飼料禁抗條件下仔豬腸道健康的營養(yǎng)干預(yù)手段

譚碧娥

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，湖南 長沙 410128；中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙，410125）

腸道健康問題依然是制約我國生豬養(yǎng)殖優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展的重要因素，因腸道健康問題導(dǎo)致的仔豬死亡率達(dá)15%～20%。尤其仔豬在斷奶后的死亡率為6%，但有時(shí)可能上升到20%[1]。動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)家努力優(yōu)化飼料配方，以滿足斷奶仔豬的需求，探索不同的營養(yǎng)因素或管理，以促進(jìn)斷奶仔豬的整體健康。抗生素一直是保護(hù)斷奶仔豬健康的一項(xiàng)重要措施，其可以增強(qiáng)腸道微生物的活性，改善腸道菌群，從而預(yù)防疾病，促進(jìn)生長[1]。然而，隨著抗生素引起的耐藥性和藥物殘留問題越來越嚴(yán)重，引起了消費(fèi)者的廣泛關(guān)注。我國已經(jīng)開始實(shí)施嚴(yán)格的飼料禁抗、限抗、無抗政策，2020年1月1日起退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種。因此，在仔豬生產(chǎn)中迫切需要制定不妨礙動(dòng)物生產(chǎn)的情況下抗生素替代的策略。遺傳、管理和健康的調(diào)控在保護(hù)動(dòng)物健康和提高其生產(chǎn)性能方面都發(fā)揮著重要作用，文章主要關(guān)注仔豬腸道健康的營養(yǎng)干預(yù)策略。

1 腸道健康的涵義

腸道生長是機(jī)體生長發(fā)育的核心和快速生長的基礎(chǔ)，是營養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收場所，還具有防御功能。健康的腸道對仔豬的整體代謝、生理、疾病防御和生長性能至關(guān)重要?！澳c道健康”一詞雖然在人類醫(yī)學(xué)和動(dòng)物健康中反復(fù)出現(xiàn)，但在科學(xué)文獻(xiàn)中缺乏明確的定義。Kogut和Arsenault[2]定義腸道健康為“動(dòng)物沒有疾病，能夠發(fā)揮正常生理功能，以應(yīng)對外源和內(nèi)源性應(yīng)激源”。對于農(nóng)場動(dòng)物，沒有疾病癥狀的情況下動(dòng)物生長性能也可能受到損害。因此，Pluske等提出腸道健康應(yīng)描述為胃腸道的穩(wěn)衡狀態(tài)，一種微生物群和腸道處于共生平衡狀態(tài)的穩(wěn)定狀態(tài)，動(dòng)物的福利和性能不受到影響[3]。動(dòng)物腸道健康更強(qiáng)調(diào)胃腸道結(jié)構(gòu)和屏障功能、正常穩(wěn)定的微生物、有效的消化吸收功能以及有效的免疫狀態(tài)[4]。

2 仔豬斷奶應(yīng)激誘導(dǎo)的腸道健康問題

仔豬腸道健康問題主要出現(xiàn)在斷奶階段。從解剖學(xué)和功能上看，仔豬小腸發(fā)育不成熟，對斷奶敏感。斷奶應(yīng)激使小腸發(fā)生絨毛縮短、隱窩加深、消化酶活性降低和營養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)受損，導(dǎo)致小腸消化能力和防御功能下降。仔豬斷奶后第2天，腸黏膜的相對重量將下降20%～30%，需要5～10 d才能完全恢復(fù)。絨毛高度在斷奶后21 d可降低至斷奶前的75%。隨著腸絨毛萎縮和隱窩增生，進(jìn)一步影響仔豬的消化吸收能力和生產(chǎn)性能。在斷奶后3～5 d，刷狀緣酶活性，如乳糖酶、蔗糖酶、麥芽酶等顯著降低。仔豬在28 d斷奶后，蔗糖酶、異麥芽糖酶和乳糖酶的特異性活動(dòng)在5 d內(nèi)至少下降15%。不過，斷奶對腸道酶活性的影響似乎依賴于斷奶時(shí)仔豬的年齡，這種年齡依賴性變化可能是由于細(xì)胞更新率和蛋白質(zhì)合成的變化引起的。最近的研究揭示了斷奶應(yīng)激對仔豬腸上皮細(xì)胞中蛋白質(zhì)和代謝物表達(dá)的影響[5-6]。早期斷奶仔豬空腸絨毛中上部位參與三羧酸循環(huán)、β氧化和糖酵解途徑的蛋白表達(dá)明顯下調(diào)，而隱窩細(xì)胞中參與糖酵解的蛋白表達(dá)上調(diào)[6]。斷奶后仔豬空腸頂端絨毛上皮細(xì)胞中能量代謝、蛋白氨基酸糖基化、離子轉(zhuǎn)運(yùn)、mTOR信號(hào)通路、細(xì)胞分化、凋亡等各種細(xì)胞代謝或生物學(xué)過程相關(guān)蛋白表達(dá)減少?？漳c中段絨毛中參與呼吸電子傳遞鏈、高爾基體小泡運(yùn)輸、蛋白質(zhì)糖基化的蛋白質(zhì)以及脂質(zhì)、單糖和核苷酸的代謝也被抑制[6]。這些結(jié)果表明，斷奶影響仔豬能量代謝、細(xì)胞大分子組織和定位以及蛋白質(zhì)代謝，從而進(jìn)一步影響斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞的增殖。作為細(xì)胞生長和損傷修復(fù)的指征，仔豬斷奶后多胺代謝和鳥氨酸脫羧酶表達(dá)也發(fā)生了改變。斷奶仔豬腸道通透性增加，緊密連接蛋白表達(dá)降低，疾病易感性增加。最近研究發(fā)現(xiàn)，早期斷奶應(yīng)激引起細(xì)胞連接蛋白和離子通道基因和蛋白E-cadherin和occludin mRNA以及claudin-3、occludin和ZO-1蛋白表達(dá)下降。斷奶應(yīng)激引起的腸屏障損傷在斷奶后第7天沒有恢復(fù)到斷奶前的水平[7]。

