抗生素類生長(zhǎng)促進(jìn)劑對(duì)畜禽腸道屏障功能的調(diào)節(jié)研究進(jìn)展

丁 健，胡 艷，邵 丹

（1.全國(guó)畜牧總站，北京 100125；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院家禽研究所，江蘇揚(yáng)州 225125）

抗生素類生長(zhǎng)促進(jìn)劑（AGP）是一類以“亞治療劑量”長(zhǎng)期飼喂動(dòng)物，用于促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、提高養(yǎng)殖效率的抗菌藥物類飼料添加劑。自20 世紀(jì)70 年代起，AGP在畜禽生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用，因其良好的促生長(zhǎng)效果成為畜禽高效養(yǎng)殖中生長(zhǎng)促進(jìn)劑的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，但其長(zhǎng)期使用也被認(rèn)為是造成細(xì)菌耐藥性的助推劑。2006 年歐盟率先全面停止使用AGP，隨后多個(gè)國(guó)家相繼跟進(jìn)。2020 年7 月1 日起，我國(guó)將禁止飼料生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)含有促生長(zhǎng)類藥物飼料添加劑（中藥類除外）的商品飼料。近年來(lái)，AGP 替代品研發(fā)一直是畜禽養(yǎng)殖業(yè)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)，但由于對(duì)AGP 促生長(zhǎng)作用機(jī)制缺乏全面深入的了解，當(dāng)前AGP 替代品開(kāi)發(fā)及替代效果還不盡如人意。除通過(guò)直接作用于腸道微生物在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮作用外，AGP 對(duì)腸道屏障功能的調(diào)節(jié)作用與畜禽生產(chǎn)性能之間也存在關(guān)聯(lián)。本文結(jié)合新近文獻(xiàn)資料，以動(dòng)物腸道屏障功能為切入點(diǎn)，探討AGP 對(duì)腸道屏障功能調(diào)節(jié)及其與生產(chǎn)性能的關(guān)系，以期為AGP 替代品研發(fā)提供理論借鑒與思路啟發(fā)。

1 AGP 與腸道微生物及其代謝產(chǎn)物

腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對(duì)腸道屏障功能具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，微生物及其代謝產(chǎn)物可預(yù)防多種動(dòng)物胃腸道疾病，并提高腸道免疫功能[1]。相比正常動(dòng)物，經(jīng)無(wú)菌處理的動(dòng)物腸道免疫組織顯示出發(fā)育不良現(xiàn)象[2]。在小鼠模型中，通過(guò)灌胃給予普氏糞桿菌（Faecalibacterium prausnitzii）或其培養(yǎng)上清液可減輕結(jié)腸炎癥[3]；脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）及其表面的多糖成分可增強(qiáng)結(jié)腸T 細(xì)胞功能[4]和T 細(xì)胞分化[5]。腸道微生物還可將食物中碳水化合物分解為短鏈脂肪酸（SCFA），主要包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽[6]，其中丁酸鹽是腸上皮細(xì)胞的直接能量來(lái)源，對(duì)維持腸道健康尤為重要[7]。

由于亞治療劑量的AGP 也具有抗菌作用[8]，部分研究者觀察到在使用AGP 時(shí)，動(dòng)物生長(zhǎng)性能改變同時(shí)往往伴隨著腸道菌群的變化。Pourabedin 等[9]試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，肉雞日糧中添加維吉霉素（16.5 g/t）在改善了飼料轉(zhuǎn)化效率的同時(shí)，伴隨著回腸中丙酸桿菌屬（Propionibacterium）和棒狀桿菌屬（Corynebacterium）微生物豐度的提高。日糧中同時(shí)添加青霉素（50 g/t）和水楊酸桿菌肽（50 g/t）增加了21 日齡火雞體重，同時(shí)伴隨著回腸中乳酸桿菌屬（Lactobacillus）微生物豐度的提高[10]。添加桿菌肽鋅（50 mg/kg）可改善肉雞飼料轉(zhuǎn)化率，增加盲腸微生物多樣性，如糞桿菌屬（Faecalibacterium）和瘤胃球菌屬（Ruminococcus）微生物豐度提高，乳酸桿菌屬（Lactobacillus）和優(yōu)桿菌屬（Eubacterium）微生物豐度降低[11]。不同理化特性的AGP 對(duì)動(dòng)物腸道菌群存在不同影響[12-13]。目前，關(guān)于AGP 影響腸道微生物代謝產(chǎn)物和畜禽生長(zhǎng)性能關(guān)系的研究還比較少。Pourabedin 等[9]試驗(yàn)證實(shí)，添加維吉霉素（16.5 g/t）可以改善肉雞的飼料轉(zhuǎn)化效率，提高盲腸丙酸鹽含量，且與丙酸鹽的唯一產(chǎn)生菌——丙酸桿菌在回腸中的豐度提高呈正相關(guān)。新霉素和土霉素聯(lián)合添加后也可增加肉雞盲腸乙酸鹽含量，但未觀察到生長(zhǎng)性能和飼料轉(zhuǎn)化效率的改善[14]。

