飼料污染物嘔吐毒素對單胃動物家禽和豬腸道的影響

張　 江 譯自J. Appl. Toxicol，2015，35：327～337

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飼料污染物嘔吐毒素對單胃動物家禽和豬腸道的影響

張 江 譯自J. Appl. Toxicol，2015，35：327～337

食品和飼料安全是世界性的重大課題，它提升了人們對控制食品和飼料霉菌毒素污染的關(guān)注，因為霉菌毒素污染會影響動物和人類的健康。嘔吐毒素(DON)是鐮刀霉菌毒素中的一種，對人體和多種動物有毒，豬對這種毒素最為敏感，雞的耐受性最高。在歐洲，谷物通常含有嘔吐毒素，因此是鐮刀菌毒素污染的指標(biāo)之一。人和動物攝入嘔吐毒素通常會產(chǎn)生多種中毒癥狀，如腸道黏膜刺激或壞死、腹瀉、嘔吐及、食量下降、增重下降和免疫功能改變。根據(jù)污染的速度和時間，嘔吐毒素中毒可導(dǎo)致機體免疫抑制或作為一種免疫刺激劑導(dǎo)致易感性增加，或刺激腸道上皮局部炎癥。

腸道是防止攝入飼料污染物的主要屏障，也是防止腸道感染的第一道防線。腸道上皮還是運輸各種營養(yǎng)素包括鐵的選擇性屏障，并能夠阻止腸道細(xì)菌及其毒素或其他天然污染物如嘔吐毒素的侵入機體內(nèi)部。腸道可提供物理、化學(xué)和免疫屏障的保護(hù)性機制，對保持體內(nèi)正常生理功能所需的平衡意義重大。某些潛在病原微生物及其所產(chǎn)生的毒素或飼料污染物如嘔吐毒素可改變屏障功能，從而導(dǎo)致動物患病。

攝入污染的食物或飼料后，腸道上皮可能會接觸更高濃度的嘔吐毒素。因此，了解嘔吐毒素對腸道上皮的影響很重要。有多篇文獻(xiàn)指出，嘔吐毒素可改變腸道形態(tài)，破壞腸道屏障功能，降低營養(yǎng)成分吸收，影響緊密連接蛋白claudin的表達(dá)，并進(jìn)而增加腸道通透性，降低腸道屏障功能。此外，嘔吐毒素可增加豬腸道上皮細(xì)胞(IPEC)-1中白細(xì)胞介素(IL)-8、IL-1?、IL-1α、腫瘤壞死因子(TNF)-α等多種局部促炎癥細(xì)胞因子mRNA的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，表明嘔吐毒素可誘導(dǎo)腸道相關(guān)免疫的調(diào)節(jié)，提高腸道細(xì)胞對炎癥的易感性。雞攝入嘔吐毒素5周后，空腸內(nèi)IL-1β、轉(zhuǎn)化生長因子β-受體I(TGFBR1)及干擾素(IFN)-γ的mRNA水平顯著下降，但未觀察到TNF-α、IL-8和NF-kB的變化。嘔吐毒素通過改變腸道相關(guān)免疫系統(tǒng)的活性及腸道細(xì)胞的吸收功能和屏障功能，可能激活其產(chǎn)毒潛能。

本文闡述迄今為止嘔吐毒素影響雞和豬腸道組織關(guān)鍵生理功能、屏障功能和黏膜免疫應(yīng)答的已知分子機理。豬和雞均為單胃動物，并是嘔吐毒素毒性的重要模型。雞對嘔吐毒素耐受性很強，而豬對通過谷物型日糧接觸嘔吐毒素非常敏感。這可能是家禽飼料嘔吐毒素推薦限量 (5 mg/kg)比豬(0.9 mg/kg)大約高出5倍的原因。兩種動物均是人類肉類食品的重要來源，因此也是食物鏈中污染物轉(zhuǎn)移的潛在風(fēng)險因素。本綜述重點介紹嘔吐毒素毒性對雞和豬腸道細(xì)胞和功能的影響。