斷奶應(yīng)激對腸道免疫屏障的影響主要體現(xiàn)在：斷奶引起腸道CD4+和CD8+ T淋巴細(xì)胞顯著增加，在斷奶后第2天增加了空腸中段炎癥細(xì)胞因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8）的mRNA表達(dá)；激活固有層的免疫細(xì)胞，上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)，導(dǎo)致絨毛萎縮；下調(diào)豬空腸黏膜中MHC I的表達(dá)。對于腸道菌群，斷奶應(yīng)激降低了乳酸菌群的相對豐度，增加了梭菌屬、普氏桿菌屬、變形桿菌科和大腸桿菌屬的相對豐度[1]。斷奶導(dǎo)致仔豬的采食量往往急劇下降，細(xì)菌生存和增殖的營養(yǎng)有限。而致病菌能夠利用特殊的營養(yǎng)物質(zhì)，不能被共生菌分解代謝，從而增強(qiáng)其毒力因子的表達(dá)。例如，沙門氏菌和腸出血性大腸桿菌都可以利用乙醇胺作為碳源或氮源，在與其他微生物群的競爭中獲得營養(yǎng)優(yōu)勢[8]。腸出血性大腸桿菌也可以利用巖藻糖激活I(lǐng)II型分泌系統(tǒng)，促進(jìn)病原菌與宿主腸上皮細(xì)胞的黏附。因此，斷奶仔豬更容易出現(xiàn)腸道炎癥和斷奶后腹瀉，這是由于致病菌的快速增殖和微生物多樣性的喪失造成的[1]。

3 調(diào)控仔豬腸道健康的營養(yǎng)干預(yù)手段

已經(jīng)有很多營養(yǎng)策略應(yīng)用于仔豬健康的調(diào)控，并最大可能地提高仔豬生產(chǎn)性能。包括優(yōu)化飼料配方，在斷奶后利用低蛋白日糧，改善飼料的加工和生產(chǎn)以及添加不同的飼料添加劑等。這些營養(yǎng)干預(yù)手段的目的均在于：改善仔豬營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收；改善腸道微生物組成；免疫調(diào)節(jié)以增強(qiáng)仔豬的抗病能力。以下重點(diǎn)闡述功能氨基酸、抗菌肽、植物提取物、短鏈脂肪酸近年來在仔豬腸道健康研究中的進(jìn)展。

3.1 功能性氨基酸

氨基酸是維持腸道生長發(fā)育的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)。仔豬腸道組織利用了每天攝入的氨基酸將近50%，利用的必需氨基酸占其攝入氨基酸的50%。氨基酸的利用對調(diào)節(jié)細(xì)胞生理學(xué)功能非常重要，對腸黏膜細(xì)胞更新和黏膜屏障功能具有重要的生理意義。氨基酸尤其是功能性氨基酸在黏膜代謝中具有關(guān)鍵作用，可維護(hù)豬腸道屏障的完整性和功能。例如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸在基因表達(dá)、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)、營養(yǎng)物質(zhì)代謝和氧化防御的調(diào)控中發(fā)揮重要作用[9]。

