脂多糖對(duì)畜禽熱應(yīng)激腸道損傷作用及營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

高曉藝，馬貴達(dá)，徐 帆，王會(huì)真，張永英，石玉祥

(河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品學(xué)院，河北邯鄲 056038)

專(zhuān)論與講座

脂多糖對(duì)畜禽熱應(yīng)激腸道損傷作用及營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

高曉藝，馬貴達(dá)，徐 帆，王會(huì)真，張永英，石玉祥*

(河北工程大學(xué)生命科學(xué)與食品學(xué)院，河北邯鄲 056038)

畜禽受熱應(yīng)激刺激現(xiàn)象比較常見(jiàn)，畜禽熱應(yīng)激發(fā)生機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，熱應(yīng)激對(duì)畜禽腸道損傷過(guò)程中脂多糖(LPS)起到了重要作用。論文總結(jié)了LPS對(duì)畜禽機(jī)體的腸道損傷作用機(jī)制和營(yíng)養(yǎng)調(diào)控研究進(jìn)展，并對(duì)畜禽受熱應(yīng)激刺激時(shí)防控LPS損傷機(jī)體研究進(jìn)行了總結(jié)和展望。

畜禽；熱應(yīng)激；作用機(jī)制；營(yíng)養(yǎng)調(diào)控

畜禽均有適宜的生存溫度區(qū)間，當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)其舒適區(qū)上限溫度時(shí)，表現(xiàn)出不同程度的熱應(yīng)激癥狀，不僅可導(dǎo)致正常新陳代謝發(fā)生代謝紊亂，還能降低其生產(chǎn)性能和產(chǎn)品品質(zhì)，對(duì)機(jī)體造成病理?yè)p傷，甚至導(dǎo)致畜禽的死亡。熱應(yīng)激給畜禽養(yǎng)殖業(yè)造成了不同程度的損失，阻礙畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。本文就脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)對(duì)畜禽熱應(yīng)激腸道損傷作用機(jī)制及營(yíng)養(yǎng)調(diào)控研究進(jìn)行綜述。

1 LPS對(duì)畜禽熱應(yīng)激腸道損傷作用機(jī)制

1.1 畜禽熱應(yīng)激發(fā)生機(jī)制

畜禽熱應(yīng)激發(fā)生機(jī)制相當(dāng)復(fù)雜，但一致認(rèn)為畜禽受熱應(yīng)激刺激后，其通過(guò)改變機(jī)體呼吸、循環(huán)、消化、免疫和內(nèi)分泌等系統(tǒng)的功能，調(diào)節(jié)機(jī)體新陳代謝和提高抗應(yīng)激能力，以緩解熱應(yīng)激[1-3]。當(dāng)持續(xù)熱應(yīng)激和急性高熱應(yīng)激超過(guò)畜禽的耐受力時(shí)，其心、肝、肺、腸道等器官會(huì)受到不同程度的損傷，其中細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能的損傷最明顯，且損傷有明顯的持續(xù)性[4]。胃腸道是機(jī)體最早發(fā)生缺血缺氧組織器官，是機(jī)體較早受損或衰竭的組織器官之一，而恢復(fù)正常的時(shí)間又相對(duì)較晚[5-6]。如隨受熱應(yīng)激刺激時(shí)間的延長(zhǎng)，肉雞腺胃、十二指腸、空腸和回腸的黏膜損傷、水腫。正常情況下，畜禽體內(nèi)存在細(xì)菌和LPS，其中細(xì)菌和LPS是畜禽腸道最大的貯存場(chǎng)所[7]。熱應(yīng)激狀態(tài)下，機(jī)體腸上皮細(xì)胞通透性明顯增加，致使其腸道通透性增加、屏障功能消退，可造成內(nèi)毒素和大腸埃希菌等病原微生物侵入機(jī)體內(nèi)部，影響機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育，甚至導(dǎo)致某些畜禽疾病的發(fā)生和流行，甚至威脅人類(lèi)健康[8-9]。

1.2 LPS成分與功能

LPS是革蘭陰性菌特有的成分，由類(lèi)脂A、核心多糖和側(cè)鏈多糖構(gòu)成，其中類(lèi)脂A是LPS的主要毒性成分，具有引起動(dòng)物發(fā)熱、白細(xì)胞增多，甚至造成死亡的生物效應(yīng)。細(xì)菌LPS特指革蘭陰性桿菌外膜上的一種LPS成分，當(dāng)革蘭陰性桿菌死亡溶解或者人工裂解菌體后，才釋放出內(nèi)毒素，被看作GNB的致病因子。

生物機(jī)體中存在能夠識(shí)別保守細(xì)菌產(chǎn)物的天然免疫受體，如作為識(shí)別LPS的主要受體——TRL4表達(dá)于細(xì)胞表面,其被激活后，可激發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，引起腫瘤壞死因子α等促炎因子的表達(dá)、中性粒細(xì)胞的聚集等一系列炎癥反應(yīng)，甚至引起過(guò)度的炎癥反應(yīng)。LPS可引起人和動(dòng)物腸道黏膜水腫、腸絨毛頂部細(xì)胞壞死，致使腸通透性增加，從而破壞人和動(dòng)物腸道黏膜屏障功能，導(dǎo)致細(xì)菌和LPS移位。機(jī)體細(xì)胞受低劑量 LPS 刺激后，若機(jī)體再受到致死劑量 LPS刺激時(shí)，機(jī)體表現(xiàn)出低反應(yīng)或無(wú)反應(yīng)的狀態(tài)[10]。

