霉菌毒素對動物腸道功能的影響及其作用機制研究進展

陳 豪 何流琴 劉 娣 楊玲媛*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學動物科學與技術(shù)學院，長沙410128；2.湖南師范大學生命科學學院，動物腸道功能湖南省重點實驗室，長沙410081；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院畜牧研究所，哈爾濱150086)

霉菌廣泛存在于自然界，種類繁多且具有環(huán)境耐受性[1]，其次級代謝物包括黃曲霉毒素(aflatoxins，AF)、赭曲霉毒素(ochratoxins，OTA)、A類單端孢霉烯族毒素(trichothecene，T-2)、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)、伏馬菌素(fumonisins，F(xiàn)Bs)、玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)、雪腐鐮刀菌烯醇(nivalenol，NIV)、麥角堿(ergot alkaloids)、霉菌毒素結(jié)合物(mycotoxin conjugates)等[2]，對植物性飼料原料(玉米、小麥、大麥、燕麥等)的污染已成為全球性問題[3]。對農(nóng)產(chǎn)品進行霉菌毒素調(diào)查顯示，中國處于極高風險霉菌毒素污染地區(qū)，且霉菌毒素污染水平呈現(xiàn)區(qū)域差異[4]，整體上DON、AF和ZEN的污染最為嚴重[4-6]。DON、AF和ZEN主要出現(xiàn)在玉米中，具有破壞腸屏障功能、免疫調(diào)節(jié)以及導致細胞死亡的毒性作用[7-8]，這些都會導致動物腸道功能受損，因此了解霉菌毒素的作用機制尤為重要。霉菌毒素進入動物體內(nèi)，首先是與腸道相互接觸，腸道具有一定耐受性，能在一定程度上有效防治霉菌毒素對機體的損傷[9]。但霉菌毒素對豬等易感動物的腸道功能和機體穩(wěn)態(tài)危害極大，且攝入霉菌毒素會加劇動物體內(nèi)其他病原性的病理變化[10]。目前霉菌毒素對動物腸道功能的研究甚多，但是針對霉菌毒素在腸道中通過不同靶標產(chǎn)生的作用機制總結(jié)卻甚少。因此，本文主要以DON、AF和ZEN為例，就霉菌毒素對動物腸道功能的影響及其作用機制進行綜述，為降低飼料中霉菌毒素的危害和開發(fā)降解霉菌毒素產(chǎn)品提供新的思路和參考依據(jù)，同時也對提升我國畜禽肉品質(zhì)和糧食戰(zhàn)略安全具有重要意義。

1 霉菌毒素對腸道形態(tài)學的影響及作用機制

腸道絨毛高度和隱窩深度是判斷腸道完整性的直接指標[11]，腸上皮細胞是由緊密連接蛋白(CLDN)和多種元素共同組成的一道有效的機械屏障，可分隔腸內(nèi)外環(huán)境及吸收營養(yǎng)物質(zhì)和電解質(zhì)，阻止有害物質(zhì)的通過，從而維持腸道穩(wěn)態(tài)[12]。由于霉菌毒素攝入消化道內(nèi)會破壞腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，因此了解霉菌毒素對腸道功能的影響，對維持腸黏膜的完整性、腸道穩(wěn)態(tài)和預防腸道疾病的發(fā)生有重要意義[13]。

ZEN被歸類為內(nèi)分泌干擾物，因為它能結(jié)合并激活雌激素受體(ER)，具有高雌激素效應[14]。ZEN對豬和人的腸道具有相似的敏感性和毒性作用，且ZEN會轉(zhuǎn)化為具有高雌激素活性的α-玉米赤霉烯醇(α-ZEN)[15]。ER在腸道內(nèi)沿隱窩-絨毛軸分布，因此雌激素信號對腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定很重要，但ZEN與雌激素相互作用的腸道分子途徑尚不完全清楚，因此動物雌激素水平也會對ZEN毒性產(chǎn)生影響，這也合理解釋了試驗研究中ZEN對腸道形態(tài)學功能無顯著影響的試驗結(jié)果。Przybylska-Gornowicz等[16]研究發(fā)現(xiàn)，ZEN對母豬大腸黏膜結(jié)構(gòu)和腸道通透性無顯著影響。鑒于此，可選擇去勢未成年雄性動物進行試驗，排除雌性動物激素狀態(tài)對ZEN毒性的影響。隱窩底部分布有腸干細胞，負責腸上皮細胞的增殖和更新，與腸道通透性有緊密聯(lián)系，有研究證明，腸上皮增殖主要由Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)途徑控制，而轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)超家族蛋白維持生長平衡狀態(tài)，并促進上皮向絨毛頂端分化[17]，ER可調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin通路和TGF-β通路[18-19]，因此ZEN可通過作用于ER調(diào)控腸上皮的增殖與分化，從而影響腸道功能。

