响皮肤的屏障功能,诱发皮肤炎症。
▸ 慢性皮炎犬艰难梭菌、丹毒丝菌等促炎菌增多
研究表明,慢性皮炎(如犬特应性皮炎cAD)与肠道之间存在关联。cAD犬的肠道菌群α多样性(香农指数、均匀度)显著低于健康犬,且梭杆菌属、巨单胞菌属等有益菌丰度下降,而艰难梭菌、丹毒丝菌等促炎菌增殖;这种失衡通过”肠-皮肤轴”激活全身免疫反应,表现为Th2型细胞因子升高和血清IgE浓度增加,肠道菌群失调加剧皮肤瘙痒和损伤。
cAD犬肠道代谢功能异常涉及氨基酸生物合成的代谢途径异常富集,而短链脂肪酸(SCFAs)合成通路受抑制,削弱其抗炎和屏障修复作用。
患有皮炎的犬皮肤微环境改变(如pH升高、经皮水分流失增加),导致菌群多样性下降,致病菌如伪中间葡萄球菌和棒状杆菌过度定植,进一步破坏皮肤物理屏障并诱发慢性炎症。
5
肥胖
宠物肥胖已成为日益严重的健康问题,这与久坐的生活方式、高热量饮食、遗传倾向及绝育等多种因素相关,而肠道菌群的重要性尤为关键,还与犬的心脏病、糖尿病和骨科疾病存在关联。
▸ 肥胖和超重犬菌群多样性降低
肥胖和超重犬普遍存在粪便菌群多样性降低,肥胖犬体内放线菌门(Actinobacteria)和罗斯氏菌属(Roseburia)的数量更多,且放线菌纲(Actinobacteria)的存在更为明显。
瘦犬的肠道菌群主要由厚壁菌门(Firmicutes)的微生物组成,而肥胖犬的肠道菌群则主要由变形菌门(Proteobacteria)的细菌构成,其中革兰氏阴性菌通过产生较高水平的肠道脂多糖(LPS),诱发肥胖犬出现慢性炎症。
另一方面,超重犬的丹毒丝菌纲(Erysipelotrichi)丰度更高,这主要是由于真杆菌属(Eubacterium spp.)的差异所致,与肥胖犬相比,超重犬的双歧杆菌目(Bifidobacteriales)丰度显著降低,气单胞菌目(Aeromonadales)丰度略有增加,且普雷沃氏菌属(Prevotella copri)和梭菌属(Clostridium)的检出率更高。
▸ 巨单胞菌属和瘤胃球菌与减重呈负相关
此前研究还发现,与正常犬相比,超重犬的梭杆菌门,尤其是产气荚膜梭菌的数量更多。正常体重犬的瘤胃球菌科相对丰度也高于肥胖犬。巨单胞菌属的丰度与减重速率呈负相关,与减重较慢的犬相比,快速减重的犬粪便中瘤胃球菌科的数量明显减少,丙酸和乙酸水平也较低,这表明肥胖犬的粪便中存在能产生丙酸和乙酸的细菌,且由于这些细菌能通过产生短链脂肪酸(SCFAs)从饮食中获取更多能量,可能使其对减重的反应较差。
干预研究表明,补充低聚果糖(FOS)可提升菌群多样性,促进双歧杆菌增殖并增加抗炎性丁酸合成,为肥胖管理提供新策略。
6
心脏健康
狗经常表现出充血性心力衰竭(CHF),其特征是肺水肿、胸腔积液或腹水引起的腹胀导致的急性呼吸窘迫。即使心脏病得到很好的控制,患有充血性心力衰竭的狗,尤其是那些患有右侧充血性心力衰竭(RCHF)的狗,也经常因为严重的恶病质和进行性食欲不振而被处死。
▸ 肠道菌群失调指数和狗二尖瓣病之间存在联系
越来越多的研究表明,肠道微生物群及其代谢物在心血管疾病的发展和病程中发挥作用。患有充血性心力衰竭的狗增加了大肠杆菌和未表征的肠杆菌科物种。在另一项研究中,观察到肠道微生物组与狗粘液瘤性二尖瓣病(MMVD)之间存在潜在关系。肠道菌群失调指数与MMVD的严重程度成正比,并且与肠道中关键的胆汁酸转化器Clostridium hiranonis呈负相关。
次级胆汁酸是肠道微生物发酵初级胆汁酸产生的重要副产物。次级胆汁酸可能会促进有益细菌的生长,但会抑制有害物种。例如,次级胆汁酸,如DCA,可促进梭杆菌的生长,而LCA可促进粪杆菌的生长。相反,DCA阻碍了大肠杆菌的生长。这些发现表明,肠道微生物群、肠道微生物群产生的代谢物与狗MMVD的病理生理学进展之间存在潜在的相互作用。
▸ 三甲胺可能是肠道菌群影响心血管疾病的关键物质
而另一方面,短链脂肪酸有助于调节血压。大量的胆碱、肉碱和磷脂酰胆碱被一些肠道细菌分解成前体三甲胺(TMA)。TMA的下游信号传导和代谢导致氧化三甲胺(FMO)的产生,FMO被认为是治疗心血管疾病的标志物。
肠道微生物群通过代谢影响心血管健康
Shah H,et al.Microorganisms.2024
在急性心肌梗死动物模型中,肠道微生物组,特别是Tissierella soehngenia属、Synergistetes门、Spirochaetes门、Lachnospiraceae家族和Syntrophomonadaceae家族,表现出更大的趋势。然而,对心血管系统的研究尚未探索,需要考虑更多基于机制的研究来发现与心力衰竭相关的风险。
随着年龄、生活方式或药物的影响,健康宠物的肠道微生物组平衡可能受到影响甚至会被破坏,从而引发各种疾病。我们应该采取何种方法来恢复其健康呢?
肠道微生物群可以通过饮食调整、益生菌及益生元以及粪菌移植进行调节。这些治疗方法每一种都具有不同的优点和副作用。因此必须考虑潜在的疾病,因为没有针对所有类型生态失调的治疗方法。
1
饮食调整
饮食是影响宠物肠道微生物群的重要因素之一,不同的饮食组成会对宠物肠道微生物群的生态平衡产生不同的影响。
▸ 根据不同年龄和营养状况挑选合适的食物
蛋白质、碳水化合物和脂肪是大部分宠物必需的营养物质,是促进机体生长的重要营养素。合理控制这些营养素的摄入是维持健康的关键。
不同年龄段的宠物对营养素的吸收能力不同。老年犬猫由于肠道消化功能逐渐退化,不能较好地吸收,需要根据不同的宠物状态制定相对应的饮食。
2
益生菌
▸ 益生菌促进了整体的微生物平衡病减少了炎症
益生菌的使用通常被认为对维持和促进宠物的胃肠道健康很有价值。宠物益生菌产品的普及突显了宠物主人对益生菌补充剂对动物健康的潜在益处的兴趣和意识不断增强。此外,它在狗和猫等伴侣动物中的使用改善了肠道微生物群组成,促进了整体微生物平衡,从而增强了免疫反应,减少了肠道炎症,增加了肠道屏障功能,并防止肠道病原体定植。
对猫狗施用益生菌干预的效果
Shah H,et al.Microorganisms.2024
3
粪菌移植
粪菌移植(FMT)是一种新兴的治疗方法,通过将健康供体的粪便转移到受者体内,为患病个体提供健康的微生物群。
▸ 粪菌移植在改善菌群失调方面效果最好
研究表明,在人类以及患有感染性和慢性胃肠道疾病的犬中,粪菌移植在改善菌群失调方面比其他调节微生物组的治疗方法更有效。与接受甲硝唑治疗的腹泻和炎症性肠病(IBD)患犬相比,接受粪菌移植灌肠治疗的腹泻患犬和仅接受皮质类固醇治疗的炎症性肠病患犬,其粪便菌群与健康犬的粪便菌群更相似,且胆酸和初级胆汁酸的比例有所降低。对于因产气荚膜梭菌A毒素引起的腹泻患犬,抗生素治疗无效,但通过灌肠接受粪菌移植后,腹泻成功得到解决。
在一项随机临床试验中,对于犬细小病毒(CPV)引起的急性出血性腹泻且存活的幼犬,使用粪菌移植可加快临床恢复速度,缩短住院时间。此外,患有慢性肠炎(CE)的患犬在接受单次粪菌移植灌肠治疗后,其犬炎症性肠病活动指数(CIBDAI)评分显著降低。
随着肠道微生物组研究的深入,我们越来越认识到这个”隐形器官”对宠物健康的深远影响。肠道微生物组与猫狗的胃肠炎、癫痫、肾病、肥胖、心脏病等多种疾病密切相关。
饮食结构、年龄变化、品种差异、抗生素使用等因素都会深刻影响菌群平衡,进而影响宠物的整体健康状况。当菌群失衡时,有益菌如双歧杆菌、乳杆菌减少,而致病菌如大肠杆菌、肠球菌增加,这种变化不仅影响肠道功能,还会通过肠-脑轴、肠-肾轴、肠-皮肤轴等途径影响神经系统、泌尿系统和皮肤健康。
值得欣慰的是,肠道菌群具有可调节性。通过科学的饮食调整、合理的益生菌补充、甚至粪菌移植等手段,我们可以有效地重建和维护宠物的肠道微生态平衡。未来,随着个性化营养学的发展,我们期待能够基于宠物的品种、年龄、健康状况和菌群特征,制定更加精准的健康管理方案。让我们携手守护毛孩子的健康,从肠道微生物开始,为它们创造更加美好的生活!
