腸道炎癥的發(fā)生機(jī)制及其營養(yǎng)調(diào)控研究進(jìn)展

魏宏逵 吳曉宇 崔琛彬 彭 健*

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，武漢 430070；2.生豬健康養(yǎng)殖協(xié)同創(chuàng)新中心，武漢 430070)

腸道不僅是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的場(chǎng)所，而且是機(jī)體最大的免疫器官，維持腸道的結(jié)構(gòu)完整和功能健全是生豬健康養(yǎng)殖的前提和基本保障[1-2]。但是，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，豬常常會(huì)遭受斷奶、運(yùn)輸、冷熱應(yīng)激或飼料真菌毒素等非感染因素的影響；或者受到各類病原，如豬流行性腹瀉病毒(porcine epidemic diarrhea virus，PEDV)等病毒以及大腸桿菌等細(xì)菌的感染[3-5]。這些因素?fù)p傷腸道后導(dǎo)致嚴(yán)重的腸道疾病，降低生產(chǎn)性能和效益，成為養(yǎng)豬業(yè)健康發(fā)展的重要限制因素之一。

在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，豬受到上述應(yīng)激后，都會(huì)迅速誘發(fā)豬腸道產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子以激活腸道免疫，從而清除病原和毒素；同時(shí)，還會(huì)激活腸道的損傷修復(fù)系統(tǒng)，誘導(dǎo)腸道干細(xì)胞的定型分化來促進(jìn)腸道修復(fù)[6-8]。然而，過度的炎性反應(yīng)導(dǎo)致大量炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生或釋放，并誘發(fā)產(chǎn)生過量的自由基，造成腸道上皮的嚴(yán)重?fù)p傷。最嚴(yán)重的腸道病毒，如PEDV等病毒感染，會(huì)引起腸道上皮脫落和壞死，引發(fā)嚴(yán)重的壞死性腸炎以致死亡[9]；一些常見的病原菌，如產(chǎn)腸毒素大腸桿菌(enterotoxigenicEscherichiacoli，ETEC)以及嘔吐毒素(deoxynivalenol，DON)等真菌毒素破壞了腸黏膜，不僅產(chǎn)生嚴(yán)重的腹瀉等癥狀，降低生長速度或形成僵豬；而且導(dǎo)致細(xì)菌等進(jìn)入血液引發(fā)系統(tǒng)性慢性炎癥[10-11]，嚴(yán)重降低飼料效率和生產(chǎn)性能[12]。盡管病毒、細(xì)菌和飼料真菌毒素等誘導(dǎo)腸道炎性反應(yīng)產(chǎn)生的具體機(jī)制各異，但其共同特點(diǎn)是炎性反應(yīng)啟動(dòng)后會(huì)被放大，從而產(chǎn)生或釋放大量的炎性細(xì)胞因子和活性氧(reactive oxygen species，ROS)等自由基[13-14]，對(duì)腸道造成嚴(yán)重的損傷。因此，控制腸道的過度炎癥，維持腸道上皮屏障的結(jié)構(gòu)和功能的正常是豬營養(yǎng)調(diào)控的重要目標(biāo)。

目前，已經(jīng)闡明了主要的炎性反應(yīng)啟動(dòng)信號(hào)是位于豬腸道上皮屏障中的模式識(shí)別受體信號(hào)[15]，以及上皮屏障、生物屏障中的ROS信號(hào)等[16]；而過度炎性反應(yīng)的主體則是免疫屏障中的巨噬細(xì)胞[17]。最新的研究發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞程序性死亡(programmed cell death，PCD)在腸道炎癥的發(fā)生和發(fā)展中扮演關(guān)鍵角色[18]。本文重點(diǎn)綜述了PCD在腸道炎癥發(fā)生中的作用，以及飼料成分對(duì)腸道PCD調(diào)控和對(duì)腸道炎性反應(yīng)影響的研究進(jìn)展。

