水產(chǎn)動(dòng)物腸道健康與飼料添加劑

田 娟 郜衛(wèi)華 文 華

(1.長(zhǎng)江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院水產(chǎn)系，荊州 434025；2.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院長(zhǎng)江水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部淡水生物多樣性保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430223)

腸道是動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場(chǎng)所，其結(jié)構(gòu)分為4層，即黏膜層、黏膜下層、肌層和漿膜層。腸道黏膜層處于最外面，其直接與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和腸道微生物接觸，因此腸黏膜屏障系統(tǒng)具有阻礙腸腔內(nèi)毒素和細(xì)菌入侵的功能。對(duì)機(jī)體來說，正常的腸黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能是十分重要的。但諸多因素都會(huì)導(dǎo)致腸黏膜損傷，如營(yíng)養(yǎng)不良、各種腸炎、腸外營(yíng)養(yǎng)、內(nèi)毒素感染等[1]。腸道正常功能一旦受到損害，例如正常腸黏膜形態(tài)完整性被破環(huán)、腸道屏障功能發(fā)生紊亂、腸道免疫系統(tǒng)失調(diào)等，會(huì)造成機(jī)體眾多疾病的發(fā)生，如食欲下降、攝食量低、發(fā)育緩慢，以及對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力下降等[2]。在水產(chǎn)動(dòng)物上，飼料成分、養(yǎng)殖水域環(huán)境、腸道菌群等均可影響腸道健康[1]。如當(dāng)飼料中使用豆粕量較高時(shí)，豆粕所含有的抗?fàn)I養(yǎng)因子可引起魚類腸道氧化損傷和結(jié)構(gòu)破壞，進(jìn)而誘發(fā)腸炎[3]。魚類腸炎的典型癥狀表現(xiàn)為：1)黏膜皺襞厚度變薄，吸收細(xì)胞出現(xiàn)核空泡或消失；2)黏膜皺襞固有層變厚，固有層和黏膜上皮被大量炎性細(xì)胞(吞噬細(xì)胞或嗜曙紅粒細(xì)胞)浸潤(rùn)；3)黏膜上皮細(xì)胞中杯狀細(xì)胞增加[3]。因此，通過外在的營(yíng)養(yǎng)措施干預(yù)來改善水產(chǎn)動(dòng)物腸道功能，對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物的健康顯得尤為必要。因此，本文將重點(diǎn)綜述飼料添加劑對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物腸道健康的影響，以期為改善水產(chǎn)動(dòng)物腸道健康提供參考。

1 功能性氨基酸

功能性氨基酸是指除了合成機(jī)體蛋白質(zhì)外還具有其他特殊功能的氨基酸，其不僅是動(dòng)物正常生長(zhǎng)和維持機(jī)體功能所必需的，也是合成多種生物活性物質(zhì)的必需物質(zhì)，其在營(yíng)養(yǎng)學(xué)上可能是非必需氨基酸，也可能是必需氨基酸，包括谷氨酰胺、精氨酸、支鏈氨基酸、色氨酸、脯氨酸、甘氨酸、組氨酸、天冬氨酸、天冬酰胺和含硫氨基酸等[4]。資料表明：精氨酸、谷氨酰胺、蘇氨酸、色氨酸、賴氨酸等氨基酸都能促進(jìn)腸道發(fā)育，有利于腸道黏膜損傷后的修復(fù)等。

1.1 谷氨酰胺

谷氨酰胺是脂肪族中性氨基酸，在動(dòng)物體內(nèi)含量最為豐富。谷氨酰胺是快速增殖性細(xì)胞(如上皮細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、腫瘤細(xì)胞和成纖維細(xì)胞等)的關(guān)鍵性能量底物，也是合成蛋白質(zhì)、核苷酸和氨基糖的重要前體[5]。谷氨酰胺是小腸黏膜的主要能源物質(zhì)，且是小腸中重要的代謝物質(zhì)，其含量大大超過了葡萄糖和脂肪酸，是合成多胺、谷胱甘肽等維持黏膜結(jié)構(gòu)和功能的重要前體[5]。大量研究表明，谷氨酰胺能被小腸黏膜分解利用，是小腸黏膜維持結(jié)構(gòu)完整性和功能必不可少的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[6-7]。在病理狀態(tài)下，無論經(jīng)口或經(jīng)靜脈補(bǔ)充谷氨酰胺后，均可以促進(jìn)病變(多器官系統(tǒng)功能衰竭、內(nèi)毒素血癥、皮膚燒傷、斷奶和癌癥)所致腸道損傷的改善和恢復(fù)[7-8]。在對(duì)嚙齒動(dòng)物和豬等的研究中，谷氨酰胺的效果比較一致，如添加2%谷氨酰胺能改善斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能和腸道功能[9]；在大鼠模型中，對(duì)穿刺式腦外傷的大鼠飼糧中添加3%谷氨酰胺可以減少腸損傷[10]。