2 AGP 與腸道黏液層

腸道黏液層為宿主提供了第一道腸道屏障。凝膠狀的黏液可以滯留入侵的病原微生物，并可通過(guò)管腔流動(dòng)作用促進(jìn)病原微生物排出，同時(shí)給共生微生物提供了定植場(chǎng)所、潤(rùn)濕環(huán)境和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[15]。腸上皮細(xì)胞中的杯狀細(xì)胞分泌大量的黏液蛋白，形成腸上皮細(xì)胞的黏液層。黏液蛋白可分為膜結(jié)合黏液素和分泌黏液素，其中黏液蛋白2 是哺乳動(dòng)物腸道主要的分泌黏液素[16]。根據(jù)組織化學(xué)染色，黏液蛋白可以進(jìn)一步區(qū)分為中性或酸性，后者可以抑制細(xì)菌位移[17]。杯狀細(xì)胞分布于整個(gè)動(dòng)物腸道黏膜層，其密度隨著腸道微生物密度的增加而增加[18]。黏膜層的損耗與某些腸道感染有關(guān)，而消化酶、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散與黏液層厚度呈負(fù)相關(guān)[19]，其厚度越大，腸段消化吸收能力越差[20]，故不同腸道的黏液層都有一個(gè)最佳厚度[21]。諸多因素會(huì)影響?zhàn)ひ旱鞍椎姆置?，如日糧（可能影響微生物與腸上皮細(xì)胞互作的飼料原料或添加劑）、環(huán)境和飼養(yǎng)管理等[22]。

雖然當(dāng)前杯狀細(xì)胞和黏液蛋白對(duì)維持腸道健康、改善動(dòng)物生產(chǎn)性能的作用機(jī)制還不是十分清楚，但已有學(xué)者圍繞AGP 對(duì)杯狀細(xì)胞及其分泌物功能的影響開(kāi)展了研究。如桿菌肽鋅（50 mg/kg）可增加21 日齡肉仔雞回腸的杯狀細(xì)胞（酸性亞型和總型）的密度和大小，且與日增重和飼料轉(zhuǎn)化效率的改善呈正相關(guān)[23]；水楊酸桿菌肽（500 mg/kg）可提高肉雞體重并改善飼料轉(zhuǎn)化效率，但對(duì)14 日齡Ross 肉雞的黏液蛋白2 的mRNA表達(dá)量無(wú)影響[24]；阿莫西林（25 mg/kg）和氧化鋅（2 500 mg/kg）聯(lián)合添加可增加31 日齡斷奶仔豬結(jié)腸杯狀細(xì)胞的密度和日增重[25]。另有研究報(bào)道，阿維霉素（5 mg/kg）可增加14 日齡Cobb 肉雞空腸和回腸杯狀細(xì)胞的密度和黏液蛋白mRNA 表達(dá)量，同時(shí)降低十二指腸黏液糖蛋白濃度，但對(duì)肉雞生長(zhǎng)性能和腸道黏液層厚度沒(méi)有影響[26]。限飼會(huì)增加雛雞腸道杯狀細(xì)胞的大小，減少黏液層厚度，可能與限飼導(dǎo)致黏液解離速度加快有關(guān)[27]。此外，杯狀細(xì)胞的大小可能與黏液的產(chǎn)生、儲(chǔ)存和分泌的平衡有關(guān)。