1 腸道炎癥的作用及過度腸道炎癥的危害

炎癥是機(jī)體穩(wěn)態(tài)維持的調(diào)控手段之一，在穩(wěn)態(tài)情況下，腸道內(nèi)的促炎細(xì)胞因子和抑炎細(xì)胞因子處于動(dòng)態(tài)平衡，控制共生菌穩(wěn)定的同時(shí)也不影響腸道細(xì)胞的正常功能。健康的腸道是指在病原菌、食物抗原和毒素存在的情況下，腸道處于一種持續(xù)的、可控的炎癥狀態(tài)[19]。常規(guī)飼養(yǎng)條件下的豬與無菌豬相比，腸道內(nèi)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)水平顯著上升，免疫細(xì)胞浸潤增加[20]，這種可控的炎癥能夠促進(jìn)腸道的消化、吸收等功能。然而，當(dāng)腸道炎癥發(fā)生過度、促炎細(xì)胞因子數(shù)量過多時(shí)，腸道的形態(tài)和功能等會(huì)遭到破壞[21-22]。因此，控制過度的腸道炎癥對(duì)于維持豬的腸道穩(wěn)態(tài)十分重要。

固有層中的免疫細(xì)胞是促炎細(xì)胞因子的主要來源，在腸道炎癥發(fā)生過度中占據(jù)重要地位[23]。腸道上皮位于固有層之上，上皮屏障的穩(wěn)定能夠抑制固有層中免疫細(xì)胞的過度激活，從而防止腸道炎癥的惡化。在腸道感染過程中，腸上皮細(xì)胞的凋亡程度顯著增加，隱窩底部的潘氏細(xì)胞發(fā)生壞死性凋亡，這些死亡細(xì)胞釋放的損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPs)激活了固有層中的免疫細(xì)胞[24]；此外，腸道感染會(huì)導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞之間的緊密連接破壞，腸腔中的病原菌、毒素等直接進(jìn)入固有層，它們攜帶的病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)可直接激活免疫細(xì)胞[25]。因此，腸上皮作為隔離機(jī)體與腸腔的屏障，它的穩(wěn)定對(duì)于防止過度炎癥的發(fā)生具有重要意義。

2 PCD與腸道炎性反應(yīng)

腸道穩(wěn)態(tài)的維持不僅需要各種細(xì)胞的正常工作，還取決于老舊細(xì)胞或具有潛在威脅的細(xì)胞的處理，而PCD就是機(jī)體處理這一類細(xì)胞的方法。PCD包括自噬、凋亡、壞死性凋亡和細(xì)胞焦亡等，其中，適度的自噬和凋亡被認(rèn)為是抗炎的死亡方式，而壞死性凋亡和細(xì)胞焦亡因其釋放大量的促炎物質(zhì)被認(rèn)為是促炎的死亡方式[18]。

2.1 細(xì)胞凋亡

細(xì)胞凋亡可分為外源性凋亡和內(nèi)源性凋亡。外源性凋亡由細(xì)胞膜上的死亡受體驅(qū)動(dòng)，胞內(nèi)部分的死亡受體招募并激活半胱天冬蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase，Caspase)-8，激活的Caspase-8能夠直接水解凋亡執(zhí)行蛋白Caspase-3和Caspase-7[26]。內(nèi)源性凋亡由線粒體驅(qū)動(dòng)，當(dāng)細(xì)胞出現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、生長因子缺乏或DNA損傷時(shí)，經(jīng)過一系列信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，細(xì)胞內(nèi)的Caspase-9被激活，激活的Caspase-9隨后水解Caspase-3和Caspase-7；Caspase-3和Caspase-7能夠酶切細(xì)胞內(nèi)的蛋白，導(dǎo)致細(xì)胞膜空泡化、DNA剪切和膜磷脂破壞[27]。細(xì)胞凋亡最終導(dǎo)致凋亡小體的產(chǎn)生，從而防止細(xì)胞內(nèi)容物泄漏到健康的腸道組織中引起炎癥。在腸上皮中，發(fā)生生理性凋亡的細(xì)胞會(huì)逐漸遷移到絨毛頂端，隨后脫落到腸腔中，并且隱窩中的干細(xì)胞也會(huì)發(fā)生細(xì)胞凋亡[18]，這種凋亡細(xì)胞數(shù)量少，并且會(huì)被吞噬細(xì)胞清除，不會(huì)產(chǎn)生DAMPs。然而，在腸道穩(wěn)態(tài)破壞的情況下，腸上皮大量的細(xì)胞發(fā)生凋亡，吞噬細(xì)胞不能完全清除這些凋亡細(xì)胞，由此產(chǎn)生了大量的DAMPs，從而引發(fā)腸道炎癥。

