脫氧雪腐鐮刀菌烯醇對仔豬腸道健康影響的研究進展

朱 翠，白銀山，蔣宗勇，王 麗*

（1.佛山科學技術學院生命科學與工程學院，廣東佛山 528225；2.廣東省農業(yè)科學院動物科學研究所，農業(yè)農村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室，廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室，廣東廣州 510640）

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），又稱嘔吐毒素，屬于單端孢霉烯族類化合物，主要由禾谷鐮刀菌、尖孢鐮刀菌、雪腐鐮刀菌等鐮刀菌產生。DON主要污染玉米、小麥、大麥等谷類作物及其副產品，由于其化學性質穩(wěn)定，對飼料加工工藝和熱處理均不敏感，因此很容易進入食物鏈從而對人和動物產生危害。我國規(guī)定在豬配合飼料中DON含量不得超過1 mg/kg，但近年來我國飼料及各種飼料原料受DON污染非常嚴重（檢出率達100%）[1]。豬對DON的敏感性明顯高于其他動物（豬＞小鼠＞大鼠＞家禽＞反芻動物）[2]。DON對豬的毒性效應與DON強度與劑量、種類、時間和給藥途徑有關系[3]。DON主要在胃到小腸近端處經旁通路途徑被快速吸收，并經腸道微生物的脫環(huán)氧化代謝，形成無毒的脫環(huán)氧代謝物（DOM-1）隨尿排出[4-6]。

由于仔豬腸道發(fā)育尚未完善，容易受到DON污染，腸道炎性因子分泌增加，損害腸道的屏障功能，導致腸道健康紊亂[7]。有研究認為衡量仔豬腸道健康的穩(wěn)態(tài)體系主要包括正常的消化吸收功能、完整的腸道屏障功能、穩(wěn)定的腸道微生物區(qū)系、有效的腸道免疫系統(tǒng)、較少激活腸道應激反應和無腸道疾病等方面[8]。因此，本文主要針對DON對仔豬腸道健康的影響進行綜述，以期為DON的防治措施與營養(yǎng)調控提供理論參考。

1 DON對仔豬腸道形態(tài)結構與腸細胞凋亡的影響

大量研究表明，飼喂DON污染的飼糧可破壞仔豬腸道形態(tài)結構，引起腸道絨毛萎縮[9-11]。小腸是營養(yǎng)物質吸收和轉運的主要部位，絨毛高度降低進而抑制營養(yǎng)物質的消化吸收[12]，從而影響仔豬的正常生長發(fā)育[13]。研究證實，DON可顯著抑制人的腸上皮細胞葡萄糖鈉離子依賴性轉運載體（SGLT1）和果糖轉運載體（GLUT5）以及絲氨酸轉運載體的活性，從而抑制葡萄糖和絲基酸的消化吸收[14]。在蛋雞上的研究也發(fā)現，DON能干擾腸道黏膜上鈉離子依賴性氨基酸轉運載體的活性[15]。但DON并未顯著改變豬空腸對葡萄糖的轉運，同時對葡萄糖轉運載體活性也無影響[16]。然而，DON對腸道形態(tài)的破壞會進一步抑制仔豬腸道氨基酸的吸收，表現為血清中異亮氨酸、蛋氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和脯氨酸含量顯著降低[17]。

目前認為，DON對仔豬腸道形態(tài)結構的破壞與DON對腸上皮細胞的毒性作用有關，這主要與DON抑制蛋白質合成和誘導細胞凋亡有密切關系。研究表明，DON導致仔豬空腸和回腸黏膜上皮細胞凋亡，通過mTOR通路抑制蛋白質合成，增加腸道通透性[10]。細胞試驗結果也顯示，DON也能顯著抑制體外培養(yǎng)的仔豬腸上皮細胞的增殖與分化，使腸上皮細胞發(fā)生早期凋亡，并顯著降低了細胞存活率，增加乳酸脫氫酶（LDH）的釋放，損傷腸上皮細胞形態(tài)結構[18-19]。腸道上皮細胞的更新主要依賴于隱窩底部的腸道干細胞的作用。最新研究發(fā)現，腸道干細胞在體外合適的條件下可培養(yǎng)成類腸團，而DON處理可通過Wnt/β-catenin通路顯著抑制腸道干細胞的活性，減少仔豬類腸團的產生[20]?？梢?，DON降低了腸道干細胞和腸道上皮細胞的增殖活性，促進細胞凋亡，可能抑制了腸道損傷的修復過程，影響營養(yǎng)物質消化吸收，導致仔豬生長受阻。

