畜禽呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)和功能及其改善措施

孫永波 欒素軍 王 亞 薩仁娜 張宏福

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京100193)

畜禽呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)和功能及其改善措施

孫永波 欒素軍 王 亞 薩仁娜*張宏福

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京100193)

呼吸道黏膜屏障是機(jī)體防御的重要屏障，主要包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、微生物屏障和免疫屏障，各屏障有機(jī)地結(jié)合在一起，共同阻止有害物質(zhì)的侵襲，保護(hù)呼吸道健康。畜禽舍內(nèi)粉塵、有害氣體及溫度、濕度等因子容易引起呼吸道疾病，導(dǎo)致呼吸道黏膜損傷，加重畜禽病情，甚至誘發(fā)臟器病理損傷。本文主要通過總結(jié)呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)和功能以及改善畜禽呼吸道黏膜屏障的措施，為深入研究呼吸道黏膜屏障進(jìn)而防治畜禽呼吸道疾病提供理論依據(jù)。

畜禽；呼吸道；黏膜屏障；改善措施

畜禽呼吸道與畜禽舍內(nèi)環(huán)境相通，時刻受到舍內(nèi)溫度、濕度、細(xì)菌、病毒、粉塵顆粒以及多種有害氣體的刺激，有害物質(zhì)通過損傷呼吸道黏膜或通過氣道上皮細(xì)胞間隙進(jìn)入動物體內(nèi)，引發(fā)呼吸道疾病。隨著集約化養(yǎng)殖的飛速發(fā)展，畜禽呼吸道疾病逐漸增多，導(dǎo)致動物生產(chǎn)性能下降，免疫功能降低，嚴(yán)重者直接導(dǎo)致畜禽死亡，給畜牧業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。畜禽呼吸道綜合征、傳染性支氣管炎、流感等呼吸道傳染病的大規(guī)模爆發(fā)引起了人們高度重視，畜禽呼吸道疾病的預(yù)防和治療變得尤為重要。呼吸道黏膜屏障作為黏膜屏障的重要組成部分，與外界環(huán)境直接相通，將外界環(huán)境中各種有害物質(zhì)與機(jī)體環(huán)境相隔離，是保護(hù)畜禽健康，尤其是保護(hù)畜禽呼吸道免受病原微生物、粉塵等有害物質(zhì)侵襲的重要屏障。呼吸道黏膜屏障能夠清除氣道內(nèi)致病菌、粉塵等異物，抵制病原菌感染，維護(hù)呼吸道健康。因此，深入了解呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)和功能以及呼吸道疾病的發(fā)病機(jī)理，對畜禽呼吸道疾病的治療和新藥物的研發(fā)以及健康養(yǎng)殖的發(fā)展意義重大。目前，關(guān)于黏膜屏障的報道多集中于腸道黏膜，而對呼吸道黏膜的研究報道較少，呼吸道黏膜是呼吸系統(tǒng)抵抗外界有害物質(zhì)的重要屏障，是保護(hù)機(jī)體健康的重要防線。此外，養(yǎng)殖戶多采用抗生素防治畜禽呼吸道疾病，導(dǎo)致致病菌產(chǎn)生耐藥性[3]。本文通過簡要綜述畜禽呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)和功能及呼吸道黏膜屏障的改善措施，引起人們對呼吸道黏膜屏障的關(guān)注，為改善畜禽健康及疫苗研制提供新的研究方向。

1 呼吸道黏膜屏障概述

動物機(jī)體黏膜系統(tǒng)主要包括呼吸道及胃腸道黏膜，其中呼吸道黏膜作為機(jī)體的第二大黏膜系統(tǒng)，是維護(hù)呼吸道健康的有效屏障。呼吸道黏膜屏障由機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、微生物屏障和免疫屏障共同組成，各自通過不同的分子調(diào)控機(jī)制、信號通路以及生物學(xué)功能相互結(jié)合共同保護(hù)機(jī)體呼吸道屏障，抵御病原菌等有害物質(zhì)的攻擊[4]。當(dāng)各種外界致病因子相互作用時，破壞呼吸道黏膜屏障完整性，導(dǎo)致氣道氧化應(yīng)激及炎癥和感染，引發(fā)呼吸道疾病，降低免疫功能，甚至導(dǎo)致畜禽肺臟損傷，嚴(yán)重危害動物的健康[5-6]。

