飼用酶和酵母衍生物可減輕球蟲病對肉雞腸道健康和功能的危害(續(xù)1)

潘淑勤 譯自，Vol.6(2019)：1～13

王麗萍 校 王晶晶 審

4 飼用酶和酵母衍生物可減輕球蟲病的危害

在家禽行業(yè)，因腸道疾病造成的生產(chǎn)損失、死亡率增加、動物福利降低以及家禽產(chǎn)品污染風險增加倍受人們關(guān)注。許多試驗研究使用腸道病原體感染模型來檢驗一種飼料添加劑或飼喂方案的有效性。這種體內(nèi)感染模型是將病原體作為家禽胃腸道生態(tài)系統(tǒng)一部分的情況下對給定的飼料添加劑進行評估。然而，要確定最具影響的易感因素，構(gòu)建一個真實可信且可再現(xiàn)的感染模型至關(guān)重要。球蟲感染試驗模型常采用的方法是通過攝入秸稈或墊料感染活孢子化卵囊球蟲，總體來看這種感染模型合理可信。然而，對于疫苗接種過量和與產(chǎn)氣莢膜梭菌合并感染等，試驗方法會在劑量、物種、時間和成分(野生型或弱毒型)上各不相同。對于營養(yǎng)學研究，球蟲感染模型不僅要有再現(xiàn)性，而且要靶向于對營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收有重大影響的腸道。

我們實驗室已經(jīng)構(gòu)建了一個模型，用于探究球蟲病對消化吸收能力以及對胃腸道生態(tài)學的后續(xù)影響。其原理是利用這個模型來檢驗在感染的急性期和恢復期的日糧策略。常規(guī)的做法是，對高劑量組(使用100 000 個堆型艾美爾球蟲和60 000 個巨型艾美爾球蟲孢子化卵囊感染肉雞，形成肉眼可見的病變)和低劑量組(使用25 000 個堆型艾美爾球蟲和5 000個巨型艾美爾球蟲孢子化卵囊感染肉雞)的肉雞進行挑戰(zhàn)，以探究改變營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的后果。簡而言之，艾美爾球蟲是由Shirley進行增殖純化而來，感染劑量是根據(jù)加拿大奎爾夫大學John Barta 博士的寄生蟲學實驗室的滴定試驗確定的。如圖1 所示，我們已經(jīng)能夠再現(xiàn)與感染動物的生物學一致的病變評分，這表示該感染模型具有高度再現(xiàn)性。艾美爾球蟲對腸壁的破壞會造成肉雞生長性能下降，糞便稀，甚至死亡。被寄生的動物生長阻滯的部分原因在于其食欲不振和營養(yǎng)吸收不良。在該感染模型中，通過對組織形態(tài)、消化酶、營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運載體和養(yǎng)分沉積進行分析，研究發(fā)現(xiàn)小腸的結(jié)構(gòu)和功能受損。此外，堆型艾美爾球蟲和巨型艾美爾球蟲感染會下調(diào)消化酶和營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運載體的表達。

5 飼用酶在調(diào)控肉雞球蟲病上的應用

球蟲病會導致家禽明顯降低營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，這與厭食癥相關(guān)，同時伴有腸道形態(tài)和功能的損傷(圖2)。腸道黏液生成和腸細胞更新速度增加，腸道吸收后的代謝變化，免疫系統(tǒng)激活，都可能會影響肉雞的營養(yǎng)需求。如，艾美爾球蟲感染會使空腸黏膜細胞增殖增加40%，同時隱窩深度也會增加，這說明肉雞在腸道損傷后優(yōu)先考慮腸道發(fā)育。研究也發(fā)現(xiàn)，在感染艾美爾球蟲的肉雞的腸道隱窩基底中細胞增殖增加。通常情況下，隨著肉雞的成熟，其維持能量的需求會與代謝體型成比例增加。然而，有研究指出，球蟲感染會顯著增加維持能量需求。如，Leung 等（2019）發(fā)現(xiàn)，用巨型艾美爾球蟲感染10 日齡肉雞和用堆型艾美爾球蟲感染35 日齡肉雞后，用于增重的能量（以熱量效率衡量）減少了16%。健康的肉雞用于免疫系統(tǒng)發(fā)育的能量需求是5%，而感染球蟲的肉雞能量需求是28%，而且隨著日齡的增加，能量需求還會不成比例地增加。