Pasternak等[20]在斷奶仔豬飼糧中添加3.8 mg/kg DON，發(fā)現(xiàn)回腸中CLDN-7的mRNA表達量顯著降低，但空腸和回腸中CLDN-1、CLDN-3、CLDN-4的mRNA表達量無顯著變化，對絨毛高度和隱窩深度也無顯著影響。這與Przybylska-Gornowicz等[16]對DON的研究結(jié)果一致，均說明了DON對空腸和回腸的影響較小。然而Pinton等[21]研究發(fā)現(xiàn)，DON可降低仔豬空腸中CLDN-4的mRNA表達量。同樣也有其他研究顯示，DON降低了腸內(nèi)附著連接蛋白和CLDN的mRNA表達量[22]。這些研究結(jié)果不太一致，其原因可能是CLDN在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上存在差異所致。

Manda等[23]通過人小腸上皮細胞(Caco-2細胞)模型發(fā)現(xiàn)，DON顯著影響了Caco-2細胞的增殖分化；并且在DON的長期影響下，細胞的阻抗性一直維持在較低水平。DON能降低Caco-2細胞跨上皮電阻(TEER)值，并增加了細胞旁通透性[24]，還能分解Caco-2細胞，增加標記分子通透性，減少上皮細胞耐藥性[25]。而TEER值降低可能是由于緊密連接屏障性質(zhì)的改變，也歸因于對質(zhì)膜的影響。Pinton等[21]還發(fā)現(xiàn)，與Caco-2細胞相比，豬小腸上皮細胞系(IPEC-1)檢測到TEER值、細胞旁通透性和CLDN的mRNA表達量對DON的敏感性更高，這也進一步證實不同組織和不同動物來源的細胞模型之間也存在對DON反應的差異。由此可見，低劑量的霉菌毒素在細胞試驗中表現(xiàn)較為明顯，而對CLDN的影響卻存在多樣性，其分子機制仍需進一步試驗研究。

此外，DON還經(jīng)常與它的葡萄糖基化形式脫氧雪腐鐮刀菌烯醇-3-β-D-葡萄糖苷(D3G)共存。有研究探討了D3G和DON對Caco-2細胞株和豬空腸外植體的毒性作用，發(fā)現(xiàn)與DON相比，D3G不能誘導Caco-2細胞中c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)磷酸化，這些外植體也沒有表現(xiàn)出組織形態(tài)學的改變，說明D3G對腸上皮細胞無細胞毒性，且對TEER值無損害。但值得注意的是，D3G雖然本身無毒，但其可能會轉(zhuǎn)化為DON誘導腸道損傷[26]。這一發(fā)現(xiàn)說明了霉菌毒素可能存在著其他形式，除了必須關(guān)注霉菌毒素的直接侵害之外，也要關(guān)注其他與之共存的形式，這也為今后對霉菌毒素脫毒制劑的研究提供了一定的幫助。

2 霉菌毒素對腸道抗氧化功能及細胞凋亡的影響及作用機制

動物機體中過量的活性氧(ROS)會對蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物大分子造成損傷，從而影響其正常生理生化功能。胃腸道是ROS的重要來源，機體攝入霉菌毒素會誘導腸道產(chǎn)生和釋放過量的ROS，并伴隨著炎癥反應的發(fā)生，從而產(chǎn)生炎癥因子和其他相關(guān)的信號分子，進而誘導氧化應激[27]。故緩解腸道氧化應激是減輕霉菌毒素毒性作用的有效途徑之一。有研究表明，機體自身可通過細胞自噬的方式降低ROS水平，從而緩解氧化應激，保護腸道免受霉菌毒素的破壞，但吞噬細胞或自噬功能的缺陷會加劇內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊的干擾，促進細胞凋亡[28]。