主要参考文献
Shah H, Trivedi M, Gurjar T, Sahoo DK, Jergens AE, Yadav VK, Patel A, Pandya P. Decoding the Gut Microbiome in Companion Animals: Impacts and Innovations. Microorganisms. 2024 Sep 4;12(9):1831.
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Bartochowski P, Gayrard N, Bornes S, Druart C, Argilés A, Cordaillat-Simmons M, Duranton F. Gut-Kidney Axis Investigations in Animal Models of Chronic Kidney Disease. Toxins (Basel). 2022 Sep 7;14(9):626.
Pilla R, Suchodolski JS. The Role of the Canine Gut Microbiome and Metabolome in Health and Gastrointestinal Disease. Front Vet Sci. 2020 Jan 14;6:498.
Song H, Mun SH, Han DW, Kang JH, An JU, Hwang CY, Cho S. Probiotics ameliorate atopic dermatitis by modulating the dysbiosis of the gut microbiota in dogs. BMC Microbiol. 2025 Apr 22;25(1):228.
Honneffer JB, Minamoto Y, Suchodolski JS. Microbiota alterations in acute and chronic gastrointestinal inflammation of cats and dogs. World J Gastroenterol. 2014 Nov 28;20(44):16489-97.
谷禾健康
随着“它经济”的蓬勃发展和“科学养宠”理念的深入人心,宠物已成为家庭的重要成员。然而,面对“毛孩子”们无法言说的病痛,如反复腹泻、顽固皮肤病、食欲不振、呕吐等,传统兽医诊断往往面临挑战。
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谷禾健康
随着生活水平提升,我国养宠人士逐年增多。数据显示,我国城镇养宠人士达到6844万多人,且仍在不断增长。
其中养猫人群数占比59.5%,养狗人群数占比51.7%,养水族类占比8.3%,养爬行类宠物的占比为5.8%;啮齿类占比4.5%;鸟类占比3.6%。
养宠物,它们的健康绝对是重要的一方面。同时宠物的健康在一定程度上也会影响人们的健康。
胃肠道微生物在健康中起着重要作用。宠物的胃肠道 (GI) 微生物群也是与健康密不可分的代谢活跃器官。肠道微生物群有助于宿主新陈代谢、抵御病原体、影响免疫系统,并通过这些方式直接或间接影响宿主的大部分生理功能。
本文在这里主要介绍猫狗体内的肠道微生物,饮食与肠道微生物的关联以及肠道微生物的作用和对宿主健康的影响,并分析疾病中发生的变化。
在此基础上提出一些有助于恢复健康肠道微生物环境的建议,帮助宠物及主人拥有更好的健康。
本文主要从以下几个方面讲述
●猫狗体内的微生物
●肠道微生物的作用
●肠道菌群与宿主健康
●饮食对猫狗肠道微生物的影响
●宠物身上的微生物对主人的影响
●恢复猫狗肠道健康的方法
什么是微生物群?
微生物群是特定时间特定环境所有微生物有机体的总称,其组成包括非细胞结构的病毒(包括噬菌体)、原核生物中的真细菌和古细菌,以及真核细胞微生物。
微生物群对人类和宠物健康的广泛而深远的影响,胃肠微生物群现在被认为是具有独特代谢能力的器官。胃肠微生物群由位于消化道中的数万亿个细胞组成,从口腔开始,一直延伸到直肠。
微生物群的发育在出生前就开始了,微生物群会影响宿主健康的许多方面,包括生理学、解剖学、行为、繁殖和健康状况。
✦不同部位微生物群落不同
整个胃肠道的微生物群落不同,代表了每个肠段的微环境和生理功能,这已在狗和人类身上得到证实。
例如,对健康家犬的两项研究发现,小肠和大肠的微生物群之间存在显著差异,包括十二指肠中变形杆菌(Proteus)的比例高于结肠或直肠,以及大肠中毛螺菌属(Lachnospira)和瘤胃球菌属(Ruminococcus)的比例高于小肠。
健康狗不同部位的细菌群落组成
Pereira AM,et al.Top Companion Anim Med.2021
★ 主要肠道菌群
一般来说,猫和狗的肠道菌群组成相似。据报道,厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroides)、变形菌门(Proteobacteria)、梭杆菌门(Fusobacteria)和放线菌门(Actinobacteria)是猫和狗肠道中的主要微生物。
✦猫狗之间的细菌差异
然而,一些研究注意到猫与狗之间的肠道菌群还是存在某些差异。
• 猫比狗具有更高的α多样性
最近一项研究,基于粪便样本,比较46只猫和192只狗的肠道微生物组的差异,表明猫比狗表现出更高的α多样性。
与猫相比,在犬中增加的细菌门是肠球菌属、梭杆菌属、巨单胞菌属。
而在猫中的细菌门较多,包括另枝菌属(Alistipes)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、肉食杆菌属(Carnobacterium)、柯林斯菌属(Collinsella)、粪球菌属(Coprococcus)、脱硫弧菌属(Desulfovibrio)、普拉梭菌(Faecalibacterium)、颤螺菌属 (Oscillospira)、副乳杆菌属、消化球菌属、消化链球菌属、瘤胃球菌属和萨特氏菌(Sutterella).
在较早的分析中还观察到猫与狗之间的胃肠道微生物组更加多样化,然而,同一项研究也揭示了猫中大多数细菌丰度的个体间差异较小,而具有相同细菌属的猫数量较多。
✦猫狗之间的真菌差异
猫和狗之间的差异在真菌微生物组中也很明显,Nakaseomyces在狗中占主导地位,而酵母菌、曲霉属和青霉属在猫中含量更高。这种差异可能是由于微生物组对不同饮食的适应。
注:与猫的肉食性饮食相比,狗之间更大的个体间多样性可能是更多样化、杂食性饮食的产物。
✦ 狗和人的肠道菌群相似吗?
