詹小立 應(yīng)加富 鄧 波 吳 杰 李靜靜 劉宇宸 余東游 李衛(wèi)芬* 徐子偉*
(1.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院,杭州 2310021;2.浙江豐虹生物科技有限公司,湖州 2313300;3.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所,杭州 2310021)
斷奶可以引起仔豬氧化應(yīng)激及腸道損傷[1],并影響其免疫功能,最終導(dǎo)致其腹瀉以及生長(zhǎng)受阻[2-3]。在過(guò)去的幾十年中,抗生素、氧化鋅和硫酸銅已被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)豬業(yè),以提高免疫力,減少仔豬腹瀉[4]。然而,這些添加劑的濫用也導(dǎo)致了抗生素耐藥性以及重金屬殘留等問(wèn)題,使用安全的飼料添加劑是大勢(shì)所趨[5]。
蒙脫石是一種含水鋁硅酸鹽的層狀礦物(為膨潤(rùn)土的主成分),其單位晶胞由2層硅氧四面體片和1層鋁氧八面體片組成,屬于典型2∶1“三明治”結(jié)構(gòu),晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)存在大量1 nm左右的微孔或通道,大大增加了其比表面積。在晶體構(gòu)造層間含有水及可交換的陽(yáng)離子——鈉離子(Na+)、鉀離子(K+)、鈣離子(Ca2+)和氫離子(H+)等[6]。蒙脫石可減少霉菌毒素污染,具有防治腸道疾病及提高動(dòng)物生產(chǎn)性能等功效[7-9]。通過(guò)陽(yáng)離子交換法可使銅離子(Cu2+)替代蒙脫石中原有的陽(yáng)離子,從而改變蒙脫石的結(jié)構(gòu)[改性蒙脫石(modified montmorillonite,MMT)],使其具有更大的層間距和比表面積,形成新的二維微孔蒙脫石材料。本試驗(yàn)旨在研究飼糧添加MMT對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能、血清免疫和抗氧化功能的影響,同時(shí)通過(guò)體外細(xì)胞試驗(yàn)研究其對(duì)豬腸上皮細(xì)胞抗炎及凋亡的影響,為MMT在仔豬養(yǎng)殖中的應(yīng)用提供依據(jù)。
MMT由浙江某生物科技有限公司提供,制備方法如下:將膨潤(rùn)土分散于水中制備濃度5%~10%的膨潤(rùn)土漿液,攪拌浸泡3~5 h,加入鈉化改性劑,50~70 ℃恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)5~8 h,提純、脫水、洗滌、烘干,得到高純蒙脫石。取上述高純蒙脫石樣品,加入質(zhì)量比20倍的雙蒸水,攪拌成懸浮液,按摩爾比1.5倍離子交換容量的量加入Cu2+(CuSO4·5H2O,分析純),攪拌24 h,過(guò)濾后用雙蒸水洗滌3次,真空干燥,研磨至過(guò)600目篩,得到載銅蒙脫石樣品,MMT的銅離子交換容量>1 100 mmol/kg。
選取48頭體重為(7.42±0.85) kg的24日齡斷奶仔豬隨機(jī)分成2個(gè)組,每組4個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)6頭豬(公母各占1/2)。對(duì)照組飼喂基礎(chǔ)飼糧,基礎(chǔ)飼糧為參照NRC(2012)斷奶仔豬營(yíng)養(yǎng)需要配制的粉狀配合飼料,其組成及營(yíng)養(yǎng)水平見(jiàn)表1;MMT組飼喂基礎(chǔ)飼糧+1.6‰ MMT。試驗(yàn)期28 d,試驗(yàn)期間豬自由采食和飲水,常規(guī)驅(qū)蟲(chóng)和免疫。
表1 基礎(chǔ)飼糧組成及營(yíng)養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))
