內(nèi)毒素的生物活性及其對(duì)豬的危害

張吉鹍

（江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，江西 南昌 330200； 江西中成人藥業(yè)有限公司，江西 進(jìn)賢 331700）

1 內(nèi)毒素概述

1.1 內(nèi)毒素是一種分子質(zhì)量相對(duì)較高的致熱性復(fù)合物

內(nèi)毒素（Endotoxin, ET）又名脂多糖（LPS）、類脂A（Lipid A）、熱原（Pyrogen），是革蘭氏陰性菌（GNB）細(xì)胞壁外層上的特有結(jié)構(gòu)。是一種分子質(zhì)量（MW）相對(duì)較高的復(fù)合物（Compound），分子量約為1×106～2×106道爾頓。通常GNB細(xì)胞壁的外層由脂多糖（LPS）、外膜蛋白質(zhì)（Protein）、磷脂質(zhì)（Phospholipids）以及金屬離子（Metal ion）等組成[1]。ET作為外源性致熱原可激活中性粒細(xì)胞等使之釋放出內(nèi)源性熱原而引起機(jī)體發(fā)熱（Pyrexia）[1]。

1.2 內(nèi)毒素廣泛存在于自然界中

盡管ET作為GNB的細(xì)胞壁組分，主要存在于沙門氏菌（Salmonella）、大腸桿菌（Escherichia coli）、傷寒桿菌（Salmonella typhi）、布氏桿菌（Brucella）、變形桿菌（Proteus）等GNB中，但在極少數(shù) 真 菌（Fungi）、 立 克 次 氏 體（Rickettsia）、支原體（Mycoplasma）、螺 旋 體（Spirochaeta）、 衣 原 體（Chlamydia）、革蘭氏陽(yáng)性菌（GPB）等微生物以及某些動(dòng)植物組織中亦可見到ET[2]。因而ET在自然界中分布廣泛，從空氣、水到土壤等環(huán)境中，無(wú)處不在[1]。

2 內(nèi)毒素的生物活性

2.1 內(nèi)毒素在分子、細(xì)胞與機(jī)體多個(gè)層次上的生物活性

ET的生物活性主要體現(xiàn)在分子、細(xì)胞與機(jī)體等多個(gè)層次上[2-3]。⑴在分子層次：ET可活化補(bǔ)體、纖維蛋白溶酶原以及Hageman因子，并使鱟試劑（鱟細(xì)胞溶解物）凝集。⑵在細(xì)胞層次：①微量ET就可誘導(dǎo)機(jī)體巨噬細(xì)胞產(chǎn)生腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-1（IL-1）和白細(xì)胞介素 -6（IL-6）。例如，新鮮人血中ET的含量達(dá)到20～25 ng/L即可使血中單核細(xì)胞產(chǎn)生IL-1和TNF-α。②阻止巨噬細(xì)胞游走。③誘導(dǎo)前列腺素（PG）生成。④抗腫瘤壞死作用。⑶在機(jī)體層次，微量（0.2～1 ng）即可引起機(jī)體發(fā)熱，大劑量則具有致死毒性，并產(chǎn)生如下反應(yīng)：①骨髓反應(yīng)；②白血球減少；③血小板減少；④誘導(dǎo)機(jī)體對(duì)ET的耐受性與非特異性感染防御力；⑤局部過敏反應(yīng)，即施瓦茨曼反應(yīng)（Shwartzman reaction）；⑥輔藥作用；⑦激活凝血系統(tǒng)，引起急性彌漫性血管內(nèi)凝血、微循環(huán)障礙與血壓降低，最終導(dǎo)致動(dòng)物休克（Shock）、體重降低等。

2.2 內(nèi)毒素致熱性的特點(diǎn)

ET最常見的生物活性就是其極為敏感的致熱性（5 ng/kg即可使機(jī)體發(fā)熱）。這是因?yàn)镋T作為外源性致熱原激活單核細(xì)胞后所產(chǎn)生的內(nèi)源性致熱原，作用于體溫調(diào)節(jié)中樞可引起EP性發(fā)熱[2-3]。