2 呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)與功能

2.1 機(jī)械屏障

呼吸道黏膜上皮細(xì)胞以及細(xì)胞間的緊密連接(tight junction，TJ)構(gòu)成呼吸道黏膜的機(jī)械屏障[7]。機(jī)械屏障的各部分相互作用，阻止病原微生物穿透呼吸道黏膜進(jìn)入機(jī)體深部組織，是構(gòu)成呼吸道黏膜屏障的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。呼吸道黏膜上皮細(xì)胞(圖1)主要有纖毛細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、基底細(xì)胞以及黏膜下分泌腺體等[8-9]。纖毛細(xì)胞是呼吸道黏膜上皮的主要細(xì)胞，纖毛細(xì)胞上附有一定數(shù)量的纖毛并按一定頻率進(jìn)行擺動，通過纖毛的擺動作用，及時清除進(jìn)入鼻腔、氣管內(nèi)的細(xì)菌和粉塵等有害物質(zhì)[10]。纖毛細(xì)胞受到外界有害因子如細(xì)菌、病毒、粉塵等應(yīng)激時，纖毛的運(yùn)動功能下降，導(dǎo)致呼吸道內(nèi)有害物質(zhì)清除功能降低，致病菌、粉塵等在呼吸道停留時間延長，進(jìn)而導(dǎo)致呼吸道發(fā)生氧化應(yīng)激及炎癥感染[7，11]。纖毛細(xì)胞還具有可塑性，可化生成杯狀細(xì)胞[12]。纖毛細(xì)胞之間的杯狀細(xì)胞和Clara細(xì)胞，在一定的條件下可繼續(xù)分化為纖毛細(xì)胞。基細(xì)胞借助黏附分子固定在基膜上，能夠增殖分化形成纖毛細(xì)胞[13]；杯狀細(xì)胞及黏膜下腺體是主要的分泌細(xì)胞，通過分泌黏蛋白等化學(xué)物質(zhì)保護(hù)呼吸道黏膜。

Antimicrobial peptides：抗菌肽；Airway surface liquid：氣道表面液體；Apico-lateral junctional complex：頂端側(cè)面連接復(fù)合物；Environmental factors：環(huán)境因素；Mucus layer：黏液層；Periciliary layer：纖毛層；Ciliated cell：纖毛細(xì)胞；Serous cell：漿液細(xì)胞；Goblet cell :杯狀細(xì)胞；Basal cell：基細(xì)胞。

圖1 呼吸道上皮細(xì)胞組成

Fig.1 Components of airway tract epithelium[9]

呼吸道黏膜細(xì)胞之間通過各種連接蛋白和信號分子形成緊密連接、黏附連接及橋粒連接來維持上皮細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能，細(xì)胞間通過多種連接蛋白互相作用，保持上皮細(xì)胞的完整，調(diào)節(jié)各種物質(zhì)有效轉(zhuǎn)運(yùn)[14]。上皮細(xì)胞之間的連接方式主要有緊密連接、黏附連接和縫隙連接(圖2)，緊密連接是最重要的連接方式[15]；黏附連接起著細(xì)胞與細(xì)胞之間的黏附和細(xì)胞內(nèi)信號傳遞的作用[16]；縫隙連接是細(xì)胞之間進(jìn)行物質(zhì)及信息交換的通道，對細(xì)胞增殖、分化及機(jī)體的生長發(fā)育至關(guān)重要。緊密連接是多種蛋白質(zhì)相互作用下形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，主要位于相鄰細(xì)胞間連接的最頂部，是細(xì)胞間最基本、最常見的組織結(jié)構(gòu)形式，通過封閉相鄰細(xì)胞間的縫隙，阻止呼吸道內(nèi)致病菌等外來有害物質(zhì)通過細(xì)胞間隙滲入機(jī)體組織，保證動物內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定[17]。緊密連接蛋白主要包括跨膜蛋白和胞漿蛋白，其中跨膜蛋白有閉鎖蛋白(Occludin)、閉合蛋白(Claudins)和連接黏附分子(junction adhesion molecules，JAM)[18]，胞漿蛋白是閉合小環(huán)蛋白(zonula occludens，ZO)，包括ZO-1、ZO-2、ZO-3，這些跨膜蛋白通過胞漿蛋白連接于肌動蛋白細(xì)胞骨架，進(jìn)而形成緊密連接復(fù)合體與上皮細(xì)胞一起形成完整的上皮結(jié)構(gòu)并調(diào)節(jié)細(xì)胞的屏障功能[19-22]。緊密連接蛋白能夠調(diào)節(jié)呼吸道上皮細(xì)胞間多種大分子物質(zhì)的通透性與滲透性，阻止致病原、粉塵顆粒等外來有害物質(zhì)進(jìn)入機(jī)體，同時參與機(jī)體信號傳導(dǎo)和固有免疫[23]。細(xì)胞間緊密連接的穩(wěn)定性與Claudins間及Claudins與其他緊密連接蛋白間復(fù)雜的相互作用有關(guān)，Claudins是構(gòu)成緊密連接的主要骨架蛋白。Occludin能夠密封上皮細(xì)胞間的空隙，具有維持機(jī)體滲透屏障以及上皮細(xì)胞極性、調(diào)節(jié)細(xì)胞之間的黏附性、接受并傳遞細(xì)胞信號等生物學(xué)功能[24]。ZO具有連接跨膜蛋白與細(xì)胞骨架及傳遞信號分子、調(diào)節(jié)和運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)、維持上皮細(xì)胞的極性等功能，是緊密連接支持結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)[25]。ZO-1和ZO-2使Claudins與肌動蛋白緊密結(jié)合在一起，構(gòu)成穩(wěn)定的連接系統(tǒng)[26]。

Occludin：閉鎖蛋白；Claudins：閉合蛋白；JAM：連接黏附分子 junction adhesion molecules；ZO-1：閉合小環(huán)蛋1 zonula occludens-1；ZO-2：閉合小環(huán)蛋2 zonula occludens-2；ZO-3：閉合小環(huán)蛋3 zonula occludens-3；E-cadherin：E-鈣黏蛋白；α/β-actin：α/β肌動蛋白；Actin：肌動蛋白；Cortactin：皮肌動蛋白；Cingulin：扣帶蛋白。

