犬猫是人类生活中最常见的伴侣动物，随着科学养宠理念的逐步建立，宠物营养与健康越来越引起人们的关注。将益生菌、益生元等物质添加到宠物食品中形成功能性宠物食品，可改变犬猫胃肠道健康，促进生理生化指标改变，改善神经系统机能，降低特殊疾病发展的风险。如果作为多样化饮食组成定期食用，不仅可维持动物基本营养需求，而且在预防特定疾病发生，增强特定生理机能方面发挥重要作用[1-2]。

肠道不仅是营养物质消化吸收的器官，而且作为机体重要的免疫屏障，决定着宠物的整体健康状况。宠物肠道健康不仅体现为其结构与功能的完整，还表现为肠道微生态环境的稳定[3]。动物摄入的养分只有同时满足自身细胞与微生物的共同需要，才能使机体处于真正健康的状态[4]。在营养水平一致的情况下，不同来源、结构和组成的营养物质对肠道微生物的影响可能存在极大差异，而微生物水平的变化最终会影响动物整体的健康状况。

在动物体表或体内生存的大量微生物与动物机体自身细胞形成有机统一，并对宿主适应性有着深远影响[5-7]。胃肠道是微生物(包括细菌、真菌、病毒和原生动物等)生存的主要场所，在动物胃肠道中有1010~1014个微生物，大约是宿主所有细胞数量的10倍，且肠道微生物编码基因总数比宿主自身细胞编码基因总数多出100倍，被认为是机体第二基因组[8-9]。胃肠道微生态复杂的动态平衡在宿主整个生命周期中不断发展，动物饮食偏好、年龄、生活方式和遗传背景等均会影响肠道微生物的组成；另外，肠道中的微生物群又反过来影响宿主吸收的营养物质、生理代谢等，并通过介导免疫反应促进机体健康[10-11]。

应用宏基因组学方法来表征犬胃肠道微生物群，表明犬肠道菌群的优势菌门与人类和啮齿动物模型相似，古生菌、真菌和病毒仅占所有序列的一小部分，其存在水平与其他哺乳动物一致[12]。犬猫肠道中的微生物均以厚壁菌门最为丰富，其次犬为拟杆菌门，猫为放线菌门较为丰富，子囊菌门是猫体内唯一发现的真菌门，在犬中还包括担子菌门、球囊菌门和接合菌门[13]。健康犬和急性腹泻犬的粪便样本中存在各种真菌属，它们在胃肠道健康和疾病中的作用机理尚不确定[14]。与腹泻犬相比，健康犬粪便中拟杆菌门比例明显偏高[15]。腹泻犬粪便中有益菌如乳酸杆菌、双歧杆菌和肠球菌数量降低，而肠杆菌等致病菌数量有增加的趋势[16]。研究表明，每种动物都有独特的微生物特征，且随年龄的增长不断变化[17-18]；不同品种犬猫之间粪便微生物菌群也存在差异[19]；微生物组成在不同肠道生态位之间也不同，且微生物数量和多样性随肠道的延伸而增加[20]。肠道内微生物大部分与机体细胞密切接触，相互传递信息并交换能量物质，不仅影响营养物质的消化吸收，还直接或间接调控宿主多项生理功能。

肠炎患者粪便中含有更高水平的3-羟基硫酸盐胆汁酸，次级胆汁酸的硫酸化可消除其抗炎特性[21]。肠道中的微生物能将进入结肠的初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，初级胆汁酸与次级胆汁酸通过激活胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)调节胰岛素和葡萄糖代谢，抑制艰难梭菌孢子的萌发并下调炎症[22]。短链脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)是微生物在肠道中发酵产生的一类重要的代谢产物。乙酸、丙酸和丁酸为肠道中含量最多的3种SCFAs，占总体含量的95%以上。从拉布拉多犬粪便中分离的约氏乳杆菌CPN23可显著提高同品种犬粪便中乙酸和丁酸的含量[23]。患慢性肠病犬粪便中SCFAs(尤其是乙酸和丙酸)的含量比健康犬低，这与粪便中微生物群落的显著变化有关[24]。肠道中的微生物及其代谢产物通过调节特定的宿主信号通路，不仅与营养物质的吸收代谢密切相关，还参与腹泻、炎性肠病等多种疾病的发生和发展[25-27]。

肠道菌群在动物生理和心理健康中均发挥重要作用，菌群的改变会导致肠道中胆汁酸、SCFAs等代谢产物的含量变化，进而影响机体健康状况。长期以来营养都处于健康的中心地位，通过饮食改善肠道菌群结构的策略受到广泛关注，在宠物食品中添加益生菌、益生元等对肠道菌群调节及微生态环境稳定至关重要，是维护宠物健康和福利的重要手段。

