精油在斷奶仔豬腸道健康中的作用：新一代精油和新思維

■徐慧君 張仲奇 陽成波

（1.杭州昊墾農(nóng)牧科技有限公司，浙江杭州310023；2.加拿大曼尼托巴大學動物科學系，加拿大曼尼托巴省溫尼伯市R3T 2N2）

近年來，人們對動物食品的需求迅速增加[1]。豬 肉是世界上消耗最多的陸生動物食品[2]。為提高豬肉的生產(chǎn)效率，現(xiàn)代養(yǎng)豬生產(chǎn)中常采用早期斷奶技術(shù)來提高母豬的繁殖利用率。然而，早期斷奶會改變腸道形態(tài)和功能，并引起腸道炎癥和腸道菌群紊亂，導(dǎo)致仔豬腹瀉和生長緩慢，造成嚴重的經(jīng)濟損失[3-4]。為解決早期斷奶帶來的一系列問題，飼料中通常需要添加抗生素[5]。據(jù)統(tǒng)計，2010年全球抗生素消耗量為63 151 t，預(yù)計到2030年會增加67%，增加到105 596 t[6]。加拿大2014年豬生產(chǎn)使用的抗生素中，僅15%用于疾病治療，其他47%和38%分別用于預(yù)防疾病和促生長[7]?？股氐牟灰?guī)范使用造成了細菌耐藥性和畜產(chǎn)品藥物殘留等一系列問題[8]?；诖?，我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部要求自2020年7月1日起飼料生產(chǎn)企業(yè)停止生產(chǎn)含有促生長類藥物飼料添加劑的商品飼料。植物精油是從植物中提取的一種綠色、高效、安全的飼料添加劑[9]。植物精油作為抗生素替代物的出版物數(shù)量逐年增多（見圖1）。研究表明，植物精油能夠維持腸道健康，緩解早期斷奶應(yīng)激對仔豬的不良影響，降低腹瀉率，提高日增重[9-11]。本文從植物精油改善腸道形態(tài)，提高消化吸收功能，抑制腸道炎癥和調(diào)節(jié)腸道微生物等方面，闡述了植物精油對斷奶仔豬腸道健康的影響。

圖1 與植物精油和抗生素相關(guān)的出版物數(shù)量

1 斷奶對仔豬腸道健康的影響

腸道不但是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要場所,還是機體內(nèi)防御的第一道屏障，其健康水平關(guān)系著動物整體健康和生產(chǎn)效率[12]。因此，腸道健康對于維持豬的生產(chǎn)性能至關(guān)重要。Hu等[13]研究指出，斷奶會導(dǎo)致空腸絨毛高度、絨毛高度與隱窩深度比降低，緊密連接蛋白Occludin、Claudin-1和ZO-1相對表達量降低，促炎細胞因子α腫瘤壞死因子（TNF-α）、γ干擾素（IFNγ）和白細胞介素6（IL-6）相對表達量升高。Hede?mann等[14]研究發(fā)現(xiàn)，仔豬斷奶一周內(nèi)，淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、脂肪酶的活性均會顯著降低。Urubsch?urov等[15]研究指出，早期斷奶會影響腸道菌群的建立過程，造成細菌移位、菌群失調(diào)，從而引起腸道疾病的發(fā)生。Li等[16]研究發(fā)現(xiàn)，仔豬在斷奶階段對病原菌易感，會增加腹瀉、腸炎等疾病的發(fā)病概率。綜上所述，斷奶應(yīng)激使仔豬腸道結(jié)構(gòu)受損，消化吸收功能下降，腸道菌群紊亂，并引發(fā)腸道炎癥和腹瀉。同時，早期斷奶等生長早期應(yīng)激會改變腸道發(fā)展軌跡，增加仔豬終生疾病風險[17]。Gresse等[2]對斷奶導(dǎo)致腸道受損的生理過程進行了總結(jié)（見圖2）：斷奶不僅會使腸道結(jié)構(gòu)受損，導(dǎo)致腸道通透性增加，使腸腔抗原、毒素和微生物進入體內(nèi)造成感染，引發(fā)炎癥；同時，斷奶過渡期采食量下降、環(huán)境和生理應(yīng)激、日糧類型的改變和飼料長期添加抗生素也會引發(fā)炎癥。一方面，在炎癥條件下腸腔內(nèi)活性氧自由基和活性氮自由基增加，并能夠迅速轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，富含硝酸鹽的組織環(huán)境會通過硝酸鹽呼吸促進腸桿菌增殖，導(dǎo)致腸道菌群失衡。另一方面，炎癥腸道的環(huán)境中更高的血流量和血紅素會引起腸腔有氧微環(huán)境，其會抑制專性厭氧菌，比如乳酸菌、纖維分解菌的增殖，進一步引發(fā)腸道菌群失衡。

