譚碧娥

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長(zhǎng)沙，410125）

腸道健康問(wèn)題依然是制約我國(guó)生豬養(yǎng)殖優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展的重要因素，因腸道健康問(wèn)題導(dǎo)致的仔豬死亡率達(dá)15%～20%。尤其仔豬在斷奶后的死亡率為6%，但有時(shí)可能上升到20%[1]。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家努力優(yōu)化飼料配方，以滿足斷奶仔豬的需求，探索不同的營(yíng)養(yǎng)因素或管理，以促進(jìn)斷奶仔豬的整體健康?？股匾恢笔潜Ｗo(hù)斷奶仔豬健康的一項(xiàng)重要措施，其可以增強(qiáng)腸道微生物的活性，改善腸道菌群，從而預(yù)防疾病，促進(jìn)生長(zhǎng)[1]。然而，隨著抗生素引起的耐藥性和藥物殘留問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，引起了消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。我國(guó)已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施嚴(yán)格的飼料禁抗、限抗、無(wú)抗政策，2020年1月1日起退出除中藥外的所有促生長(zhǎng)類(lèi)藥物飼料添加劑品種。因此，在仔豬生產(chǎn)中迫切需要制定不妨礙動(dòng)物生產(chǎn)的情況下抗生素替代的策略。遺傳、管理和健康的調(diào)控在保護(hù)動(dòng)物健康和提高其生產(chǎn)性能方面都發(fā)揮著重要作用，文章主要關(guān)注仔豬腸道健康的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)策略。

1 腸道健康的涵義

腸道生長(zhǎng)是機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的核心和快速生長(zhǎng)的基礎(chǔ)，是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收?qǐng)鏊?，還具有防御功能。健康的腸道對(duì)仔豬的整體代謝、生理、疾病防御和生長(zhǎng)性能至關(guān)重要?！澳c道健康”一詞雖然在人類(lèi)醫(yī)學(xué)和動(dòng)物健康中反復(fù)出現(xiàn)，但在科學(xué)文獻(xiàn)中缺乏明確的定義。Kogut和Arsenault[2]定義腸道健康為“動(dòng)物沒(méi)有疾病，能夠發(fā)揮正常生理功能，以應(yīng)對(duì)外源和內(nèi)源性應(yīng)激源”。對(duì)于農(nóng)場(chǎng)動(dòng)物，沒(méi)有疾病癥狀的情況下動(dòng)物生長(zhǎng)性能也可能受到損害。因此，Pluske等提出腸道健康應(yīng)描述為胃腸道的穩(wěn)衡狀態(tài)，一種微生物群和腸道處于共生平衡狀態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)，動(dòng)物的福利和性能不受到影響[3]。動(dòng)物腸道健康更強(qiáng)調(diào)胃腸道結(jié)構(gòu)和屏障功能、正常穩(wěn)定的微生物、有效的消化吸收功能以及有效的免疫狀態(tài)[4]。

2 仔豬斷奶應(yīng)激誘導(dǎo)的腸道健康問(wèn)題

仔豬腸道健康問(wèn)題主要出現(xiàn)在斷奶階段。從解剖學(xué)和功能上看，仔豬小腸發(fā)育不成熟，對(duì)斷奶敏感。斷奶應(yīng)激使小腸發(fā)生絨毛縮短、隱窩加深、消化酶活性降低和營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)受損，導(dǎo)致小腸消化能力和防御功能下降。仔豬斷奶后第2天，腸黏膜的相對(duì)重量將下降20%～30%，需要5～10 d才能完全恢復(fù)。絨毛高度在斷奶后21 d可降低至斷奶前的75%。隨著腸絨毛萎縮和隱窩增生，進(jìn)一步影響仔豬的消化吸收能力和生產(chǎn)性能。在斷奶后3～5 d，刷狀緣酶活性，如乳糖酶、蔗糖酶、麥芽酶等顯著降低。仔豬在28 d斷奶后，蔗糖酶、異麥芽糖酶和乳糖酶的特異性活動(dòng)在5 d內(nèi)至少下降15%。不過(guò)，斷奶對(duì)腸道酶活性的影響似乎依賴(lài)于斷奶時(shí)仔豬的年齡，這種年齡依賴(lài)性變化可能是由于細(xì)胞更新率和蛋白質(zhì)合成的變化引起的。最近的研究揭示了斷奶應(yīng)激對(duì)仔豬腸上皮細(xì)胞中蛋白質(zhì)和代謝物表達(dá)的影響[5-6]。早期斷奶仔豬空腸絨毛中上部位參與三羧酸循環(huán)、β氧化和糖酵解途徑的蛋白表達(dá)明顯下調(diào)，而隱窩細(xì)胞中參與糖酵解的蛋白表達(dá)上調(diào)[6]。斷奶后仔豬空腸頂端絨毛上皮細(xì)胞中能量代謝、蛋白氨基酸糖基化、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、mTOR信號(hào)通路、細(xì)胞分化、凋亡等各種細(xì)胞代謝或生物學(xué)過(guò)程相關(guān)蛋白表達(dá)減少?？漳c中段絨毛中參與呼吸電子傳遞鏈、高爾基體小泡運(yùn)輸、蛋白質(zhì)糖基化的蛋白質(zhì)以及脂質(zhì)、單糖和核苷酸的代謝也被抑制[6]。這些結(jié)果表明，斷奶影響仔豬能量代謝、細(xì)胞大分子組織和定位以及蛋白質(zhì)代謝，從而進(jìn)一步影響斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞的增殖。作為細(xì)胞生長(zhǎng)和損傷修復(fù)的指征，仔豬斷奶后多胺代謝和鳥(niǎo)氨酸脫羧酶表達(dá)也發(fā)生了改變。斷奶仔豬腸道通透性增加，緊密連接蛋白表達(dá)降低，疾病易感性增加。最近研究發(fā)現(xiàn)，早期斷奶應(yīng)激引起細(xì)胞連接蛋白和離子通道基因和蛋白E-cadherin和occludin mRNA以及claudin-3、occludin和ZO-1蛋白表達(dá)下降。斷奶應(yīng)激引起的腸屏障損傷在斷奶后第7天沒(méi)有恢復(fù)到斷奶前的水平[7]。