2 DON對仔豬腸道屏障損傷的影響

腸道上皮屏障是抵御病原菌、病毒和毒素入侵的第一道防線，腸道屏障的完整性對于腸道功能的維持和保護非常重要。腸道是接觸和吸收DON的主要場所，而腸道屏障被認為是霉菌毒素攻擊腸上皮細胞的靶點[21]，其中跨上皮電阻值（TEER）和緊密連接蛋白家族是形成腸道屏障的關鍵。研究證實，DON處理顯著降低了仔豬腸上皮IPEC-1細胞和IPEC-J2細胞的TEER值[3,22]，并增加了腸道通透性和細菌移位[22-24]。有研究發(fā)現，30 μmol/L DON處理IPEC-1細胞48 h可顯著下調Claudin-3和Claudin-4的蛋白表達量[22]，當用2 μg/mL DON處理IPEC-J2細胞時ZO-1、Occludin和Claudin-3的蛋白表達量均顯著下調，細胞通透性明顯增加[25]，且以DON對基底膜側的抑制效果更明顯[3]。動物試驗結果也顯示，仔豬采食DON污染飼糧后其空腸黏膜的Claudin-4蛋白表達量也顯著下降[22]，仔豬血漿D-乳糖含量和回腸二胺氧化酶（DAO）活性顯著升高，說明腸道通透性增加，屏障功能受損[17]。此外，DON不僅導致仔豬回腸黏膜緊密連接基因表達（Claudin、Occludin和Vimentin）顯著下調，還發(fā)現與重建修復、炎癥反應、氧化應激反應和免疫反應等有關基因也顯著變化[26]?？梢?，DON造成緊密連接蛋白損傷，提高腸道通透性，損害仔豬腸道的屏障功能。研究發(fā)現，DON破壞仔豬腸道屏障功能與MAPKs、MLCK和NF-κB等通路的快速激活有關[27-28]。

3 DON對仔豬腸道微生物的影響

腸道微生物平衡對維持仔豬腸道健康至關重要。研究顯示，霉菌毒素可改變動物腸道微生物的組成、多樣性、豐富度和代謝活性[29]，但目前有關DON對仔豬腸道微生物的影響研究還比較少。研究發(fā)現，連續(xù)飼喂DON污染飼糧（2.8 mg/kg）4周顯著改變了斷奶仔豬糞便微生物組成，顯著增加了腸道好氧菌數量[30]。最近研究發(fā)現，DON顯著降低了仔豬盲腸內容物的毛螺菌科、考拉桿菌屬和瘤胃球菌屬UCG-014的相對豐度，并顯著增加了普氏菌屬和普雷沃氏菌科的相對豐度，說明DON打破仔豬了腸道菌群的平衡[31]。DON單獨處理或與玉米赤霉烯酮共同處理的時候，迷你豬模型中結腸內容物的產氣莢膜梭菌和大腸桿菌屬以及腸桿菌科的相對豐度顯著減少[32]。研究表明，膽囊收縮素（CCK）、五羥色胺（5-HT）、胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和酪酪肽（PYY）等參與調節(jié)動物采食行為，而DON引起動物厭食的機制可能與通過調節(jié)腸道菌群影響下丘腦和腸道內分泌的變化有關[31,33-34]。例如，DON可明顯增加胃腸道CCK的分泌而抑制小鼠采食[33]。小鼠上的宏基因組研究表明，DON污染顯著影響了腸道微生物的豐度，尤其是厚壁菌門和擬桿菌門的相對豐度顯著增加，且顯著改變了腸道菌群的鞘脂代謝、蛋白質消化與吸收、硫辛酸等代謝途徑[35]。隨著測序平臺和無菌動物技術的發(fā)展，揭示DON如何影響腸道微生物及其代謝產物來調控宿主的生理與免疫反應將是未來的研究重要方向之一。