国际益生菌与益生元科学协会(International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP)对益生菌的最新定义为摄入一定量时对宿主健康产生有益作用的活体微生物[28]。最常见的益生菌为乳酸杆菌和双歧杆菌等[29]，在肠道中可竞争黏附于肠上皮，加强肠黏膜屏障，并且在改善宿主肠道微生物群、调节机体免疫力等方面发挥重要作用[30-31]。研究表明，发酵乳杆菌CCM7421可增加犬粪便乳酸杆菌相对丰度，降低梭状芽孢杆菌及部分革兰氏阴性菌相对丰度[32]。在犬粮中添加嗜酸乳杆菌DSM13241也可使粪便中乳酸菌相对丰度增加，并降低梭菌属相对丰度[33]。在猫粮中添加嗜酸乳杆菌DSM13241可增加嗜酸乳杆菌等乳酸杆菌相对丰度，并降低梭状芽孢杆菌和粪肠球菌相对丰度，使成年猫粪便pH降低，表明结肠微生态环境对有益乳酸菌群具有选择性[34]。乳酸杆菌和双歧杆菌是动物肠道中最早定植的菌群，动物双歧杆菌可通过减弱体内核因子-κB(NF-κB)反应发挥抗炎作用[35]。双歧杆菌AHC7对易患胃肠疾病的犬具有潜在的恢复健康的作用[36]。在实际生产中，一定比例的混合益生菌对机体健康表现出更高的优势，用枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌组成的复合益生菌可减少比格犬粪便恶臭气味，除了降低酚类、喹啉含量外，还降低了腐胺、亚精胺和尸胺等生物胺的含量，从而在一定程度上改善肠道健康[37]。补充适当的益生菌可使老年动物肠道菌群结构年轻化，如干酪乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌组成的复合益生菌通过调节肠道菌群结构，提高了各年龄阶段犬血液免疫球蛋白G(IgG)、干扰素-α(IFN-α)和粪便分泌型免疫球蛋白A(sIgA)含量，降低肿瘤坏死因子-α(TNF-α)含量，同时增加肠道有益菌(乳酸菌、柔嫩梭菌等)相对丰度，减少潜在有害细菌(大肠杆菌、产气荚膜梭菌和萨特氏菌属等)相对丰度，使老年犬肠道菌群组成趋向于年轻犬，从而强化宿主免疫，改善机体健康状况[38]。

除了被鉴定为益生菌的细菌，一些属于真菌的酵母也对机体具有益生作用，如布拉迪酵母(Saccharomyces boulardii，S.boulardii)，有不同于细菌的生理结构，也不受抗生素影响，具有良好的益生菌特性[39]。S. boulardii可预防和治疗人类急性(腹泻)或慢性(炎性肠病)胃肠道疾病[40]。起初S. boulardii在形态学和生理学上都被鉴定为酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae，S. cerevisiae)，2002年有研究发现了仅存在于S. boulardii 4号基因座的专一性序列(CAG)9，并将其从S. cerevisiae的其他种中分离出来，确定为酿酒酵母亚种[41]。在犬粮中添加S. boulardii也可有效调节机体肠道菌群，并降低腹泻发生率[42]，但相关研究较少，有关猫的研究更是鲜有报道。

益生菌在机体内发挥有益作用的主要障碍是胃酸和胆盐[29]，胃部极低的pH和胃蛋白酶可以杀死大多数微生物[43]，因此益生菌需要极高的耐受性才能通过胃部的恶劣环境；肝脏中的胆盐分泌到肠道中，可增强营养物质的吸收，亦可破坏肠道微生物膜脂质层结构[44]。S. boulardii和芽孢杆菌可以抵抗胆盐和水解酶的降解，在含有胃蛋白酶和盐酸的模拟胃液中仍有活性，且在胆盐的影响下也很稳定[45]。选择益生菌的重要前提是通过宿主胃肠道的存活率及对肠道上皮的特异黏附性，外源性益生菌在肠黏膜表面定植形成微生物膜，可加强肠黏膜屏障并维持肠道微生态环境稳定。然而一些研究表明，益生菌在进入机体后不久，会随粪便全部排出[46-47]，益生菌在胃肠道酸性环境中的存活率以及能否在肠黏膜表面定植饱受争议[29]。益生菌在肠上皮的黏附能力对菌株的定植至关重要，动物双歧杆菌乳亚种LKM512，不仅表现出强大的耐酸性，还可与肠道黏蛋白黏附并大量增殖，可作为有效的犬类益生菌[48]。犬粪便来源嗜酸乳杆菌LAB20与犬结肠黏液的黏附性高于猪结肠分离的黏液，LAB20不仅与HT-29和Caco-2细胞具有黏附作用，且与犬肠道上皮细胞(intestinal epithelial cells，IECs)也有黏附性[49]，能附着于犬肠道上皮并大量存活，显示出肠道上皮屏障强化和抗炎作用[50]。从动物自身分离的益生菌能更有效地定植于其肠道中[51]，宿主源微生物可能是最佳的益生菌制剂来源[52]，从犬猫体内分离的有益微生物能更符合胃肠道自身的需求。