圖2 氣道上皮細(xì)胞連接結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.2 Cartoon diagram of airway epithelial cells indicating junction structures[27]

2.2 化學(xué)屏障

呼吸道黏膜化學(xué)屏障主要由覆蓋在整個呼吸道表面的具有一定彈性和黏性的表面液體組成，主要包括黏液層和漿液層，能夠保持氣道濕潤，阻止多種有害因子侵襲。黏液層主要由黏膜下腺體、上皮細(xì)胞分泌物以及組織滲出液等組成，如防御素、溶菌酶、抗菌肽等多種化學(xué)組分，能夠破壞多種細(xì)菌的細(xì)胞壁，消滅入侵的病原菌[28]。黏液主要成分為水，占84%～94%，此外包括蛋白質(zhì)、糖類、脂質(zhì)等，其中黏蛋白是黏液中最重要的蛋白質(zhì)成分[29]。黏蛋白可分為膜結(jié)合黏蛋白以及分泌型黏蛋白，膜結(jié)合黏蛋白存在于上皮細(xì)胞的表層，具有保護(hù)細(xì)胞、黏附細(xì)菌、促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖等作用；分泌型黏蛋白具有潤滑、保護(hù)黏膜屏障作用[30-31]。杯狀細(xì)胞和黏膜下腺體細(xì)胞是呼吸道黏蛋白的主要來源，其中MUC5AC主要通過杯狀細(xì)胞分泌產(chǎn)生，MUC5B主要由黏膜下腺體的漿液細(xì)胞產(chǎn)生。通常情況下，呼吸道存在少量的黏液，保護(hù)和潤滑呼吸道黏膜，維持呼吸道的正常功能，但在外界有害物質(zhì)應(yīng)激作用下，杯狀細(xì)胞肥大、增生，呼吸道黏蛋白MUC5AC表達(dá)上調(diào)，使氣道黏液分泌增加，加重呼吸道阻塞[32-33]。漿液層作為呼吸道的化學(xué)屏障能夠為纖毛生長提供良好的環(huán)境，對于維持纖毛的運(yùn)動具有重要意義。

2.3 微生物屏障

呼吸道黏膜表面時刻定居著一定數(shù)量和種類的微生物，這些微生物之間以及微生物和宿主之間相互作用形成動物機(jī)體穩(wěn)定的微生態(tài)環(huán)境。一般微生態(tài)環(huán)境處于動態(tài)平衡狀態(tài)，形成了抵御病原菌感染的微生物屏障。呼吸道有許多細(xì)菌定植，構(gòu)成上呼吸道的正常菌群，這些菌群有助于宿主體內(nèi)的食物代謝和營養(yǎng)吸收，同時還參與黏膜免疫穩(wěn)態(tài)的維持以及外源病原體的抵抗和清除，通過競爭機(jī)體呼吸道黏膜上的黏附、分泌抗菌物質(zhì)、增加黏液分泌來抑制致病菌的定植和生長，在發(fā)揮局部免疫功能和抵御外籍菌入侵方面具有重要的作用。隨著肉雞日齡的增加，喉部和氣管菌群香農(nóng)指數(shù)與豐富度逐漸增加，在微生物門水平上主要為厚壁菌門以及放線菌門和擬桿菌門[34-35]。潘康成等[36]研究報道，肉雞呼吸道中微生物主要是腸桿菌科，其次是不可培養(yǎng)微生物。欒素軍等[37]采用16S高通量測序方法測定肉雞呼吸道微生物群落，結(jié)果表明，在肉雞21日齡時，呼吸道微生物主要以厚壁菌門為主，在肉雞42日齡時，呼吸道微生物菌群主要包括厚壁菌門和變形菌門；呼吸道微生物科水平的主要優(yōu)勢菌群為乳酸桿菌科、芽孢桿菌科、腸球菌科、葡萄球菌科、鏈球菌科和腸桿菌科等。呼吸道的特殊結(jié)構(gòu)決定其容易受到環(huán)境中多種因子的影響，一旦呼吸道菌群失調(diào)，將會誘發(fā)機(jī)體產(chǎn)生多種呼吸道疾病。