4 DON對仔豬腸道黏膜免疫的影響

斷奶仔豬腸道免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，較易受到霉菌毒素的攻擊，從而影響腸道免疫系統(tǒng)的平衡。研究表明，當豬采食了DON污染的飼糧時，造成仔豬胃腸道上皮損傷，引發(fā)腸道炎癥反應[11,35]，導致豬腸上皮細胞和空腸、回腸組織中IL-6、IL-8、IL-1α、IL-1β和TNF-α等促炎性細胞因子的mRNA表達量顯著升高[11,36-37]，還顯著降低了仔豬回腸黏膜的防御素-1（Defensin-1）的mRNA表達量[26]。研究還表明，DON顯著增加了仔豬空腸的杯狀細胞數量以及回腸的淋巴細胞數量[17]，且誘導Th17淋巴細胞分化，從而可能促進炎病性腸?。↖BD）的發(fā)生[38]。研究認為，DON的最低毒性作用在1 mg/kg左右[39]。較低劑量的DON污染飼糧對仔豬的生長性能、血液生化指標和免疫反應均沒有顯著影響[39]，也不影響仔豬脾臟和空腸中IgA漿細胞、CD3+、CD4+和CD8+陽性細胞數量[40]。此外，單核巨噬細胞在DON急性和慢性中毒過程中可能發(fā)揮重要作用[2]。以上研究表明，DON引起腸道促炎性細胞因子的分泌，造成腸道炎癥的發(fā)生，但是有關腸道黏膜和固有層免疫細胞的研究報道不太一致，仍需進一步的深入研究闡明。

5 DON對仔豬腸道氧化應激的影響

氧化應激是指在外界刺激因素作用下，體內產生的自由基數量過多，超出體內抗氧化系統(tǒng)的清除能力，引起機體氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)紊亂，導致自由基在體內積累而引起蛋白質、脂類和DNA的氧化損傷過程[41]。研究表明，早期斷奶可打破仔豬腸道的氧化平衡狀態(tài)，導致抗氧化能力降低、自由基增多，引起氧化應激[42]。此外，霉菌毒素也是誘導和加劇斷奶仔豬腸道氧化應激的重要因素之一，其中以DON在飼料和原料中污染情況最為嚴重。研究顯示，DON感染會導致IPEC-J2細胞氧化應激的發(fā)生，細胞線粒體膜電位降低，細胞內活性氧（ROS）含量顯著升高，損害腸道健康，該作用與DON抑制IPEC-J2細胞的Nrf2信號通路而降低抗氧化功能有關系[18]。動物試驗結果也表明，DON顯著降低了仔豬空腸和回腸的總抗氧化能力（T-AOC），并顯著增加了丙二醛（MDA）含量[17]，還顯著降低了仔豬回腸黏膜抗氧化酶基因（GPX-3、GPX-4和SOD-3）的mRNA表達量[26]。研究表明，ROS產生過量是氧化應激、炎癥發(fā)生和發(fā)展的關鍵因素，抗氧化酶系統(tǒng)功能降低，引起氧化應激誘導細胞DNA、蛋白質和脂質損傷，且細胞損傷修復能力也顯著下降，進一步引起腸道通透性增加，腸腔細菌毒素移位，引起腸道黏膜炎癥損傷[43]。值得注意的是，DON和玉米赤霉烯酮對線粒體DNA損傷標志性指標（8-羥基-2-脫氧鳥苷，8-OH-dG）的產生具有協(xié)同作用，加劇氧化應激反應[44]。此外，DON顯著降低了仔豬脾臟淋巴細胞的抗氧化能力，并具有劑量和時間依賴性效應[45]。因此，添加適量的抗氧化劑（如維生素C、維生素E、維生素A、硒和白藜蘆醇等）或能提高體內抗氧化能力的功能性添加劑，以及防止DNA損傷的核苷酸等物質，可能對DON引起的仔豬腸道氧化應激反應有一定的緩解作用[19,43]。

6 小 結

綜上所述，腸道是仔豬接觸和吸收DON的主要部位。DON刺激會引起腸道上皮細胞凋亡，增加腸道ROS和促炎性因子的分泌，導致氧化應激反應的發(fā)生，破壞仔豬腸道黏膜結構，損傷腸道屏障功能，降低免疫力，增加導致腸道感染的機會，并影響仔豬腸道微生物的組成，從而影響仔豬腸道健康和正常生長。目前有關DON對仔豬腸道微生物與代謝活性、DON對仔豬腸道黏膜免疫的作用機制研究甚少。維護腸道健康是保證畜禽生產性能和養(yǎng)殖獲利的重要因素。因此，深入研究DON對腸道毒害機理，為研發(fā)DON污染的防治措施和改善仔豬腸道健康的營養(yǎng)干預手段提供理論依據，促進養(yǎng)豬業(yè)健康發(fā)展。