狗的微生物组比预期更接近人类。
欧洲分子生物学实验室 (EMBL) 研究人员发现,狗的微生物组的基因含量与人类肠道微生物组的相似性高于小鼠、猪的。
研究人员将小鼠、猪和狗微生物组中的基因内容映射到人类肠道基因目录中,发现分别有 20%、33% 和 63% 重叠。
注意
有证据表明,肠道中也有来自其他部位的微生物群。例如,已发现口腔微生物群的成员在患病的胃肠道下部定植。
由于品种、饮食、年龄、生活环境和不同研究分析方法等因素,同一物种的个体菌群比例也可能不同。然而,大多数研究只比较了少量动物,需要更大规模的队列研究来确认环境影响的存在并估计影响大小。
动物体内的肠道菌群数量庞大,类型复杂,与身体形成了一种“互惠互利”的共生关系。它们的生长依赖于身体提供的丰富营养和相对安全环境;同时它们在维护身体健康,促进正常发育等方面发挥着至关重要的作用。
正常菌群是能够在肠道中特定部位“安家落户”,即黏附、定植和繁殖,这个时候,菌群就能够在定植的部位表面形成一层“菌膜屏障”。
•维持微生态平衡状态
这层“菌膜屏障”就像是肠道表面的一层保护伞,对于流经消化道的外源性微生物(包括许多外源性病原体)形成了一种天然的隔绝,通过竞争、消化和分泌各种代谢产物和细菌素等,抵抗外源微生物定植和侵袭。
机体内的正常菌群通过这种拮抗作用,抑制并排斥机体不慎食入的病原菌在肠道的“安家落户”,维持体内微生态的平衡状态,使机体免于感染致病菌。
•提供能量
细菌代谢活动产生对细菌增殖和宿主都有用的能量和底物。主要活动是发酵酒精和不易消化的碳水化合物(淀粉、菊粉、纤维素、半纤维素、果胶和树胶)。
它发生在结肠中,它会导致产生气体和短链脂肪酸、乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐,从而为肠上皮和其他组织提供能量。
•支持上皮细胞生长,利于物质吸收
短链脂肪酸合成导致肠道pH值降低,它支持肠上皮细胞的生长、增殖和分化。此外,当短链脂肪酸通过肠道吸收时,它们允许重新吸收Na+或K+离子。
微生物群的另一个重要作用是初级胆汁酸(胆酸和鹅去氧胆酸)和次级胆汁酸(脱氧胆酸和石胆酸)的转化,这对于肠道吸收膳食脂肪和脂溶性维生素至关重要。
共生菌对宿主免疫系统的诱导、塑造和功能具有重要作用,这反过来又对肠道结构的发育和共生菌病原体的鉴定具有重要意义。
微生物在局部和全身设置组织免疫基调的能力需要微生物的强直感应以及免疫系统先天和适应性成分之间的复杂反馈回路。肠黏膜是免疫系统与外部环境之间的界面。
•加快淋巴细胞、免疫球蛋白的增殖
几项研究的结果表明,无菌动物肠粘膜中的淋巴细胞密度较低,血清中的免疫球蛋白含量较低。这些动物接触共生微生物会导致肠道中淋巴细胞和免疫球蛋白以及血清中免疫球蛋白的快速增加。
1型和2型T辅助细胞的发育和调节受细菌的影响,细菌可以通过产生丁酸盐和乙酸盐来抑制NF-kB信号通路,并可以作用于与G蛋白偶联受体。
•诱导炎症介质产生和释放
免疫系统和微生物群之间存在动态关系。具有Toll 样受体的肠黏膜可诱导下降信号并引发炎症介质(细胞因子、吞噬细胞)的产生和释放。
•增强免疫细胞的杀伤力
此外,双歧杆菌(Bifidobacterium)能通过刺激免疫细胞产生重要的细胞因子白介素来促进动物机体内重要的免疫细胞——淋巴细胞的增殖、分化、成熟,增强免疫细胞的对病原体的杀伤力。
在健康条件下,宿主和微生物之间的串扰和交叉调节创造了细菌的稳态平衡,因此胃肠道保持健康并且没有潜在致病细菌的过度生长。
在那种情况下,存在一种共生状态。当这种体内平衡状态被破坏时,就会发生生态失调。在生态失调的情况下,细菌组成不平衡,肠道内的细菌代谢活动或细菌分布发生变化。
生态失调可以总结为以下三点:
减少细菌多样性;有益细菌的损失;病原体的过度生长。
✦肠道微生物失调可能与一些疾病有关
胃肠道微生物组直接或间接影响一系列生理和免疫功能。因此,胃肠道微生物组组成的破坏可能导致有害的后果,例如炎症性肠病、过敏、便秘、口腔疾病(即牙周病)、肥胖、糖尿病和肾脏疾病。
由于肠道微生物群影响胃肠道的环境栖息地,反之亦然,微生物相关的慢性肠病,特别是炎症性肠病的发病率和进展一直是研究的重点。
✦患有炎症性肠病的动物生物多样性降低
患有炎症性肠病的动物中更常见的生态失调的特点是微生物群落多样性普遍降低,尤其是产生短链脂肪酸减少。
•狗中大肠杆菌增加
与健康的狗相比,患有慢性肠病的狗的短链脂肪酸浓度和模式发生了改变,以及粪便微生物群的变化。
一项研究检查了来自患有炎症性肠病的狗的回肠和结肠粘膜微生物群样本,发现它们表现出附着在上皮细胞上或在这些采样部位侵入肠粘膜的肠杆菌科和大肠杆菌增加。
这些发现与最近的另一项研究一致,该研究还发现患有慢性肠病的狗结肠粘膜中的大肠杆菌增加,以及幽门螺杆菌和嗜黏蛋白阿克曼菌减少。
•猫中梭杆菌增多
对于猫,研究表明,与健康猫相比,有炎症性肠病的猫胃肠道微生物群发生了变化。一项研究还发现,患有胃肠道淋巴瘤的猫的回肠和结肠活检组织中梭杆菌属升高。然而,目前尚不清楚这种变化在胃肠道淋巴瘤发展中的任何作用。
有趣的是,最近有文献指出,与人类相比,嗜黏蛋白阿克曼菌在猫和狗的胃肠道中并不丰富,这表明这些细菌在动物粘液的微生物降解中作用还不明确。
✦改变食物可以有效减少肠病症状
两项内镜研究检查了饮食干预对诊断为炎症性的狗的影响。
这些研究发现,饮食的干预改变了位于十二指肠和结肠粘膜层的胃肠道微生物组,在几乎所有患有轻度疾病的狗中,仅改变食物就可以有效减少炎症性肠病的迹象。新型蛋白质和水解蛋白都是有效的,但水解蛋白在减少炎症性肠病症状方面稍微更有效。
此外,营养治疗对犬肠病微生物组的影响研究还分析了水解蛋白饮食对29只慢性肠病犬的微生物组和健康的影响。
参与这项研究的狗从目前的饮食改为治疗性水解蛋白饮食。在这种治疗性饮食2周后,69%的狗经历了慢性肠病的快速缓解,并持续了整个6周的研究。此外,慢性肠病的缓解与微生物群结构的改善和次级胆汁酸水平的增加有关。
•炎症性肠病改善的狗肠道微生物不同
另一项对患有炎症性肠病的狗进行的研究表明,炎症性肠病症状和体征消失的狗的微生物群与没有改善的狗不同。
那些对饮食有反应的狗的嗜胆菌属 (Bilophila)和伯克霍尔德菌(Burkholderia cepacia)占优势,拟杆菌丰富,而那些没有改善的狗的奈瑟菌科更丰富。伯克霍尔德菌尚未显示与狗的慢性肠病有关,拟杆菌可能具有保护性或毒性。
在患有食物敏感型慢性肠病的狗身上进行的一项研究发现,尽管微生物组成(β多样性)没有变化,但在喂食与合生元配对的水解蛋白食物时,细菌丰富度略有增加。
在动物中表现出胃肠道症状的食物过敏经常被误认为是炎症性肠病,因为症状重叠,最明显的是腹泻。