3 AGP 與腸道上皮細(xì)胞

腸上皮細(xì)胞外包被了一層多糖-蛋白復(fù)合物，將宿主與外部環(huán)境隔離。腸上皮細(xì)胞主要包括杯狀細(xì)胞（分泌黏液蛋白）、盤狀細(xì)胞（分泌宿主防御肽，HDP）、內(nèi)分泌細(xì)胞和吸收性上皮細(xì)胞4 種類型，其中吸收性上皮細(xì)胞占比最多。腸上皮細(xì)胞組合成手指狀突起，稱之為絨毛，絨毛之間由凹陷的隱窩分開(kāi)。絨毛結(jié)構(gòu)大大增加了腸道消化和吸收的表面積，且上皮細(xì)胞表面附著有絨毛膜酶，故腸道黏膜表面積與消化、吸收效率呈正比，與飼料轉(zhuǎn)化效率呈正相關(guān)[28]。為保證腸絨毛屏障中上皮細(xì)胞的連續(xù)性和細(xì)胞間的通透性，上皮細(xì)胞之間充斥著一種緊密連接復(fù)合物質(zhì)，使得細(xì)胞間結(jié)合緊密。緊密連接復(fù)合物是由多種蛋白組成的復(fù)合體，由跨膜蛋白和調(diào)節(jié)因子（如激酶）組成[29]。除在消化和屏障功能中發(fā)揮關(guān)鍵作用外，腸上皮細(xì)胞還和腸道免疫細(xì)胞一起表達(dá)Toll 樣受體，通過(guò)識(shí)別病原相關(guān)分子模式（PAMPs）對(duì)腸道微生物病原做出適應(yīng)性免疫反應(yīng)[30]，提高宿主固有免疫系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)節(jié)能力。

目前，已有不少研究圍繞AGP 對(duì)腸上皮組織相關(guān)功能的影響進(jìn)行了探討。阿維霉素（6 mg/kg）可以改善Ross 肉雞1～42 日齡的體增重和飼料轉(zhuǎn)化效率，并伴隨回腸黏膜厚度和隱窩深度的降低，亦與日糧能量、腸道總脂肪及回腸粗蛋白質(zhì)（包括多種氨基酸）消化率的提高呈線性相關(guān)[31]。阿維霉素（2.5 mg/kg）可以提高42 日齡Cobb 肉雞養(yǎng)分消化率，同時(shí)改善了1～42日齡肉雞的生長(zhǎng)性能[32]。還有一些研究也發(fā)現(xiàn)使用AGP 后肉雞和豬的腸道形態(tài)改善、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率的提升與生長(zhǎng)性能改善之間存在關(guān)聯(lián)[33-38]。腸道乳酸桿菌（Lactobacillus spp.）具有膽汁鹽水解酶活性，可解離膽汁鹽，改善脂肪消化和吸收[39]，協(xié)同AGP 一起改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能[40-41]。此外，水楊酸桿菌肽（55 mg/kg）可以提高Ross 肉雞的生長(zhǎng)性能，伴隨著回腸中的表征腸道成熟的堿性磷酸酶活性升高[42]。遺憾的是，關(guān)于AGP通過(guò)影響緊密連接而提升動(dòng)物生長(zhǎng)性能的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。僅有一項(xiàng)研究報(bào)道，水楊酸桿菌肽（50 mg/kg）對(duì)14 日齡Ross 肉雞的體重和飼料轉(zhuǎn)化效率有所改善，但對(duì)緊密連接蛋白mRNA 表達(dá)無(wú)影響[43]。