斷奶應(yīng)激對(duì)腸道免疫屏障的影響主要體現(xiàn)在：斷奶引起腸道CD4+和CD8+ T淋巴細(xì)胞顯著增加，在斷奶后第2天增加了空腸中段炎癥細(xì)胞因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8）的mRNA表達(dá)；激活固有層的免疫細(xì)胞，上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)，導(dǎo)致絨毛萎縮；下調(diào)豬空腸黏膜中MHC I的表達(dá)。對(duì)于腸道菌群，斷奶應(yīng)激降低了乳酸菌群的相對(duì)豐度，增加了梭菌屬、普氏桿菌屬、變形桿菌科和大腸桿菌屬的相對(duì)豐度[1]。斷奶導(dǎo)致仔豬的采食量往往急劇下降，細(xì)菌生存和增殖的營(yíng)養(yǎng)有限。而致病菌能夠利用特殊的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不能被共生菌分解代謝，從而增強(qiáng)其毒力因子的表達(dá)。例如，沙門(mén)氏菌和腸出血性大腸桿菌都可以利用乙醇胺作為碳源或氮源，在與其他微生物群的競(jìng)爭(zhēng)中獲得營(yíng)養(yǎng)優(yōu)勢(shì)[8]。腸出血性大腸桿菌也可以利用巖藻糖激活I(lǐng)II型分泌系統(tǒng)，促進(jìn)病原菌與宿主腸上皮細(xì)胞的黏附。因此，斷奶仔豬更容易出現(xiàn)腸道炎癥和斷奶后腹瀉，這是由于致病菌的快速增殖和微生物多樣性的喪失造成的[1]。

3 調(diào)控仔豬腸道健康的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)手段

已經(jīng)有很多營(yíng)養(yǎng)策略應(yīng)用于仔豬健康的調(diào)控，并最大可能地提高仔豬生產(chǎn)性能。包括優(yōu)化飼料配方，在斷奶后利用低蛋白日糧，改善飼料的加工和生產(chǎn)以及添加不同的飼料添加劑等。這些營(yíng)養(yǎng)干預(yù)手段的目的均在于：改善仔豬營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收；改善腸道微生物組成；免疫調(diào)節(jié)以增強(qiáng)仔豬的抗病能力。以下重點(diǎn)闡述功能氨基酸、抗菌肽、植物提取物、短鏈脂肪酸近年來(lái)在仔豬腸道健康研究中的進(jìn)展。

3.1 功能性氨基酸

氨基酸是維持腸道生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。仔豬腸道組織利用了每天攝入的氨基酸將近50%，利用的必需氨基酸占其攝入氨基酸的50%。氨基酸的利用對(duì)調(diào)節(jié)細(xì)胞生理學(xué)功能非常重要，對(duì)腸黏膜細(xì)胞更新和黏膜屏障功能具有重要的生理意義。氨基酸尤其是功能性氨基酸在黏膜代謝中具有關(guān)鍵作用，可維護(hù)豬腸道屏障的完整性和功能。例如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸在基因表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝和氧化防御的調(diào)控中發(fā)揮重要作用[9]。