核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)信號通路是多種霉菌毒素造成腸道氧化應激的共同作用途徑。Marin等[29]在斷奶仔豬飼糧中添加49.62 μg/kg的OTA，發(fā)現(xiàn)腸道中血紅素氧合酶-1(HO-1)基因的表達無顯著變化，超氧化物歧化酶(SOD)活性增加，并發(fā)現(xiàn)十二指腸中Nrf2基因的表達顯著下調(diào)，從而導致抗氧化防御能力的下降和大分子損傷。與Marin等[29]的研究不同，Adesso等[30]發(fā)現(xiàn)NIV和DON能夠上調(diào)IEC6細胞中HO-1和Nrf2基因的表達，同時也有其他研究表明，添加ZEN可使早孕小鼠腸道中過氧化氫酶(CAT)、SOD活性降低[31]。這一現(xiàn)象隱含了生物體抵抗毒素誘導的氧化應激的防御能力，并說明霉菌毒素的攝入會導致ROS的積累，并通過Nrf2/HO-1信號通路降低氧化應激反應，從而緩解腸道損傷。正常情況下，Nrf2蛋白表達上調(diào)可激活其下游抗氧化基因[如谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)1/2/3/4]的表達[32]，從而抑制氧化應激反應。研究發(fā)現(xiàn)，飼喂含DON的飼糧可使斷奶仔豬腸道編碼酶抗氧化劑的GPX3、GPX4和SOD-3基因的表達下調(diào)[33]，充分表明霉菌毒素的攝入對腸道均有不同程度的氧化損傷。

有研究表明，DON處理下調(diào)了腸上皮細胞中miR-221/222的表達，并確定了miR-221/222以張力蛋白同源物(recombinant phosphatase and tensin homolog，PTEN)為靶點，減緩了DON誘導的細胞凋亡，為保護腸道健康提供了新的思路和途徑[34]。同時多種霉菌毒素[DON、ZEN和黃曲霉毒素B1(AFB1)]引發(fā)的細胞凋亡也與B淋巴細胞瘤-2(Bcl-2)基因的下調(diào)B淋巴細胞瘤-2相關(guān)的x基因(Bax)、抑癌基因p53、凋亡基因含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3、Caspase-8、Caspase-9基因的上調(diào)密切相關(guān)，進而引起細胞內(nèi)產(chǎn)生過量的ROS和抑制細胞增殖[35]。也有研究發(fā)現(xiàn)，霉菌毒素可通過蛋白激酶p38和JNK信號通路觸發(fā)ROS依賴性新型趨化因子(CXC chemokine ligand 17，CXCL17)的大量產(chǎn)生。在霉菌毒素影響下，CXCL17基因的過量表達能激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(AKT)-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路，同時白細胞介素(IL)-6、Bcl-2基因的表達上調(diào)，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、Bax基因的表達下調(diào)，因此CXCL17可增強免疫保護反應，緩解炎癥和細胞凋亡，CXCL17解毒特性的鑒定是趨化因子領(lǐng)域的一個重要補充，同時為減輕霉菌毒素引起的腸道損傷指明了新的方向[36]。

由此可知，機體攝入一定量的霉菌毒素，腸道都會產(chǎn)生氧化應激反應，從而進一步造成炎癥反應和細胞凋亡。霉菌毒素可通過介導Nrf2信號通路引發(fā)動物腸道氧化損傷，因此，在霉菌毒素處理條件下，如何激活Nrf2信號通路，進而提高其下游抗氧化酶基因的表達可作為預防霉菌毒素引起的腸道氧化損傷的有效途徑[32]。此外，PI3K-AKT-mTOR信號通路也可作為DON誘導細胞自噬和凋亡的途徑之一[37]，這也為霉菌毒素的毒性機制研究提供了思路。

3 霉菌毒素對腸道免疫功能的影響及作用機制

腸道是最大的免疫器官之一，由多種免疫細胞和免疫活性因子共同作用，是保障動物對抗攝入天然毒素的第1道屏障。腸道黏膜表面的分泌型免疫球蛋白(sIgA)和其二聚體共同參與腸道體液免疫，中和毒素，起到抵抗病原菌和病毒入侵的作用。多項體內(nèi)外研究表明，霉菌毒素的入侵會損壞腸道免疫功能，影響機體健康。