養(yǎng)豬生產(chǎn)中的致病因素與腸道細(xì)胞凋亡水平的增加息息相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，DON處理導(dǎo)致豬小腸上皮細(xì)胞系(IPEC-J2細(xì)胞)的凋亡率顯著增加[28-29]，還會(huì)導(dǎo)致IPEC-1細(xì)胞中Caspase-3和Caspase-8的表達(dá)水平升高[30]。此外，1×109CFU大腸桿菌攻毒同樣提高了Caspase-3的表達(dá)水平，加劇了IPEC-J2細(xì)胞的凋亡[31]。這些研究表明，DON和ETEC等致病因素能夠增加腸道上皮的凋亡，而過度的細(xì)胞凋亡也可能是引起腸道炎癥的原因之一。

2.2 自噬

自噬是一種應(yīng)對(duì)細(xì)胞應(yīng)激的自我保護(hù)現(xiàn)象，而如果細(xì)胞應(yīng)激是不可逆的，細(xì)胞就會(huì)死亡。自噬能夠幫助細(xì)胞清除錯(cuò)誤折疊的蛋白、受損或老化的細(xì)胞器等，維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)以起到保護(hù)細(xì)胞的作用；當(dāng)細(xì)胞發(fā)生自噬時(shí)，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)容物被隔離形成自噬小體，隨后自噬小體與溶酶體合并降解其中的內(nèi)容物[32]。自噬導(dǎo)致的細(xì)胞死亡是一種獨(dú)特的死亡途徑，它不需要Caspase，也不具有凋亡、壞死性凋亡或焦亡的細(xì)胞形態(tài)學(xué)特征[33]。自噬性細(xì)胞死亡的特點(diǎn)是細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)大的囊泡和膜泡，細(xì)胞器被降解[34]。

在IPEC-J2細(xì)胞中，鎘能夠誘導(dǎo)細(xì)胞自噬基因Beclin1和自噬相關(guān)蛋白5(autophagy related protein 5，ATG5)的表達(dá)，提高微管相關(guān)蛋白輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3，LC3)-Ⅱ/LC3-Ⅰ的比例，細(xì)胞自噬水平升高[35]。DON能夠誘導(dǎo)IPEC-J2細(xì)胞中ATG5和LC3-Ⅱ的蛋白表達(dá)水平，激活細(xì)胞自噬[36]。此外，低劑量DON聯(lián)合大腸桿菌處理也能夠顯著增強(qiáng)IPEC-J2細(xì)胞的自噬，并且與正常細(xì)胞相比，DON聯(lián)合大腸桿菌處理提高了LC3B敲除的IPEC-J2細(xì)胞中閉鎖小帶蛋白-1(zonula occludens protein-1，ZO-1)和閉合蛋白(Occludin)的蛋白表達(dá)水平，降低了核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎癥小體組分的蛋白表達(dá)水平，表明過度激活的自噬可能對(duì)細(xì)胞是有害的[37]。因此，結(jié)合之前的研究發(fā)現(xiàn)，過度或不足的自噬水平都會(huì)對(duì)細(xì)胞造成不利影響[38]，適度的自噬可能是保護(hù)腸道的方法之一。