2 植物精油的分類、性質(zhì)和吸收部位

植物精油是植物重要的次生代謝產(chǎn)物，分子質(zhì)量較小，有特殊芳香味，常溫下多為油狀液體，具有一定揮發(fā)性[18]。植物精油主要包括萜烯類（如香芹酚和百里香酚）和苯丙烯類（如肉桂醛和丁香酚）。根據(jù)異戊二烯的5碳組成單元的數(shù)目，萜烯類又被細分為單萜（C10H6）、倍半萜（C15H24）和二萜（C20H32）。豬飼料中常用的植物精油有香芹酚、百里香酚、檸檬醛、丁香酚和肉桂醛等，化學性質(zhì)[19]見表1。

Michiels等[20]研究指出，在斷奶仔豬日糧中添加的香芹酚、百里香酚和丁香酚主要在胃和小腸前端被吸收，血漿中香芹酚、百里香酚和丁香酚的濃度分別在采食后1.39、1.35 h和0.83 h即達到高峰，最后隨尿液排出體外。Choi等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬日糧中添加脂質(zhì)微囊包被植物精油加有機酸，經(jīng)過脂質(zhì)微囊包被緩釋技術(shù)處理的百里香酚僅15.5%在胃中釋放，41.85%在空腸中段釋放，14.36%、14.92%和14.35%分別在回腸、盲腸和結(jié)腸釋放，糞便中回收率僅為2.21%。以上結(jié)果表明，在未包被的條件下植物精油能快速被仔豬胃和小腸前端吸收，而脂質(zhì)微囊包被緩釋技術(shù)可以實現(xiàn)植物精油在全消化道中緩釋。

圖2 斷奶對仔豬腸道健康的影響

表1 豬飼料中常用精油的化學性質(zhì)[19]