AFB1可嚴重降低細胞免疫應答，包括白細胞總數(shù)、中性粒細胞吞噬活性、巨噬細胞活性和抗體濃度等[33,38]。Gao等[39]利用Caco-2細胞模型發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素M1(AFM1)和OTA處理對細胞內(nèi)補體、TNF-α、TGF-β、T細胞受體、B細胞受體等均有不同程度的影響，這也體現(xiàn)了霉菌毒素的免疫毒性，對免疫細胞和信號分子造成損傷，進而影響機體健康。在相同的信號通路內(nèi)，不同的霉菌毒素都有特定的作用靶點，且霉菌毒素間的協(xié)同作用會加重免疫損傷。Luongo等[40]的研究證明了上述觀點，指出α-ZEN和伏馬毒素B1(FB1)存在協(xié)同作用，且發(fā)現(xiàn)炎性細胞因子IL-2和γ干擾素(IFN-γ)的mRNA表達量顯著降低，而IFN-γ和α干擾素(IFN-α)的mRNA表達量降低會損害宿主的抗病毒能力。有研究表明，飼糧添加0.6 mg/kg的AFB1可減少肉雞小腸T淋巴細胞CD3+、CD3+/CD4+和CD3+/CD8+的比例，以及減少十二指腸、空腸和回腸黏膜中IL-4、IL-6、IL-10、IL-17和TNF-α的mRNA表達量[41]。后續(xù)研究中，Jiang等[42]發(fā)現(xiàn)0.6 mg/kg AFB1會減少肉雞血清中免疫球蛋白A(IgA)、多聚免疫球蛋白受體(pIgR)、免疫球蛋白M(IgM)含量以及腸道免疫球蛋白mRNA的表達量，同時減少成熟T細胞數(shù)量和IL-2、IL-6的mRNA表達量。因此，炎性細胞因子mRNA表達量的降低可能與AFB1誘導的T細胞亞群比例降低密切相關(guān)，且IgA含量的減少與T細胞和細胞因子的減少也有關(guān)。

DON是一種有效的核糖毒性應激源，可誘導MAPK激酶活化和炎癥反應[23]。Liu等[43]通過體內(nèi)外的研究表明，高劑量和低劑量的DON可能都是有害的，低劑量的DON增加了TNF-α和IL-6的mRNA表達量，高劑量的DON增加TGF-β和IL-10的mRNA表達量。同時得出結(jié)論，低劑量的DON可通過激活Toll樣受體4(TLR4)/核因子-κB(NF-κB)信號通路引起免疫刺激，而高劑量的DON可通過抑制線粒體而導致免疫抑制。但Pasternak等[20]的研究卻發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加DON對斷奶仔豬血清中免疫活性因子(IL-1、IL-8、IL-13、TNF-α等)含量無顯著影響，且在24 d后，空腸和回腸TNF-α的mRNA表達量亦無顯著變化。這種不同的結(jié)果可能是受到DON濃度、試驗環(huán)境等條件的影響。Lessard等[44]也有相同的發(fā)現(xiàn)，飼糧添加DON喂斷奶仔豬42 d后對腸道組織中IL-1β、IL-10、IL-12β和TNF-α的mRNA表達量無顯著影響；但Lessard等[44]、Van De Walle等[45]和陳祥興等[46]的研究都表明，腸道組織中IL-8的mRNA表達量有所增加，這很可能是DON對免疫因子的影響具有特異性所引起的。除了免疫球蛋白、細胞因子等常見信號分子外，抗菌肽(HDPs)也可作為霉菌毒素的作用靶點，天然免疫受體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白2(NOD2)是HDPs產(chǎn)生的關(guān)鍵調(diào)控因子。研究表明，DON可誘導Caspase-12活化，抑制NOD2介導的HDPs的產(chǎn)生，導致斷奶仔豬腸道受損[47]，誘導型一氧化氮合酶(iNOS)的表達可產(chǎn)生抗菌分子一氧化氮(NO)。Graziani等[48]用Caco-2細胞模型研究發(fā)現(xiàn)DON在引起腸道炎癥的同時，也抑制了腸道上皮iNOS的表達和NO的產(chǎn)生，這一發(fā)現(xiàn)在一定程度上解釋了低劑量霉菌毒素致病的原因，也為后續(xù)研究提供了新的靶點研究對象。