2.3 壞死性凋亡

壞死性凋亡與凋亡的信號(hào)通路存在一定的重疊。經(jīng)典的壞死性凋亡是由腫瘤壞死因子受體(tumor necrosis factor receptor，TNFR)介導(dǎo)的，它既是凋亡的上游信號(hào)，也是壞死性凋亡的上游信號(hào)。TNFR的激活促進(jìn)了細(xì)胞內(nèi)TNFR復(fù)合物Ⅰ的組裝。當(dāng)TNFR復(fù)合物Ⅰ驅(qū)動(dòng)的核因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號(hào)通路被阻斷時(shí)，胞漿內(nèi)TNFR復(fù)合物Ⅱ通過激活Caspase-8二聚體發(fā)揮促凋亡功能，此時(shí)細(xì)胞發(fā)生凋亡[39]。如果Caspase-8或其銜接蛋白Fas相關(guān)死亡結(jié)構(gòu)域(Fas-associating protein with a novel death domain，F(xiàn)ADD)受損時(shí)，受體互作蛋白激酶(receptor-interacting protein kinase，RIP)1和RIP3發(fā)生互作后，就會(huì)激活形成壞死小體，這導(dǎo)致壞死性凋亡執(zhí)行蛋白混合系激酶區(qū)域樣蛋白(mixed-lineage kinase domain-like protein，MLKL)寡聚化，易位到細(xì)胞膜并在細(xì)胞膜上打孔[40]，由此細(xì)胞就從凋亡轉(zhuǎn)向壞死性凋亡。除此之外，壞死性凋亡還能夠由Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)3和4的配體、病毒及干擾素等激活[41]。雖然這些信號(hào)引起壞死性凋亡的機(jī)制各異，但最后都匯聚到RIP3和MLKL的激活這一事件。壞死性凋亡的發(fā)生通常伴隨著大量的DAMPs的釋放，如ATP、線粒體DNA和高遷移率族蛋白B1(high mobility group protein B1，HMGB1)等，這些物質(zhì)能夠在固有層中激活免疫細(xì)胞，釋放大量促炎細(xì)胞因子，起到炎癥放大的作用。

壞死性凋亡的發(fā)生同樣威脅著豬腸道的健康。研究表明，DON處理的IPEC-1細(xì)胞中HMGB1和磷酸化MLKL的表達(dá)水平顯著升高，表明DON引起了細(xì)胞壞死性凋亡的發(fā)生[30]。脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)是革蘭氏陰性菌表面的抗原，對(duì)仔豬進(jìn)行LPS腹腔注射后激活了腸道壞死性凋亡的發(fā)生，而壞死性凋亡的程序性壞死特異性抑制劑Necrostatin-1(Nec-1)處理則顯著改善了LPS誘導(dǎo)的腸道損傷[42]。除了上述致病性的因素，還存在其他因素也會(huì)導(dǎo)致腸道健康受損。研究發(fā)現(xiàn)，硒缺乏降低了腸道絨毛高度/隱窩深度，并且還會(huì)導(dǎo)致IPEC-J2細(xì)胞和回腸中壞死性凋亡的發(fā)生[43]。鎘暴露導(dǎo)致IPEC-J2細(xì)胞和豬小腸中RIP1、RIP3和MLKL的mRNA和蛋白表達(dá)水平顯著升高[44]。炎性細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)處理導(dǎo)致IPEC-1細(xì)胞中TNFR1和HMGB1的表達(dá)水平顯著升高[45]。

2.4 細(xì)胞焦亡

細(xì)胞焦亡是由激活的炎癥小體驅(qū)動(dòng)的一種程序性死亡形式，常見的炎癥小體包括經(jīng)典的NLRP3、NLR家族含CARD結(jié)構(gòu)蛋白4(NLR family CARD domain-containing protein 4，NLRC4)炎癥小體和Caspase-4/5/11介導(dǎo)的非經(jīng)典炎癥小體[18]。經(jīng)典的炎癥小體是由模式識(shí)別受體、銜接蛋白凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD，ASC)和Caspase構(gòu)成。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NOD)樣受體家族由DAMPs或PAMPs激活，隨后導(dǎo)致Caspase-1的自我水解激活，激活的Caspase-1能夠剪切焦亡執(zhí)行蛋白Gasdermin D(GSDMD)和前體炎性細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β前體(pro-interleukin-1β，pro-IL-1β)和白細(xì)胞介素-18前體(pro-interleukin-18，pro-IL-18)，成熟的GSDMD寡聚體隨后遷移到細(xì)胞膜上進(jìn)行打孔，白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)和白細(xì)胞介素-18(interleukin-18，IL-18)從孔中流出到細(xì)胞外。例如，當(dāng)腸上皮細(xì)胞感染鼠傷寒沙門氏菌時(shí)，NLRC4炎癥小體被激活，導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞發(fā)生焦亡[46]。對(duì)于非經(jīng)典炎癥小體，細(xì)胞內(nèi)的LPS能夠通過激活Caspase-4/5/11來引發(fā)細(xì)胞焦亡[47]。細(xì)胞焦亡過程伴隨著大量促炎細(xì)胞因子的釋放，這些細(xì)胞因子在體內(nèi)不斷累積導(dǎo)致過度的腸道炎癥，因此焦亡可能是過度炎癥的直接結(jié)果。