感染球蟲的肉雞消化能力減弱，能量利用率降低，在這種情況下，補充內(nèi)源性酶可能會對機體有利。然而，通過添加飼用酶來補充內(nèi)源性酶（如淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶）研究對感染球蟲的肉雞影響的文獻很少。日糧中添加蛋白酶可削弱球蟲感染（堆型艾美爾球蟲、巨型艾美爾球蟲、柔嫩艾美爾球蟲）對肉雞增重的不利影響，但是對病變和卵囊脫落無顯著影響。相反，Parker 等（2007）發(fā)現(xiàn)，給感染球蟲的肉雞飼喂含有復合酶（淀粉酶、蛋白酶和木聚糖酶）的日糧，肉雞回腸養(yǎng)分消化率和生長性能無顯著變化，但病變評分顯著降低。有研究證實，堆型艾美爾球蟲和巨型艾美爾球蟲誘導的家禽腸道損傷，與其對骨骼健康的不利影響有關(guān)，主要因為它們感染了十二指腸和空腸前段，這些部位是礦物質(zhì)吸收的主要場所。在這種情況下，補充植酸酶對礦物質(zhì)利用率的影響在球蟲感染模型中也得到了證實。健康的肉雞十二指腸pH 是6.0 或更高，但感染球蟲的肉雞十二指腸pH 降至5.0 以下。十二指腸pH 降低會提高植酸酶的功效，因為植酸酶最適合在pH 為2.5～5.0 的環(huán)境中降解植酸。事實上，不管肉雞是否感染堆型艾美爾球蟲，日糧中添加植酸酶都會提高其生長性能和脛骨灰分濃度。球蟲病會降低肉雞的生產(chǎn)性能，影響鈣磷吸收，導致骨骼強度降低。然而，添加植酸酶并不能明顯減輕肉雞感染球蟲后對磷利用率的下降。單獨添加植酸酶、蛋白酶、木聚糖酶或者復合酶均不能減輕混合球蟲感染對肉雞生長性能的下降。

評價飼用酶對調(diào)控球蟲病的作用，重要的是要考慮艾美爾球蟲與產(chǎn)氣莢膜梭菌之間的關(guān)系。艾美爾球蟲感染會增加血漿蛋白和黏蛋白的內(nèi)源性損失，這會滋養(yǎng)產(chǎn)氣莢膜梭菌。盲腸中大量氮源的持續(xù)供應會促進有毒代謝產(chǎn)物如硫醇、胺、氨和吲哚的產(chǎn)生，但更重要的是，盲腸食糜的pH 升高會促進產(chǎn)氣莢膜梭菌等病原菌的增殖。飼用酶可以調(diào)節(jié)胃腸道生態(tài)學，減少未消化的營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生具有潛在益生元效應的低聚糖（圖2）。如，日糧中添加復合酶（淀粉酶、蛋白酶和木聚糖酶）可以改變感染球蟲的肉雞的腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)，降低腸道尤其是盲腸的病變評分，從而維持腸道生態(tài)。研究人員認為，雖然該復合酶對肉雞回腸養(yǎng)分消化率無顯著影響，但其改變了食糜的性狀，從而使盲腸微生物菌群發(fā)生改變。不管肉雞是否接種了球蟲疫苗，在受到艾美爾球蟲感染時，日糧中添加植酸酶對卵囊脫落均無顯著影響，但可降低其腸道病變評分。研究已經(jīng)證實，這個影響歸因于揮發(fā)性脂肪酸的產(chǎn)生。Ruff 等（1974）研究發(fā)現(xiàn)，球蟲病會降低肉雞小腸腔的pH，提高盲腸的pH。研究證明，添加飼用酶可以增加盲腸中揮發(fā)性脂肪酸(如乙酸和丁酸)的濃度，降低盲腸食糜的pH。研究發(fā)現(xiàn)，乙酸在抑制球蟲病對肉雞生長性能的不利影響方面，與抗球蟲藥物氨丙嗪的作用相當。綜上所述，飼料中添加飼用酶在一定程度上可影響肉雞存活率或腸道損傷程度。

6 酵母益生菌在調(diào)控肉雞球蟲病上的應用

在肉雞上，關(guān)于酵母益生菌（如布拉迪變種釀酒酵母）在調(diào)控球蟲病的作用方面的研究很少。常見的研究方法是將酵母益生菌和細菌培養(yǎng)物混合在一起，但前提是益生菌的有益效果具有屬、種和菌株特異性，使用來源于多菌株、多物種的益生菌可能比使用單菌株更有效。事實上，一些研究已經(jīng)證實，同時添加酵母來源和細菌來源的益生菌可以提高肉雞存活率和生長速度。而且，乳酸桿菌和酵母菌的聚集物可以增加胃液或腸液的耐受性。如，添加富含嗜酸乳桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母和米曲菌的復合物可以提高養(yǎng)分利用率，調(diào)節(jié)腸道微生物，進而提高肉雞的增重。酵母和嗜酸乳桿菌、屎腸球菌組合使用，可以通過提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收改善肉雞的生長性能。研究表明，發(fā)酵乳桿菌和釀酒酵母可以調(diào)節(jié)肉雞腸道免疫系統(tǒng)，對其生長性能無負面影響。相反，復合益生菌（植物乳桿菌、保加利亞乳酸桿菌、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、雙歧桿菌、嗜熱鏈球菌、屎腸球菌、米曲菌和假絲酵母）并不能減輕延遲飼喂對雛雞生長性能和胃腸道生理機能的負面影響。這些關(guān)于復合益生菌的評估研究存在一個挑戰(zhàn)，試驗設計并未使用單菌株來描述每個菌株與菌株組合的反應。