精氨酸是近十幾年來在仔豬腸道功能方面研究最廣泛的氨基酸。筆者所在團(tuán)隊(duì)大量的研究，揭示了精氨酸家族類物質(zhì)（包括精氨酸、N-氨甲酰谷氨酸、谷氨酰胺二肽、α-酮戊二酸、精胺等）通過Arg-NO-Hsp70、mTOR、TLR4-NFκB、PPARγ、VEGF等信號(hào)通路促進(jìn)仔豬腸黏膜上皮細(xì)胞蛋白合成，促進(jìn)細(xì)胞增殖與生長、緩解了斷奶應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，維持黏膜結(jié)構(gòu)和功能[9]。在早期斷奶仔豬日糧添加0.2%～1%的L-精氨酸能顯著提高其生長性能，促進(jìn)腸道生長，緩解不同應(yīng)激因素對腸道的損傷。在斷奶前灌服脯氨酸可使仔豬腸道成熟，促進(jìn)斷奶后腸黏膜增殖以及緊密連接和鉀通道蛋白表達(dá)，從而緩解斷奶應(yīng)激。斷奶仔豬添加1%的谷氨酰胺可顯著提高其腸道抗氧化能力，谷胱甘肽濃度增加29%，防止空腸萎縮，小腸生長增加12%，日增重提高19%。斷奶仔豬日糧添加芳香族氨基酸（0.16% 色氨酸、0.41%苯丙氨酸 、0.22%酪氨酸）能緩解脂多糖（LPS）誘導(dǎo)的黏膜組織病理學(xué)損傷，激活CaSR信號(hào)通路和抑制NF-κB信號(hào)通路，緩解LPS誘導(dǎo)的仔豬腸道炎癥[9]。

3.2 抗菌肽

抗菌肽是由不同生物自然產(chǎn)生的多肽，可以直接從細(xì)菌、昆蟲、植物和脊椎動(dòng)物中分離得到，或者通過重組分子合成?？咕膸д?，包含疏水區(qū)和親水區(qū)?？咕膶Ω锾m氏陰性和革蘭氏陽性細(xì)菌、真菌、寄生蟲和病毒具有強(qiáng)大的廣譜活性。與傳統(tǒng)抗生素相比，抗菌肽顯著的優(yōu)點(diǎn)是可以殺死P. aeruginosa和Staphylococcus aureus等對特定抗生素具有耐藥性的致病菌[10]?？咕目赏ㄟ^與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，滲透入細(xì)胞，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)途徑，引起細(xì)胞死亡。也可能與抗菌肽的抗菌特性有關(guān)，例如抑制細(xì)胞壁合成，抑制蛋白質(zhì)和核酸合成以及抑制細(xì)菌中的酶活性[11]。

抗菌肽對斷奶仔豬腸道健康的保護(hù)作用已有大量的報(bào)道。Xiao等發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.4%的抗菌肽（包括牛乳鐵蛋白和植物防御素）和活性酵母的混合物，可通過增加斷奶仔豬的腸道完整性和降低腸道通透性來減輕霉菌毒素的負(fù)面影響[12]。抗菌肽的作用可能與其調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和腸道菌群相關(guān)[13]。日糧添加牛乳鐵蛋白肽可增加斷奶仔豬小腸乳桿菌屬和雙歧桿菌計(jì)數(shù)，并降低總大腸桿菌和沙門氏菌。添加天蠶素AD可以提高腸道乳桿菌計(jì)數(shù)，降低大腸桿菌感染仔豬的腹瀉發(fā)生率[14]。盡管外源或重組抗菌肽已顯示出替代抗生素的潛力，但大多數(shù)外源抗菌肽在動(dòng)物上消化道被消化，而不能到達(dá)大多數(shù)病原體定植的后腸，其有效性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。因此，通過使用添加劑刺激宿主分泌內(nèi)源性抗菌肽可能是一種更好的方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)丁酸鹽和維生素D能促進(jìn)宿主防御肽的合成。宿主防御肽誘導(dǎo)化合物在無抗養(yǎng)殖中具有廣泛的應(yīng)用前景[15]。

3.3 短鏈脂肪酸

短鏈脂肪酸（SCFAs）主要是通過膳食纖維的后腸發(fā)酵產(chǎn)生的，除了為宿主提供能量來源，也發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[16]。SCFAs通過特定機(jī)制促進(jìn)腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)，包括促進(jìn)杯狀細(xì)胞黏液產(chǎn)生、抑制NFκB、促進(jìn)B細(xì)胞sIgA的分泌、降低T細(xì)胞活化分子在抗原呈遞細(xì)胞上的表達(dá)、增加調(diào)節(jié)性T（Treg）細(xì)胞的數(shù)量和功能等[17]。