續(xù)表1項(xiàng)目 Items第1~14天 Days 1 to 14第15~28天 Days 15 to 28消化能 DE/(MJ/kg)13.8513.68賴氨酸 Lys1.271.18蛋氨酸+半胱氨酸 Met+Cys0.740.72蘇氨酸 Thr0.900.82鈣 Ca0.800.70總磷 TP0.650.60
分別于試驗(yàn)第1天、第14天和第28天對(duì)仔豬空腹稱重,并記錄各欄采食量。計(jì)算各階段仔豬平均日增重(ADG)、平均日采食量(ADFI)和料重比(F/G)。每天早晚2次記錄仔豬腹瀉次數(shù),計(jì)算每欄腹瀉率:
每欄腹瀉率=每欄全期腹瀉次數(shù)/
(每欄觀察總頭次數(shù)×試驗(yàn)天數(shù))。
試驗(yàn)結(jié)束時(shí),每欄選取2頭仔豬(公母各1頭)前腔靜脈采血,靜置8 h待血清析出,3 000 r/min離心10 min,將上清分裝于離心管中,置于-20 ℃冰箱中保存待測(cè)。
血清免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)、免疫球蛋白G(immunoglobulin G,IgG)、免疫球蛋白M(immunoglobulin M,IgM)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、丙二醛(malonaldehyde,MDA)和脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)含量以及二胺氧化酶(diamine oxidase,DAO)、髓過(guò)氧化物酶(myeloperoxidase,MPO)、過(guò)氧化氫酶(catalase,CAT)活性和總抗氧化能力(total antioxidant capacity,T-AOC)等指標(biāo)的測(cè)定均采用南京建成生物工程研究所的試劑盒測(cè)定,測(cè)定方法按照說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。
體外細(xì)胞試驗(yàn)主要用到的試劑:DMEM/F12高糖培養(yǎng)基、青霉素/鏈霉素雙抗(100×)購(gòu)自上海源培生物科技有限公司,0.25%胰酶[含0.02%乙二胺四乙酸(EDTA)]購(gòu)自索萊寶公司,胎牛血清(FBS)購(gòu)自Gibico公司,LPS購(gòu)自美國(guó)Sigma-Aldrich公司。
細(xì)胞培養(yǎng)方法如下:將凍存的IPEC-J2細(xì)胞從液氮中取出,在37 ℃水浴鍋內(nèi)快速解凍,并將配制好含有10%FBS的DMEM/F12完全培養(yǎng)基(含1%青霉素/鏈霉素雙抗)從4 ℃冰箱取出預(yù)熱。將融化后的細(xì)胞加到含有一定量預(yù)熱的培養(yǎng)基離心管內(nèi),1 000 r/min離心5 min后將沉淀接種于10 cm的培養(yǎng)皿內(nèi),放置在37 ℃、CO2濃度為5%、相對(duì)濕度為100%的恒溫培養(yǎng)箱。待細(xì)胞長(zhǎng)滿70%~80%時(shí),去掉上清,磷酸鹽緩沖液(PBS)清洗2遍,加入1 mL的胰酶消化2 min后,加入2 mL完全培養(yǎng)基終止消化,吹打細(xì)胞收集懸液于10 mL離心管內(nèi),1 000 r/min離心5 min,去上清,加入DMEM/F12完全培養(yǎng)基,再根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃將細(xì)胞接種或是鋪板。