精氨酸是近十幾年來(lái)在仔豬腸道功能方面研究最廣泛的氨基酸。筆者所在團(tuán)隊(duì)大量的研究，揭示了精氨酸家族類(lèi)物質(zhì)（包括精氨酸、N-氨甲酰谷氨酸、谷氨酰胺二肽、α-酮戊二酸、精胺等）通過(guò)Arg-NO-Hsp70、mTOR、TLR4-NFκB、PPARγ、VEGF等信號(hào)通路促進(jìn)仔豬腸黏膜上皮細(xì)胞蛋白合成，促進(jìn)細(xì)胞增殖與生長(zhǎng)、緩解了斷奶應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，維持黏膜結(jié)構(gòu)和功能[9]。在早期斷奶仔豬日糧添加0.2%～1%的L-精氨酸能顯著提高其生長(zhǎng)性能，促進(jìn)腸道生長(zhǎng)，緩解不同應(yīng)激因素對(duì)腸道的損傷。在斷奶前灌服脯氨酸可使仔豬腸道成熟，促進(jìn)斷奶后腸黏膜增殖以及緊密連接和鉀通道蛋白表達(dá)，從而緩解斷奶應(yīng)激。斷奶仔豬添加1%的谷氨酰胺可顯著提高其腸道抗氧化能力，谷胱甘肽濃度增加29%，防止空腸萎縮，小腸生長(zhǎng)增加12%，日增重提高19%。斷奶仔豬日糧添加芳香族氨基酸（0.16% 色氨酸、0.41%苯丙氨酸 、0.22%酪氨酸）能緩解脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的黏膜組織病理學(xué)損傷，激活CaSR信號(hào)通路和抑制NF-κB信號(hào)通路，緩解LPS誘導(dǎo)的仔豬腸道炎癥[9]。

3.2 抗菌肽

抗菌肽是由不同生物自然產(chǎn)生的多肽，可以直接從細(xì)菌、昆蟲(chóng)、植物和脊椎動(dòng)物中分離得到，或者通過(guò)重組分子合成。抗菌肽帶正電，包含疏水區(qū)和親水區(qū)?？咕膶?duì)革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌、真菌、寄生蟲(chóng)和病毒具有強(qiáng)大的廣譜活性。與傳統(tǒng)抗生素相比，抗菌肽顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以殺死P. aeruginosa和Staphylococcus aureus等對(duì)特定抗生素具有耐藥性的致病菌[10]?？咕目赏ㄟ^(guò)與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，滲透入細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)途徑，引起細(xì)胞死亡。也可能與抗菌肽的抗菌特性有關(guān)，例如抑制細(xì)胞壁合成，抑制蛋白質(zhì)和核酸合成以及抑制細(xì)菌中的酶活性[11]。

抗菌肽對(duì)斷奶仔豬腸道健康的保護(hù)作用已有大量的報(bào)道。Xiao等發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.4%的抗菌肽（包括牛乳鐵蛋白和植物防御素）和活性酵母的混合物，可通過(guò)增加斷奶仔豬的腸道完整性和降低腸道通透性來(lái)減輕霉菌毒素的負(fù)面影響[12]?？咕牡淖饔每赡芘c其調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和腸道菌群相關(guān)[13]。日糧添加牛乳鐵蛋白肽可增加斷奶仔豬小腸乳桿菌屬和雙歧桿菌計(jì)數(shù)，并降低總大腸桿菌和沙門(mén)氏菌。添加天蠶素AD可以提高腸道乳桿菌計(jì)數(shù)，降低大腸桿菌感染仔豬的腹瀉發(fā)生率[14]。盡管外源或重組抗菌肽已顯示出替代抗生素的潛力，但大多數(shù)外源抗菌肽在動(dòng)物上消化道被消化，而不能到達(dá)大多數(shù)病原體定植的后腸，其有效性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，通過(guò)使用添加劑刺激宿主分泌內(nèi)源性抗菌肽可能是一種更好的方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)丁酸鹽和維生素D能促進(jìn)宿主防御肽的合成。宿主防御肽誘導(dǎo)化合物在無(wú)抗養(yǎng)殖中具有廣泛的應(yīng)用前景[15]。

3.3 短鏈脂肪酸

短鏈脂肪酸（SCFAs）主要是通過(guò)膳食纖維的后腸發(fā)酵產(chǎn)生的，除了為宿主提供能量來(lái)源，也發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[16]。SCFAs通過(guò)特定機(jī)制促進(jìn)腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)，包括促進(jìn)杯狀細(xì)胞黏液產(chǎn)生、抑制NFκB、促進(jìn)B細(xì)胞sIgA的分泌、降低T細(xì)胞活化分子在抗原呈遞細(xì)胞上的表達(dá)、增加調(diào)節(jié)性T（Treg）細(xì)胞的數(shù)量和功能等[17]。