3 植物精油對斷奶仔豬腸道健康的影響

3.1 植物精油對斷奶仔豬腸道結(jié)構(gòu)的影響

腸道形態(tài)是反映豬腸道健康和功能的重要因素，斷奶可引起仔豬小腸絨毛縮短和隱窩深度增加，對小腸結(jié)構(gòu)造成損傷[22]。研究發(fā)現(xiàn)百里香酚和肉桂醛復(fù)合植物精油可以顯著提高斷奶仔豬十二指腸絨毛高度以及空腸和回腸絨毛高度與隱窩深度的比值[23-24]。肉桂醛、百里香酚和香芹酚復(fù)合植物精油以及肉桂醛、百里香酚和丁香酚復(fù)合植物精油均能提高早期斷奶仔豬十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度以及絨毛高度與隱窩深度比值[11]。茶樹精油可以通過提高斷奶仔豬十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度比，維持腸道結(jié)構(gòu)完整性[25]。脂質(zhì)微囊包被植物精油加有機酸能通過提高空腸中部絨毛高度來緩解豬腸毒素大腸桿菌F4（ETEC F4）造成的斷奶仔豬腸道損傷[26]。血漿中D-乳酸含量和二胺氧化酶活性能夠反應(yīng)腸道通透性[27]。包被肉桂醛和百里香酚復(fù)合植物精油顯著降低了豬血漿中D-乳酸含量和二胺氧化酶活性，說明植物精油有利于維持腸道通透性[27]。日糧中添加25 mg/kg銅和200 mg/kg復(fù)合植物精油能顯著緩解豬流行性腹瀉病毒（PEDV）攻毒導(dǎo)致的仔豬血清二胺氧化酶活性的升高[9]。另外，單層細胞跨膜電阻（TEER）是反映細胞完整性和通透性的重要指標，TEER值的降低代表細胞通透性增加[28]。Omonijo等[29]體外研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚可以通過提高豬小腸上皮細胞TEER值來緩解脂多糖誘導(dǎo)造成的細胞通透性的增加。腸上皮細胞通透性與細胞間緊密連接密切相關(guān)，當腸上皮細胞間緊密連接的數(shù)量減少或缺失時，腸上皮細胞的選擇通透性就會被破壞[28]。Hui等[30]體外研究指出，丁香酚可通過提高Occludin的mRNA相對表達量來緩解脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)對豬小腸上皮細胞間緊密連接的破壞。王亞男[27]研究發(fā)現(xiàn)，包被肉桂醛和百里香酚復(fù)合植物精油可以通過提高斷奶仔豬空腸Occludin的mRNA相對表達量，從而改善斷奶仔豬腸道的滲透性，維持腸道結(jié)構(gòu)完整性。王淑楠[25]研究發(fā)現(xiàn)，茶樹精油可以顯著提高斷奶仔豬空腸和回腸Occludin基因表達。Xu等[31]研究指出，脂質(zhì)微囊包被植物精油加有機酸可以通過提高空腸和回腸膜緊密連接蛋白Occludin和胞質(zhì)蛋白ZO-1的mRNA相對表達量來增強腸道結(jié)構(gòu)完整性。綜上所述，植物精油通過促進腸上皮細胞間緊密連接蛋白Occludin和ZO等相關(guān)基因的表達，從而維持腸道結(jié)構(gòu)完整性，降低腸道的通透性。

3.2 植物精油對斷奶仔豬腸道消化吸收的影響

表觀消化率是評定豬對飼料的轉(zhuǎn)化率及豬生產(chǎn)性能的重要指標[32]。復(fù)合植物精油能夠顯著提高斷奶仔豬回腸粗蛋白質(zhì)和氨基酸的表觀消化率[32]。百里香酚和肉桂醛復(fù)合植物精油顯著提高了斷奶仔豬鈣和磷表觀消化率，而對干物質(zhì)、有機物、纖維素和粗蛋白質(zhì)表觀消化率無顯著影響[24]。營養(yǎng)物質(zhì)在仔豬體內(nèi)的分解、消化與吸收過程與消化酶的活性密切相關(guān)[33]。在斷奶過渡期，消化酶分泌不足限制了腸道的消化和吸收能力以及仔豬的生長性能[34]。Xu等[35]研究表明，在日糧中添加30 mg/kg含25%百里香酚和25%香芹酚的復(fù)合植物精油能夠顯著提高斷奶仔豬十二指腸、空腸和回腸內(nèi)胰蛋白酶和糜蛋白酶活性。百里香酚和苯甲酸顯著提高了斷奶仔豬回腸胰蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、麥芽糖酶、乳糖酶和蔗糖酶活性[36]。此外，小腸還是營養(yǎng)物質(zhì)吸收的主要器官。營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運載體是營養(yǎng)物質(zhì)吸收所必需的物質(zhì)[29]。Hui等[30]體外研究發(fā)現(xiàn)，丁香酚可通過提高肽轉(zhuǎn)運載體1（PepT1）、B0-系統(tǒng)中性氨基酸轉(zhuǎn)運載體1（B0AT1）、ASC系統(tǒng)鈉依賴的中性氨基酸轉(zhuǎn)運載體2（ASCT2）、鈉-葡萄糖協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)運載體1（SGLT1）和興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運載體1（EAAC1）的mRNA相對表達量來緩解脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)對豬小腸上皮細胞營養(yǎng)物質(zhì)吸收功能的破壞。然而，Omonijo等[29]體外研究指出，百里香酚對豬小腸上皮細胞PepT1、B0AT1、ASCT2、SGLT1和EAAC1無顯著影響。Su等[37]動物試驗發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬日糧中添加200 mg/kg含13.5%百里香酚和4.5%肉桂醛的復(fù)合植物精油顯著提高了十二指腸、空腸和回腸葡萄糖轉(zhuǎn)運載體2（GLUT2）和十二指腸SGLT1的mRNA相對表達量。綜上所述，植物精油通過提高消化酶活力和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運載體表達量，進而提高仔豬腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收能力。