MMT對(duì)IPEC-J2活性的影響:IPEC-J2細(xì)胞消化后按一定數(shù)目接種到96孔板中,當(dāng)細(xì)胞匯合度達(dá)到70%~80%時(shí)加入梯度濃度(1×10-5~1 mg/mL)的MMT,每個(gè)濃度做6個(gè)重復(fù),作用12 h后加入含有10%八肽膽囊收縮素(CCK-8)的溶液(碧云天)100 μL,繼續(xù)放入恒溫培養(yǎng)箱孵育2.5 h,在酶標(biāo)儀(Biotek)450 nm波長(zhǎng)處檢測(cè)各孔的吸光度,計(jì)算各濃度活性差異。MMT對(duì)IPEC-J2細(xì)胞毒性的影響:先消化細(xì)胞計(jì)數(shù),按一定濃度的細(xì)胞量鋪入12孔板中,待細(xì)胞貼壁達(dá)到一定匯合度后加入不同濃度的MMT繼續(xù)作用24 h后取上清測(cè)定乳酸鹽脫氫酶(LDH)的活性(LDH檢測(cè)試劑盒,碧云天)。劃痕試驗(yàn)類似,先鋪成12孔板后進(jìn)行物理劃痕,按照0.01 mg/mL MMT處理細(xì)胞,量取0 h寬度,繼續(xù)培養(yǎng)24 h后對(duì)細(xì)胞再量取劃痕寬度,計(jì)算相對(duì)愈合程度。
先將消化后的細(xì)胞按照一定的量鋪入6孔板,待細(xì)胞長(zhǎng)滿后分別加入PBS、LPS、MMT和MMT預(yù)處理12 h后再加入LPS作用12 h,收集細(xì)胞,提取總RNA,利用熒光定量PCR儀器(Bio-Rad)測(cè)定炎癥因子基因、凋亡基因和緊密連接蛋白基因的表達(dá)水平。引物序列見(jiàn)表2。
表2 引物序列
續(xù)表2基因 Genes登錄號(hào) Accession No.引物序列 Primer sequences (5'—3')封閉蛋白-1 Claudin-1NM_001244539.1F:AGGACTACGTATGAGGGGGR:GACTGGTCTCGGATGCAAG胱天蛋白酶-3 Caspase-3NM_214131.1F:GAATGGGGGGAGAGACACCTR:CCGCCACTCGGAAAAAGA胱天蛋白酶-8 Caspase-8XM_021074713.1F:CAGCCTCAGGAATCAGGACGTGR:TGTAGTTGTAACCGTGGCAGCB細(xì)胞淋巴瘤2相關(guān)X蛋白 BAXXM_013998624.2F:GAATGGGGGGAGAGACACCTR:CCGCCACTCGGAAAAAGAB細(xì)胞淋巴瘤2 BCL2XM_021099593.1F:TGATTTCTCCTGGCTGTCTCR:GCCCGTCCACTTCACTTAT
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,P<0.05為差異顯著,P<0.01為差異極顯著,0.05≤P<0.10為有變化趨勢(shì)。腹瀉率進(jìn)行卡方檢驗(yàn),血清生化指標(biāo)及體外試驗(yàn)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,試驗(yàn)結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。
由表3可知,與對(duì)照組相比,MMT組斷奶仔豬第14天體重有增加趨勢(shì)(0.05≤P<0.10),第28天體重顯著增加(P<0.05),平均體重達(dá)到(13.59±1.30) kg;MMT組斷奶仔豬全期(第1~28天)ADG也顯著增加(P<0.05),第1~14天和第1~28天ADFI略有升高(P>0.05),第15~28天ADFI顯著增加(P<0.05);同時(shí),MMT組斷奶仔豬第1~14天F/G顯著降低(P<0.05)。試驗(yàn)期間各組仔豬腹瀉率均不較高,與對(duì)照組相比,MMT組斷奶仔豬腹瀉率顯著降低(P<0.05)。
續(xù)表3項(xiàng)目 Items對(duì)照組 Control groupMMT組 MMT group第15~28天 Days 15 to 282.05±0.462.05±0.15第1~28天 Days 1 to 281.92±0.111.89±0.08腹瀉率 Diarrhea rate/%第1~14天 Days 1 to 145.32±0.52a3.30±0.52b第15~28天 Days 15 to 2814.90±0.73a5.90±0.67b第1~28天 Days 1 to 2810.11±0.17a4.60±0.14b