在豬的不同腸段中，炎癥小體的組分NLRP3、ASC和Caspase-1均有表達(dá)，其中以空腸中表達(dá)水平最高，并且在大腸桿菌感染后，豬空腸中IL-1β含量顯著升高[48]。DON處理的的IPEC-J2細(xì)胞中剪切的(cleaved)-Caspase-1蛋白表達(dá)水平顯著提高，并且DON聯(lián)合大腸桿菌攻毒能夠加劇豬空腸中NLRP3炎癥小體的激活[37]。此外，LPS刺激豬單核巨噬細(xì)胞同樣能夠引起NLRP3炎癥小體的激活[49]。這些研究表明，NLRP3炎癥小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡在豬腸道感染中發(fā)揮重要作用。然而，對(duì)豬的NLRC4基因進(jìn)行測(cè)序后發(fā)現(xiàn)，與人的NLRC4基因相比，豬NLRC4基因中有外顯子的缺失，并且豬不表達(dá)NLRC4基因，這表明在腸道炎癥中，NLRC4炎癥小體可能不參與細(xì)胞焦亡過程[50]。

3 飼料成分調(diào)控PCD緩解腸道炎癥

眾多研究表明，功能性氨基酸、脂肪酸、植物提取物、益生菌、生物活性肽等飼料成分，可以通過調(diào)控PCD來緩解多種因素引起的腸道炎癥，增加腸道屏障功能，從而提高畜禽養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)效益。

3.1 功能性氨基酸

功能性氨基酸是指可以參與調(diào)節(jié)動(dòng)物機(jī)體關(guān)鍵代謝途徑的氨基酸，具有改善動(dòng)物健康狀況，促進(jìn)生長、發(fā)育、繁殖等的作用[51]。常見的功能性氨基酸包括谷氨酰胺、精氨酸、色氨酸和支鏈氨基酸等[51-52]。功能性氨基酸可通過抑制多種因素引起的腸道細(xì)胞過度凋亡，從而維持腸道正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能。比如，在仔豬飼糧中添加0.5%或1.0%的精氨酸至斷奶后18 d，可以緩解仔豬LPS誘導(dǎo)的腸道損傷，并且該作用部分是通過減少小腸絨毛細(xì)胞凋亡來實(shí)現(xiàn)的[53]。飼糧添加0.2%絲氨酸4周，可降低斷奶仔豬空腸凋亡細(xì)胞數(shù)量，抑制Caspase-3和B細(xì)胞淋巴瘤相關(guān)X蛋白(B-cell lymphoma-2-associated X protein，Bax)基因表達(dá)，促進(jìn)B淋巴細(xì)胞瘤-2L1(B-cell lymphoma-2L1，Bcl-2L1)基因表達(dá)，從而增強(qiáng)腸道屏障功能；并且可以緩解斷奶應(yīng)激引起的腸道炎癥和系統(tǒng)性氧化應(yīng)激[54]。14～25日齡仔豬飼糧中添加500 mg/kg N-乙酰半胱氨酸，可通過抑制空腸凋亡相關(guān)因子及其下游的Caspase-3和Caspase-8基因的表達(dá)，從而抑制斷奶應(yīng)激引起的空腸細(xì)胞過度凋亡，維持空腸形態(tài)結(jié)構(gòu)[55]。小鼠連續(xù)6 d灌胃5 g/kg BW甘氨酸，可以降低空腸和結(jié)腸脫氧核糖核苷酸末端轉(zhuǎn)移酶介導(dǎo)的缺口末端標(biāo)記(terminal-deoxynucleotidyl transferase mediated nick end labeling，TUNEL)陽性細(xì)胞(凋亡細(xì)胞)數(shù)量以及空腸cleaved Caspase-3蛋白表達(dá)水平，并且降低了空腸和回腸炎性細(xì)胞因子表達(dá)水平，緩解了小鼠腹腔注射LPS誘導(dǎo)的腸道損傷[56]。最近的研究還發(fā)現(xiàn)，仔豬飼糧連續(xù)14 d添加0.2%或0.4%色氨酸，可通過抑制Caspase-3激活來緩解LPS刺激引起的仔豬回腸上皮細(xì)胞過度凋亡[57]。