丁酸鹽已被廣泛應(yīng)用于飼料中抗生素的替代。由于丁酸具有較高的揮發(fā)性和腐蝕性，因此在豬日糧中一般丁酸與鈣或鈉混合使用。已經(jīng)報(bào)道添加0.1%丁酸鈉能降低仔豬腹瀉，增強(qiáng)腸道的完整性，提高血清IgG含量[18]。丁酸鹽的另一種替代形式是三丁酸甘油酯，其主要優(yōu)點(diǎn)是丁酸的緩釋?zhuān)稍谖钢斜３滞暾?，在小腸中以丁酸和甘油一丁酸酯的形式緩慢釋放。日糧添加飼喂0.1%的三丁酸甘油酯可促進(jìn)緊密連接的形成和表皮生長(zhǎng)因子受體信號(hào)的活化，減輕乙酸誘導(dǎo)的腸道損傷[19]。丁酸的免疫調(diào)節(jié)作用通過(guò)與上皮細(xì)胞或免疫細(xì)胞中表達(dá)的G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)的級(jí)聯(lián)。丁酸及其衍生物已經(jīng)顯示出非常強(qiáng)的抗革蘭氏陽(yáng)性和陰性菌的活性，可能是通過(guò)穿透細(xì)菌細(xì)胞壁并酸化細(xì)胞質(zhì)，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[44]。此外，丁酸還能誘導(dǎo)宿主防御肽的產(chǎn)生，從而調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)抵抗病原體，包括對(duì)抗生素抗性菌株[15]。

3.4 植物化學(xué)物質(zhì)

植物化學(xué)物質(zhì)是飼料中抗生素替代的重要選擇。大多數(shù)的植物化學(xué)物質(zhì)表現(xiàn)出對(duì)革蘭氏陰性和陽(yáng)性菌的抗菌活性，包括大腸桿菌、沙門(mén)氏菌屬、梭菌屬、分枝桿菌屬等。許多植物化學(xué)物質(zhì)也被證實(shí)為潛在的抗病毒劑[20]。Lillehoj等全面綜述了植物化學(xué)物質(zhì)作為抗生素替代品促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)和健康的作用[20]。在感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的斷奶仔豬中，補(bǔ)充10 mg/kg的辣椒素、大蒜素或姜黃素不同程度上通過(guò)提高免疫反應(yīng)，緩解PRRSV的不良反應(yīng)[21]。植物化學(xué)物質(zhì)增強(qiáng)抗病性和生長(zhǎng)性能的作用，可能與其改善腸道結(jié)構(gòu)和功能、促進(jìn)腸道健康有關(guān)[22-24]。大腸桿菌感染仔豬補(bǔ)充植物提取物可提高腸絨毛高度，促進(jìn)回腸MUC2基因的mRNA表達(dá)[23]。

植物化學(xué)物質(zhì)的免疫調(diào)節(jié)和抗氧化特性也有利于其對(duì)仔豬發(fā)揮保護(hù)作用。杜仲黃酮被證實(shí)具有抗炎和抗氧化活性，緩解因敵草快誘導(dǎo)的仔豬腸黏膜氧化損傷[25]。Lang等報(bào)道大蒜素可以抑制腸上皮細(xì)胞趨化因子的分泌，從而抑制各種循環(huán)白細(xì)胞進(jìn)入發(fā)炎組織。辣椒素、大蒜素或姜黃素能下調(diào)與抗原加工和呈遞以及其他免疫應(yīng)答相關(guān)途徑的基因表達(dá)[23]。幾種常用的植物化學(xué)物質(zhì)（牛至、百里香、生姜、茴香、胡椒、丁香、羅勒、肉桂、大蒜、薄荷等的提取物）在體外細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)動(dòng)物模型中都顯示出強(qiáng)大的抗氧化活性，植物化學(xué)物質(zhì)的抗氧化性能主要因?yàn)榫哂信c過(guò)氧自由基有高反應(yīng)活性[1]。

4 總結(jié)與展望

腸道是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收器官，也是化學(xué)感應(yīng)器官和最大的免疫器官。維持腸道健康對(duì)仔豬生產(chǎn)非常重要，尤其在飼料中禁止使用抗生素的情況下。大量研究已證實(shí)功能氨基酸、抗菌肽、脂肪酸以及植物化學(xué)物質(zhì)等對(duì)斷奶仔豬的腸道發(fā)育和健康發(fā)揮積極作用，已成為潛在的抗生素替代品。但是，飼料中抗生素的替代是個(gè)系統(tǒng)工程，需要綜合考慮各種替抗產(chǎn)品的作用方式、基礎(chǔ)日糧配方和豬的健康狀況。