由圖1可知,與對(duì)照組相比,MMT組斷奶仔豬血清MDA含量顯著降低(P<0.05),血清CAT活性有升高趨勢(shì)(0.05≤P<0.10),這說(shuō)明飼糧添加MMT可有效提高斷奶仔豬血清抗氧化功能,降低氧化應(yīng)激。
*表示P<0.05,**表示P<0.01,***表示P<0.001。下圖同。
由圖2可知,與對(duì)照組相比,MMT組斷奶仔豬血清DAO活性及IL-1β、IL-6和TNF-α含量顯著降低(P<0.05),血清MPO活性和LPS含量有降低的趨勢(shì)(0.05≤P<0.10),血清IgG、IgA和IgM含量無(wú)顯著差異(P>0.05),這說(shuō)明飼糧添加MMT可顯著降低斷奶仔豬血清的炎癥反應(yīng)。
圖2 MMT對(duì)斷奶仔豬血清免疫功能的影響
由圖3可知,CCK-8法和LDH活性檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn),0.01 mg/mL MMT對(duì)IPEC-J2細(xì)胞LDH活性無(wú)顯著影響(P>0.05),但0.1 mg/mL MMT可極顯著提高IPEC-J2細(xì)胞LDH活性(P<0.01),說(shuō)明0.01 mg/mL MMT對(duì)細(xì)胞無(wú)毒性,后續(xù)試驗(yàn)按此濃度進(jìn)行。
圖3 MMT對(duì)斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞活性的影響
由圖4可知,炎癥相關(guān)基因測(cè)定結(jié)果表明,與對(duì)照相比,MMT處理可顯著提高斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞白細(xì)胞介素-8(interleukin-8,IL-8)表達(dá)水平(P<0.05),但對(duì)IL-6、白細(xì)胞介素-1α(interleukin-1α,IL-1α)和TNF-α表達(dá)水平無(wú)顯著影響(P>0.05);LPS處理使得斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞IL-8、IL-1α和TNF-α表達(dá)水平極顯著升高(P<0.01),MMT預(yù)處理(MMT+LPS)可使抗炎因子——轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)(P<0.01)和過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體γ(peroxisome proliferators activate receptor γ,PPARγ)及促炎因子——IL-1α、IL-8和TNF-α的表達(dá)水平顯著升高(P<0.05),而IL-6表達(dá)水平極顯著降低(P<0.01),這說(shuō)明MMT可同時(shí)調(diào)節(jié)細(xì)胞促炎和抗炎反應(yīng),緩解LPS引起的炎癥反應(yīng)。
圖4 MMT對(duì)斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞細(xì)胞因子基因表達(dá)的影響
利用劃痕試驗(yàn)建立IPEC-J2損傷模型,結(jié)果表明低濃度MMT(5 μg/mL)可顯著促進(jìn)細(xì)胞損傷修復(fù)(P<0.05),而10 μg/mL MMT對(duì)細(xì)胞損傷修復(fù)無(wú)顯著影響(圖5)。此外,與對(duì)照相比,LPS處理可極顯著提高凋亡基因——B細(xì)胞淋巴瘤2相關(guān)X蛋白(B-cell lymphoma-2 associated X protein,BAX)的表達(dá)水平(P<0.01),MMT處理可極顯著降低凋亡基因——胱天蛋白酶-3(caspase-3)、胱天蛋白酶-8(caspase-8)和抗凋亡基因——B細(xì)胞淋巴瘤2(B-cell lymphoma-2,BCL2)的表達(dá)水平(P<0.01),而MMT預(yù)處理后再用LPS處理可極顯著提高caspase-3和BCL2的表達(dá)水平(P<0.01)。