布拉迪變種釀酒酵母是目前研究最多的非細菌酵母之一，而且研究證明其在各種人胃腸道疾病模型中具有益處。這種酵母最初是由Henri Boulard 于1920 年從印度的荔枝果實中分離得到，自20 世紀50 年代以來，該酵母一直被用于治療兒童和成人的腸道疾病。關(guān)于食用酵母益生菌對人類健康的廣泛促進作用，研究已經(jīng)提出了幾種作用機制，從局部的一般營養(yǎng)作用到對先天性和獲得性免疫的作用。臨床試驗包括減輕抗生素相關(guān)的腹瀉、艱難梭菌引起的腹瀉、腸易激綜合征和炎癥性腸病。Folignè 等（2010）測試了6 種酵母菌株的抗炎潛力，發(fā)現(xiàn)酵母介導的保護作用似乎主要發(fā)生在腸黏膜水平。該作者指出，通過改變管腔環(huán)境，對腸道屏障功能的預防性強化和治療性修復刺激了黏膜屏障。該項研究擴展了之前的研究結(jié)果，即在各種敗血癥模型中，酵母益生菌可以增加腸上皮的完整性，減少細菌移位。酵母菌調(diào)控腸道疾病的作用方式尚未闡明，但已證實與抗菌肽的釋放、周圍環(huán)境酸化、炎癥反應和免疫反應的改變或毒性因子的破壞有關(guān)。

目前，利用酵母益生菌來調(diào)控人類腸道疾病已得到了廣泛研究，但是對農(nóng)場動物的腸道疾病卻很少關(guān)注。在一項研究中，給感染鼠傷寒沙門菌的肉雞飼喂添加1 g/kg 或100 g/kg布拉酵母菌的日糧，研究人員發(fā)現(xiàn)對照組肉雞盲腸的細菌定植率是70%，而1 g/kg 和100 g/kg 酵母菌組肉雞盲腸的細菌定植率分別是20%和5%。一項創(chuàng)新性研究證實，從季也蒙畢赤酵母培養(yǎng)物中分離出的復合物具有抗球蟲活性。體外模擬試驗顯示，這些復合物可降低卵囊存活率，具有抗柔嫩艾美爾球蟲的活性。在其他研究中，研究人員將釀酒酵母作為口服艾美爾球蟲疫苗的運送載體，與之前成功運送口服病毒疫苗相當。在這種情況下，在活的釀酒酵母細胞表面表達了一種與宿主細胞侵入密切相關(guān)的微線蛋白EtMic2。將表面有或沒有EtMic2 的整個酵母細胞用作口服活疫苗，以幫助小母雞抵抗柔嫩艾美爾球蟲感染。相比對照組或表面不含EtMic2 的酵母組，飼喂含有EtMic2 酵母的肉雞球蟲卵囊脫落顯著減少，病理評分也更低，增重顯著提高。通常，球蟲病疫苗在行業(yè)中的應用主要依賴細胞免疫來抵抗艾美爾球蟲的感染。然而，研究證明，在堆型艾美爾球蟲和巨型艾美爾球蟲中發(fā)現(xiàn)的免疫顯性表面抗原除了可刺激細胞免疫外，還可誘發(fā)顯著的抗原反應，尤其是IgA 的產(chǎn)生。因此，通過活體免疫接種或針對特定階段艾美爾球蟲抗原產(chǎn)生的抗體有可能抑制寄生蟲的生長。酵母分泌的抗球蟲復合物的田間應用和酵母作為疫苗運送載體的應用都需要進行商業(yè)應用研究，才可以用作抗球蟲藥物的補充劑或者球蟲疫苗的佐劑。

(未完待續(xù))

原題名：Utility of feed enzymes and yeast derivatives in ameliorating deleteriou seffects of coccidiosis on intestinal health and function in broiler chickens(英文)

原作者：Elijah G Kiarie、Haley Leung、Reza Akbari Moghaddam Kakhki、Rob Patterson 和John R Barta