血漿蛋白粉在仔豬飼養(yǎng)中的應(yīng)用及機理研究進展

高玉云 鐘萬福＊ 余 釵 馬靜云 謝青梅 畢英佐＊＊

仔豬斷奶時經(jīng)常腹瀉和感染疾病,導(dǎo)致采食量、飼料轉(zhuǎn)化率和體重下降,這可能與母乳中被動免疫成分的停止供應(yīng)和仔豬自身免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟以及遭遇心理、營養(yǎng)、環(huán)境等因素的斷奶應(yīng)激有關(guān)[1-2]。因此,仔豬斷奶后的 5～10天成為仔豬生產(chǎn)與管理中的重要階段。噴霧干燥血漿蛋白粉(spray-dried animal plasma,SDAP)由于營養(yǎng)全面、消化率高、適口性好、富含免疫物質(zhì)和生長因子等特點得到營養(yǎng)學(xué)家的青睞并在斷奶仔豬飼糧配方中獲得廣泛應(yīng)用。Van Dijk等[3]對 SDAP促生長作用的 15篇研究報告進行了統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn)在仔豬飼糧中添加 SDAP,仔豬斷奶后 2周的日增重和日采食量分別提高了 26.8%和 24.5%,且在斷奶第 1周的添加效果比斷奶第 2周的效果要好。筆者也首先對 4日齡的新生仔豬進行了研究,發(fā)現(xiàn) SDAP可以顯著改善 4日齡斷奶仔豬的日增重和日采食量,分別提高了 24.3%和 21.9%[4],且在為期 18天的飼養(yǎng)中,斷奶仔豬 4～21日齡的日增重可以提高到 260 g/d,這和母豬哺乳的仔豬日增重水平相近。許多研究還證實,SDAP可以減少斷奶仔豬的腹瀉并提高成活率[5-6]。此外,許多學(xué)者還認為 SDAP可以有效替代抗生素[7-9]。雖然對 SDAP的研究已經(jīng)有 20多年的歷史,但是對SDAP在斷奶仔豬飼養(yǎng)中的作用機制尚不清楚,本文就其作用機理試圖作一闡述。

1 SDAP中起作用的主要成分

SDAP的主要成分分為 3部分:低分子量蛋白、中等分子量蛋白(清蛋白)和高分子量蛋白(免疫球蛋白)。Pierce等[10]對斷奶仔豬的研究發(fā)現(xiàn),高分子量蛋白[主要是免疫球蛋白 G(IgG)]組的促生長性能與 SDAP組相似,白蛋白組對生長性能沒有影響,低分子量蛋白組的采食量和生長性能反而下降,從而認為 SDAP中起主要作用的是高分子量蛋白,并發(fā)現(xiàn)當(dāng)提供的高分子量蛋白含有的 IgG占 SDAP中 IgG的 80%時,生長性能得到改善;當(dāng)提供的高分子量蛋白含有的 IgG占SDAP中 IgG的 128%時,有最大的日增重。研究人員也發(fā)現(xiàn)在普通的、傳統(tǒng)的飼養(yǎng)環(huán)境中添加SDAP,比在干凈衛(wèi)生的環(huán)境中添加有更好的效果[7,11]。雖然 IgG在 SDAP中發(fā)揮主要作用這一推斷合乎邏輯,但是,筆者最近在新生仔豬的研究中對比了魚粉組、滅活 SDAP組 (autoclaving SDAP,auSDAP,主要是滅活免疫球蛋白的活性)和 SDAP組的作用,結(jié)果表明 auSDAP組的促生長作用不如 SDAP組,我們進一步研究發(fā)現(xiàn) SDAP在改善腸道黏膜形態(tài)、提高系統(tǒng)和腸道抗氧化能力、降低系統(tǒng)和腸道免疫系統(tǒng)過度激活方面的作用都要優(yōu)于 auSDAP。因此我們推斷不能把 SDAP的促生長作用簡單的歸因于熱敏感的免疫球蛋白成分[4]。很多學(xué)者也認為許多其他的生物活性物質(zhì)(如生長因子、細胞因子和其他未知的物質(zhì))也可能發(fā)揮重要作用[4,12-13]。