2.2.1 ET致熱的種系差異性

ET致熱具有種系差異，兔、牛對(duì)ET較敏感，而大鼠、小鼠對(duì)ET不敏感。而產(chǎn)自新西蘭的白兔對(duì)ET致熱性則極為敏感，因而其成為許多國(guó)家藥典規(guī)定的熱原檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。

2.2.2 ET致熱的劑量依賴性

ET所致發(fā)熱的程度與時(shí)程，在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)劑量依賴性，小劑量可引起單相熱（Single phase fever, SPF）而大劑量則引起雙相熱。兔子在注射ET約90 min，出現(xiàn)第1熱峰，約3 h左右出現(xiàn)第2熱峰。

2.2.3 ET致熱的易耐受性

ET致熱易產(chǎn)生耐受性，家兔若連續(xù)接受ET注射，其發(fā)熱反應(yīng)會(huì)逐漸減弱。首先是雙相熱（Double phase fever, DPF）的第2峰消失，隨之是第1峰的逐漸消退，相同劑量的ET會(huì)失去原有的發(fā)熱反應(yīng)。

2.2.4 ET致熱活性的不易清除性

ET致熱活性不易清除，即便常規(guī)高壓滅菌法（如高壓滅菌）也不能將ET徹底清除。試驗(yàn)表明，需在160 ℃加熱2 h 以上才能將其徹底滅活[4-5]。

2.3 內(nèi)毒素致熱的機(jī)理

2.3.1 內(nèi)生致熱原直接作用于神經(jīng)中樞敏感神經(jīng)元

（1）內(nèi)源性致熱原的生成

ET除在細(xì)菌周圍形成穩(wěn)定的保護(hù)屏障以逃避抗生素的殺滅作用外，還可作用于單核細(xì)胞與巨噬細(xì)胞（如肺泡巨噬細(xì)胞、脾巨噬細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞、腹腔巨噬細(xì)胞等）以及某些腫瘤細(xì)胞等，使其產(chǎn)生IL-1、TNF-α、干擾素（IFN）、巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-1（MIP-1）、白細(xì)胞致熱源（LP）以及睫狀體促神經(jīng)因子（CNTF）等內(nèi)源性致熱因子，即內(nèi)源性致熱原（Endogenous pyrogen, EP）。

（2）內(nèi)毒素與內(nèi)源性致熱原的雙重作用加深致熱作用

腦內(nèi)產(chǎn)生的或通過血腦屏障進(jìn)入腦內(nèi)的EP，直接或經(jīng)過中樞介質(zhì)作用于神經(jīng)中樞敏感神經(jīng)元，升高體溫調(diào)控閾值，從而導(dǎo)致體溫升高。當(dāng)EP難以通過血腦屏障時(shí)，通過外周介質(zhì)進(jìn)入腦內(nèi)才能產(chǎn)生發(fā)熱效果。ET作為外源性EP，除直接作用于下丘腦體溫調(diào)節(jié)中樞，引起ET性發(fā)熱外，同時(shí)它又可激活單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-1、IL-6、IFN、TNF-α等內(nèi)源性致熱原（EP），引起EP性發(fā)熱，內(nèi)源與外源致熱的加性效應(yīng)，進(jìn)一步提升了ET的致熱作用[6-7]。例如，IL-1就是被ET激活的單核細(xì)胞后所釋放的一種單核細(xì)胞因子（一種分子量為1 500道爾頓的蛋白質(zhì)），有著極強(qiáng)的致熱活性。據(jù)試驗(yàn)，給試驗(yàn)兔注射微量IFN即可引起單相熱，加大劑量注射TNF-α就可引起雙相熱[8]。