2.4 免疫屏障

呼吸道黏膜免疫系統(tǒng)主要包括黏膜相關(guān)淋巴組織和彌散性淋巴組織，其中黏膜相關(guān)淋巴組織是免疫應(yīng)答的傳入淋巴區(qū)，外來抗原從黏膜相關(guān)淋巴組織進(jìn)入呼吸道黏膜，被呼吸道上皮細(xì)胞提取，通過抗原遞呈細(xì)胞呈遞給T細(xì)胞和B細(xì)胞，引發(fā)免疫應(yīng)答[38]；彌散淋巴組織則是免疫應(yīng)答的傳出淋巴區(qū)，通過歸巢機(jī)制，漿細(xì)胞和致敏淋巴細(xì)胞遷移至彌散淋巴組織并發(fā)揮生物學(xué)功能[39-40]。呼吸系統(tǒng)的黏膜相關(guān)淋巴組織主要是由支氣管相關(guān)淋巴組織以及鼻相關(guān)淋巴組織組成[41]。楊樹寶[41]研究報道，肉雞呼吸道黏膜相關(guān)淋巴組織在4和7日齡時出現(xiàn)，形成呼吸道免疫的組織結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；隨著日齡的增長，呼吸道相關(guān)淋巴組織抗原遞呈細(xì)胞及T、B淋巴細(xì)胞等不斷發(fā)育，35日齡之前主要以發(fā)揮細(xì)胞免疫功能為主，35日齡之后以發(fā)揮體液免疫為主。閆夢菲等[42]報道，雞鼻腔中分布有豐富的鼻相關(guān)淋巴組織。馮小剛[43]研究報道，雞鼻腺形成于18胚齡，出殼后鼻腔黏膜發(fā)生明顯變化，21日齡時雞鼻相關(guān)淋巴組織完全發(fā)育成熟。彌散性淋巴組織是免疫應(yīng)答的效應(yīng)部位，主要在黏膜固有層中，包括上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞和固有層淋巴細(xì)胞[44]。上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞參與細(xì)胞介導(dǎo)的黏膜免疫，維持上皮細(xì)胞的完整性，它能夠表達(dá)CD和B整合素，分泌干擾素(IFN)、白細(xì)胞介素(lL)-2、lL-5等細(xì)胞因子，具有抗原特異性輔助功能和自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)的活性[45]。固有層淋巴細(xì)胞存在著多種免疫相關(guān)細(xì)胞，主要位于黏膜上皮固有層內(nèi)，如B細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。當(dāng)受到外界抗原刺激時，B細(xì)胞分泌大量分泌型免疫球蛋白A(sIgA)，通過分泌片的介導(dǎo)來發(fā)揮作用；T細(xì)胞通過CD4和CD8細(xì)胞，分泌轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)、IL-4、IL-5、IL-6、IL-10等發(fā)揮免疫功能[46]。

sIgA對呼吸道黏膜防御起著重要作用[47-49]。李鵬成等[50]研究報道，豬呼吸道含有較多的抗體分泌細(xì)胞，免疫球蛋白A(IgA)分泌細(xì)胞在氣管中分布最多，其次是咽扁桃體、軟腭扁桃體，肺中最少。sIgA由漿細(xì)胞產(chǎn)生，由J鏈和分泌片各1條以及2個IgA單體組成，能夠阻止病原微生物的黏附，結(jié)合黏膜上皮細(xì)胞分泌的分泌片，中和抗原物質(zhì)，溶解細(xì)菌[46]。

呼吸道黏膜中存在大量抗原呈遞細(xì)胞，其中主要有樹突狀細(xì)胞(DC細(xì)胞)和巨噬細(xì)胞，能夠表達(dá)主要組織相容性復(fù)合體(MHC)-Ⅱ類分子，參與黏膜免疫。DC細(xì)胞遷移到黏膜表面，攝取抗原后帶回黏膜淋巴組織誘導(dǎo)免疫應(yīng)答，同時還能捕捉黏附于上皮的抗原，把抗原帶到淋巴組織引發(fā)免疫應(yīng)答[51-52]。此外，DC細(xì)胞還能有效激活T細(xì)胞，活化的DC細(xì)胞通過淋巴循環(huán)進(jìn)入免疫器官，進(jìn)而與淋巴組織中的T細(xì)胞和B細(xì)胞互相作用，啟動、調(diào)節(jié)和維持免疫反應(yīng)[53-54]。巨噬細(xì)胞是重要的天然免疫細(xì)胞，其數(shù)量占?xì)獾辣砻婷庖呒?xì)胞數(shù)量的90%以上[6]。微皺褶細(xì)胞(microfold cell，lM細(xì)胞)存在于靠近黏膜相關(guān)淋巴組織的上皮中，能快速地將抗原不經(jīng)修飾地轉(zhuǎn)運(yùn)給抗原遞呈細(xì)胞[55]。此外，呼吸道肥大細(xì)胞能夠加工和提呈抗原，吞噬病原微生物，調(diào)節(jié)呼吸道免疫應(yīng)答反應(yīng)。

氣道黏液也是呼吸道免疫防御的重要物質(zhì)，如sIgA、抗菌肽、防御素、溶菌酶、乳鐵蛋白及蛋白酶抑制劑等，是機(jī)體黏膜的天然液態(tài)性防御物質(zhì)，能夠破壞細(xì)胞壁的完整性，干擾細(xì)菌的作用途徑，同時競爭細(xì)菌生存所需的營養(yǎng)物質(zhì)，進(jìn)而起到殺菌作用[28]。呼吸道黏膜上皮細(xì)胞也可通過分泌多種活性物質(zhì)發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。上皮細(xì)胞可表達(dá)多種免疫模式識別受體(PRR)、MHC分子、協(xié)同刺激分子和黏附分子，識別微生物病原相關(guān)分子模式，啟動抵御病原微生物的天然免疫反應(yīng)。呼吸道上皮細(xì)胞還能夠產(chǎn)生和分泌多種化學(xué)物質(zhì)，如炎癥介質(zhì)、細(xì)胞因子和氧自由基等，參與介導(dǎo)呼吸道內(nèi)各種炎性細(xì)胞的生存、趨化和活化[56]。如上皮細(xì)胞通過識別Toll樣受體來激活核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)等轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，分泌溶菌酶、蛋白酶抑制劑等物質(zhì)來消滅入侵的微生物[57]。