2 SDAP對系統(tǒng)免疫和抗氧化的作用

細胞因子是一類有著廣泛的生物學(xué)活性和功能多樣性的分子。細胞因子特異的生物學(xué)活性雖然有所不同,但是基本上可以分為 2類,即促炎細胞因子和抗炎細胞因子。前者直接或間接涉及到炎癥過程,如白介素 -1β(IL-1β)、白介素 -6(IL-6)、干擾素 -γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子 -α(TNF-α)。當(dāng)機體發(fā)生炎癥時,促炎細胞因子可以快速產(chǎn)生,且直接負責(zé)推動炎癥的發(fā)展[14]。后者由抑制免疫應(yīng)答的細胞因子組成,可以抵消細胞活性和炎癥介質(zhì)的產(chǎn)生,包括白介素 -4(IL-4)、白介素 -10(IL-10)、轉(zhuǎn)化生長因子 -β(TGF-β)[15]?？寡准毎蜃涌梢越档兔庖邞?yīng)答并阻止促炎細胞因子的進一步產(chǎn)生[16]。

飼喂 SDAP的斷奶仔豬可以降低血液中的免疫細胞亞群的比例[9]。筆者對新生仔豬的研究也表明,SDAP可以降低血清中促炎細胞因子的表達[4]。對于大腸桿菌脂多糖刺激的斷奶仔豬,飼糧中添加 7%的 SDAP可以降低腎上腺、脾臟、下丘腦、垂體和肝臟組織促炎細胞因子(IL-1β、TNF-α、IL-6)的表達[17]。從而說明無論對于非免疫應(yīng)激還是免疫應(yīng)激的斷奶仔豬,SDAP都可以使機體系統(tǒng)免疫處于較低的活化狀態(tài)。免疫反應(yīng)的主要作用的是識別、殺死并消除抗原和病原體,但是,一旦免疫系統(tǒng)受到刺激,而免疫反應(yīng)不加以控制,就可能導(dǎo)致組織損傷與病變[18]。此外,較低的免疫系統(tǒng)的激活狀態(tài)可以使更多的營養(yǎng)物質(zhì)用于生長和日增重,從而提高肉重比;而免疫系統(tǒng)的過度激活和促炎細胞因子的釋放則會導(dǎo)致采食量的減少和營養(yǎng)分配的變化,使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)不用于骨骼肌的沉積而是用于支持免疫系統(tǒng)激活所必需的代謝反應(yīng)[19]。同時,我們還發(fā)現(xiàn) SDAP提高了血清中的抗氧化能力[4]。由于調(diào)控細胞氧化還原狀態(tài)的抗氧化酶是抗氧化應(yīng)激的重要防御[20],并且活性氧(reactive oxygen species,ROS)的過度產(chǎn)生會導(dǎo)致組織損傷并介導(dǎo)大量的信號級聯(lián)放大反應(yīng),如DNA、蛋白質(zhì)和細胞膜的損傷、突變性、組織的退化、細胞凋亡、細胞轉(zhuǎn)化和癌癥等[21],所以在仔豬斷奶這一關(guān)鍵性的時期,SDAP對機體抗氧化能力的提高有著重要意義。

3 SDAP對腸道免疫系統(tǒng)和抗氧化的作用

腸道不僅是消化和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的重要場所,也是體內(nèi)最大的免疫器官[22]。斷奶會導(dǎo)致腸道形態(tài)的改變,如小腸絨毛萎縮和隱窩增生[23],導(dǎo)致小腸吸收能力受損。此外,斷奶也會導(dǎo)致胃腸道免疫系統(tǒng)的激活。例如,Pié等[24]發(fā)現(xiàn)斷奶導(dǎo)致促炎細胞因子表達的增加,從而損傷腸道完整性和上皮細胞的功能。對于非免疫刺激的斷奶仔豬,SDAP可以提高絨毛高度,改善小腸形態(tài),維持腸道黏膜的完整性[4,6-7,25]。同樣,對于免疫刺激(灌服大腸桿菌)的斷奶仔豬,SDAP可以阻止大腸桿菌在胃腸道的黏附,從而維持腸道功能的正常[6,8,12,17]。在金黃色葡萄球菌腸毒素 B(staphylococcus aureus enterotoxin B,SEB)刺激的大鼠,SDAP可以改善 SEB誘導(dǎo)的跨膜流量的增加與腸道緊密連接相關(guān)蛋白(ZO-1和 β-catenin 2種蛋白)表達的下降,降低毒素誘導(dǎo)的腸黏膜通透性增加,阻止病原微生物和食物抗原進入腸道,進而阻斷局部炎癥反應(yīng)[13]。SDAP對小腸形態(tài)和腸道緊密連接相關(guān)蛋白表達的影響可以從 SADP對細胞因子的調(diào)控來解釋。例如,研究發(fā)現(xiàn) IFN-γ和TNF-α的釋放可以影響腸上皮的通透性,這 2種細胞因子可減少 ZO-1蛋白和閉合蛋白(occludin)的表達,從而使上皮細胞的通透性增加[26]。但是,一些研究也表明 SDAP對腸道絨毛高度和隱窩深度沒有影響[9,23,27]。這些結(jié)果的不同可能與飼養(yǎng)環(huán)境(干凈衛(wèi)生或者傳統(tǒng)普通的飼養(yǎng)條件)、斷奶日齡、樣品采集和分析方法等不同原因有關(guān)[4]。