3.3 植物精油對斷奶仔豬腸道炎癥的影響

腸道不僅是動物體消化吸收的主要場所，也是動物體中最大的免疫器官[38]。Omonijo等[29]體外研究發(fā)現(xiàn)，百里香酚可減少脂多糖誘導(dǎo)的豬小腸上皮細胞中促炎細胞因子IL-8和TNF-α的基因表達。Hui等[30]體外研究指出，丁香酚可通過降低豬小腸上皮細胞中促炎細胞因子IL-8的濃度和TNF-α的基因表達來抑制脂多糖誘導(dǎo)的炎癥。Kroismayr等[39]試驗發(fā)現(xiàn)，日糧復(fù)合植物精油顯著下調(diào)了斷奶仔豬空腸TNF-α的基因表達。王亞男[27]研究指出，包被肉桂醛和百里香酚復(fù)合植物精油能顯著降低斷奶仔豬空腸TNF-α的IL-1相對表達量，抑制腸道炎癥反應(yīng)。王淑楠[25]研究發(fā)現(xiàn)，茶樹精油可通過顯著提高斷奶仔豬空腸和回腸抗炎細胞因子IL-10含量以及空腸IL-10基因表達，顯著降低回腸促炎細胞因子IL-12、TNF-α和IFN-γ含量，從而抑制腸道炎癥。核因子κB（NF-κB）是一種調(diào)節(jié)炎癥的轉(zhuǎn)錄因子，抑制NF-κB活化可起到抗炎的作用[21]。Zou等[40]研究指出，在日糧中添加25 mg/kg牛至油可通過下調(diào)空腸NF-κB p65蛋白表達，進而降低空腸促炎細胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α、單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）和IFN-γ蛋白表達。復(fù)合植物精油能夠通過下調(diào)斷奶仔豬回腸和結(jié)腸NF-κB基因表達抑制腸道炎癥[39]。由此可見，植物精油可能通過NF-κB信號通路影響炎癥細胞因子的表達抑制腸道炎癥。