1　豬禽對嘔吐毒素毒性的易感性

人們早已認(rèn)識到，豬比家禽對嘔吐毒素更為敏感，禽對嘔吐毒素耐受性通常更強。這兩類動物對接觸嘔吐毒素的不同敏感性是由于在嘔吐毒素的吸收、代謝和清除方面存在差異。據(jù)認(rèn)為，家禽對嘔吐毒素的耐受性是由于其吸收到循環(huán)系統(tǒng)中的嘔吐毒素較少，因而在血液和組織中的分布也較低；而豬對嘔吐毒素的吸收非?？?，在攝入后30 min內(nèi)血液中即可檢出，4 h后血液中的水平達(dá)到峰值。豬攝入的大部分嘔吐毒素在小腸近端被快速吸收。后續(xù)研究還表明，豬腸道中少量嘔吐毒素被腸道菌群轉(zhuǎn)化為DOM-1(無毒性形式)，這使得豬腸道細(xì)胞對嘔吐毒素非常敏感。但在雞血液中轉(zhuǎn)化為DOM-1的嘔吐毒素量極少，大部分通過被動擴散通過雞腸道上皮，似乎以劑量依賴方式通過旁路途徑進(jìn)行。據(jù)報道，在家禽中嘔吐毒素吸收有限，并在血液中被快速清除，且不會在組織和雞蛋中累積。此外，家禽具有保護(hù)性腎首通效應(yīng)。這種首通效應(yīng)受腸道和肝臟中導(dǎo)致毒素氧化、還原或水解(第一階段反應(yīng))和/或共軛(第二階段反應(yīng))的酶控制，從而導(dǎo)致血液吸收的嘔吐毒素量減少。

嘔吐毒素中毒的第一階段與其與腸道黏膜直接接觸有關(guān)，可能受到菌群代謝的影響。在不同動物品種之間腸道嘔吐毒素吸收和代謝效率差異顯著，可能是微生物定植、日糧及其相互作用不同所致。

2　嘔吐毒素對腸道上皮細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用

2.1 引言

近年來人們對嘔吐毒素影響豬禽腸道上皮細(xì)胞的研究興趣日益增加，主要源于如下原因：(1)腸道細(xì)胞不僅具有消化和吸收功能，對攝入的污染物、微生物及其毒素也具有顯著的防護(hù)作用，當(dāng)動物擁有更健康的腸道上皮時，健康和福利狀況更佳；(2)嘔吐毒素是一種蛋白質(zhì)合成抑制劑，而腸道上皮由快速分裂和活化的細(xì)胞組成，具有較高的蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)率，因此嘔吐毒素對腸道上皮影響明顯；(3) 嘔吐毒素的劑量依賴性腸道快速吸收及代謝表明，腸道上皮通常受到高含量嘔吐毒素的影響。

在通過被動擴散進(jìn)入腸道細(xì)胞后，嘔吐毒素與活化核糖體結(jié)合，這種核糖體是將信號傳遞到RNA活化蛋白激酶及造血細(xì)胞激酶。核糖體毒性應(yīng)激反應(yīng)的一個直接后果是絲裂原活化蛋白酶(MAPKs)磷酸化被激活。最近發(fā)現(xiàn)，該信號傳遞途徑在局部免疫刺激和腸道細(xì)胞屏障功能受損中發(fā)揮關(guān)鍵作用。嘔吐毒素對雞和豬腸道組織的主要細(xì)胞毒性作用見圖1，主要表現(xiàn)在腸道屏障功能受損、通透性增加及腸腔駐留病原體侵入，以及吸收表面積下降和營養(yǎng)成分運輸載體基因表達(dá)下調(diào)，并導(dǎo)致關(guān)鍵營養(yǎng)素吸收下降。此外，圖1表明了嘔吐毒素對腸道黏膜免疫、黏液產(chǎn)生和氧化應(yīng)激的影響。所有這些影響均將在后文予以詳細(xì)討論。