3 畜禽呼吸道黏膜屏障的改善措施

3.1 加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，改善畜禽舍環(huán)境

畜禽舍內(nèi)有害氣體、粉塵顆粒、病原微生物等能夠刺激呼吸道黏膜，導(dǎo)致動物黏膜損傷。如李聰?shù)萚58]研究報道，25 mg/kg氨氣組的肉雞氣管組織MUC2 mRNA表達(dá)量顯著升高，50和75 mg/kg氨氣組的肉雞氣管組織MUC2和Claudin1 mRNA表達(dá)量均顯著下降。加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，改善畜禽舍環(huán)境具體包括以下幾方面：1)合理控制畜禽舍內(nèi)小氣候環(huán)境，保持畜禽舍內(nèi)適宜的溫度和濕度，如剛出殼的肉仔雞的育雛溫度為33～35 ℃，以后每周根據(jù)雛雞的生長發(fā)育，氣溫下降2～3 ℃，直至18～23 ℃為止；相對濕度前期控制在60%～70%，后期控制在50%～60%；飼養(yǎng)密度控制在30～33 kg/m2。2)合理通風(fēng)，冬季執(zhí)行最小通風(fēng)量，夏季執(zhí)行最大通風(fēng)量。3)每周定期消毒，及時清潔舍內(nèi)衛(wèi)生。4)使用磷酸氫鈣、沸石等化學(xué)、物理除臭劑，降低舍內(nèi)有害氣體含量。5)采用全進(jìn)全出的飼養(yǎng)方式，空舍期對畜禽舍全面沖洗、消毒。

3.2 使用飼料添加劑

近年來研究發(fā)現(xiàn)，維生素、益生菌等飼料添加劑能促進(jìn)畜禽黏膜的發(fā)育和損傷的修復(fù)，維護(hù)畜禽呼吸道黏膜健康。飼糧中添加維生素A能夠維持畜禽上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，阻擋致病菌的入侵。研究報道，維生素A參與呼吸道黏膜免疫調(diào)控，緩解脂多糖(LPS)和氨氣(NH3)對呼吸道的應(yīng)激作用，提高呼吸道免疫功能[59-60]，當(dāng)維生素A的供給量不足時，可導(dǎo)致呼吸道黏膜上皮鱗狀化生和脫落，使黏膜的屏障作用降低[61-62]。其次飼糧中添加益生菌制劑不僅能提高畜禽的生產(chǎn)性能和免疫功能，還能改善呼吸道黏膜屏障。王迪等[63]研究表明，乳酸菌能夠抑制大腸桿菌的定植，調(diào)節(jié)肉雞呼吸道菌群的多樣性，同時還能提高呼吸系統(tǒng)的免疫力。具體實施可以每天噴霧1 mL/m3的枯草芽孢桿菌(108CFU/mL)或者2 mL/m3復(fù)合芽孢桿菌(4×108CFU/mL)[36-37]。此外，在飼糧中添加金銀花、黃芪等中草藥或植物提取物等能夠提高動物的細(xì)胞修復(fù)能力，改善呼吸道黏膜屏障[64]。

3.3 合理免疫和用藥

合理免疫及用藥能夠有效地增強(qiáng)畜禽的局部免疫功能。具體措施有：1)通過點眼、滴鼻以及噴霧等方法免疫，做好新城疫、傳染性支氣管炎等呼吸道疾病的疫苗接種。研究表明，豬呼吸道是黏膜免疫的理想位點[65]，通過鼻腔免疫豬肺炎支原體弱毒株，呼吸道IgA和免疫球蛋白G(IgG)分泌細(xì)胞顯著增加，能夠有效提高呼吸道黏膜局部的體液免疫應(yīng)答[66]。通過點眼、滴鼻以及噴霧等方法免疫能夠有效刺激呼吸道黏膜免疫細(xì)胞，產(chǎn)生免疫球蛋白、細(xì)胞因子等提高呼吸道局部免疫功能，提高呼吸道黏膜免疫屏障[67]。2)畜禽場要根據(jù)實際情況合理選用抗菌藥物。研究表明，呼吸道菌群對抗菌藥物的敏感性有明顯的區(qū)域性與區(qū)域差異[68]，因此要盡可能減輕藥物對畜禽呼吸道正常菌群的影響，合理選擇抗菌藥物，增強(qiáng)畜禽的免疫力。

4 小 結(jié)

呼吸道黏膜組織各組分相互作用，形成了有機(jī)的網(wǎng)絡(luò)，對于保護(hù)呼吸道健康意義重大。近年來，隨著研究方法的創(chuàng)新和進(jìn)步，為研究黏膜屏障提供了良好的技術(shù)，但呼吸道微生物作用方式、呼吸道黏膜免疫機(jī)理等問題都亟待我們?nèi)ヌ剿?。加?qiáng)呼吸道黏膜屏障的研究，深入了解呼吸道黏膜屏障的作用機(jī)制，進(jìn)而為畜禽呼吸道疾病的預(yù)防和治療提供全新的方法，對于健康養(yǎng)殖的發(fā)展意義重大。

[1] HOLTKAMP D J,KLIEBENSTEIN J B,NEUMANN E J,et al.Assessment of the economic impact of porcine reproductive and respiratory syndrome virus on U.S. pork producers[J].Journal of Swine Health & Production,2013,21(2):72-84.