其他霉菌毒素，如OTA能顯著降低NF-κB、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)、iNOS、IL-6在動物腸道中的mRNA表達量，但不同腸段影響不一樣[29]，ZEN可顯著提高小鼠空腸炎性細胞因子IL-1β、TNF-α、IFN-γ和IL-10的mRNA表達量[49]。復合鐮刀菌毒素(0.90 mg/kg ZEN、1.43 mg/kg DON、5.85 mg/kg FB)飼喂仔豬可顯著改變腸道IL-1β和IL-6的表達分布，影響腸道的免疫機能，但各個腸段的表達分布和mRNA表達量有所差異[46]。以上研究均說明了不同腸段中免疫信號分子的mRNA表達存在差異，這很可能是不同腸段免疫應答不同，且后腸段存在微生物，其可能會成為不同腸段免疫應答不同的重要因素。T-2毒素是由多種鐮刀菌產(chǎn)生的單端孢霉烯族化合物中毒性最強的一種毒素，目前關(guān)于T-2毒素對腸道功能的研究較少，具體毒性機制也有待進一步研究。Lin等[50]發(fā)現(xiàn)T-2毒素能作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激肌醇必需酶1(IRE1)/轉(zhuǎn)錄因子X-盒結(jié)合蛋白1(XBP1)信號通路，破壞腸道黏蛋白，造成免疫損傷。另外，T-2毒素對腸上皮的血管活性腸多肽樣免疫反應(VIP-LI)神經(jīng)結(jié)構(gòu)有所影響[51]。鏈格孢菌毒素(AOH)是一種鏈格孢菌的有毒次生代謝產(chǎn)物，也屬于霉菌毒素的一種，在炎癥情況下(IL-1β刺激分化的Caco-2細胞)AOH(20～40 μm)會增加TNF-α轉(zhuǎn)錄，同時抑制IL-8、IL-6和IL-1β轉(zhuǎn)錄以及IL-8分泌[52]。

總之，霉菌毒素對腸道免疫系統(tǒng)的損傷，作用靶點多，且不同霉菌毒素對細胞因子的影響在不同腸段也有所差異。甚至個別細胞因子(如IL-8)的mRNA表達量在霉菌毒素的影響下均有所升高，表明霉菌毒素可能對某些細胞因子或免疫相關(guān)的信號通路有共同的作用，可以作為研究霉菌毒素和免疫的橋梁進行下一步研究。同時，霉菌毒素對免疫系統(tǒng)的損傷包括抑制相關(guān)細胞因子和基因的表達，并且在炎性環(huán)境中抑制免疫反應，增加疾病易感性。因此，未來研究可針對霉菌毒素共同作用的免疫因子及靶點，研究出對動物機體有益同時又能緩解腸道免疫損傷的藥物，如飼糧中添加精氨酸或谷氨酰胺可減輕霉菌毒素對生長豬免疫相關(guān)細胞因子造成的損傷[53]，通過營養(yǎng)調(diào)控改善動物免疫能力來緩解霉菌毒素對機體造成的損傷也是未來研究的趨勢。

4 霉菌毒素對腸道微生態(tài)的影響及作用機制

腸道菌群系統(tǒng)存在于腸道上皮細胞的表層，其被認為是與腸道共生的生態(tài)菌落。正常情況下，腸道菌群維持著穩(wěn)態(tài)關(guān)系，且影響腸道菌群組成和功能的因素眾多，包括飲食、環(huán)境、化學物質(zhì)、抗生素和遺傳因子等[54]。許多研究已證實，腸道微生物與宿主代謝有關(guān)，當霉菌毒素進入腸道時，腸道微生物能通過與霉菌毒素結(jié)合清除霉菌毒素[10]。但霉菌毒素攝入量過多則可改變動物正常腸道菌群的穩(wěn)態(tài)，影響腸道營養(yǎng)物質(zhì)吸收。