2.2 嘔吐毒素對生理黏膜防御的影響

活化B細(xì)胞生成和分泌的黏液、抗菌肽及黏膜IgA是重要的生理黏膜屏障，可減少腸道微生物或毒素與腸道上皮的接觸。事實上，在飼喂嘔吐毒素(3 mg/kg)5周后的仔豬空腸和回腸中，合成及分泌粘蛋白、參與腸道屏障功能的杯狀細(xì)胞數(shù)量顯著減少。同樣，飼喂低水平嘔吐毒素也發(fā)現(xiàn)杯狀細(xì)胞數(shù)量減少。據(jù)報道嘔吐毒素可調(diào)節(jié)豬血液IgA水平，雖然這可能間接表明黏膜IgA生成受嘔吐毒素抗原的刺激，但還未對嘔吐毒素暴露對腸道黏膜部位分泌性IgA生成的影響進(jìn)行評估。此外，還沒有資料表明攝入嘔吐毒素對防御素、cathelicidins、血管緊張素肽、溶菌酶和雞源抗菌肽(fowlicidins)等腸道抗菌肽表達(dá)的影響。也沒有數(shù)據(jù)表明嘔吐毒素對豬雞粘蛋白生成基因如MUC1和MUC2的影響。攝入嘔吐毒素引起生理黏膜屏障的變化可導(dǎo)致腸道組織局部損傷，并增加病原體侵入腸道上皮的可能性。此外，生理黏膜屏障改變可通過直接與腸道上皮接觸或吸收入腸細(xì)胞后，觸發(fā)嘔吐毒素自身對腸道的毒性，這反過來會影響?zhàn)つそY(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腸道完整性喪失。

2.3嘔吐毒素對腸道形態(tài)完整性的影響

在過去10年中，嘔吐毒素對腸道完整性影響得到了全球的顯著關(guān)注。我們的研究團(tuán)隊報道家禽攝入嘔吐毒素(5 mg/kg或10 mg/kg)5周后，小腸特別是十二指腸和空腸的組織形態(tài)受到了影響，表現(xiàn)為腸道絨毛更短更薄。在飼喂嘔吐毒素天然污染的谷物(1 mg/kg或5 mg/kg)后，觀察到空腸絨毛高度、絨毛表面積和肌層厚度顯著下降。其他研究人員報道的數(shù)據(jù)也表明，飼喂嘔吐毒素天然污染的谷物(7.54 mg/kg)3周，導(dǎo)致肉雞十二指腸和空腸絨毛長度和隱窩深度下降。有研究發(fā)現(xiàn)，飼喂嘔吐毒素等鐮刀菌毒素污染的日糧改變了肉種雞腸道形態(tài)。在肉雞飼喂嘔吐毒素后，由于絨毛高度下降，小腸密度呈現(xiàn)劑量和時間依賴性降低，導(dǎo)致營養(yǎng)素吸收減少。

豬攝入嘔吐毒素(2.8 mg/kg)5周后，導(dǎo)致空腸和回腸均發(fā)生顯著的組織學(xué)變化，這些變化包括多灶性萎縮和絨毛融合、絨毛根尖壞死、腸細(xì)胞漿空泡化、固有層水腫、十二指腸絨毛高度下降。在豬飼喂嘔吐毒素污染的飼料(3 mg/kg)5周后，也觀察到形態(tài)和組織學(xué)變化，表現(xiàn)在空腸絨毛萎縮融合、絨毛高度及細(xì)胞增殖下降。豬腸道細(xì)胞的體外研究表明，嘔吐毒素對小腸上皮完整性具有同樣的影響。例如，在IPEC-1和IPEC-J2細(xì)胞培養(yǎng)物中，嘔吐毒素的毒性作用似乎呈時間和劑量依賴性。體外試驗結(jié)果還表明，嘔吐毒素暴露的豬空腸外植體組織形態(tài)學(xué)呈現(xiàn)劑量依賴性改變，這些變化包括腸道絨毛縮短和聚集以及腸道細(xì)胞溶解。豬飼喂2.29 mg嘔吐毒素/kg日糧4周也導(dǎo)致空腸絨毛縮短。因此，嘔吐毒素誘導(dǎo)的腸道結(jié)構(gòu)改變可導(dǎo)致腸細(xì)胞攝入營養(yǎng)素受到損害，從而對能量和營養(yǎng)素供應(yīng)產(chǎn)生不利影響，影響動物生長和飼料轉(zhuǎn)化效率?！酢?/p>

(未完，待續(xù))

原題名：Impacts of the feed contaminant deoxynivalenol on the intestine of monogastric animals: poultry and swine(英文)

原作者：Khaled Ghareeb和Wageha A.等

中圖分類號：S852

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1001-0769(2016)03-0058-03