2.3.2 致熱中樞介質(zhì)是內(nèi)生致熱原難以通過血腦屏障時(shí)的致熱關(guān)鍵因子

當(dāng)EP不能通過血腦屏障時(shí)，致熱中樞介質(zhì)就成了影響機(jī)體致熱的關(guān)鍵因素。迄今，經(jīng)證實(shí)的致熱中樞介質(zhì)主要有環(huán)磷酸腺苷（cAMP）、鈉鈣離子比值（Na+／Ca2+）與前列腺素E（PGE）3種。

ET、EP所致發(fā)熱，在一定劑量ET范圍內(nèi)，體溫的升高與維持時(shí)間隨劑量的增加而增加，量效關(guān)系呈顯著的正相關(guān)。當(dāng)小劑量ET引起單相熱時(shí)，血漿、丘腦下部組織中cAMP濃度隨動(dòng)物機(jī)體體溫的增加而增加（P＜0.05），cAMP濃度的變化與機(jī)體體溫的變化呈正相關(guān)。大劑量ET引起雙相熱時(shí)，丘腦下部、腦脊液中cAMP含量與體溫變化亦呈正相關(guān)[9]。但若繼續(xù)增加ET劑量，體溫并不會(huì)隨之無(wú)限增加。這是因?yàn)楫?dāng)ET劑量超過一定量時(shí)，腦脊液中cAMP含量不會(huì)再增加，從而形成熱限。可見，ET性熱限主要是EP生成受限所致，而EP生成受限則是因?yàn)榧せ钆c產(chǎn)生EP細(xì)胞的受體達(dá)到飽和的緣故。表明中樞性cAMP的生成受限是EP性和ET性熱限形成的關(guān)鍵。超熱限劑量的ET及其反復(fù)刺激形成的致耐性機(jī)體，不僅體溫不增加，反而會(huì)引起微循環(huán)障礙（MCD）、急性彌漫性血管內(nèi)凝血（ARDS）、急性腎衰竭（ARF），甚至多器官功能衰竭（MOF）等多種疾病，最終機(jī)體因休克（Shock）而死亡[10]。

3 豬場(chǎng)內(nèi)毒素的來(lái)源及其對(duì)豬的危害

無(wú)論大、小豬場(chǎng)，大劑量使用抗生素治療細(xì)菌性疾病已成常態(tài)。GNB死亡的同時(shí)，會(huì)釋放出大量ET。這些ET會(huì)對(duì)豬只產(chǎn)生廣泛而持久的危害，從厭食（Anorexia）、發(fā)熱（Pyrexia）、炎癥反應(yīng)（IR）、組織損傷（TI）到敗血性休克（Septic shock），都會(huì)降低生產(chǎn)性能，給生產(chǎn)造成損失[11]。

3.1 豬圈內(nèi)空氣中的細(xì)菌內(nèi)毒素

3.1.1 豬舍空氣中的塵埃是內(nèi)毒素的載體

由于人們的飼喂、清掃與豬只的活動(dòng)等，使得豬舍中的空氣常年漂浮著很多塵埃，一些細(xì)菌釋放出的ET會(huì)黏附在這些塵埃上，從而影響到豬只健康。作為細(xì)菌ET傳播載體的豬舍空氣中的塵埃，其組成成分復(fù)雜，變化大，范圍廣，主要包括：干的豬只糞尿粉塵，豬只皮屑，飼料粉塵，墊草顆粒，谷物中的孢子、花粉、螨蟲，微生物及其細(xì)胞壁組分等[12]。豬只將這些含有細(xì)菌ET的塵埃吸入肺內(nèi)，會(huì)嚴(yán)重影響到豬只的健康。

3.1.2 豬舍空氣中塵埃的含量決定著空氣中內(nèi)毒素含量

豬舍空氣中ET含量與空氣中塵埃含量密切相關(guān)，會(huì)受到豬舍的通風(fēng)效率、地面漏板種類、飼料形態(tài)、豬舍內(nèi)環(huán)境（如濕度）以及人與豬的活動(dòng)等的影響[12]?？傊?，一切能夠增加豬舍空氣中塵埃含量的因素（如豬舍濕度下降，人與豬的活動(dòng)增加，通風(fēng)效率降低等），均能增加豬舍空氣中的ET含量；一切能夠降低豬舍空氣中塵埃含量的措施，均能夠降低豬舍空氣中的ET含量。例如，改飼喂粉料為飼喂顆粒飼料或液體飼料，改水泥漏板為塑料漏板，均能降低豬舍空氣中的塵埃含量，從而降低豬舍空氣中的ET 含量[13]。