尽管在宠物和人类中开展的研究很少,但已发现在成年人中,花生和坚果过敏与较高的拟杆菌和梭菌、普雷沃氏菌和瘤胃球菌的减少有关。虽然坚果过敏可能与猫和狗不太相关,但这份报告表明微生物组的改变可能与过敏性疾病有关。
✦通过肠道微生物可以治疗过敏
由于过敏本质上是免疫疾病,并且肠道微生物组已被证明具有促炎和抗炎特性,这取决于定植生物体,因此针对胃肠道微生物组可能是治疗全身性过敏的一种合乎逻辑的方法,这已成为多项动物研究的主题。
✦益生菌治疗可以降低过敏反应
在狗中,发现添加益生菌会导致粪便中乙酸盐和丁酸盐浓度增加,以及改善细胞介导的对抗原攻击的免疫反应。然而,益生菌的免疫调节作用尚未在对食物反应性慢性肠病或腹泻的狗的研究中得到一致的证明。
经验证的犬特应性皮炎模型发现,早期接触益生菌(鼠李糖乳杆菌)可显著降低过敏原特异性免疫球蛋白lgE,并在生命的前6个月部分预防特应性皮炎。
这项研究的后续研究表明,在停用益生菌后,这些影响持续了3年。一项对确诊为特应性皮炎的狗进行的随机对照试验报告称,服用益生菌(清酒乳杆菌)2个月可显著降低所有接受益生菌的狗的特应性疾病严重程度。
不过应该指出的是,绝大多数评估使用益生菌治疗全身性过敏的研究都是在人类身上进行的。
猫和狗的便秘患病率没有得到很好的描述,很难量化宠物的排便频率。尽管如此,便秘可能是宠物中相对常见的临床问题,尤其是猫。
✦便秘与肠道微生物的关系还不确定
尚未确定便秘与胃肠道微生物组组成之间的明确联系,包括特定细菌群的丰度,以及肠道微生物群可能影响胃肠道感觉的确切机制和运动功能不清楚。尽管如此,证据表明存在联系,尽管主要来自人类研究,对动物的研究有限。
在一项针对20只猫的研究中,通过PCR分析的有限数量的细菌分类群在有和没有便秘的猫之间没有观察到显著差异。
对胃肠道微生物与便秘之间的机制关系的研究甚至更少,特定细菌类群对胃肠道运动的影响还远未得出结论。
•肠道细菌和产生的代谢物可能会影响肠道运动
一项体外研究表明,梭菌、乳杆菌、脱硫弧菌和甲基杆菌的丰度降低可能通过影响血清素受体来影响胃肠道运动,从而导致慢性便秘的发展。肠道细菌产生的短链脂肪酸,如乙酸盐和丁酸盐,也被认为是改变血清素可用性的一种手段,从而影响肠道的运动和分泌。
此外,某些胃肠道细菌菌株已被证明能从色氨酸中产生血清素。这不仅为治疗便秘开辟了一条新的途径,也为治疗受血清素水平影响的其他疾病开辟了新的途径。
✦纤维素可以调节猫的肠道微生物
对便秘可用的饮食疗法进行了回顾,主要关注纤维。纤维已被证明可以调节猫的肠道微生物群,尽管在对猫科动物便秘的纤维干预的有限研究中,没有进行微生物组分析。
✦益生菌可以改善肠道症状
一项针对便秘猫的干预试验评估了含有多种菌株的益生菌,包括:
Streptococcus thermophilus DSM32245;
Lactobacillus acidophilus DSM32241;
Lactobacillus plantarum DSM32244;
Lactobacillus casei DSM32243;
Lactobacillus helveticus DSM322422;
Lactobacillus brevis DSM27961;
Bifidobacterium lactis DSM32246;
B. lactis DSM32247
观察到猫慢性肠病指数显著下降,粪便评分和粘膜组织学有所改善。治疗后,链球菌和乳杆菌的数量显著增加,双歧杆菌和拟杆菌的数量有增加的趋势。不过这些猫的细菌分类群的上述变化对功能的影响尚未确定。
尽管关于猫和狗的数据有限,但一些综述总结了益生菌对人类便秘有益影响的研究。此外,最近的一项研究评估了益生菌对肠道蠕动的作用机制;第二项研究评估了益生菌对便秘患者自发排便的影响。
总体而言,这些研究支持使用益生菌治疗便秘、减少胃肠道转运时间、增加大便频率、改善大便稠度和改善胃肠道症状。
这些影响的潜在机制集中在肠腔环境、免疫系统、肠神经系统和中枢神经系统之间的相互作用,所有这些都高度相关并影响肠道运动。需要进一步研究益生菌对便秘猫和狗的微生物组的影响。
据报道76%的狗和68%的猫患有牙齿疾病,牙齿疾病是宠物中最常见的疾病。研究表明,临床上健康的狗和猫的口腔微生物群中始终有6种细菌门:放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门、变形菌门和螺旋体门。
已经评估了患有和不患有牙周病的猫和狗的口腔微生物群。总体而言,这些研究表明,牙科疾病与更多致病菌株替代与健康相关的菌株有关。
▸ 牙周疾病的猫
例如,在没有牙周病的猫中,研究表明最常见的采样门一直是拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门,而在患有牙周炎或牙龈炎的患者中,据报道致病菌的变异程度很高,但研究之间几乎没有相似之处。
▸ 牙周疾病的狗
另一方面,在没有牙周病的狗中,拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门占主要,尽管据报道放线菌在一些研究中占主导地位。
口腔疾病不同阶段微生物组成有所不同
对患有牙周病的狗的研究发现,根据口腔疾病的具体阶段,微生物组的组成会有所不同。
在一项对患有轻度牙周炎或牙龈炎的狗的研究中,毛螺菌科、梭菌目、消化链球菌科、消化球菌属和犬棒状杆菌属非常普遍。
另一项研究在患有牙周病晚期的狗中鉴定了血链球菌、消化链球菌属、大肠杆菌、奇异变形杆菌、韦荣氏球菌、金黄色葡萄球菌、唾液链球菌、放线菌属和粘性放线菌。牙周病已被证明与狗的全身性疾病有关。
✦饮食与牙周疾病
猫和狗的饮食之间的主要区别是食物是干的还是湿的。由于干粗磨食物的磨蚀性,通常喂食干粮以促进口腔健康。
尽管这些食物已被证明可以减少牙菌斑和牙龈炎,但尚未评估它们对微生物组的影响。
•喂养干粮的口腔微生物更多样化
一项针对只喂食干粮(高度精制、基于谷物的脱水口粮)或湿粮(罐装或新鲜肉类组合)食物的社区猫的研究表明,随着时间的推移,口腔微生物组存在差异,但无法确定是否这些差异影响了牙周病的风险。
然而,喂食干粮的猫的口腔微生物群更加多样化,富含与口腔健康和牙周病相关的细菌(牙龈卟啉单胞菌属和密螺旋体属的丰度更高)。
宠物肥胖是一个严重的问题。根据宠物肥胖预防协会最近的一份报告,60%的猫和56%的狗被归类为超重或肥胖。
肥胖还与多种其他疾病有关,例如糖尿病、骨关节炎、心血管疾病、皮肤病和寿命缩短。有几个因素会使动物易患肥胖,包括胃肠道微生物组、遗传、绝育、活动水平降低以及高脂肪和高能量饮食。
✦肥胖猫狗中的肠道微生物
一些报告发现,肥胖和瘦削的猫狗的胃肠道微生物组的组成不同。具体而言,与瘦狗相比,属于放线菌门和罗氏菌属的细菌在肥胖狗中的数量明显更多。
在猫中,与瘦猫相比,肥胖和超重猫的梭状芽孢杆菌、拟杆菌属和梭杆菌属的丰度较低,但属于肠杆菌科和梭菌簇IV组较高。