由于谷氨酰胺在水溶液中易被分解，對(duì)高壓消毒不耐受，故醫(yī)學(xué)臨床或者實(shí)際生產(chǎn)中直接利用單體谷氨酰胺的并不多。近年來，因人工合成含谷氨酰胺的小肽如丙氨酸-谷氨酰胺(alanine-glutamin，Ala-Gln)或甘氨酸-谷氨酰胺(glycine-glutamin，Gly-Gln)的水穩(wěn)定性好、能耐受高壓消毒，并且進(jìn)入機(jī)體后能很快分解釋放出谷氨酰胺，而被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。在斷奶仔豬上，當(dāng)其飼料原料均為植物原料時(shí)，向其飼喂含1.01 g/kg BW丙氨酸-谷氨酰胺的飼糧14 d后發(fā)現(xiàn)斷奶仔豬的免疫功能、腸道結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)均較對(duì)照組明顯改善[11]；通過飲水的方式，給由營(yíng)養(yǎng)不良導(dǎo)致發(fā)生腸炎的小鼠飲用含111 mmol/L丙氨酸-谷氨酰胺的水21 d，結(jié)果小鼠的腸道功能得到明顯改善[12]；同樣的結(jié)果在小鼠腸上皮細(xì)胞[13]、豬腸上皮細(xì)胞[14]等研究對(duì)象上也被證實(shí)。這些研究均發(fā)現(xiàn)含谷氨酰胺的二肽對(duì)腸道功能的改善有良好效果。

谷氨酰胺是第1個(gè)被發(fā)現(xiàn)能激活腸道細(xì)胞相關(guān)信號(hào)通路里關(guān)鍵激酶的氨基酸。谷氨酰胺通過各種轉(zhuǎn)運(yùn)載體進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，其主要是通過鈉依賴性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體即ATB0,+/ASCT2進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)載體的水平來維持谷氨酰胺以較高的水平進(jìn)入小腸上皮吸收細(xì)胞[15]。關(guān)于谷氨酰胺在營(yíng)養(yǎng)性疾病(如慢性腹瀉、短腸綜合征、腸炎、多器官系統(tǒng)功能衰竭等)中的作用已被廣泛研究，其對(duì)腹瀉或腸炎有效的作用機(jī)制主要有：1)谷氨酰胺轉(zhuǎn)運(yùn)與鈉相偶聯(lián)；2)谷氨酰胺對(duì)鈉吸收作用是葡萄糖對(duì)鈉吸收作用的補(bǔ)充[7]。并且，谷氨酰胺通過鈉依賴性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體ASCT2或ATB0,+進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，ASCT2是高親和力轉(zhuǎn)運(yùn)谷氨酰胺的中性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體，對(duì)谷氨酰胺進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)起重要作用，并可通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)運(yùn)載體的水平來維持谷氨酰胺以較高的水平進(jìn)入小腸上皮吸收細(xì)胞，且ASCT2為逆向轉(zhuǎn)運(yùn)載體[15]。另有研究認(rèn)為谷氨酰胺是介導(dǎo)豬腸道細(xì)胞增殖促分裂素原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinases，MAPKs)信號(hào)通路的重要作用因子，也是提高腸道和其他重要器官中細(xì)胞存活率的信號(hào)，并可抑制腸道細(xì)胞的凋亡，從而起到抗炎作用[7]。