也有研究發(fā)現(xiàn)，功能性氨基酸可通過抑制腸道細(xì)胞焦亡來緩解腸道炎癥。Liu等[57]研究發(fā)現(xiàn)，仔豬飼糧添加0.2%或0.4%色氨酸至斷奶35日齡，可通過抑制Caspase-1、NLRP3和GSDMD蛋白的表達(dá)來抑制LPS刺激引起的回腸上皮細(xì)胞焦亡，從而緩解LPS刺激引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。

功能性氨基酸也可以通過調(diào)控自噬來影響腸道炎癥進(jìn)程。培養(yǎng)基缺乏非必需氨基酸的情況下，可以誘導(dǎo)IPEC-1細(xì)胞LC3-Ⅰ轉(zhuǎn)變?yōu)長C3-Ⅱ，并破壞細(xì)胞屏障功能[58]。值得注意的是，培養(yǎng)基缺乏L-谷氨酰胺的情況下，可以通過抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)/細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular signals regulate protein kinases，ERK)通路來誘導(dǎo)IPEC-1細(xì)胞自噬，并干擾氨基酸代謝，從而抑制蛋白合成和細(xì)胞增殖[59]。Zhang等[60]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧連續(xù)21 d添加N-氨基甲酰谷氨酸(0.1%)或L-精氨酸(0.1%)可增加宮內(nèi)生長遲緩(intrauterine growth retardation，IUGR)羔羊十二指腸屏障功能和線粒體功能，緩解腸道炎癥并抑制線粒體自噬。此外，仔豬連續(xù)2 d灌胃50 mg/kg BW的N-乙酰半胱氨酸，可以改善飼喂含有β-伴大豆球蛋白液態(tài)飼糧仔豬腸道代謝和吸收功能，緩解腹瀉并抑制空腸黏膜細(xì)胞自噬[61]。

3.2 脂肪酸

脂肪酸根據(jù)含有的碳原子數(shù)可以分為短鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和長鏈脂肪酸。短鏈脂肪酸為含有1～6個(gè)碳原子的脂肪酸，包括直鏈脂肪酸(主要為酸、丙酸和丁酸)和支鏈脂肪酸(包括異丁酸和異戊酸)。直鏈脂肪酸主要由腸道微生物分解宿主腸腔中消化酶不能消化的碳水化合物產(chǎn)生，而支鏈脂肪酸則由腸道微生物分解含氮物質(zhì)(主要為支鏈氨基酸)生成。中鏈脂肪酸為含有6～12個(gè)碳原子的脂肪酸，主要包括己酸(C6∶0)、辛酸(C8∶0)、癸酸(C10∶0)和十二烷酸(C12∶0)。長鏈脂肪酸含有的碳原子數(shù)大于12，如棕櫚酸(C16∶0)、硬脂酸(C18∶0)、花生四烯酸(C20∶4)、二十二碳六烯酸(C22∶6)等。首先，短鏈脂肪酸可通過調(diào)控細(xì)胞凋亡來影響腸道炎癥。組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)1可與T細(xì)胞中的Fas啟動(dòng)子結(jié)合，而丁酸通過抑制HDAC1活性來誘導(dǎo)T細(xì)胞中的Fas啟動(dòng)子超乙酰化和Fas基因表達(dá)，從而通過誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡來緩解結(jié)腸炎[62]。

此外，短鏈脂肪酸還被證明可以通過誘導(dǎo)自噬來緩解多種因素引起的腸道炎癥和腸道損傷。飲水添加2%的丁酸鈉4周，可通過低氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α)上調(diào)自噬，緩解小鼠葡聚糖硫酸鈉(dextran sulphate sodium，DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎癥[63]。丁酸鈉可通過激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)信號(hào)通路誘導(dǎo)線粒體自噬，緩解IPEC-J2細(xì)胞過氧化氫(hydrogen peroxide，H2O2)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激、炎癥、細(xì)胞屏障功能和線粒體功能障礙[64]。此外，在21～35日齡斷奶仔豬飼糧添加0.75 g/kg的三丁酸甘油酯，可以緩解仔豬敵草快腹腔滴注引起的氧化應(yīng)激、腸道炎癥和腸道損傷，改善線粒體功能，并誘導(dǎo)線粒體自噬，從而提高仔豬的生長性能[65]。值得注意的是，約氏乳桿菌CJ21和枯草芽孢桿菌BS15混合益生菌通過促進(jìn)丁酸的產(chǎn)生來誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞自噬，進(jìn)而抑制嬰兒沙門氏菌在斷奶仔豬結(jié)腸上皮細(xì)胞內(nèi)增殖[66]。