✦饮食对不同体重动物的肠道微生物影响不同
此外,多项研究发现,不同的饮食对肥胖动物和瘦动物的胃肠道微生物群有不同的影响。
例如,一项研究表明,与瘦狗相比,超重狗的微生物组对饮食干预更敏感。在4周的高蛋白/低碳水化合物饮食中,与瘦肉/正常狗相比,超重狗的微生物组成发生了显著的变化,这是由于乳酸杆菌、普氏杆菌、链球菌和Turicibacter的丰度变化较大所致。
✦肠道微生物与肥胖有关
肠道微生物组通过其对肠道的直接影响及其对远端器官的间接影响,与肥胖的发展有关。
胆汁酸利于脂质代谢
肠道微生物群已被证明会影响胆汁酸的代谢;细菌代谢产生的游离胆汁酸可以抑制细菌种群的生长,例如乳酸杆菌和双歧杆菌,它们被认为可以预防肥胖。
此外,肠道中的几种细菌(例如梭状芽孢杆菌、海莱蒙梭菌(Clostridium hylemonae)和Clostridium hiranonis)含有与胆汁酸代谢有关的基因。由于胆汁酸被认为有助于肠道激素分泌以及葡萄糖和脂质代谢,因此胃肠道微生物组对胆汁酸的影响也可能影响这些过程。
肠道微生物组破坏导致脂肪堆积
肠道黏膜屏障受到肠道微生物组的影响,这可能导致炎症增加,这是导致体重增加的已知因素。胃肠道微生物组的破坏已被证明会抑制脂蛋白脂肪酶,这会导致脂肪组织和肝脏、胰腺和心脏中的甘油三酯过度沉积。
✦肥胖的治疗
由于饮食、身体活动、遗传、新陈代谢和与体重增加相关的肠道微生物组之间的相互依赖关系,已经提出了许多饮食调整来减轻体重,包括消除高能量密度食物、改变饮食中的大量营养素组成(即高蛋白、高脂肪或高纤维饮食),并添加膳食甘油二酯和益生菌。
然而,目前针对猫和狗的体重管理指南并未考虑肠道微生物组。事实上,已经发现大约一半的肥胖猫和狗会在减肥计划后恢复体重,除非它们继续喂食专门配制的体重管理饮食而不是维持饮食,这表明可能需要持续喂养特定配方的饮食以维持体重减轻。
●狗减肥相关微生物变化
一些研究调查了与减肥相关的微生物群变化。
巨单胞菌和瘤胃球菌可能对体重减轻有负面影响
一项研究分析了18只食用限制性高蛋白/高纤维饮食的肥胖狗,18只狗中的8只也参加了锻炼计划。
两组的体重都有了相当的减轻,增加运动的组和单独饮食的组之间的微生物组没有差异。在这两组中,巨单胞菌的丰度都与体重下降呈负相关,而瘤胃球菌科的种群数量越少,体重下降越快(≥每周1%)。
此外,体重减轻较快的狗的乙酸和丙酸浓度降低。由于巨单胞菌和瘤胃球菌科产生这些酸,这些结果表明,产生这些短链脂肪酸的胃肠道微生物组可能对狗的体重减轻产生负面影响。
低脂肪饮食增加了肠道微生物多样性
一项类似的小型研究表明,17周的限制性低脂肪/高纤维饮食显著增加了6只肥胖比格犬的肠道微生物多样性。
在这项研究结束时,用这种饮食喂养的比格犬的Allobaculum数量也有所增加,梭状芽孢杆菌、乳酸杆菌和Dorea数量有所减少。
●猫的体重减轻与微生物群的关系暂不明确
然而,一项研究评估了中等蛋白质/高纤维饮食对肥胖猫体重和粪便微生物群的影响,结果与上述结果不一致。
八只成年雄性家猫进行了限制性饮食,以实现每周约1.5%体重的减重,持续18周。第18周时,平均体重比基线下降了近20%。尽管体重减轻与放线菌的比例更高和拟杆菌的比例更低相关,但微生物组多样性没有显著差异。
此外,一项类似的研究发现,与17只瘦猫相比,10周的标准减肥饮食对14只肥胖猫的粪便微生物群的影响很小。
因此,需要更多的研究来更好地了解猫的体重减轻与粪便微生物群之间的关系。
糖尿病在猫和狗中的患病率正在增加。虽然狗几乎只患有1型糖尿病,但猫更可能患有2型糖尿病。
各种模型系统中微生物组研究的进展表明,胃肠道微生物组在糖尿病等肠外疾病中发挥作用。改变的肠道微生物群组成与猫和狗的糖尿病的发展有关。
•1型糖尿病的狗肠道菌群失调
例如,最近的一项研究表明,患有自然发生的1型糖尿病的狗肠道菌群失调,粪便中浓度发生变化,表现出与患有2型糖尿病的人类相似的模式。
•糖尿病的猫肠道微生物多样性降低
此外,与同龄的健康猫相比,患有糖尿病的猫的肠道微生物多样性显著降低,产生丁酸盐的细菌也减少了。
✦药物通过微生物介导治疗糖尿病
用于治疗糖尿病的药物已被证明会影响胃肠道微生物组。在一项研究中,抗糖尿病药物二甲双胍通过显著提高拟杆菌门的丰度来改变胃肠道微生物组。
其他用于治疗糖尿病的药物(如阿卡波糖和二甲双胍)的功效也已被证明是通过微生物组介导的。基于微生物组的方法可能需要个性化,以有效管理与代谢相关的疾病,例如糖尿病,以解决微生物组组成和功能的个体间差异。
✦益生菌能改善糖尿病
•减少炎症反应
支持在糖尿病中使用益生菌的证据表明,益生菌可以减少炎症反应和氧化应激,增加胃肠道上皮细胞内粘附蛋白的表达,从而降低肠道通透性。已经提出这些机制导致胰岛素敏感性增加和自身免疫反应减少。
•降低发病率
一项针对256名女性的研究发现,妊娠早期的益生菌干预降低了妊娠糖尿病的发病率。含有双歧杆菌的益生菌也被证明可以改善糖尿病小鼠模型的葡萄糖耐量。
虽然不知道对猫和狗是否可行,但2型糖尿病或高血压患者严格遵循以高碳水化合物和高纤维植物为基础的素食饮食,其血红蛋白A1c降低,空腹和餐后血糖水平有所改善。这些影响还伴随着胃肠道微生物组中拟杆菌门和厚壁菌门比例的降低。
小结
由于大量营养素影响胃肠道微生物的组成,而微生物群的相关功能产物会影响宿主健康,因此通过营养来管理猫和狗的糖尿病是合乎逻辑的。
尽管目前数据有限,但正在进行几项研究以进一步研究益生元对代谢疾病的影响。总之,显然需要更好地了解不同的营养干预措施如何影响糖尿病中的胃肠道微生物组成和功能,这将为开发更有效的糖尿病营养干预措施提供信息。
慢性肾脏病 (CKD) 是猫和狗最常见的疾病之一,但迄今为止,关于这些物种的胃肠道微生物和肾脏疾病的研究很少。
✦慢性肾病的猫微生物丰富性和多样性降低
最近的一项研究表明,与健康猫相比,患有慢性肾脏病的猫的粪便微生物组的丰富性和多样性降低,这与先前对患有慢性肾脏病的人类肠道微生物的研究一致。
确定生态失调与肾脏疾病之间因果关系的研究正在进行中。潜在的微生物组成被认为会影响个体对慢性肾脏病的易感性,有证据支持在猫和狗中发现的这种联系。例如,据报道患有严重牙周病的动物患肾病的风险增加。
胃肠道转运时间慢、蛋白质同化受损和膳食纤维消耗减少等因素也与肾病患者的生物失调有关。
✦使用益生菌可能对减少肾结石有益
肾结石是猫和狗中常见的一种疾病,平均会使猫的寿命缩短约3年。动物的肾结石和膀胱结石大部分由草酸钙或磷酸铵镁(鸟粪石)组成,结石的形成是一个复杂的过程,涉及遗传和环境因素。
人类和动物的研究表明,草酸杆菌和乳酸杆菌通过草酸盐的降解防止结石形成。需要更多研究胃肠道微生物对猫和狗肾脏功能和肾脏疾病的影响,以及营养对这些微生物群的影响。