3.1.3 豬舍空氣中影響豬只健康的內(nèi)毒素含量閾值

迄今，尚未見到有關(guān)豬舍空氣中影響豬只健康的確切ET含量閾值的報(bào)道，其實(shí)這個(gè)“閾值”也是動(dòng)態(tài)的，與豬的品種、豬的營(yíng)養(yǎng)（也相當(dāng)于免疫力）、豬舍外部環(huán)境（如氣候）密切相關(guān)。據(jù)報(bào)道，在波蘭東部的一些豬場(chǎng)，其舍內(nèi)空氣中的塵埃含量為3.03～14.05 mg/m3，內(nèi)毒素含量為1.88～75.0 ug/m3，為ET含量安全閾值（0.1 ug/m3）的18.8～750倍[13]。但也有報(bào)道，認(rèn)為豬舍空氣中，影響豬只健康的ET含量安全閾值為每立方米1 540個(gè)內(nèi)毒素單位（Endotoxin Unit, EU）（EU/ m3）。我國(guó)豬場(chǎng)的衛(wèi)生狀況普遍較差，豬舍內(nèi)環(huán)境不理想，豬舍空氣中的ET含量遠(yuǎn)高于此值[14]。

盡管豬舍空氣中的ET含量因受環(huán)境的影響，變異大，但其對(duì)豬的危害不容忽視。

3.2 飼料中的內(nèi)毒素

受飼料倉(cāng)儲(chǔ)、加工等環(huán)境與生產(chǎn)工藝等因素的影響，飼料中不可避免地含有一定數(shù)量的ET[15]。首先，許多飼料添加劑是用GNB發(fā)酵生產(chǎn)的，其中大腸桿菌是應(yīng)用較廣的GNB。例如，用于發(fā)酵生產(chǎn)飼料添加劑的大腸桿菌K-12，盡管其ET較其他菌株的毒力小，但也具有相當(dāng)于野生型菌株毒性的1/4ET[16]，并不如想象的那么安全。因此，在用大腸桿菌K-12發(fā)酵生產(chǎn)飼料添加劑時(shí)，可能會(huì)混入其ET，從而對(duì)豬只健康造成潛在危害。據(jù)報(bào)道，豬飼料中的ET最大含量為60 mg/kg，平均含量為13 mg/kg[17]。然而，亦有多個(gè)證據(jù)表明：①往豬日糧中添加高劑量的ET，不會(huì)引起健康豬只的臨床癥狀[18]；②給小鼠口服大劑量的大腸桿菌ET，未對(duì)其小腸結(jié)構(gòu)與細(xì)胞增殖產(chǎn)生顯著影響[19]；③不僅大劑量口服單一ET后，小鼠未見不良副作用。而且連續(xù)28 d給予小鼠重復(fù)劑量的ET后，小鼠亦未出現(xiàn)肝、腎中毒與炎癥癥狀，而且體重正常[20]。可見，健康動(dòng)物的腸道能夠耐受一定數(shù)量的ET，其通過口腔攝入的ET對(duì)機(jī)體造成的危害較小。因此，用GNB發(fā)酵生產(chǎn)的飼料添加劑飼喂健康豬只，若其所含的ET不超過正常飼料原料的含量時(shí)，就不會(huì)對(duì)豬只健康造成顯著影響。但當(dāng)豬群受到應(yīng)激（如熱應(yīng)激）或其他疾病導(dǎo)致消化道功能紊亂而破壞胃腸道黏膜上皮的完整性，從而降低其屏障功能，造成胃腸道中的ET大量進(jìn)入體內(nèi)而引起病變[21]。