1.3 LPS與熱應(yīng)激的關(guān)聯(lián)性

腸道細(xì)菌中某些成員產(chǎn)生的毒素可能是人發(fā)生疾病和衰老的根源。腸道菌群是一個(gè)復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，不但細(xì)菌種類(lèi)繁多，而且數(shù)量龐大，借助腸道內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和環(huán)境棲息生存，在機(jī)體發(fā)育過(guò)程中，腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能逐步完善，有助于保證機(jī)體健康和提高畜禽生產(chǎn)性能。正常情況下，機(jī)體腸道微生物種類(lèi)和數(shù)量維持相對(duì)穩(wěn)定，益生菌磷脂壁酸、表面層蛋白等菌體分子與宿主的黏附相關(guān)蛋白分子結(jié)合，在腸道內(nèi)的定植，通過(guò)占位效應(yīng)抑制腸道有害菌群。同時(shí)腸道菌群及其分泌物不僅參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，還為腸黏膜細(xì)胞合成某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為保證腸道正常的結(jié)構(gòu)和生理功能提供了條件。如果畜禽腸道微生態(tài)平衡失調(diào)，腸道微生物菌群的結(jié)構(gòu)和功能不僅發(fā)生改變，而且畜禽機(jī)體體液和細(xì)胞免疫也會(huì)發(fā)生一系列變化[11]。腸道菌群可利用腸道上皮細(xì)胞分泌的黏液和脫落的細(xì)胞，也能促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞黏液糖蛋白等分子的表達(dá)量，具有加厚并加固腸道黏膜屏障的作用[12]。此外，腸道菌群與宿主在相互作用過(guò)程中，細(xì)菌對(duì)腸道產(chǎn)生的刺激在一定程度上可以達(dá)到調(diào)節(jié)腸道免疫的作用[13]。

人和動(dòng)物腸道是生物機(jī)體最大的細(xì)菌儲(chǔ)存器官，盡管其儲(chǔ)存的不同種類(lèi)細(xì)菌可產(chǎn)生大量的LPS，但腸道免疫系統(tǒng)對(duì)中和LPS和限制LPS進(jìn)入血液循環(huán)具有重要作用，尤其是與腸道SIgA和杯狀細(xì)胞的作用極為密切[14]。不同應(yīng)激因素均可引起腸道菌群比例和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，造成腸道菌群維生素合成減少、氧化應(yīng)激和營(yíng)養(yǎng)缺陷及毒素分泌增多，進(jìn)而影響其抗炎及免疫調(diào)節(jié)作用[15]。研究資料表明，機(jī)體受熱應(yīng)激刺激后，其腸道微生物菌群失衡，菌群結(jié)構(gòu)和多樣性發(fā)生改變，免疫屏障被破壞[11,16]。此外，熱應(yīng)激刺激后，血清LPS含量顯著升高[17]。

1.4 LPS與腸道損傷的關(guān)聯(lián)性

正常生理情況，機(jī)體腸道產(chǎn)生LPS被抑制，同時(shí)腸道黏膜能阻止細(xì)菌和LPS進(jìn)入機(jī)體血液循環(huán)系統(tǒng)，即使有少量的LPS進(jìn)入畜禽血液循環(huán)系統(tǒng)，也會(huì)被肝臟及時(shí)清除，故LPS根本不會(huì)對(duì)機(jī)體組織器官造成損傷[18]。熱應(yīng)激刺激時(shí)，因畜禽機(jī)體的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，腸道極易出現(xiàn)缺血，腸道的上皮細(xì)胞極易被破壞，腸道器質(zhì)性病變導(dǎo)致其通透性增加和免疫屏障功能降低[19]。除熱應(yīng)激對(duì)畜禽機(jī)體的直接損傷外，熱應(yīng)激畜禽腸道LPS升高，腸道LPS和細(xì)菌因腸道通透性增加而進(jìn)入血液循環(huán)，再次對(duì)組織器官造成損傷。因此將LPS作為誘發(fā)因子研究熱應(yīng)激對(duì)畜禽的多器官損傷具有重要意義。

2 畜禽熱應(yīng)激營(yíng)養(yǎng)調(diào)控研究

熱應(yīng)激致畜禽腸道病理?yè)p傷過(guò)程中，LPS的作用至關(guān)重要[20]。故在肉雞熱應(yīng)激的治療過(guò)程中，應(yīng)盡快促進(jìn)熱應(yīng)激畜禽腸道的修復(fù)、阻止和消除LPS進(jìn)入畜禽體內(nèi)是控制LPS對(duì)機(jī)體危害技術(shù)的研究重點(diǎn)，即清除機(jī)體的內(nèi)毒素，促進(jìn)腸黏膜恢復(fù)，抑制細(xì)菌或內(nèi)毒素進(jìn)入體內(nèi)，降低內(nèi)毒素的危害作用。