3.4 植物精油對斷奶仔豬腸道微生物的影響

腸道微生物既能影響宿主的飼料消化、營養(yǎng)物質(zhì)吸收和能量供應(yīng)，又能調(diào)控宿主正常生理功能及疾病的發(fā)生與發(fā)展，與宿主的代謝、生理狀況以及健康有著密切的聯(lián)系[41]。健康豬只的消化道內(nèi)雙歧桿菌為最主要的優(yōu)勢菌，其次為乳酸菌、腸桿菌和腸球菌，而且在不同部位有所差異[41]。然而，斷奶應(yīng)激會使產(chǎn)酸菌如乳酸桿菌減少，潛在的致病菌如大腸桿菌顯著增加，微生物多樣性降低，導(dǎo)致仔豬腸道菌群紊亂，腹瀉率增加[2，10]。Li等[10]研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加100 mg/kg含量為18%的百里香酚和肉桂醛復(fù)合植物精油能顯著降低盲腸、結(jié)腸和直腸內(nèi)大腸桿菌數(shù)量。Xu等[35]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加30 mg/kg含25%百里香酚和25%香芹酚的復(fù)合植物精油顯著增加了斷奶仔豬糞便中乳酸菌和總厭氧菌的數(shù)量。王淑楠[25]研究指出，茶樹油可提高腸道微生物群落的物種豐度和多樣性，從而維持菌群的均勻性和平衡性。在斷奶仔豬日糧中添加1 000 mg/kg脂質(zhì)微囊包被精油加有機酸可顯著提高斷奶仔豬盲腸和結(jié)腸乳酸菌豐度[31]。然而，關(guān)于植物精油對仔豬腸道微生物影響的體內(nèi)試驗研究結(jié)果存在一定的差異。Maenner等[32]研究顯示，復(fù)合植物精油對斷奶仔豬胃和回腸內(nèi)乳酸桿菌、腸球菌和大腸桿菌數(shù)量均無顯著影響。體內(nèi)試驗不一致的原因可能與所用植物精油的種類、動物的健康狀況和微生物檢測本身的不穩(wěn)定性有關(guān)。

4 植物精油改善腸道健康的可能作用機制

腸道致病菌會導(dǎo)致斷奶仔豬腹瀉、生長緩慢、飼料轉(zhuǎn)化率降低甚至死亡，對養(yǎng)豬業(yè)帶來嚴重經(jīng)濟損失[42]。稅光偉[43]研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)腸毒素性大腸桿菌（ETEC）攻毒的斷奶仔豬日糧中添加200 mg/kg未包被復(fù)合植物精油有降低腹瀉評分的趨勢。Choi等[26]研究指出，2 000 mg/kg脂質(zhì)微囊包被植物精油加有機酸能夠有效控制ETEC F4引起的斷奶仔豬腹瀉。體外抑菌試驗發(fā)現(xiàn)，植物精油主要作用于細胞膜，使細胞膜破裂，胞內(nèi)物質(zhì)外泄，從而殺滅病原菌[44]。因此，在植物精油的研究初期，學者普遍認為飼料中添加植物精油的作用機制是抗菌[21]。然而，根據(jù)植物精油的最低抑菌濃度（MIC）（表2、表3）計算，想要達到抗特定病原體（如大腸桿菌或鼠傷寒沙門氏菌）的抗菌作用，日糧中需要添加1 000～10 000 mg/kg純植物精油，在生產(chǎn)實踐中，日糧中添加如此大劑量的植物精油會產(chǎn)生強烈的氣味從而影響日糧的適口性，導(dǎo)致采食量的急劇減少[46]。

表2 不同植物來源的植物精油MIC值[45]

群體感應(yīng)（QS）是一種依賴于細菌種群密度的調(diào)節(jié)系統(tǒng)，當細菌產(chǎn)生的信號分子達到關(guān)鍵的臨界值時，細菌開始產(chǎn)生毒力因子（附著因子、菌毛、毒素等），導(dǎo)致宿主暴發(fā)疾病[47-48]。抑制QS可降低系統(tǒng)性和局部感染的致病性[49]。大量研究表明，植物精油可以抑制致病菌的QS[49-50]。同時，植物精油抑制QS的濃度遠低于其MIC，濃度為15 mg/L和150 mg/L的香芹酚即可分別抑制空腸彎曲桿菌和出血性大腸桿菌QS，而香芹酚對空腸彎曲桿菌和出血性大腸桿菌的MIC分別為75 mg/L和1 000 mg/L[46]。香芹酚和丁香酚可與高絲氨酸內(nèi)酯合酶/調(diào)節(jié)蛋白（ExpI/ExpR）直接相互作用，抑制QS信號分子?；呓z氨酸內(nèi)酯（AHL）的產(chǎn)生[51]。香芹酚和百里香酚可抑制豬糞便中分離出的大腸桿菌和沙門氏菌生物膜形成，從而抑制QS[52]。艱難梭菌是一種重要的人畜共患病原菌，容易定植在仔豬腸道導(dǎo)致仔豬腸炎，其分泌的艱難梭菌毒素是引起豬腹瀉的重要因素[53]。香芹酚和反式肉桂醛能夠降低艱難梭菌毒素產(chǎn)生和細胞毒性[54]。