另外,與對(duì)照相比,LPS處理可極顯著顯著降低緊密連接基因——封閉蛋白-1(claudin-1)、閉合蛋白(occludin)和緊密連接蛋白-1(zonula occludens-1,ZO-1)的表達(dá)水平(P<0.01),造成了腸道損傷,而MMT可極顯著降低claudin-1和occludin的表達(dá)水平(P<0.01),MMT預(yù)處理極顯著提高claudin-1、occludin和ZO-1的表達(dá)水平(P<0.01)。因此,MMT預(yù)處理可顯著提高細(xì)胞抗凋亡功能,有效預(yù)防腸上皮細(xì)胞的損傷。
圖5 MMT對(duì)斷奶仔豬腸上皮細(xì)胞損傷修復(fù)、細(xì)胞凋亡和抗炎因子表達(dá)的影響
仔豬斷奶應(yīng)激表現(xiàn)為生長(zhǎng)阻滯和腹瀉等現(xiàn)象,眾多研究和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)都證實(shí)飼糧中添加高劑量的鋅能有效控制仔豬腹瀉,但高劑量的鋅會(huì)破壞各種微量元素的平衡,影響仔豬對(duì)銅和鐵的吸收,導(dǎo)致鐵和銅繼發(fā)性缺乏,出現(xiàn)貧血[10];此外,飼糧中的大部分鋅將隨糞便排泄到環(huán)境中,造成環(huán)境污染。
蒙脫石作為非營(yíng)養(yǎng)性添加劑已應(yīng)用到動(dòng)物養(yǎng)殖中以改善其生產(chǎn)性能[10]。蒙脫石具有吸附陽(yáng)離子的特性,對(duì)消化道內(nèi)的霉菌毒素、病毒、致病菌及其產(chǎn)生的毒素有固定和吸附的作用,并能夠保護(hù)和修復(fù)腸道黏膜。此外,蒙脫石不會(huì)進(jìn)入機(jī)體的血液循環(huán),在腸道內(nèi)連同所固定的因子隨消化道蠕動(dòng)排出體外,不改變糞便的顏色及腸道正常的蠕動(dòng)功能[11]。蒙脫石中還含有豐富的銅、鋅、鈷和硒等微量元素,可彌補(bǔ)微量元素的不足,對(duì)畜禽的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用[11]。Venglovski等[12]和Prasai等[13]研究報(bào)道,含有蒙脫石(1.0%~2.0%)的飼糧可以促進(jìn)雞和豬的ADG和飼料轉(zhuǎn)化率。郭彤等[14]研究報(bào)道,斷奶仔豬飼糧中添加納米載銅蒙脫石能顯著提高斷奶仔豬的ADG和飼料轉(zhuǎn)化率,顯著降低仔豬腹瀉率及小腸和結(jié)腸內(nèi)容物中大腸桿菌和沙門(mén)氏菌的數(shù)量,并且高劑量(2 000 mg/kg)的納米載銅蒙脫石對(duì)生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響。武力等[15]研究報(bào)道,添加納米蒙脫石對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響,但對(duì)ADFI有提高趨勢(shì)。陳大水等[10]研究報(bào)道,在飼糧中添加不同水平的納米蒙脫石,隨著添加水平的提高,仔豬ADFI和ADG均呈遞增的趨勢(shì)。Tang等[16]在仔豬飼糧中補(bǔ)充硅鋁酸鹽黏土礦,發(fā)現(xiàn)能顯著改善仔豬的生長(zhǎng)性能,提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化率,從而顯著提高仔豬的ADG。本試驗(yàn)結(jié)果表明,飼糧添加MMT可顯著改善斷奶仔豬生長(zhǎng)性能,與大多數(shù)研究報(bào)道一致。