随着益生元的来源及应用越来越广泛，ISAPP在2016年对益生元定义为：能被宿主微生物选择性利用而对机体健康产生有益作用的物质[53]。膳食纤维作为常见的宠物食品添加剂，可改善肠道菌群结构，减少胃排空、血液中胆固醇含量及胃运输时间，稀释饮食热量密度及增加饱腹感、糖摄入量等[54]。猫虽然是食肉动物，但其肠道中也存在微生物群，可发酵果聚糖、甜菜粕等膳食纤维[55]，膳食纤维也会减少犬粪便中梭菌门相对丰度，增加厚壁菌门相对丰度，但这些变化在所有犬中并不一致[56]。

一些属于纤维的功能性低聚糖和菊多糖在改善犬猫肠道菌群中起重要作用[57]，在犬粮中单独添加低聚果糖或与甘露寡糖混合使用，可提高回肠免疫球蛋白A(immunoglobulin A，IgA)的含量，降低粪便吲哚和苯酚含量，从而改善犬肠道健康和免疫状态[58]。肠上皮细胞膜表面受体为糖蛋白，许多致病菌能通过Ⅰ型菌毛特异性识别糖蛋白受体，黏附于肠上皮细胞刺激感染的发生，甘露寡糖具有膜表面糖蛋白受体类似结构，可与带有Ⅰ型菌毛的病原菌(沙门氏菌、大肠杆菌等)特异性结合，从而减少致病菌在胃肠道中的定植[59]。在犬猫体外粪便发酵系统中接种乳寡糖，可选择性促进双歧杆菌、乳酸杆菌增殖，抑制大肠杆菌、志贺菌和沙门氏菌等肠道致病菌生长和定植，并产生SCFAs和支链脂肪酸(branch chain fatty acids，BCFAs)等物质有益于宿主健康[60]。菊多糖又称菊粉，菊苣纤维，在犬粮中添加菊多糖可使粪便中双歧杆菌的相对丰度升高，产气荚膜梭菌相对丰度降低，二者表现出拮抗性[61]。低聚果糖、纤维素和果胶等益生元，可增加猫粪便中有益菌(乳酸菌、双歧杆菌等)相对丰度，减少大肠杆菌和产气荚膜梭菌等有害菌相对丰度[62]。益生元不易被唾液、胰液和肠液中的酶类分解，具有良好的耐消化性，还具有耐酸碱、耐高温、保存期长等优点。不同益生元对犬猫肠道微生物群的组成和活性有不同的影响，摄入一定量后可减少致病菌在肠道中的定植，并经大肠微生物发酵后产生SCFAs等可降低肠道pH，提高矿物质的溶解吸收，进而有益于改善宿主健康状况。

研究表明，益生菌-益生元组合也可通过调节肠道菌群来改善宿主健康，某些特定的益生菌-益生元组合比仅含有益生菌或益生元的产品具有更佳的调节效果[63-64]。2020年ISAPP对合生元定义为由能被宿主微生物选择利用的物质与活体微生物组成的，对机体健康有益的混合物[65]。合生元可选择性刺激1种或多种细菌增殖或激活其代谢，能改善益生菌在宿主胃肠道中的存活和定植，同时又能刺激肠道中固有微生物的增殖。每日饲喂含有2×109 CFU的屎肠球菌NCIMB10415 4b1707、46.4 mg低聚果糖和阿拉伯树胶的胶囊，可显著降低犬腹泻发生率，减少兽医干预和动物饲养成本[66]。王闪闪[67]通过人体肠道微生物发酵模型，筛选出能显著刺激益生菌生长的合生元组合，对有益菌均表现出积极的调节作用，但调节具有菌属/种特异性。在体外评价合生元发酵犬粪便微生物的研究中，低聚半乳糖可促进两歧双歧杆菌02 450B的生长，二者组合可显著增加粪便中双歧杆菌相对丰度，对犬粪便菌群表现出更强的调节作用[68]。犬源发酵乳杆菌CCM7421已被证明对犬存在一定的健康益处(前文提到)，与菊多糖组成合生元可使犬粪便中乳酸杆菌相对丰度增加，梭状芽孢杆菌相对丰度降低，粪便pH下降，但二者的组合并未表现出强化发酵乳杆菌CCM7421的功效[69]，表明并不是所有的益生菌与益生元组合都能发挥良好的合生元功效，只有特定的益生菌与益生元组合才被认为是合生元。

合生元对犬猫机体更具有调节优势，但目前合生元的研究尚处于初级阶段，益生菌与益生元的配伍缺乏基础的试验数据，有效的合生元组合仍有待进一步研究。

为更好地了解犬猫新陈代谢，满足宠物不同阶段的生理需求，优化伴侣动物的营养和健康状况，益生菌、益生元等物质应用于功能性宠物食品，可改善犬猫肠道菌群结构及相关代谢产物含量，为伴侣动物的健康与福利提供保障。然而，益生菌在犬猫肠道中的存活率及定植问题仍有待改进，从宠物自身分离的微生物能更易适应犬猫肠道微生态环境，是良好的益生菌来源；益生元不需要考虑定植及存活率等问题，且易于保存运输，能在肠道中发挥更稳定持久的作用。除此之外，特定的益生菌-益生元组合对机体表现出更佳的优势，但有关具体配伍及使用还需大量的基础研究。