3.3 疾病產(chǎn)生的內(nèi)毒素

3.3.1 便秘

便秘（Constipation）為妊娠母豬的常見疾病，是造成ET在母豬體內(nèi)積聚增多的主要原因。日糧設(shè)計(jì)不合理，飼料纖維品質(zhì)差、含量少；飼養(yǎng)于定位欄中，缺乏運(yùn)動(dòng)；熱應(yīng)激、飲水不足等飼養(yǎng)管理因素，均可導(dǎo)致母豬便秘[22-23]。特別是當(dāng)妊娠母豬分娩時(shí)，由于腸道活力減弱、蠕動(dòng)緩慢，使得臨產(chǎn)母豬較懷孕母豬、泌乳母豬更易便秘[24]。

便秘導(dǎo)致母豬的腸道菌群失衡，表現(xiàn)在類桿菌的數(shù)量顯著增加，梭菌、乳酸菌的數(shù)量顯著降低，并誘導(dǎo)產(chǎn)生ET，損傷腸道黏膜屏障，使得進(jìn)入機(jī)體的ET增加，進(jìn)而產(chǎn)生一系列炎癥反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致豬只死亡[25]。也有研究表明，豬只發(fā)生便秘時(shí)，食糜在消化道中停留的時(shí)間延長(zhǎng)，腸道微生物的繁殖增多，使得ET的釋放與吸收增多，最終導(dǎo)致產(chǎn)后母豬乳腺炎、子宮炎以及泌乳障礙等疾病[22]。可見，便秘是造成母豬體內(nèi)ET增加的重要因素之一。

3.3.2 腹瀉

腹瀉（Diarrhea）是仔豬尤其是斷奶仔豬易發(fā)多發(fā)的常見病。造成仔豬腹瀉的原因很多，主要有：①斷奶應(yīng)激所致的腸道消化機(jī)能損傷，可誘發(fā)仔豬的重度腹瀉，甚至死亡[26]。②因早期斷奶仔豬的消化機(jī)能不健全，對(duì)固體飼料的消化率低。飼料中的抗原物質(zhì)如大豆球蛋白、β-伴大豆球蛋白等免疫原性較強(qiáng)的大豆抗原蛋白，可引起仔豬胃腸道黏膜暫時(shí)性過敏反應(yīng)（Anaphylaxis）而致仔豬腹瀉[27]。③斷奶仔豬固體飼料中的豆粕，所含的胰蛋白酶抑制因子、大豆凝血素、抗原蛋白等抗?fàn)I養(yǎng)因子可增加仔豬腸道上皮細(xì)胞的通透性，導(dǎo)致黏膜水腫，隱窩細(xì)胞的生長(zhǎng)速度增加，腸絨毛萎縮脫落，小腸的消化吸收面積減少，降低營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用，進(jìn)而導(dǎo)致腹瀉[28]。④當(dāng)保溫措施不當(dāng)，仔豬會(huì)因自身的體溫調(diào)節(jié)機(jī)能差，而降低免疫力，出現(xiàn)仔豬腹瀉[29]。

仔豬腹瀉對(duì)消化道的危害主要體現(xiàn)在兩方面，一是在腸道結(jié)構(gòu)方面，表現(xiàn)在：①腸上皮細(xì)胞充血、水腫、出血；②腸絨毛萎縮、脫落；③這些改變以致破壞腸道結(jié)構(gòu)。二是在腸道菌群結(jié)構(gòu)方面，占優(yōu)勢(shì)的乳桿菌等益生菌菌群的數(shù)量顯著降低，大腸桿菌等致病菌的數(shù)量顯著升高，成為優(yōu)勢(shì)菌群[30]。該兩方面的改變，嚴(yán)重破壞了豬腸道微生態(tài)屏障，不僅會(huì)進(jìn)一步加劇仔豬的腹瀉，增加腸道中的ET含量，而且還會(huì)進(jìn)一步增加吸收進(jìn)入體內(nèi)的ET量[31]，從而進(jìn)一步加深對(duì)豬只的危害。