表3 植物精油不同成分的MIC值[45]

炎癥反應(yīng)會導(dǎo)致腸上皮通透性增加[29]。腸道對內(nèi)毒素等有毒物質(zhì)的通透性增加也會損傷腸道健康，導(dǎo)致腸道疾病[55]。Omonijo等[29]和Hui等[30]體外研究表明，濃度為50μmol/L（7.5 mg/kg）百里香酚和100μmol/L（16.4 mg/kg）丁香酚即可抑制脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，維持腸道通透性。同時，Wlodarska等[56]體外研究表明，濃度為3 mg/kg的丁香酚即可改善腸道屏障功能。并且，植物精油抑制腸道炎癥、維持腸道通透性和改善腸道屏障功能的作用濃度也小于其MIC。

更需要關(guān)注的是，腸道需要通過一個由許多神經(jīng)和受體組成的化學感應(yīng)系統(tǒng)來感知腸腔內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)、化學物質(zhì)和微生物，從而調(diào)節(jié)生理和病理功能[57]。腸道內(nèi)壁的受體包括營養(yǎng)受體、氣味受體、模式識別受體、毒素等外來化學受體和機械受體，這些受體為激素、神經(jīng)、免疫和組織防御系統(tǒng)提供信息[57]。腸道瞬時感受器電位香草酸受體1（TRPV1）為一種非選擇性陽離子通道，參與傷害性感受和滲透壓感受[58]。激活TRPV1對抗炎功能具有重要作用[59]。嗅覺受體（OR）是治療胃腸道疾病和運動障礙的潛在新靶點[60]。內(nèi)源性大麻素受體（CB）在調(diào)節(jié)腸功能、攝食行為、疼痛、腸道炎癥、免疫功能和神經(jīng)保護中起重要作用，主要包括CB1和CB2[61]。研究表明，百里酚能夠激活TRPV1通道和OR1G1[62-63]。Toschi等[64]研究表明，在斷奶仔豬日糧中添加脂質(zhì)微囊包被百里香酚可顯著提高十二指腸和回腸TRPV1、OR1G1、CB1和CB2的mRNA相對表達量。

因此，最開始研究精油的作用機制時，主要集中在精油的直接抑菌作用上，但隨著研究的進一步深入，學者們正在轉(zhuǎn)變對植物精油作用機制的認識，飼料中添加的植物精油并不能直接抑制致病菌增殖，而是通過抑制致病菌QS、抑制腸道炎癥、維持腸道通透性和調(diào)節(jié)腸道化學感應(yīng)系統(tǒng)，從而改善腸道健康狀況，目前的科學研究也主要集中在這些方面。

5 結(jié)語

綜上所述，植物精油能夠維持腸道結(jié)構(gòu)完整性、提高消化吸收功能、抑制腸道炎癥、調(diào)節(jié)微生物菌群，在豬生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，飼料中添加的植物精油劑量并不能直接抑制細菌的增殖，而是通過抑制致病菌QS、抑制炎癥反應(yīng)、維持腸道屏障功能和調(diào)節(jié)腸道化學感應(yīng)系統(tǒng)來改善腸道健康狀況的。同時，未包被的植物精油在胃和小腸前端被快速吸收，只能依靠劑量效應(yīng)到達小腸中后端及大腸，因此脂質(zhì)微囊包被緩釋技術(shù)是提高植物精油在豬生產(chǎn)中功效的有效工具。目前，植物精油發(fā)揮各種生理功能的具體作用機制尚不完全明確。因此，需要進一步深入系統(tǒng)地研究植物精油的作用機制，以期為植物精油在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用提供更有力的科學依據(jù)和支持。