也有研究發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸和中鏈脂肪酸可以抑制腸上皮細(xì)胞焦亡和壞死性凋亡。乙酸、丙酸和丁酸可通過抑制HDAC活性來抑制NLRP3炎性小體激活，促進(jìn)緊密連接蛋白表達(dá)，緩解LPS誘導(dǎo)的人結(jié)腸上皮細(xì)胞(Caco-2)屏障功能障礙[67]。另外，二十碳五烯酸和花生四烯酸可以緩解IPEC-1細(xì)胞ETEC k88誘導(dǎo)的炎癥和細(xì)胞屏障功能損傷，部分是通過抑制NLRP3炎性小體介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡以及受體互作蛋白激酶3(receptor-interacting protein kinase 3，RIPK3)介導(dǎo)的壞死性凋亡實(shí)現(xiàn)[68]。

3.3 植物提取物

植物提取物是來源于植物的多酚、生物堿、精油、有機(jī)酸、多糖和色素，具有抗氧化、抗炎、抗菌、調(diào)節(jié)胃腸道功能和促生長的作用[69-70]。多種植物提取物被證明可以通過抑制腸道細(xì)胞過度凋亡來增加腸道屏障功能、抑制腸道炎癥。在斷奶仔豬飼糧中連續(xù)14 d添加100 mg/kg褐藻寡糖，可通過上調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤-2(B-cell lymphoma-2，Bcl-2)基因以及下調(diào)Bax、Caspase-3和Caspase-9基因抑制小腸上皮凋亡，增加腸道屏障功能，從而增加斷奶14 d仔豬平均體重[71]。此外，在斷奶14 d內(nèi)的仔豬飼糧中添加0.1%綠原酸，可降低空腸晚期凋亡細(xì)胞占總凋亡細(xì)胞百分比以及十二指腸和空腸Bax與Bcl-2基因比值，從而緩解斷奶應(yīng)激引起的仔豬小腸上皮細(xì)胞過度凋亡[72]。落新婦苷通過增強(qiáng)抗氧化酶活性和屏障功能相關(guān)基因表達(dá)，降低炎癥和凋亡相關(guān)基因表達(dá)，從而緩解DON引起的IPEC-J2細(xì)胞氧化應(yīng)激、炎癥、過度細(xì)胞凋亡和細(xì)胞屏障功能障礙[73]。山奈酚則可通過上調(diào)細(xì)胞周期(G1/S-特異性周期蛋白-D1、細(xì)胞周期素依賴性激酶4和E2F轉(zhuǎn)錄因子1)和抗氧化系統(tǒng)(谷胱甘肽還原酶、谷胱甘肽s轉(zhuǎn)移酶α4和血紅素加氧酶-1)相關(guān)基因表達(dá)，增加緊密連接蛋白[ZO-1、閉鎖小帶蛋白-2(zonula occludens protein-2，ZO-2)、Occludin和封閉蛋白-4(Claudin-4)]、抗氧化轉(zhuǎn)錄因子核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2-related factor 2，Nrf2)蛋白豐度，并通過增加Bcl-2與Bax蛋白豐度比值，緩解敵草快誘導(dǎo)的IPEC-1細(xì)胞過度凋亡、氧化應(yīng)激、細(xì)胞周期阻滯和細(xì)胞屏障功能障礙[74]。另外，槲皮素通過抑制細(xì)胞過度凋亡和氧化應(yīng)激，促進(jìn)細(xì)胞增殖，從而緩解H2O2誘導(dǎo)的IPEC-J2細(xì)胞損傷[75]。松果菊苷是從管花肉蓯蓉中分離、純化的一種苯乙醇苷類化合物，可通過抑制mTOR/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)通路來抑制大鼠小腸上皮細(xì)胞(IEC-6細(xì)胞)LPS誘導(dǎo)的炎癥和細(xì)胞凋亡[76]。姜黃素可以劑量依賴性地抑制人結(jié)腸上皮細(xì)胞(HT29細(xì)胞)干擾素-γ(interferon-γ，IFN-γ)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，這可能與姜黃素抑制白細(xì)胞介素-7(interleukin-7，IL-7)的表達(dá)有關(guān)[77]。