1.2 精氨酸

除作為體內(nèi)蛋白質(zhì)合成的必需前體外，精氨酸及其代謝產(chǎn)物鳥氨酸、瓜氨酸和一氧化氮等在免疫調(diào)節(jié)及維持和保護(hù)腸道黏膜結(jié)構(gòu)和功能等方面起著重要的作用[21]。在人類和其他陸生動(dòng)物的研究中發(fā)現(xiàn)，精氨酸作為組織修復(fù)的一種必需營(yíng)養(yǎng)素和免疫營(yíng)養(yǎng)素，一直被認(rèn)為是腸道修復(fù)所必需的多胺的主要氨基酸前體[7]。如給大鼠口服2%精氨酸溶液能改善缺血所導(dǎo)致的腸黏膜損傷[22]；在飼糧中添加0.7%的精氨酸能改善斷奶仔豬的腸道微絨毛發(fā)育[23]；在飼糧中添加0.6%的精氨酸能改善仔豬的生長(zhǎng)性能、健康狀況和腸道功能[24]。這可能是因?yàn)榫彼崮艽龠M(jìn)腸道黏膜細(xì)胞增殖和生長(zhǎng)，進(jìn)而增強(qiáng)腸道機(jī)械屏障功能，從而減少疾病對(duì)腸道的損害，維持體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性，保證腸黏膜的完整性。同時(shí)，在研究中發(fā)現(xiàn)，精氨酸是一把“雙刃劍”，當(dāng)精氨酸的劑量為4 mmol/L，即“腸腔生理水平”時(shí)，對(duì)細(xì)胞遷移有益，而劑量>10 mmol/L對(duì)細(xì)胞遷移有害[25]。在魚類上，精氨酸是魚類的必需氨基酸。目前關(guān)于精氨酸對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物腸道功能影響的報(bào)道還較少。在眼斑擬石首魚飼料中添加1%的精氨酸和1%谷氨酰胺可以改善其腸道功能[26]；在建鯉飼料中添加1.85%的精氨酸可以減少脂多糖對(duì)鯉魚腸道的損傷[27]。

關(guān)于精氨酸在腸道修復(fù)中的作用機(jī)制，普遍認(rèn)為精氨酸是通過促進(jìn)活性氧簇的產(chǎn)生和增強(qiáng)腸黏膜的硝基酪氨?；饔脕韺?shí)現(xiàn)的，并是腸細(xì)胞遷移和上皮恢復(fù)的有力刺激物。同時(shí)，精氨酸可增強(qiáng)細(xì)胞遷移率，并活化雷帕霉素靶蛋白(mammal target of rapamycin，mTOR)的下游核糖體S6酶1(ribosomal protein S6 kinase 1，S6K1)[7]。

1.3 其他氨基酸

蘇氨酸是血漿γ-球蛋白和腸道黏蛋白主要成分之一，嬰兒攝入的蘇氨酸中約有70%被腸道組織代謝[28]。當(dāng)飼糧中蘇氨酸缺乏時(shí)，仔豬腸道組織中的肥大細(xì)胞、杯狀細(xì)胞數(shù)目下降，同時(shí)腸道黏蛋白的含量亦顯著下降，并且通過靜脈補(bǔ)充蘇氨酸后，這種抑制行為并不能完全被修復(fù)[29]。限制飼糧中的蘇氨酸后，大鼠小腸各段黏蛋白的合成能力顯著降低[30]。研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬飼糧中添加0.89%的蘇氨酸可以提高腸道功能[31]。在仔豬發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，蘇氨酸缺乏將導(dǎo)致腸道屏障功能減弱，而增加小腸蘇氨酸的供應(yīng)能促進(jìn)黏蛋白的合成和腸道黏膜功能的恢復(fù)[32]。

亮氨酸被認(rèn)為是一種功能性氨基酸，對(duì)腸道功能有重要作用，如嬰兒所攝入的亮氨酸有42%～48%被腸道組織利用[33]，而成人僅有20%～30%[28]。賴氨酸同樣在腸道中被用來合成腸道黏膜蛋白質(zhì)，也可通過分解代謝為腸道提供能量。研究發(fā)現(xiàn)，仔豬飼糧中的賴氨酸有35%被腸道截留，其中僅18%用于合成腸道黏膜蛋白質(zhì)[34]。

在魚類上的研究發(fā)現(xiàn)，適宜水平的色氨酸改善了生長(zhǎng)中期草魚前、中、后腸免疫狀態(tài)，提高了草魚腸道的抗氧化能力，保證了腸道屏障結(jié)構(gòu)的完整[35]。微囊蘇氨酸能有效改善幼建鯉的腸道健康，從而提高其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力[36]。

2 其他物質(zhì)

2.1 鋅

鋅是影響腸道細(xì)胞分裂和再生、調(diào)控腸道氨基酸和蛋白質(zhì)代謝的重要影響因素之一[37-38]。在斷奶仔豬飼糧中添加3 000 mg/kg鋅會(huì)促進(jìn)腸道發(fā)育[37]，降低空腸干細(xì)胞因子mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平[38]，進(jìn)而預(yù)防腸炎。飼糧中添加氧化鋅能提高斷奶仔豬的抗氧化應(yīng)激能力，抑制腸道細(xì)胞凋亡，從而預(yù)防新生仔豬發(fā)生腸炎[39]。在幼建鯉飼料中添加適量的鋅可促進(jìn)腸道發(fā)育，提高腸道消化酶和腸刷狀緣酶的活力，進(jìn)而提高幼建鯉對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力，從而提高生產(chǎn)性能[40]。