2.1 蛋白質(zhì)和氨基酸的調(diào)控作用

熱應(yīng)激刺激后，機(jī)體內(nèi)產(chǎn)生的過(guò)氧化物和炎性因子可顯著改變腸道免疫屏障功能[21-22]。人們通過(guò)利用谷氨酰胺、精氨酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從抑制炎癥因子和過(guò)氧化物形成方面研究了LPS對(duì)腸黏膜損傷修復(fù)[23]。如谷氨酰胺是腸黏膜上皮細(xì)胞和淋巴細(xì)胞的所必需的物質(zhì)，具有促進(jìn)受損傷腸道的修復(fù)及維持正常的局部免疫功能，其作用不可用其他氨基酸代替；精氨酸不但是內(nèi)源性NO產(chǎn)生的唯一途徑，而且是產(chǎn)生其他利于損傷修復(fù)生理變化的生化基礎(chǔ)。在應(yīng)激狀態(tài)下，體內(nèi)能自身合成精氨酸往往不能滿(mǎn)足生理代謝需要。

2.2 維生素的調(diào)控作用

維生素A、維生素 C和維生素E是較為常用的防控?zé)釕?yīng)激物質(zhì)[24-25]。維生素A能提高機(jī)體抗氧化酶的活性來(lái)阻止機(jī)體熱應(yīng)激致機(jī)體內(nèi)自由基的作用；維生素C能降低糖皮質(zhì)激素分泌，避免因其濃度過(guò)高而產(chǎn)生免疫抑制；維生素E通過(guò)抑制機(jī)體過(guò)度分泌皮質(zhì)醇而緩解對(duì)機(jī)體的免疫抑制作用，還有降低細(xì)胞膜的通透性，抗某些不飽和脂肪酸的過(guò)氧化作用，抑制受應(yīng)激肌肉細(xì)胞釋放肌酸激酶。

2.3 中藥對(duì)腸道損傷的調(diào)控作用

中醫(yī)藥在治療膿毒癥方面具有悠久歷史，研究表明中藥可通過(guò)直接破壞LPS、促進(jìn)LPS代謝、抑制巨噬細(xì)胞的活化等作用機(jī)制，達(dá)到清除和破壞LPS、抑制炎性細(xì)胞因子、調(diào)節(jié)免疫器官機(jī)能和保護(hù)臟器目的，發(fā)揮對(duì)LPS所引起病癥的治療作用[26]。研究表明，黃芪多糖、板藍(lán)根多糖等多種中藥提取物通過(guò)抑制炎性細(xì)胞因子等發(fā)揮其控制LPS的作用[27]。

3 問(wèn)題與展望

規(guī)?；B(yǎng)殖畜禽受到急性高熱應(yīng)激刺激的現(xiàn)象相對(duì)少見(jiàn)，偏熱應(yīng)激刺激現(xiàn)象比較常見(jiàn)。LPS在熱應(yīng)激對(duì)畜禽腸道損傷過(guò)程中起到了重要作用，LPS對(duì)熱應(yīng)激畜禽的病理?yè)p傷作用受到廣泛關(guān)注。隨著我國(guó)畜禽養(yǎng)殖向精細(xì)化、效益化方向發(fā)展，有關(guān)熱應(yīng)激對(duì)畜禽生長(zhǎng)發(fā)育的影響研究越來(lái)越被重視，尋找安全高效的多靶點(diǎn)物質(zhì)抑制LPS的損傷也是當(dāng)今獸醫(yī)臨床面臨的難題。畜禽受熱應(yīng)激刺激后，其腸道是首先受損傷較為嚴(yán)重的器官之一，加強(qiáng)熱應(yīng)激對(duì)畜禽損傷機(jī)制研究，對(duì)建立畜禽的損傷評(píng)價(jià)指標(biāo)及其調(diào)控措施、控制炎癥反應(yīng)和細(xì)菌感染有重要意義。

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Abstract:The heat stress of livestock and poultry is a common phenomenon, the mechanisms of heat stress are complicated，lipopolysaccharide plays an important role in the pathogenesis of intestinal injury.This paper summarized the mechanism and nutrient regulation of LPS-induced intestinal injury in livestock and poultry,and gave a prospects on the prevention and control of LPS injury when the livestock and poultry were stimulated by heat stress.

Keywords:livestock and poultry; heat stress; mechanism of function; nutrition regulation

EffectsofLPSonIntestinalInjuryInducedbyHeatStressandNutritionalRegulationinLivestockandPoultry

GAO Xiao-yi，MA Gui-da，XU Fan，WANG Hui-zhen，ZHANG Yong-ying，SHI Yu-xiang

(CollegeofLifeScienceandFoodEngineering，HebeiUniversityofEngineering，Handan,Hebei,056038，China)

S852.3

A

1007-5038(2017)08-0100-03

2017-01-14

河北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(C2015402110)

高曉藝(1993-)，女，河北平山人，碩士研究生，主要從事動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)免疫調(diào)控研究。*