如前所述,猫和狗的肠道微生物群组成通常相似,但也有一些差异。肠道微生物组与宿主之间存在复杂的关系,这受到猫与狗的独特解剖学和生理学的影响。
关于猫和狗之间的消化和生理差异如何影响微生物组的证据是有限的。可以通过研究食物如何通过产生微生物后生元来影响每个物种的健康。
后生元——后生元是益生菌经加工处理后的益生菌代谢物成分统称,包括菌体与代谢产物。
食品、肠道微生物群和宿主之间的三方相互作用
Wernimont SM,et al.Front Microbiol.2020
宠物食品、胃肠道微生物群和宿主之间的三方相互作用分8个阶段。
(1) 摄入:狗和猫以提供给它们的宠物食品的形式摄入碳水化合物、蛋白质和脂质等营养物质。
(2) 营养素:宠物食品中的营养素进入胃肠道,可供宿主和微生物组消化。
(3)宿主消化:宿主的消化包括糖解、蛋白水解和脂肪分解等过程,释放出单糖和双糖、氨基酸和脂肪酸。
(4)宿主吸收:通过宿主消化产生的单糖和双糖、氨基酸和脂肪酸可以被宿主细胞吸收利用。
(5) 微生物消化:未被宿主消化或吸收的营养物质可通过糖解、蛋白水解和脂肪分解被微生物组消化,释放出单糖和二糖、氨基酸和脂肪酸。
(6) 微生物吸收:微生物消化产生的单糖和双糖、氨基酸和脂肪酸可以被微生物组吸收和利用。
(7) 微生物发酵:超过宿主和微生物吸收能力的营养物质被绕过到下消化道,在那里它们可以进行微生物发酵以产生可以在胃肠道内局部影响宿主健康的后生元。
(8) 宿主吸收:微生物衍生的后生元也可以被宿主吸收,从而影响胃肠道以外部位的宿主健康。
当提供多种口味相似但营养素含量不同的食物,并允许通过在食物中自由选择喂养来自行选择常量营养素摄入量时,这导致在不同物种之间观察到显著不同的后生元。
例如,在28天的自由选择喂养期后,狗的循环血浆微生物代谢物均未发生变化,而猫的38种代谢物浓度中有16种发生了变化。
✦家猫的身体结构
家猫是一种专性食肉动物,因此从动物蛋白质的消耗中获取能量。猫科动物基因组高度保守区域的分析和饮食适应直系基因的评估揭示了淀粉和蔗糖代谢途径中基因家族的缺失,反映了它们的肉食性。
家猫特有的代谢和生理特性
Butowski CF,et al.N Z Vet J.2022
✦家狗的身体结构
相比之下,狗被归类为兼性食肉动物,在营养上通常被视为杂食动物,因为它们消耗和利用植物和动物材料。通过驯化,狗保留了许多祖先特征,尽管已经观察到与人类文明一起适应碳水化合物含量较高的饮食。
家狗特有的代谢和生理特征
Butowski CF,et al.N Z Vet J.2022
✦不同的身体结构导致营养代谢不同
猫和狗之间的这些差异,无论是在首选的常量营养素摄入量还是在微生物组对选定的常量营养素摄入量的代谢反应方面,都为优化猫和狗的营养摄入带来了独特的挑战和益处。
▸
最近,低加工或生的高动物蛋白(肉类)饮食越来越受欢迎,更“天然”的宠物食品的需求,这些食品反映了动物的肉食性。这些宠物食品通常以生(新鲜或冷冻)、空气压缩或冻干形式出售。
这些高肉粮通常含有高粗蛋白,含有中高水平的粗脂肪,碳水化合物含量最低。从营养充足性的角度来看,生肉饮食可以制造完整和平衡的饮食。
✦狗吃生食的影响
一些研究评估了以肉类为基础的生食对健康狗肠道微生物的影响。与对照饮食相比,以肉类为基础的生食通常在常量营养素含量方面存在很大差异,蛋白质含量更高,碳水化合物和纤维含量更低。
不同饮食对狗粪便微生物组的影响
Pilla R,et al.Vet Clin North Am Small Anim Pract.2021
•厚壁菌和拟杆菌总体下降
喂食生食的狗的厚壁菌门和拟杆菌门总体下降。大多数细菌减少与膳食中碳水化合物产生短链脂肪酸相关,表明由于摄入量减少导致碳水化合物发酵减少。变形杆菌门、梭杆菌门和与蛋白质相关的属大量增加。
•微生物多样性增加
一项对6只狗喂食生食超过1年的研究发现,微生物的多样性增加 ,产气荚膜梭菌和梭杆菌的丰度增加,这两种细菌都可以从蛋白质中产生丁酸盐,表明对饮食的适应。
•梭状芽胞杆菌与蛋白质消化有关
尽管梭状芽胞杆菌科可能与胃肠道疾病有关,但有人认为,当给狗喂食富含蛋白质的饮食时,梭状芽胞杆菌的增加可能不会损害它们的健康,但与蛋白质消化有关。
此外,还发现梭状芽孢杆菌科与蛋白质消化率和更坚硬的粪便评分呈正相关,与粪便蛋白质含量负相关(即,梭状芽胞杆菌科越多,粪便中未消化的蛋白质越少)和粪便排出量越少。
在猫中,罐头饮食是一种额外的高蛋白替代品,通常单独喂养或与膨化饮食结合喂养。研究在猫身上使用潮湿的食物,它们的摄入会导致饮水量增加,减少自愿能量摄入量,并降低尿液比重,这可能对某些健康状况有益。
不同饮食对猫粪便微生物组的影响
Pilla R,et al.Vet Clin North Am Small Anim Pract.2021
研究评估了断奶到高蛋白/低碳水饮食小猫中的微生物,研究之间存在一定的一致性。
•高蛋白/低碳水饮食增加了物种多样性
有趣的是,高蛋白/低碳水饮食增加了物种多样性,在高蛋白/低碳水喂养的小猫中增加5个属是已知的丁酸盐生产者:梭状芽胞杆菌和真杆菌可以通过从碳水化合物产生丁酸盐,或通过从蛋白质产生丁酸盐,而Faecalibacterium、Ruminococcus和Blautia也是丁酸盐的生产者。
两种饮食方式的小猫之间的差异影响了代谢途径,包括与氨基酸生物合成和代谢相关的途径,表明蛋白质:碳水化合物的比例对微生物组功能有显著影响。然而,这种代谢物差异对整体健康的影响仍然未知。
小结
虽然饮食可以显著改变微生物的组成,并导致代谢途径和代谢物产生的变化,但这些变化通常比伴随疾病的变化要小得多。
在患病动物中,特别是那些患有胃肠道疾病(例如慢性肠病)的动物中,微生物组的多样性迅速降低,许多核心物种,如C.hiranonis、梭杆菌属和普拉梭菌减少。
养宠物益处也有很多,他可以让老人的心情更加舒畅,预防心绪管系统疾病,而且还在无形中增加运动量,起到强身健体的作用;也可能传播疾病。
与养狗相关的菌群:
养狗与室内灰尘中的细菌丰富度和多样性呈正相关。
最近关于宠物和人类微生物相互作用的研究表明,在家养狗会增加同居成年人之间的共同皮肤微生物群。
✦降低哮喘风险
研究表明,婴儿接触农场动物与降低日后发生哮喘的风险有关。最后,已证明围产期宠物暴露会影响肠道微生物群的组成差异,并保护儿童免受早期喘息。
许多科学家认为,婴儿和儿童需要接触无害的微生物,以“训练”他们正在发育的免疫系统来区分自身分子和外来分子,而不是过度反应并最终损害自身组织,与狗同住有助于这种免疫系统训练。
✦ 心血管疾病患者中,养宠物患者代谢综合征和肥胖风险小
一项研究分析了162 名冠心病患者的肠道微生物群,养宠物 ( n = 83) ,不养宠物 ( n = 79).