4 AGP 與腸道上皮下免疫系統(tǒng)

腸道上皮下免疫系統(tǒng)由彌散分布在黏膜上皮內(nèi)和固有層的免疫細(xì)胞和免疫分子以及腸道相關(guān)淋巴樣組織（GALT）等組成。上皮下免疫組織中有多種免疫細(xì)胞，包括樹(shù)突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B/漿細(xì)胞、CD4+（包括調(diào)節(jié)因子）T 細(xì)胞、CD8+T 細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和粒細(xì)胞（如中性粒細(xì)胞/異嗜性白細(xì)胞）等。樹(shù)突狀細(xì)胞從被吞噬的上皮細(xì)胞中獲取抗原，也可以破壞上皮細(xì)胞和/或通過(guò)細(xì)胞間隙的緊密連接復(fù)合物將樹(shù)突延伸至腸腔捕捉目標(biāo)[44]。獲得抗原后，樹(shù)突狀細(xì)胞發(fā)生遷移，激活初始的T 細(xì)胞，并與之互作刺激相關(guān)的免疫細(xì)胞分泌細(xì)胞因子和趨化因子，協(xié)同做出相應(yīng)的免疫應(yīng)答反應(yīng)。研究表明，無(wú)菌動(dòng)物的腸道黏膜免疫組織發(fā)育不良[2]，而腸道存留的特定微生物和免疫系統(tǒng)之間的互作可以使得異常的腸道免疫功能恢復(fù)[1]。綜上所述，動(dòng)物腸道上皮下免疫系統(tǒng)和上皮細(xì)胞協(xié)同完成對(duì)腸道微生物和抗原的有效監(jiān)控和系統(tǒng)免疫應(yīng)答。

目前，在AGP 改善畜禽生長(zhǎng)性能的研究報(bào)道中對(duì)AGP 對(duì)腸道免疫參數(shù)影響的研究還很少。在1～35 日齡地面平養(yǎng)肉雞日糧中聯(lián)合使用莫能菌素（100 g/t）、水楊酸桿菌肽（50 g/t）和羅沙酮（45 g/t），在36～43 日齡使用維吉霉素（20 g/t），肉雞腸（空腸和回腸）上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（IEL）CD4、CD8 和MHC2 的表達(dá)降低，TCR2 表達(dá)增加，并伴隨著IL-6、IL-17F、IFNγA、IL-13、TGFβ4 和CXCLi2 表達(dá)量增加以及IL-12 表達(dá)量降低[45]。Lee 等[45]研究還發(fā)現(xiàn)，第一階段（1～35 d）用抗球蟲(chóng)藥癸氧喹酯（27 g/t）代替莫能菌素，減少了腸（空腸和回腸）上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞（IEL）CD4、CD8 和MHC2 的表達(dá)，并增加了BU1 和TCR2 型IEL，增強(qiáng)了IL-4、IL-6、IL-13 和CXCLi2 的表達(dá)，降低了IL-2和IL-12 的表達(dá)。上述研究顯示，抗球蟲(chóng)藥物與AGP聯(lián)合使用可能影響動(dòng)物腸黏膜IEL 亞群數(shù)量，并促進(jìn)IEL 亞群表達(dá)和促炎性Th1 和Th2 細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞因子和趨化因子，但相關(guān)報(bào)道中未能提供生產(chǎn)性能數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估這些變化是否有益。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，水楊酸桿菌肽（50 mg/kg）可以改善14 日齡Ross 肉仔雞體重和飼料轉(zhuǎn)化效率，并與回腸IL-6 和IL-13 表達(dá)的增加相關(guān)[43]。IL-6 是由多種免疫相關(guān)細(xì)胞產(chǎn)生的促炎癥細(xì)胞因子，參與T 細(xì)胞的增殖和活化，還參與B 細(xì)胞的分化以及急性期反應(yīng)的調(diào)節(jié)。IL-13 是關(guān)鍵的Th2 型細(xì)胞因子，對(duì)B 細(xì)胞和單核細(xì)胞的免疫活性有影響，可以影響機(jī)體IgE 水平、炎性細(xì)胞因子表達(dá)、細(xì)胞介導(dǎo)的免疫力和抗胃腸道感染（如線蟲(chóng)）的能力。因此，水楊酸桿菌肽可能通過(guò)影響先天的炎癥反應(yīng)和抗體反應(yīng)改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能，但其作用機(jī)制尚待進(jìn)一步研究。