Nofrarías等[9]的研究表明 SDAP不但可以降低血液單核細胞含量、也可以減少組織化集合淋巴結(jié)(包括減少派伊爾氏節(jié)中巨噬細胞的含量,以及淋巴結(jié)中的巨噬細胞、B淋巴細胞和 γδ型 T細胞數(shù)目)中淋巴細胞的數(shù)目,同時還降低了彌散型淋巴組織(包括上皮內(nèi)淋巴細胞和固有層)中淋巴細胞的產(chǎn)生。筆者最近對新生仔豬的研究也表明SDAP可以降低非免疫應(yīng)激條件下斷奶仔豬腸道促炎細胞因子 (TNF-α、IL-6、IL-1β)的水平[4],說明了 SDAP可以改善非免疫應(yīng)激條件下的腸道免疫狀況。對于免疫應(yīng)激的斷奶仔豬和大鼠,SDAP也可以減少腸道免疫系統(tǒng)的過度激活。例如,Bosi等[8]最早對 SDAP影響斷奶仔豬腸道促炎細胞因子 mRNA[TNF-α、白介素 -8(IL-8)、INF-γ]的表達進行了報道,表明 SDAP可降低由腸毒性大腸桿菌誘導(dǎo)的腸道促炎細胞因子的表達。大鼠飼糧SDAP的添加不但可以抑制 SEB誘導(dǎo)的組織化集合淋巴結(jié)(包括派伊爾氏節(jié)和腸系膜淋巴結(jié))中 T淋巴細胞的增加,減少輔助性 T細胞的活化[28],而且也可以影響彌散型淋巴組織(包括減少固有層中 γδ型 T細胞和自然殺傷性細胞的數(shù)量、T淋巴細胞的活化,以及上皮內(nèi)淋巴細胞的活化)中淋巴細胞的產(chǎn)生[29]。

由于 SDAP顯著影響了促炎細胞因子的表達,因此,SDAP對抗炎細胞因子 (IL-4、IL-10、TGF-β)表達的影響引起了筆者的興趣。通過研究發(fā)現(xiàn),SDAP亦顯著降低了腸道 TGF-β的表達,筆者推測仔豬在遭受斷奶應(yīng)激后導(dǎo)致促炎細胞因子的釋放增加,從而需要腸道產(chǎn)生更多的抗炎細胞因子以抵消促炎細胞因子帶來的不利影響,而飼糧中 SDAP的添加可以同時減少促炎和抗炎細胞因子的產(chǎn)生,因而避免了腸黏膜免疫系統(tǒng)的過度激活[4]。因此,SDAP可以通過調(diào)節(jié)炎性細胞因子和抗炎細胞因子的平衡來調(diào)節(jié)機體對毒素和其他病原體的免疫反應(yīng)。在人和動物研究中已證明,免疫系統(tǒng)的激活會使血漿促炎細胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6和 IL-8)水平上升,且伴隨著以血漿抗炎細胞因子 (如 IL-10)升高為特征[30-32]。Moretó等[33]報道了飼糧中添加的 SDAP可導(dǎo)致 SEB感染的大鼠腸道(派氏結(jié)和腸黏膜)及系統(tǒng)水平 IL-10分泌的增加。這與我們的研究結(jié)果不一致,可能是由于動物種類、SEB刺激、飼養(yǎng)環(huán)境不同等差異引起的。此外,SDAP還可以改善腸道的抗氧化能力,特別是降低腸黏膜 MDA的含量[4]。由于氧化應(yīng)激會導(dǎo)致胃腸道屏障完整性的損傷并增加腸黏膜通透性[34],所以 SDAP很可能通過提高抗氧化水平和降低促炎細胞因子的分泌這 2條途徑來維持仔豬的腸黏膜屏障完整性,從而促進仔豬腸道健康和生長的。

筆者通過對比研究還發(fā)現(xiàn),無論是抗氧化能力還是促炎和抗炎細胞因子的指標(biāo),SDAP對血液和腸道的影響程度均有所不同,其中在腸道改善的指標(biāo)要明顯多過血清。這表明,系統(tǒng)炎癥應(yīng)答和抗氧化水平不能反映腸道相應(yīng)的指標(biāo),這可能與它們功能上的不同有關(guān),腸道很可能是 SDAP起作用的主要部位[4]。腸道黏膜是一個高度分化的免疫系統(tǒng),而且與系統(tǒng)免疫有很大不同,腸道黏膜免疫系統(tǒng)長期接觸大量的食物抗原、常住菌群以及侵入機體的有害微生物[35]。