养宠物的患者患代谢综合征 (MetS) (OR = 0.462) 和肥胖症 (OR = 0.519) 的风险较低,养宠物的患者中发现了沙雷氏菌属Serratia和粪球菌属的优势,不养宠物的患者中瘤胃球菌属、肠杆菌科和Anaerotruncus的未知属占优势。
养宠物可能通过塑造肠道菌群成为预防代谢综合征的保护因素。
最近人们还发现了人畜共患的现象,并且可以在人与动物关系中的微生物交换中进行干预。
✦引起皮肤真菌病
皮肤真菌病(癣)由多种皮肤真菌引起,可感染人类和动物。感染源包括人类、家畜、宠物和野生动物(主要是兔子和啮齿动物)。
狗或猫可能表现出临床症状,由于主人经常接触宠物,会导致真菌病在宠物与家庭成员之间传染。
由于遗传因素、先前存在的皮肤病(如过敏性皮炎)或免疫功能受损状态,一些人更容易患上皮肤真菌病。
胃肠道微生物
胃肠道疾病是宠物与其主人比较常见的疾病。此外,沙门氏菌(Salmonella)和弯曲杆菌(Campylobacter)等特定细菌性肠道病原体是有充分记录的人畜共患病,对宠物与其主人都会带来健康影响。
注:感染沙门氏菌或弯曲杆菌会引起急性肠炎,主要症状有腹泻、发热、腹痛和血便,还伴有乏力、肌肉酸痛、视觉模糊、躁动不安和嗜睡。
狗还可能藏匿并脱落原生动物寄生虫蓝氏贾第虫的囊肿,或者携带有蛔虫。两者都是导致人类感染的常见潜在人畜共患疾病。
注意:感染蓝氏贾第虫会出现上腹部不适,有时伴有腹痛、腹鸣、胃肠胀气及慢性腹泻粪内带有粘液,量多并有臭味,重者可伴有脂肪。此外,尚可有厌食、低热、体重减轻、失眠、头痛及多汗等症状。但不发生贫血,亦无舌炎、口炎、手足抽搐等热带口炎。
其他微生物
✦巴尔通体病
巴尔通体病是一种媒介传播的人畜共患疾病,在世界范围内都有分布,可以感染人类和大量哺乳动物,包括小型伴侣动物(猫和狗)。
至少有十三种Bartonella已被确认为人类疾病的病原体。主要有B. clarridgeiae、B. elizabethae、B . henselae 、 B . koehlerae、B. quintana、B. rochalimae和B. vinsonii berkhoffii。
•家猫引起的巴尔通体病
猫是B. henselae的主要但不是唯一的宿主,B. henselae是人类猫抓病的病原体。
家猫也是B.clarridgeiae和B.koehlerae的主要宿主。人们认为受感染的猫很少会出现临床症状。然而,在受感染的猫中经常可以检测到慢性复发性菌血症,而复发性菌血症的潜在长期后果尚不清楚。
猫也可能感染B. bovis, 但家猫在这种巴尔通体的流行病学中的作用尚未明确。
•犬类引起的巴尔通体病
狗也可能是B. henselae的宿主,犬科动物被认为是B. vinsonii berkhoffii的主要宿主,可引起狗和人类的心内膜炎。
加利福尼亚州的土狼 等野生犬科动物和潜在的家犬已被描述为B. vinsonii berkhoffii的主要储存宿主,因为这些动物也会发生长期菌血症。
注:汉氏巴尔通体属最常感染宠物狗,普通狗也会被感染。
随着年龄或药物的影响,健康宠物的肠道微生物群动态平衡可能会被破坏,从而引发各种疾病。
了解宠物的肠道健康状况,最好的方法是进行肠道微生物检测,直观了解微生物的种类及数量。将得到的检测结果与同年龄、同品种的健康犬进行比较,可以比较全面地了解宠物的肠道微生物状况,来更好地进行对应的治疗。
在谷禾肠道菌群检测报告中,就有这样的特殊案例,来自宠物的肠道菌群。
报告显示,其样本菌群构成非常单一,实际测序深度很高,达到10万,但仅检出167种菌,绝大部分是大肠杆菌。
下面的表是根据人的菌群结果评估的,可以看到构成多样性非常低。
下面是主要菌门和属还有种的构成,种部分列出了注释有菌名称的丰度大于0.1%以上的菌。
下图是菌属构成表:
报告显示,菌属构成中弯曲杆菌占比较高。
除此之外,其他的病原和机会致病菌主要检出了大肠杆菌,占比77%,属于严重超标,空肠弯曲杆菌,产气夹膜菌和痢疾志贺氏菌都有超标:
编辑
注:空肠弯曲菌(上图中红色箭头指向菌Campylobacter jejuni),有内毒素能侵袭小肠和大肠黏膜引起急性肠炎。
经过与送检者沟通后,我们了解的情况如下:
主人反映该宠物猫有腹泻,其有长期腹泻情况,因此送检了其本人和养的宠物猫的粪便样本做肠道菌群检测,了解菌群构成,找出腹泻原因,以便后续治疗。
了解猫狗的肠道微生物状况后,需要进行相应的治疗来帮它们恢复健康,谷禾在这里罗列了一些常见的治疗方式。
在疾病状态期间,所应用的疗法旨在改变微生物群落。
蛋白质、碳水化合物是大部分宠物必需的营养物质,是促进机体发生生长的重要营养素。宠物肠道中丰富的微生物菌群生长都离不开碳水化合物,前面也有提到一些饮食对疾病的影响作用。因此,合理控制宠物蛋白质、碳水化合物的摄入是维持肠道健康的关键。
•需要根据不同的宠物制定相应的饮食
不同年龄段的宠物对脂肪的吸收能力不同。老年犬猫由于肠道消化能力逐渐退化,不能较好地吸收脂肪。适量的功能性脂肪酸,如Omega-3脂肪酸可以增强宠物机体免疫力,预防炎症,减轻其胃肠道疾病的发生。
存在关于无谷物狗粮的争论。有些兽医认为不应该用任何谷物喂养宠物,有些人则说它可以适量喂养。常见的谷物包括大米、燕麦、玉米和小麦。
不建议吃的原因包括体重增加、胃肠道炎症增加、过敏等。如果狗不耐受谷物,可能会出现皮肤发痒、呕吐、胃部不适、脱毛、腹泻、感染和胀气。
换句话说,如果出现上述症状,可以尝试一下无谷物食物并监测症状是否有所改善。
骨汤含有多种有益营养素,但与肠道健康最相关的是胶原蛋白。胶原蛋白是一种结缔组织,有助于维持包括肠道和皮肤在内的身体器官的结构。
狗狗的肠道内部衬有一层叫肠粘膜的组织。粘膜的作用是防止食物分子和细菌等危险物质从肠道进入血液。
然而,粘膜可能会受损,导致肠道变得可渗透。换句话说,像细菌这样的物质可以通过。这就是所谓的“肠漏”。
通过给狗狗吃富含胶原蛋白的食物,比如骨头汤,可以加强粘膜中的结缔组织,从而减少肠漏程度。
宠物食品制造商在其产品中添加的一些成分会对狗的肠道菌群和整体健康产生负面影响。人工色素和抗氧化剂等食品添加剂减少肠道细菌的数量。
最好能阅读食物的配料表。
除了饮食之外,益生菌、益生元的施用也会影响和改变微生物群的组成。
益生菌和益生菌的使用在人类医学中广泛传播,以保持或恢复健康状况。
✦益生元治疗
▸ 益生元
根据2015年给出的第一个定义,它们是“一种不易消化的化合物,通过肠道微生物的代谢,调节肠道微生物群的组成或活性,从而赋予对宿主有益的生理影响”。
猫和狗接受益生元的治疗效果
Mondo E,et al.Open Vet J.2019
一些研究报告了在宠物饮食中添加益生元的好处。事实上,它们能调节肠道微生物群并保护动物免受肠道感染。
•益生元促进炎症性肠病缓解
几项研究评估了益生元治疗对诊断为炎症性肠病的狗的影响。这些分析的结果表明,多菌株益生元治疗促进了诊断为炎症性肠病的狗的临床缓解,并与其他一些益处相关,包括抗炎和抗增殖作用、增加紧密连接蛋白表达和上调多胺水平。