5 AGP 與腸道分泌的抗微生物物質(zhì)

除黏液蛋白外，腸上皮細(xì)胞外包被的多糖-蛋白復(fù)合物中還含有抗菌肽和分泌型IgA?？咕念悾ˋMPs）又稱為宿主防御肽（HDP），由多種細(xì)胞表達(dá)，其中主要由潘氏細(xì)胞和腸細(xì)胞分泌。據(jù)報(bào)道，HDP 對(duì)革蘭氏陰性和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌、真菌、病毒、原生動(dòng)物以及癌細(xì)胞等具有廣譜活性[46]。此外，HDP 還參與天然和適應(yīng)性免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)黏蛋白、緊密連接復(fù)合物的表達(dá)，重塑腸道微生物菌群組成[47]和抗感染作用[48]。

免疫球蛋白A（IgA）由腸道黏膜固有層中的漿細(xì)胞產(chǎn)生，可以抑制和清除腸道微生物，并有助于黏膜免疫和保持腸道穩(wěn)態(tài)[49]。分泌型IgA（sIgA）是由上皮細(xì)胞基底外側(cè)面表達(dá)的多聚免疫球蛋白受體（pIgR），可以穿過(guò)腸上皮細(xì)胞進(jìn)入腸腔[15]。細(xì)胞外pIgR 是sIgA復(fù)合物的關(guān)鍵成分，有助于sIgA 免受腸道蛋白酶類降解和sIgA 附著在黏液層中[50]。據(jù)報(bào)道，在無(wú)菌動(dòng)物腸道黏膜固有層中IgA 陽(yáng)性細(xì)胞和腸道IgA 水平都顯著降低，證明腸道菌群（如分段絲狀細(xì)菌）可以參與IgA 的分泌[51]。研究發(fā)現(xiàn)在，不同飼養(yǎng)條件下，不同來(lái)源的HDP 可以改善豬[52]和家禽[47]的生長(zhǎng)性能，并提高sIgA 水平。Wang 等[53]報(bào)道，從豬腸道分離出的抗菌肽可以改善SPF 羅曼雞的生長(zhǎng)性能，并提高十二指腸、空腸和回腸中sIgA 的分泌。雖然目前關(guān)于AGP 對(duì)HDP、sIgA 分泌的影響及其參與動(dòng)物生長(zhǎng)性能的調(diào)節(jié)的研究還未見(jiàn)報(bào)道，但前述研究也為HDP、IgA 等可能作為AGP 替代品的篩選提供了思路。

6 結(jié) 語(yǔ)

隨著科學(xué)研究的不斷推進(jìn)，對(duì)腸道黏膜結(jié)構(gòu)與屏障作用機(jī)制的了解已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。AGP 通常被認(rèn)為有益于改善動(dòng)物腸道結(jié)構(gòu)、提高生長(zhǎng)性能。但對(duì)腸道黏膜層結(jié)構(gòu)及功能、生長(zhǎng)促進(jìn)功效的相關(guān)指標(biāo)和互作關(guān)系的評(píng)價(jià)，仍然是AGP 促生長(zhǎng)作用機(jī)制研究中不可或缺的。當(dāng)前的相關(guān)研究還多集中在AGP 單純對(duì)腸道屏障功能關(guān)鍵組分的影響上，同時(shí)考察對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的研究還比較少，從而給分析AGP 促生長(zhǎng)與動(dòng)物關(guān)鍵腸道屏障功能間的互作帶來(lái)困難。從現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果看，AGP 種類、劑量、試驗(yàn)動(dòng)物、試驗(yàn)環(huán)境等對(duì)腸道屏障功能及動(dòng)物生長(zhǎng)表現(xiàn)的影響不盡相同，提示在今后的研究中需要對(duì)動(dòng)物模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮Y選。此外，鑒于不同腸道結(jié)構(gòu)的屏障作用是相互協(xié)同和相互影響的，從理論上看尋求與AGP 作用功效完全一致的替代品是十分困難的，今后需要充分利用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)對(duì)腸道屏障功能調(diào)節(jié)的各個(gè)組成結(jié)構(gòu)和功能，以及它們之間的相互作用及其對(duì)生長(zhǎng)性能的影響進(jìn)行更為深入的研究。同時(shí)，為了提高研究結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用效果，建議多在具有商業(yè)代表性的生產(chǎn)環(huán)境中開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)研究，為AGP 替代品的研發(fā)提供更好的借鑒與參考。