[2] SALAMA S S.Preliminary Study on Bacterial Strains Used in the Preparation of Polyvalent Inactivated Vaccine Against Chronic Respiratory Disease in Chickens[J].Global Veterinaria, 2015,14(3):287-291.

[3] LOW D.Reducing antibiotic use in influenza: challenges and rewards[J].Clinical Microbiology and Infection,2008,14(4):298-306.

[4] 魏剛才,鄭愛武.家禽的第一道防范病原微生物入侵的屏障——黏膜系統(tǒng)的“護(hù)衛(wèi)”組合性功能[J].中國動物保健,2008,6:79-83.

[5] NIKITAS G,COSSART P.Adherens junctions and pathogen entry[J].Sub-Cellular Biochemistry,2012,60:415-425.

[6] 吳曉東,施毅.氣道防御屏障[J].中國呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志,2011,10(3):301-304.

[7] 游曼清,王宋平.氣道上皮屏障在支氣管哮喘防御機(jī)制中的研究進(jìn)展[J].國際呼吸雜志,2013,33(17):29-33.

[8] CRYSTAL R G,RANDELL S H,ENGELHARDT J F,et al.Airway epithelial cells: current concepts and challenges[J].Proceedings of the American Thoracic Society,2008,5(7):772-7.

[9] GANESAN S,COMSTOCK A T,SAJJAN U S.Barrier function of airway tract epithelium[J].Tissue Barriers,2013,1(4):e24997-e24997.

[10] 魏剛才,梁秀榮,鄭愛武.呼吸道黏膜保護(hù)與雞新城疫的控制[J].養(yǎng)禽與禽病防治,2008,06:9-11.

[11] BARTLETT J,FISCHER A,MCCRAY P B Jr.Innate Immune Functions of the Airway Epithelium[J].Contributions to Microbiology,2008,15:147-63.

[12] RANDELL S H.Airway Epithelial Stem Cells and the Pathophysiology of Chronic Obstructive Pulmonary Disease[J].Proceedings of the American Thoracic Society,2006,3(8):718-25.

[13] DAVID P,RICHARD L.Epithelial cells and airway diseases[J].Immunological Reviews,2011,242(1):186-204.

[14] 黃武鋒.高遷移率族蛋白1(HMGB1)對氣道上皮屏障功能失調(diào)的機(jī)制研究[D].博士學(xué)位論文.廣州：南方醫(yī)科大學(xué),2014.

[15] 吳曉東,施毅.氣道防御屏障[J].中國呼吸與危重監(jiān)護(hù)雜志,2011,10(3):301-304.

[16] PEREZMORENO M,FUCHS E.Catenins: keeping cells from getting their signals crossed[J].Developmental Cell,2006,11(5):601-612.

[17] 紀(jì)笑英.Th2/Th17偏轉(zhuǎn)微環(huán)境對人支氣管上皮細(xì)胞重塑的作用及其機(jī)制研究[D].博士學(xué)位論文.長沙：中南大學(xué),2013.

[18] 咼于明,劉丹,張炳坤.家禽腸道屏障功能及其營養(yǎng)調(diào)控[J].動物營養(yǎng)學(xué)報,2014,26(10):3091-3100.

[19] 游曼清,王宋平.氣道上皮屏障在支氣管哮喘防御機(jī)制中的研究進(jìn)展[J].中華哮喘雜志:電子版,2013,7(5):29-33.

[20] KAST J I,WANKE K,SOYKA M B,et al.The broad spectrum of interepithelial junctions in skin and lung[J].Journal of Allergy & Clinical Immunology,2012,130(2):544-547.

[21] 段甦,矯健,張羅.組胺對呼吸道上皮緊密連接表達(dá)的影響[J].中國耳鼻咽喉頭頸外科,2015,22(8):426-430.

[22] 游曼清.布地奈德對哮喘小鼠氣道上皮occludin和E-cadherin表達(dá)的影響[D].碩士學(xué)位論文.瀘州：瀘州醫(yī)學(xué)院,2014.

[23] SAWADA N.Tight junction-related human diseases[J].Pathology International,2013,63(1):1-12.

[24] 車東升,潘麗,鐘榮珍,等.閉合蛋白:結(jié)構(gòu)、功能及其相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制[J].動物營養(yǎng)學(xué)報,2013,25(12):2783-2789.

[25] BERKES J,VISWANATHAN V K,SAVKOVIC S D,et al.Intestinal epithelial responses to enteric pathogens: effects on the tight junction barrier,ion transport,and inflammation[J].Gut,2003,52(3):439-451.