•益生元治疗改变肠病中微生物组成
关于微生物组的组成,用益生元治疗的炎症性肠病狗的粪杆菌属和乳酸杆菌显著增加。然而,与那些接受标准治疗的人相比,这些结果在研究之间并不一致。除了对炎症性肠病的有益作用外,多项双盲、安慰剂对照研究表明,益生元给药还可以减少猫和狗的腹泻。
✦狗使用益生元的疗效
有一些关于益生元在国内犬类饮食中的使用研究发现,在狗中,摄入1.5%的菊粉可以降低粪便的pH值并增加双歧杆菌的数量。
使用16S rRNA 测序表明,喂食相对少量膳食纤维的狗会改变肠道微生物群的结构,增加厚壁菌门的密度并减少梭杆菌的密度。另一项研究强调了低聚果糖的膳食补充剂如何诱导有益效果,例如双歧杆菌的生长,并且它提高了狗整个胃肠道中几种矿物质的消化率。
✦猫使用益生元的疗效
很少有关于猫科动物营养和益生元使用的研究。两项研究描述了猫饮食中典型的高蛋白饮食摄入主要诱导粪便梭状芽孢杆菌的生长。
发现在猫科动物饮食中添加低聚果糖会增加双歧杆菌浓度并减少大肠杆菌数量。同一项研究表明,在猫营养品中添加果胶提高了产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens)和乳酸杆菌的浓度。
✦益生菌治疗
▸ 益生菌
数千年前,人类发现了发酵食品带来的好处。因此,益生菌的使用比益生元更古老。它们被定义为“当施用足够量时,可以为宿主带来健康益处的活微生物”。
无论是对人类还是宠物,益生菌对宿主健康都有许多有益的影响,尤其是在免疫系统的调节和压力状态下。益生菌在牲畜中的使用已广泛传播,而在宠物营养中的使用仍在发展中。
益生菌治疗效果的研究总结
Mondo E,et al.Open Vet J.2019
•益生菌促进了T细胞表达
对患有慢性肠病的狗进行了体外研究。这项研究证实了含有三种不同乳酸杆菌菌株的益生菌混合物对细胞因子表达的积极作用,主要是通过调节T细胞。
发现益生菌的施用促进了T细胞表达的增强。在这项研究中,为患有炎症性肠病的狗配制了一种类似于人类VSL#3的益生菌混合物。数据强调了T细胞靶点的增加、粪杆菌数量的减少以及生态失调的恢复。
从断奶到1岁,幼犬的饮食通常通过添加益生菌来补充。事实上,已经证明粪肠球菌在肠粘膜水平和全身水平都存在辅助作用。这些影响可能与断奶期间保护性免疫反应的改善有关。
当饮食改变不起作用时,患有慢性肠病的狗和猫会接受抗生素治疗。最常用的分子是甲硝唑和泰乐菌素。甲硝唑作用于细菌和原生动物。通常,它同时用于营养治疗和饮食改变,因此很难知道其真正的效果。
泰乐菌素用于治疗对泰乐菌素有反应的慢性腹泻,这通常会影响成年犬。许多研究强调了它的效率,但其作用机制仍然未知。
恩诺沙星是另一种用于肠病的抗生素。它是一种氟喹诺酮,可用于治疗肉芽肿性结肠炎。
●抗生素同时还会减少有益菌
需要注意的是,使用抗生素治疗某些疾病存在禁忌症。事实上,大量使用抗生素可能会减少有益菌的数量,促进潜在病原体数量的增加,并促进抗菌素耐药现象的发生。
一些研究人员表明,抗生素实际上会改变微生物组成,从而降低细菌多样性,因此它们会导致生态失调的发生。在过去的几年中,抗菌素耐药性的现象不断增加,并具有重要意义。人类与宠物的密切同居会导致抗菌素耐药性转移到对人类也有影响的细菌。
最近,已开发出一种新方法,该方法通过引入健康的细菌菌群来恢复结肠菌群。它被命名为粪便微生物群移植 (FMT)。
粪菌移植是一种医学非药物实验治疗,旨在恢复微生物多样性。它包括将粪便菌群从健康供体移植到受胃肠道疾病影响的患者中。
•粪菌移植后肠道生态失调得到改善
在人类医学中,该方法用于治疗艰难梭菌感染,有效率为87%–90%,并用于治疗炎症性肠病。
粪菌移植在兽医学中很有前景,但是应用的研究还很少。这种治疗方法已用于受胃肠道疾病影响的狗,如炎症性肠病和产气荚膜梭菌感染。
最近的一份病例报告描述了粪菌移植用于治疗一只患有难治性炎症性肠病的狗和一只患有无反应性慢性肠病的猫。在这两种情况下,粪菌移植后24小时内粪便稠度得到改善。
即使粪菌移植似乎是治疗生态失调的有效疗法,但仍需要进行更多的临床研究以更好地了解其机制和接受这些输注的患者的潜在风险。如今,只有有限的数据可用。
噬菌体是一种能够侵染细菌的病毒,是生物圈中最丰富的物种。
●噬菌体可以裂解消灭有害菌
噬菌体通过尾丝蛋白与宿主菌表面受体特异性结合侵染细菌使其裂解,精准消灭有害菌,不影响有益菌。30分钟内可杀灭99.9%的宿主菌,且不受细菌耐药性限制。面对细菌耐药、抗生素残留等问题,噬菌体作为天然的细菌杀手,是防治细菌性疾病的最佳选择。
调节肠道菌群
噬菌体一经发现,就被人类作为治疗细菌性疾病的利器之一。有研究表明,噬菌体可以裂解肠道中的有害菌例如沙门氏菌和大肠杆菌,降低了肠道有害菌数量,有益于肠道有益菌(如乳酸菌类)的繁殖和生长,起到了调节肠道菌群的作用。
建议
噬菌体能显著降低肠道内有害菌数量,提高肠道有益菌比例;并且有利于免疫器官的发育和体液免疫功能的提高。与抗生素相比,噬菌体在增强肠道活性,降低腹泻率方面,与抗生素差异不大,可以作为替代抗生素的候选产品之一。
研究表明,压力会对肠道微生物群的健康产生负面影响。当肠道微生物组受损时,它会导致压力增加,从而导致周期性模式。
压力会引起体内激素的变化,从而引起肠道微生物组的变化。特别是,压力会触发皮质醇激素的释放。皮质醇对身体有多种负面影响,包括血压升高和肠道健康受损。
狗的压力可以由多种因素引发,包括:
注意狗狗的压力迹象和症状。一些可能表示狗有压力的迹象包括:
可以为狗提供舒适的环境,以最大程度地减少压力。如果狗生病了,给它吃药,吃它最喜欢的食物,并给她一个舒适的地方睡觉。这会使狗平静下来,有助于减轻它的一些压力。
让狗狗进行体育锻炼
让你家狗狗参加各种体育锻炼,如散步、跑步、玩耍等。
研究表明,体育锻炼通过刺激体内内啡肽的释放来减轻压力。内啡肽是中枢神经系统释放的神经递质。它们的主要作用是减轻疼痛和增强快感。
身体也会在其他愉快的活动中释放内啡肽,体育活动对健康很重要。
定期对宠物进行身体检查
应该至少每年带狗狗去看一次兽医。兽医有专业知识来识别可能错过的狗的潜在健康问题。
让你的狗定期接受兽医检查可以降低疾病未被诊断的风险。如果不进行治疗,肠道疾病往往会加重,因为消化系统每天工作多次。
如果狗身体健康,兽医每年看一次就足够了。
如果你的狗患有髋关节发育不良或糖尿病等慢性疾病,应该多看兽医。
此外,随着肠道菌群检测技术的不断成熟,不久的将来通过宠物肠道菌群检测也能发现一些疾病风险,不用让宝贝宠物承受各类监测设备的心理困扰,简单便捷。
人体的研究表明肠道菌群影响并反映着身体的健康,同样肠道微生物群也对猫狗以及其他哺乳动物的健康至关重要。
对于猫狗的肠道菌群仍然有很多未知和亟待发掘的意义,有望成为一种非常有价值的检测和干预渠道。谷禾欢迎更多相关领域的合作伙伴共同推进和完善猫狗相关肠道菌群的研究和应用。
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