Awad等[55]研究表明，DON可以改變?nèi)怆u腸道旁細胞的通透性，促進大腸桿菌等腸微生物向腸外器官的易位，對肉雞腸道健康產(chǎn)生負面影響。這說明有害菌處于腸道穩(wěn)態(tài)時不會對機體產(chǎn)生影響，但DON能改變腸道微生物的定植，有害菌的聚集將損傷腸道功能。Yang等[56]對老鼠灌胃不同濃度(0、2.5、4.0和10.0 mg/L)的AFB1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同濃度AFB1處理均可使小鼠腸道菌群區(qū)系發(fā)生改變，其中2.5～10.0 mg/mL的AFB1效果顯著，有趣的是，乳酸菌和擬桿菌的相對豐度和比例受AFB1的影響后出現(xiàn)減少，但最終又恢復正常，這一現(xiàn)象反映了乳酸菌和擬桿菌對霉菌毒素具有清除作用。由此猜想，在動物腸道內(nèi)可能存在幾種或多種類似乳酸菌和擬桿菌等具有適應性和耐受性的菌屬，不同的霉菌毒素也可能影響腸道中其他特異性的菌屬。同時有研究證實，乳酸菌具有清除DON和ZEN的能力[57]，這種清除霉菌毒素的原因是霉菌毒素吸附到細菌細胞壁上的結(jié)果[58]。因此，發(fā)揮有益菌的抗菌性可有效緩解霉菌毒素對腸道功能的危害。

早期研究表明，DON對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌增殖沒有影響[59]。但其他研究表明DON改變了小鼠腸道的微生物結(jié)構(gòu)，糞球菌屬的相對豐度顯著增加[60]，同時DON干擾了擬桿菌門、變形菌門的相對豐度，腸桿菌科的相對豐度幾乎高出對照組2倍[61]，從而腸道菌群穩(wěn)態(tài)被改變，導致機體營養(yǎng)不良。此外，DON可顯著降低斷奶仔豬腸道中幾種細菌門、科和屬的相對豐度而影響腸道微生物結(jié)構(gòu)，包括放線菌、藍藻、厚壁菌和變形菌的失調(diào)[62]。Piotrowska等[63]研究表明，飼糧添加ZEN或DON可導致母豬結(jié)腸產(chǎn)氣莢膜梭菌、大腸桿菌的相對豐度顯著降低，而ZEN和DON混合物對嗜溫性需氧菌有不良影響，進而影響腸道菌群的相對豐度和功能多樣性。Galarza-Seeber等[64]通過體外培養(yǎng)AFB1方法，發(fā)現(xiàn)肉雞飼糧中添加AFB1可使盲腸中厭氧菌(如大腸桿菌)的數(shù)量提高10倍，且其他腸道菌群在數(shù)量上也有所增加，但差異不顯著。以上研究表明，攝入霉菌毒素后腸道微生態(tài)平衡被破壞，但試驗結(jié)果中大腸桿菌數(shù)量有差異，其原因可能是體內(nèi)外試驗存在差異和霉菌毒素種類不同，也可能是霉菌毒素與有害菌群間存在特殊關(guān)系，如霉菌毒素具有特異的抗菌性、腸道菌群對某些特定環(huán)境下的特定霉菌種類具有兼容性等。菌群的數(shù)量變化說明了霉菌毒素對腸道微生物穩(wěn)態(tài)的影響可能主要是降低有益菌的數(shù)量，增加有害菌的數(shù)量。

霉菌毒素的攝入會導致腸道微生物群的代謝活性增強[65]，尤其是對碳水化合物的代謝[63]。Zheng等[66]研究表明，DON和ZEN改變了仔豬腸道微生物群的組成和數(shù)量，且利用氫氣的細菌(產(chǎn)甲烷菌和硫酸鹽還原菌)會協(xié)同霉菌毒素一起誘導腸道微生物群失調(diào)，并通過添加益生元乳果糖可增加雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量，降低大腸桿菌的數(shù)量。而DON和ZEN的攝入也會影響腸道微生物對氨基酸的代謝活動增強，形成有毒代謝物，如氨、胺、酚類和吲哚[67]，對腸道細胞產(chǎn)生不利影響，并導致豬腹瀉，從而阻礙生長性能。因此，霉菌毒素可影響腸道微生物的代謝來影響腸道功能。