丁酸鹽已被廣泛應(yīng)用于飼料中抗生素的替代。由于丁酸具有較高的揮發(fā)性和腐蝕性，因此在豬日糧中一般丁酸與鈣或鈉混合使用。已經(jīng)報(bào)道添加0.1%丁酸鈉能降低仔豬腹瀉，增強(qiáng)腸道的完整性，提高血清IgG含量[18]。丁酸鹽的另一種替代形式是三丁酸甘油酯，其主要優(yōu)點(diǎn)是丁酸的緩釋，可在胃中保持完整，在小腸中以丁酸和甘油一丁酸酯的形式緩慢釋放。日糧添加飼喂0.1%的三丁酸甘油酯可促進(jìn)緊密連接的形成和表皮生長因子受體信號(hào)的活化，減輕乙酸誘導(dǎo)的腸道損傷[19]。丁酸的免疫調(diào)節(jié)作用通過與上皮細(xì)胞或免疫細(xì)胞中表達(dá)的G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合，介導(dǎo)免疫調(diào)節(jié)的級(jí)聯(lián)。丁酸及其衍生物已經(jīng)顯示出非常強(qiáng)的抗革蘭氏陽性和陰性菌的活性，可能是通過穿透細(xì)菌細(xì)胞壁并酸化細(xì)胞質(zhì)，從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[44]。此外，丁酸還能誘導(dǎo)宿主防御肽的產(chǎn)生，從而調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)抵抗病原體，包括對抗生素抗性菌株[15]。

3.4 植物化學(xué)物質(zhì)

植物化學(xué)物質(zhì)是飼料中抗生素替代的重要選擇。大多數(shù)的植物化學(xué)物質(zhì)表現(xiàn)出對革蘭氏陰性和陽性菌的抗菌活性，包括大腸桿菌、沙門氏菌屬、梭菌屬、分枝桿菌屬等。許多植物化學(xué)物質(zhì)也被證實(shí)為潛在的抗病毒劑[20]。Lillehoj等全面綜述了植物化學(xué)物質(zhì)作為抗生素替代品促進(jìn)動(dòng)物生長和健康的作用[20]。在感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的斷奶仔豬中，補(bǔ)充10 mg/kg的辣椒素、大蒜素或姜黃素不同程度上通過提高免疫反應(yīng)，緩解PRRSV的不良反應(yīng)[21]。植物化學(xué)物質(zhì)增強(qiáng)抗病性和生長性能的作用，可能與其改善腸道結(jié)構(gòu)和功能、促進(jìn)腸道健康有關(guān)[22-24]。大腸桿菌感染仔豬補(bǔ)充植物提取物可提高腸絨毛高度，促進(jìn)回腸MUC2基因的mRNA表達(dá)[23]。

植物化學(xué)物質(zhì)的免疫調(diào)節(jié)和抗氧化特性也有利于其對仔豬發(fā)揮保護(hù)作用。杜仲黃酮被證實(shí)具有抗炎和抗氧化活性，緩解因敵草快誘導(dǎo)的仔豬腸黏膜氧化損傷[25]。Lang等報(bào)道大蒜素可以抑制腸上皮細(xì)胞趨化因子的分泌，從而抑制各種循環(huán)白細(xì)胞進(jìn)入發(fā)炎組織。辣椒素、大蒜素或姜黃素能下調(diào)與抗原加工和呈遞以及其他免疫應(yīng)答相關(guān)途徑的基因表達(dá)[23]。幾種常用的植物化學(xué)物質(zhì)（牛至、百里香、生姜、茴香、胡椒、丁香、羅勒、肉桂、大蒜、薄荷等的提取物）在體外細(xì)胞培養(yǎng)和體內(nèi)動(dòng)物模型中都顯示出強(qiáng)大的抗氧化活性，植物化學(xué)物質(zhì)的抗氧化性能主要因?yàn)榫哂信c過氧自由基有高反應(yīng)活性[1]。

4 總結(jié)與展望

腸道是營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收器官，也是化學(xué)感應(yīng)器官和最大的免疫器官。維持腸道健康對仔豬生產(chǎn)非常重要，尤其在飼料中禁止使用抗生素的情況下。大量研究已證實(shí)功能氨基酸、抗菌肽、脂肪酸以及植物化學(xué)物質(zhì)等對斷奶仔豬的腸道發(fā)育和健康發(fā)揮積極作用，已成為潛在的抗生素替代品。但是，飼料中抗生素的替代是個(gè)系統(tǒng)工程，需要綜合考慮各種替抗產(chǎn)品的作用方式、基礎(chǔ)日糧配方和豬的健康狀況。