[26] 邢曉輝,李力仙,郭天林,等.Claudin蛋白在緊密連接中的作用機(jī)制及與疾病的關(guān)系[J].中華臨床醫(yī)師雜志:電子版,2013,7(23):229-231.

[27] GEORAS S N,REZAEE F.Epithelial barrier function: At the front line of asthma immunology and allergic airway inflammation[J].Journal of Allergy & Clinical Immunology,2014,134(3):509-520.

[28] AUVYNET C,ROSENSTEIN Y.Multifunctional host defense peptides: antimicrobial peptides,the small yet big players in innate and adaptive immunity[J].Febs Journal,2009,276(22):6497-6508.

[29] LINDEN S K,SUTTON P,KARLSSON N G,et al.Mucins in the mucosal barrier to infection[J].Pragmalinguistica,2008,1(3):183-197.

[30] THORNTON D J,ROUSSEAU K,MCGUCKIN M A.Structure and function of the polymeric mucins in airways mucus[J].Physiology,2008,70(1):459-486.

[31] JOHNSON D C.Airway mucus function and dysfunction[J].New England Journal of Medicine,2011,364(10):2233-2247.

[32] 強(qiáng)麗霞,石昭泉.MUC5AC與氣道黏液高分泌[J].國際呼吸雜志,2011,31(5):385-387.

[33] ROSE M C,NICKOLA T J,VOYNOW J A.Airway mucus obstruction: mucin glycoproteins,MUCgene regulation and goblet cell hyperplasia[J].American Journal of Respiratory Cell & Molecular Biology,2001,25(5):533-537.

[34] SOHAIL M U,HUME M E,BYRD J A,et al.Molecular analysis of the caecal and tracheal microbiome of heat-stressed broilers supplemented with prebiotic and probiotic[J].Avian Pathology Journal of the W.V.P.A,2015,44(2):67-74.

[35] 孫春陽.復(fù)合芽孢桿菌噴劑對雞舍環(huán)境及肉雞呼吸道菌群結(jié)構(gòu)的影響[D].碩士學(xué)位論文.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2014.

[36] 潘康成,古從偉,楊曉堯,等.枯草芽孢桿菌Pab02噴霧劑對肉雞呼吸道菌群的影響[J].中國獸醫(yī)學(xué)報,2012,32(3):387-392.

[37] 欒素軍.芽孢桿菌噴霧制劑對雞舍環(huán)境及肉雞呼吸道黏膜屏障的影響[D].碩士學(xué)位論文.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2016.

[38] RANGEL-MORENO J,CARRAGHER D,RANDALL T D.Role of lymphotoxin and homeostatic chemokines in the development and function of local lymphoid tissues in the respiratory tract[J].Inmunologia,2007,26(1):13-28.

[39] TANGO M,SUZUKI E,GEJYO F,et al.The presence of specialized epithelial cells on the bronchus-associated lymphoid tissue (BALT) in the mouse[J].Archives of Histology & Cytology,2000,63(1):81-9.

[40] 雷娜,李嫻,林青.sIgA在呼吸道黏膜免疫中的作用[C]//世界中醫(yī)藥學(xué)會聯(lián)合會首屆中醫(yī)全球化與人類健康高峰論壇。昆明：世界中醫(yī)藥學(xué)會聯(lián)合會，2011：303-310.

[41] 楊樹寶.雞呼吸道相關(guān)性淋巴組織發(fā)育及其免疫功能發(fā)生的研究[D].博士學(xué)位論文.長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2014.

[42] 閆夢菲,康海泓,楊倩.雞鼻腔組織學(xué)特點及鼻相關(guān)淋巴組織分布的研究[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報,2014,45(12):2043-2049.

[43] 馮小剛.雞鼻相關(guān)淋巴組織的發(fā)育和功能建立[D].碩士學(xué)位論文.長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[44] 王悅蕓,劉琪,安欣宇,等.黏膜免疫系統(tǒng)及黏膜免疫研究進(jìn)展[J].畜牧與獸醫(yī),2015,47(7):116-119.

[45] 呂茂杰,梁武,何召慶,等.動物黏膜免疫系統(tǒng)的研究進(jìn)展[J].黑龍江畜牧獸醫(yī),2013,15:36-39.

[46] 張蕊,高雪麗,鄭世民.家禽黏膜免疫系統(tǒng)與疫苗免疫[J].中國家禽,2012,34(16):46-48.

[47] PETERSON D A,MCNULTY N P,GURUGE J L,et al.IgA Response to symbiotic bacteria as a mediator of gut homeostasis[J].Cell Host & Microbe,2007,2(5):328-339.

[48] MACPHERSON A J,HUNZIKER L,MCCOY K,et al.IgA responses in the intestinal mucosa against pathogenic and non-pathogenic microorganisms[J].Microbes & Infection,2001,3(12):1021-1035.

[49] SAINI M S,LIBERATI D M,DIEBEL L N.Sequential changes in mucosal immunity after hemorrhagic shock[J].American Surgeon,2001,67(8):797-801.

[50] 李鵬成,劉志學(xué),高君愷,等.豬呼吸道IgA和IgG分泌細(xì)胞的分布[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報,2010,41(7):873-877.