綜上所述，霉菌毒素和腸道菌群之間相互影響，相互制約，存在著雙向性。因腸道菌的數(shù)量龐大，各個菌群功能也不一樣，霉菌毒素對腸道菌群的影響也不盡相同，如霉菌毒素的種類、飼喂試驗動物的時間、環(huán)境等。未來的研究可探討霉菌毒素對具體某一特定菌屬的影響，進而了解其具體的作用機制。通過測量某種特定菌群代謝產(chǎn)物探究菌群的活動，設(shè)計良好試驗方案，以確保試驗的可重復性和結(jié)果的可對比性顯得尤為重要。此外，利用霉菌毒素和腸道菌群的雙向性，可以尋求降解霉菌毒素的方法。例如芽孢桿菌和乳酸菌等有益菌可作為外源添加劑減緩霉菌毒素對腸道的損傷。Wang等[68]在28份被霉菌污染的飼料中提取了蠟樣芽孢桿菌(BC7)菌株，發(fā)現(xiàn)BC7能減輕ZEA給腸道造成的不良損傷，并增加了乳酸菌的相對豐度。以此為鑒，可以分離能抵抗霉菌的新型有益菌株，達到抑制霉菌和恢復微生物穩(wěn)態(tài)的目的，并以飼料添加劑的形式應用于生產(chǎn)，減少霉菌毒素對動物的危害。

5 霉菌毒素對腸道營養(yǎng)物質(zhì)代謝的影響及作用機制

氨基酸作為構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，參與機體各種化學反應，是蛋白質(zhì)合成代謝和分解代謝的底物，在機體生長發(fā)育中起著重要作用。有研究表明，DON的攝入可降低斷奶仔豬血清中游離氨基酸含量，且發(fā)現(xiàn)DON處理后的回腸中游離異亮氨酸含量最低，腸道中部分氨基酸的含量也明顯下降[69]。其原因可能是DON的攝入損害了腸道中氨基酸轉(zhuǎn)運載體的功能。氨基酸的吸收轉(zhuǎn)運依賴一定的氨基酸轉(zhuǎn)運載體，有研究表明DON處理可顯著降低斷奶仔豬腸道中興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運體-3(EAAC-3)、二肽轉(zhuǎn)運體-1(PepT-1)、陽離子氨基酸轉(zhuǎn)運體-1(CAT-1)和L型氨基酸轉(zhuǎn)運體-1(LAT-1)的mRNA表達量[70]，表明DON可通過抑制氨基酸轉(zhuǎn)運載體的mRNA表達來減少腸道對氨基酸的吸收，但氨基酸轉(zhuǎn)運載體的轉(zhuǎn)運能力也受到霉菌毒素劑量、濃度、試驗動物耐受性等因素影響[71]。霉菌毒素導致血液中游離氨基酸含量的減少，可以通過外源添加氨基酸補充動物機體氨基酸的損失量。Yin等[72]研究證實，飼糧添加精氨酸可顯著上調(diào)DON誘導的豬空腸溶質(zhì)載體家族7成員7(SLC7A7)和回腸溶質(zhì)載體家族7成員1(SLC7A1)的表達，從而提高腸細胞的氨基酸轉(zhuǎn)運水平，進而促進組織蛋白質(zhì)合成和提高血漿中部分氨基酸含量。