NF-κB是一個氧敏感的二聚物轉(zhuǎn)錄因子,它參與許多控制免疫和炎癥應(yīng)答的基因調(diào)控。近來研究發(fā)現(xiàn)促炎細胞因子如 TNF-α、IFN-γ、IL-1β可以誘導(dǎo)腸道緊密連接通透性的增加,且與細胞凋亡沒有聯(lián)系[36-38],而是與 NF-κB的激活有關(guān)[36,39]。NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的級聯(lián)放大可能由細胞因子、氧化劑啟動,初始信號最終匯總到共同路徑,刺激因子就是通過這些共同路徑最終激活 NF-κB[40-41]。因此,在細胞信號通路中,NF-κB的活化受到來自細胞因子和機體氧化還原狀態(tài)的雙重調(diào)控,3者之間可能存在著復(fù)雜的交差對話。由于SDAP改善了系統(tǒng)和腸道的抗氧化水平和細胞因子的分泌,因此筆者推測 SDAP可能影響 NF-κB信號通路,但結(jié)果卻表明 SDAP沒有影響血清和腸道中的 NF-κB含量,故筆者認為 SDAP可能通過其他的核轉(zhuǎn)錄因子途徑發(fā)揮作用[4]。

4 SDAP對內(nèi)分泌和養(yǎng)分吸收的影響

Carroll等[42]研究了 SDAP和脂多糖刺激對斷奶仔豬下丘腦 -垂體 -腎上腺軸的影響,發(fā)現(xiàn)SDAP可以降低促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素(CRH)mRNA、CRH受體 mRNA、促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)受體 mRNA的水平。但是我們研究發(fā)現(xiàn) SDAP并不影響血清中類胰島素生長因子 -Ⅰ(IGF-Ⅰ )、T3、T4、血清尿素氮 (SUN)、總蛋白、白蛋白、球蛋白含量和蛋白系數(shù)[4]。Owusu-Asiedu等[6]報道了在試驗第 7天時 SUN含量在 auSDAP組和 SDAP組間沒有差異,但在試驗第 14天的時候,auSDAP組的 SUN含量顯著高于 SDAP。因此,SUN含量的不同可能是仔豬日齡、飼養(yǎng)環(huán)境、配方中飼糧成分的不同造成的[4]。此外,SDAP還可以對養(yǎng)分的吸收產(chǎn)生影響。例如,SDAP可以通過增加空腸刷狀緣的鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體 1(SGLT1)的表達,使腸道對 D-葡萄糖的吸收量提高 8%～9%[13]。SDAP對養(yǎng)分吸收的影響可以從 SADP對細胞因子的調(diào)控來解釋,因為研究結(jié)果表明炎癥過程中產(chǎn)生的細胞因子可以參與調(diào)控養(yǎng)分運輸?shù)鞍椎谋磉_。例如 TNF-α抑制了兔腸道對 D-果糖的攝取[43],而 IFN-γ則下調(diào)了 T84細胞對 D-葡萄糖的轉(zhuǎn)運[44]。

5 小 結(jié)

斷奶會導(dǎo)致仔豬社會、環(huán)境和營養(yǎng)物質(zhì)等因素的改變,這些對仔豬造成非常大的應(yīng)激,腸道炎癥反應(yīng)和全身性炎癥反應(yīng)與這些應(yīng)激有關(guān)。腸道炎癥和氧化應(yīng)激增加了腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的需求,從而限制了用于生長沉積的營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。飼糧配方和成分的選擇對于斷奶仔豬的成功飼養(yǎng)至關(guān)重要,仔豬斷奶后的健康和良好的生長性能對于其成活率以及以后的生長發(fā)育具有重要意義。SDAP可以調(diào)控新生仔豬促炎細胞因子和ROS的產(chǎn)生,調(diào)節(jié)系統(tǒng)和腸道炎癥反應(yīng)和抗氧化能力,維護仔豬腸道上皮細胞的完整性和功能,從而使更多的營養(yǎng)物質(zhì)用于生長,提高營養(yǎng)物質(zhì)的利用率。此外,腸道不僅是消化和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的重要場所,也是體內(nèi)最大的免疫器官,而 SDAP在腸道改善的指標(biāo)要明顯多過血清,所以 SDAP很可能在改善腸道功能以及腸道的損傷修復(fù)中具有重要作用,但我們還需進一步研究 SDAP的哪些成分在腸道起主要作用,以及 SDAP和腸道粘膜免疫互作的分子機理。

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