[51] 蔡曉華,王全溪.呼吸道黏膜免疫的綜述[C]//福建省畜牧獸醫(yī)學(xué)會畜禽傳染病防治專業(yè)委員會豬病學(xué)術(shù)研討會.福清：福建省畜牧獸醫(yī)學(xué)會，2009:160-163.

[52] SATO S,KIYONO H.The mucosal immune system of the respiratory tract[J].Current Opinion in Virology,2012,2(3):225-232.

[53] MCCORMICK S,SHALER C R,XING Z.Pulmonary mucosal dendritic cells in T-cell activation: implications for TB therapy[J].Expert Review of Respiratory Medicine,2011,5(1):75-85.

[54] 來薛,趙丹,俞慶聲,等.中醫(yī)藥對呼吸道黏膜免疫影響的研究進(jìn)展[J].中華中醫(yī)藥雜志,2013,1:164-167.

[55] 吳高慧,李超乾.呼吸道黏膜免疫的研究進(jìn)展[J].國際呼吸雜志,2007,27(22):1711-1714.

[56] KNIGHT D A,HOLGATE S T.The airway epithelium: Structural and functional properties in health and disease[J].Respirology,2003,8(4):432-446.

[57] REGUEIRO V,MORANTA DCAMPOS M A.Klebsiella pneumoniae increases the levels of Toll-like receptors 2 and 4 in human airway epithelial cells[J].Infection & Immunity,2009,77(2):714-24.

[58] 李聰.不同濃度氨氣對肉雞生長性能及呼吸道黏膜屏障的影響[D].碩士學(xué)位論文.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院,2014.

[59] 范肖肖.日糧維生素A添加水平與應(yīng)激對肉仔雞呼吸道黏膜免疫的影響[D].碩士學(xué)位論文.泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[60] FAN X,LIU S,LIU G,et al.Vitamin A deficiency impairs mucin expression and suppresses the mucosal immune function of the respiratory tract in chicks[J].Plos One,2015,10(9):e0139131.

[61] 艾琳,李學(xué)民,劉文華,等.維生素A對家禽呼吸道黏膜的調(diào)節(jié)作用[J].中國家禽,2013,35(24):54-55.

[62] 郭超.維生素A與慢性阻塞性肺疾病[J].中國臨床研究,2008,21(1):102-103.

[63] 王迪.乳酸菌調(diào)節(jié)的雛雞呼吸道菌群變化及免疫調(diào)節(jié)作用研究[D].碩士學(xué)位論文.長春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué),2015.

[64] 魏剛才,陳永耀,齊紅霞.家禽呼吸道黏膜保護(hù)措施[J].中國家禽,2006,28(1):31-32.

[65] 楊倩,庾慶華,李玉磊.豬呼吸道淋巴組織發(fā)育的亞顯微結(jié)構(gòu)變化[J].畜牧獸醫(yī)學(xué)報,2006,37(4):374-378.

[66] 李云鋒,王建美,李鵬成,等.豬肺炎支原體弱毒株與佐劑配合鼻腔免疫對仔豬呼吸道抗體分泌細(xì)胞的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013,36(1):103-107.

[67] 張鑒日,張福亮.維護(hù)呼吸道黏膜完整的措施[J].中國畜禽種業(yè),2010,6(9):149-150.

[68] 龔大春.雞呼吸道正常菌叢對抗菌藥物敏感性的研究[J].長江大學(xué)學(xué)報：自科版,2014,(23):30-32.

*Corresponding author, professor, E-mail: sa6289@126.com

(責(zé)任編輯 武海龍)

Structure and Functions of Mucosal Barrier of Respiratory Tract in Livestock and Poultry and Its Improvement Measures

SUN Yongbo LUAN Sujun WANG Ya SA Renna*ZHANG Hongfu

(StateKeyLaboratoryofAnimalNutrition,InstituteofAnimalScience,ChineseAcademyofAgriculturalScience,Beijing100193,China)

Respiratory mucosal barrier is an important barrier to the body’s defense, including mechanical barriers, chemical barriers, microbial barriers and immune barriers, organically combined together to prevent the invasion of harmful substances to protect the respiratory health. Dust, harmful gases and temperature, humidity and other factors in animal house are easily lead to respiratory diseases of livestock and poultry, resulting in respiratory mucosal injury, aggravate severity of the disease, and even induce organ pathology injury. In this paper, we summarized the structure and functions of respiratory mucosal barrier and the measures to improve the mucosal barrier of the respiratory tract in livestock and poultry in order to provide theoretical basis for further study of respiratory mucosa barrier and prevention of respiratory diseases of livestock and poultry.[ChineseJournalofAnimalNutrition, 2017, 29(6)：1866-1873]

livestock and poultry; respiratory tract; mucosal barrier; improvement measures

10.3969/j.issn.1006-267x.2017.06.007

2016-12-01

國家重點研發(fā)計劃(2016YFD0500509)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS-42)；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(ASTIP-IAS07)

孫永波(1991—)，男，山東廣饒人，碩士研究生，動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)專業(yè)。E-mail: ybsun2014@163.com

*通信作者:薩仁娜，副研究員，碩士生導(dǎo)師，E-mail:sa6289@126.com

S811.2

A

1006-267X(2017)06-1866-08