葡萄糖消耗試驗表明，葡萄糖的吸收對DON呈劑量依賴性和時間依賴性，即葡萄糖在豬小腸上皮細胞(IPEC-J2)的殘留量隨DON濃度和時間增加顯著增多[73]。葡萄糖的吸收主要依賴于小腸中的鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運載體(SGLT-1)和氨基葡萄糖轉(zhuǎn)運載體(GLUT-2)，且DON損傷腸道葡萄糖代謝主要是通過SGLT-1敏感轉(zhuǎn)運載體，在添加精氨酸后SGLT-1的mRNA表達量顯著高于單獨DON處理[69]。在IPEC-J2試驗中也證實，添加DON后降低了SGLT-1的活性，導致葡萄糖轉(zhuǎn)運減少，同時鈉離子(Na+)梯度遭遇破壞，從而改變Na+/K+-ATP酶活性，進而導致葡萄糖吸收不足[73]。DON污染的飼料能使雞腸道葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白mRNA的表達量和活性下調(diào)[74]，從而影響腸道對葡萄糖的吸收。除此之外，Nossol等[75]還發(fā)現(xiàn)線粒體可能是DON的主要靶點，并在試驗中發(fā)現(xiàn)DON可使谷氨酸/半胱氨酸逆向轉(zhuǎn)運蛋白溶質(zhì)載體家族7成員11(SLC7A11)表達下調(diào)，且在培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)大量谷氨酰胺，而谷氨酰胺是葡萄糖缺乏時的能源反應底物，最終通過呼吸鏈產(chǎn)生ATP。由此可以看出，DON的添加影響了谷氨酰胺代謝，也表明其不僅影響IPEC-J2對谷氨酰胺的攝取，同時通過細胞的SLC7A11轉(zhuǎn)運體間接影響谷氨酸的外排。谷氨酸和谷胱甘肽(GSH)均是谷氨酰胺代謝中重要生物分子，SLC7A11轉(zhuǎn)運體可為GSH的合成提供半胱氨酸，GSH同時也是氧化應激的重要標志[76]。因此，SLC7A11表達的上調(diào)或下調(diào)對也可能對DON誘導的氧化應激反應具有重要影響，說明營養(yǎng)物質(zhì)代謝和氧化應激之間存在一定聯(lián)系，具體機制還有待進一步研究。

除了影響糖代謝和氨基酸代謝外，霉菌毒素對于脂肪、微量元素、維生素等代謝也有影響。AFB1處理IPEC-J2后可降低脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白1(FATP1)和脂肪酸轉(zhuǎn)運蛋白4(FATP4)的mRNA表達量，增加肽轉(zhuǎn)運蛋白1(PepT1)和金屬離子轉(zhuǎn)運相關(guān)基因鋅轉(zhuǎn)運蛋白1(ZNT1)的mRNA表達量。大鼠試驗中，口服中等劑量AFB1(25 μg/kg)可使糞便膽酸、亞油酸含量明顯升高，丙酮酸等有機酸含量也受到嚴重影響[77]。這些結(jié)果進一步證明了腸道菌群代謝途徑遭到破壞，包括丙酮酸、氨基酸、膽汁酸和長鏈脂肪酸的相關(guān)代謝，從而進一步影響宿主健康。除此之外，鐮刀菌毒素對仔豬結(jié)腸和盲腸產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs)有顯著的抑制作用，并降低了后腸段的氫氣含量[66]。因此，霉菌毒素可通過影響前腸段的水和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，導致后腸段的微生物發(fā)酵減弱，進而影響腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的變化。Awad等[78]通過對比DON與環(huán)己酰亞胺(一種蛋白質(zhì)合成抑制劑)，證實DON對養(yǎng)分吸收的影響是由于蛋白質(zhì)合成的抑制所致。

總之，霉菌毒素對腸道養(yǎng)分的吸收主要通過影響營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運載體的基因和蛋白質(zhì)表達來影響基礎(chǔ)代謝。當然，腸道絨毛高度的降低導致吸收表面積的減少，也會影響腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝。飼喂含有霉菌毒素污染飼料可有效改變豬的采食量和營養(yǎng)代謝有關(guān)的血液參數(shù)，然而，這些差異是由于霉菌毒素污染還是由于飼料攝入量減少所致尚未確定[79]，需要進一步研究驗證。

6 小結(jié)與展望

霉菌毒素的攝入將會破壞動物腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性，損傷其免疫和抗氧化系統(tǒng)，使腸道菌群和營養(yǎng)物質(zhì)代謝發(fā)生紊亂，進而影響動物機體健康。目前關(guān)于DON、AF和ZEA的研究表明，不同毒素對動物腸道功能的影響程度和作用機制各不相同，甚至對于不同動物模型、不同腸段等都將產(chǎn)生不同的影響。總體來說，霉菌毒素對腸道功能的影響主要集中于腸道形態(tài)學、免疫功能、抗氧化功能、細胞凋亡、微生態(tài)、營養(yǎng)物質(zhì)代謝等方面。在未來的研究中，從飼料生產(chǎn)上不僅要減少霉菌毒素的出現(xiàn)，也要深入解析霉菌毒素與腸道相互作用的分子機理，研發(fā)可降低飼料中霉菌毒素含量和開發(fā)降解霉菌毒素的新產(chǎn)品，這對保障畜禽肉品質(zhì)和糧食安全具有重大意義。