在引起仔豬腹瀉的諸多因素中,原發(fā)性因素并不是大腸桿菌等致病菌,而是由于斷奶應(yīng)激(尤其是采食了大量的植物性蛋白質(zhì)飼料)破壞了腸道菌群平衡和黏膜結(jié)構(gòu),造成腸道損傷(小腸絨毛變短)和胃腸道酶活性降低,消化吸收功能下降,食糜以腹瀉形式排出[17]。李輝等[18]研究報(bào)道,納米蒙脫石對(duì)消化道黏膜有覆蓋能力,并通過(guò)與黏液糖蛋白相互結(jié)合,修復(fù)和提高胃腸黏膜對(duì)致病因子的防御功能,對(duì)禽畜類腹瀉、痢疾等疾病預(yù)防和治療有獨(dú)特的效果[19]。謝長(zhǎng)青等[20]采用納米蒙脫石替代抗生素對(duì)仔豬腹瀉進(jìn)行治療,取得了良好的效果,同時(shí),其他研究報(bào)道也證實(shí)納米蒙脫石對(duì)控制仔豬腹瀉具有良好的作用[21-22]。
蒙脫石因具有不飽和負(fù)電荷和陽(yáng)離子交換能力,可以捕獲、吸附和固定毒素,降低腸道對(duì)毒素的吸收及其毒害作用[23]。斷奶會(huì)引發(fā)仔豬CD4+、CD8+等T細(xì)胞亞群的釋放及腸道炎性因子基因的表達(dá),炎癥的發(fā)生會(huì)進(jìn)一步損害腸道上皮細(xì)胞,破壞腸道黏膜屏障功能[24]。Shi等[25]通過(guò)在肉仔雞飼糧中添加3.0 g/kg的納基改性蒙脫石,顯著緩解了黃曲霉毒素對(duì)肉仔雞生長(zhǎng)性能、免疫機(jī)能和血清生化指標(biāo)的影響,緩解了飼糧中霉變花生粕對(duì)肉仔雞造成的生長(zhǎng)抑制和免疫器官腫大。在霉變的飼糧中添加2.0 g/kg的蒙脫石,顯著提高了肉鴨ADG、ADFI及血漿蛋白含量,顯著抑制免疫器官指數(shù)的升高[26]。本研究結(jié)果,斷奶仔豬飼糧中添加MMT可顯著降低血清炎性因子——TNF-α、IL-6和IL-1β的含量,這與陳鵬等[27]在保育仔豬上的研究結(jié)果一致;另外,馬元山等[28]在育肥豬飼糧中添加蒙脫石可提高機(jī)體的抗氧化能力,本試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)MMT組斷奶仔豬血清MDA含量顯著降低,血清T-AOC有上升趨勢(shì),說(shuō)明MMT具有緩解氧化應(yīng)激的效果。
體外豬腸上皮細(xì)胞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),MMT可顯著降低炎癥因子IL-6的表達(dá)水平,而且MMT預(yù)處理后可有效緩解LPS引起的炎癥,顯著提高抗炎因子TGF-β和PPARγ的表達(dá)水平,提示MMT有緩解炎癥引起損傷的效果,這與體內(nèi)血清檢測(cè)結(jié)果相一致。MMT具有促進(jìn)劃痕愈合速度,同時(shí)顯著提高緊密連接基因的表達(dá)和細(xì)胞抗凋亡功能,提示MMT可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的損傷修復(fù),這與Jiao等[29]和徐軍等[30]研究蒙脫石的損傷修復(fù)機(jī)制一致,蒙脫石能夠減輕LPS帶來(lái)的腸道損傷。此外,本試驗(yàn)結(jié)果表明,MMT處理可以顯著降低腸上皮細(xì)胞凋亡基因caspase-3、caspase-8和BCL2的表達(dá)水平,提示MMT可能具有抗凋亡的效果;本試驗(yàn)還表明,0.01 mg/mL MTT對(duì)細(xì)胞是安全的,因其直接接觸細(xì)胞,所以作用濃度低于飼糧中的添加量(飼糧中的添加量相當(dāng)于1.6 mg/g)。
① 飼糧添加1.6‰的改性蒙脫石可通過(guò)提高斷奶仔豬血清抗氧化功能和腸道黏膜屏障功能,降低體內(nèi)炎癥反應(yīng),從而促進(jìn)生長(zhǎng)、降低腹瀉。
② 體外細(xì)胞試驗(yàn)驗(yàn)證MTT(0.01 mg/mL)能提高豬腸上皮細(xì)胞抗炎、抗凋亡和損傷修復(fù)功能。
動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)報(bào)2021年4期