2.2 脂肪酸

現(xiàn)已證實(shí)多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFAs)有利于腸炎的防治。在患結(jié)腸炎的幼鼠飲食中添加C18∶3n-3能減輕炎癥反應(yīng)[41]，n-3 PUFAs也能降低小鼠壞死性結(jié)腸炎的發(fā)生概率[42]。在人結(jié)腸腺癌細(xì)胞培養(yǎng)液中加入二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid，EPA)，可影響腸道單層細(xì)胞的緊密連接和滲透性[43]。這說明n-3 PUFAs能預(yù)防腸炎可能與其提高腸道屏障功能有關(guān)[44]。在豬腸黏膜原代培養(yǎng)液中加入游離脂肪酸，能促進(jìn)腸道刷狀緣脂筏微結(jié)構(gòu)域的發(fā)育[45]。在仔豬飼糧中加入0.3%混合中鏈脂肪酸能影響胃微生物種群和腸道細(xì)菌代謝物產(chǎn)量[46]，這可能與中鏈脂肪酸具有提高免疫力和抗菌功能有關(guān)。在降低魚粉含量的情況下，飼料中添加0.02%的植物精油能夠改善凡納濱對(duì)蝦的生長(zhǎng)性能及腸道健康[47]。

2.3 益生菌

益生菌在腸道內(nèi)與各種細(xì)胞成分相互作用，能以多種方式影響腸內(nèi)細(xì)胞的功能。一些研究表明，主要的細(xì)胞信號(hào)調(diào)節(jié)通路和細(xì)胞因子，如核轉(zhuǎn)錄因子、MAPKs、熱休克蛋白、過氧化物酶體增殖物活化受體，均為益生菌或其產(chǎn)物作用的對(duì)象，這些細(xì)胞通路和細(xì)胞因子均可被益生菌通過不同的方式進(jìn)行修改、調(diào)節(jié)[48]。目前益生菌已被廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)，已證實(shí)其能通過提高腸道消化酶活力、維持腸道細(xì)菌平衡、增強(qiáng)免疫能力來促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物的生長(zhǎng)[49- 50]。

2.4 糖類

能改善動(dòng)物腸道功能的糖類包括低聚糖和多糖。研究發(fā)現(xiàn)，給患癌小鼠腹腔注射肽聚糖可顯著抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[51]。研究表明，植物寡糖可調(diào)節(jié)畜禽腸道微生物區(qū)系，抑制腸道有害微生物的增殖，促進(jìn)雙歧桿菌和乳酸桿菌的增殖[52]。低聚糖對(duì)畜禽腸道菌群的調(diào)節(jié)主要是通過增殖有益菌如雙歧桿菌，抑制有害菌如大腸桿菌，并阻止病原菌的定植,從而促進(jìn)病原菌的排出來實(shí)現(xiàn)的[53];而多糖主要是通過提高畜禽的腸道免疫功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)病原菌入侵的抵抗作用，多糖可以通過維持腸黏膜微循環(huán)正常功能，以及促進(jìn)腸黏膜相關(guān)免疫細(xì)胞的增殖，來提高腸道黏膜抗氧化能力，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)的分泌和表達(dá)等[54]。在羅非魚上的研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加黃芪多糖可提高羅非魚絨毛長(zhǎng)度，增加腸道黏液細(xì)胞和上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞的數(shù)量[55]。

3 小 結(jié)

綜上所述，腸道健康是保障水產(chǎn)動(dòng)物快速生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一。一些添加劑可促進(jìn)水產(chǎn)動(dòng)物腸道發(fā)育，維持腸道的正常結(jié)構(gòu)和功能，并提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)吸收能力。因此，在飼料中添加一些可改善腸道健康的添加劑，可提高水產(chǎn)動(dòng)物對(duì)一些比較低廉的飼料源的利用率，但其提高水產(chǎn)動(dòng)物消化吸收能力的作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

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*Corresponding authors: GAO Weihua, lecturer，E-mail: gwh105@126.com; WEN Hua, professor, E-mail: wenhua.hb@163.com