特定的植物提取物也可以通過調(diào)控腸道細(xì)胞自噬來發(fā)揮抑炎作用。小鼠連續(xù)7 d灌胃2 mg/kg BW雷公藤紅素，可以通過抑制磷酸肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/mTOR信號(hào)通路上調(diào)結(jié)腸組織自噬，降低結(jié)腸組織髓過氧化物酶(myeloperoxidase，MPO)活性，抑制促炎細(xì)胞因子表達(dá)和中性粒細(xì)胞浸潤，從而緩解白細(xì)胞介素-10(interleukin-10，IL-10)缺陷小鼠自發(fā)性結(jié)腸炎[78]。小檗堿通過激活A(yù)MPK/mTOR信號(hào)通路來激活自噬，緩解小鼠單核巨噬細(xì)胞(J774A.1細(xì)胞)氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)的炎癥[79]。Cao等[80]研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬飼糧連續(xù)14 d添加100 mg/kg的白藜蘆醇，可以緩解仔豬敵草快腹腔滴注引起的腸道損傷、氧化應(yīng)激和線粒體損傷，并誘導(dǎo)線粒體自噬。

特定的植物提取物還可以通過抑制NLRP3炎性小體激活來緩解腸道炎癥和腸道損傷。小鼠連續(xù)7 d灌胃3、10、30 mg/kg BW羥基積雪草酸，可以抑制結(jié)腸NLRP3炎性小體激活、炎性細(xì)胞因子表達(dá)以及線粒體ROS產(chǎn)生，緩解小鼠DSS引起的結(jié)腸炎[81]。豆蔻素作為芳香烴受體配體可通過芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor，AhR)/Nrf2/Nrf2調(diào)控的抗氧化因子醌氧化還原酶1(quinine oxidoreductase 1，NQO1)通路抑制NLRP3炎性小體激活和炎性細(xì)胞因子表達(dá)，小鼠連續(xù)7或10 d灌胃15、30、60 mg/kg BW豆蔻素，可以分別緩解2,4,6-三硝基苯磺酸(2,4,6-trinitro-benzenesulfonic acid，TNBS)和DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎和結(jié)腸損傷[82]。血根堿通過抑制結(jié)腸促炎細(xì)胞因子表達(dá)、阻斷NLRP3-Caspase-1/IL-1β信號(hào)通路以及改善結(jié)腸菌群穩(wěn)態(tài)，緩解小鼠DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[83]。

3.4 益生菌

飼糧中添加益生菌對(duì)畜禽腸道健康有顯著的影響[84]，使用的益生菌包括乳桿菌、雙歧桿菌、腸球菌、芽孢桿菌等[85]。鼠李糖乳桿菌、丁酸梭菌、雙歧桿菌等直接飼喂微生物被證明可通過抑制腸道細(xì)胞凋亡來緩解多種因素引起的腸道損傷。鼠李糖乳桿菌RC007可以抑制DON誘導(dǎo)的仔豬空腸外植體炎性細(xì)胞因子的表達(dá)，并可能通過抑制MAPK信號(hào)通路來抑制細(xì)胞凋亡，降低DON的腸道毒性[86]。Yang等[87]利用肉仔雞進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌JM113可通過降低空腸組織Bax與Bcl-2基因比值以及抑制炎性細(xì)胞因子表達(dá)，激活mTOR信號(hào)通路，從而緩解肉仔雞DON誘導(dǎo)的腸道損傷。丁酸梭菌可通過直接抑制腸出血性大腸桿菌黏附于雞胚腸上皮細(xì)胞，以及間接抑制Caspase-9和Caspase-3的激活來抑制雞胚腸上皮細(xì)胞凋亡，從而緩解腸出血性大腸桿菌誘導(dǎo)的腸道損傷[88]。酪丁酸梭菌通過抑制MAPK和c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)信號(hào)通路抑制LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，從而維持IPEC-J2細(xì)胞的細(xì)胞屏障功能[89]。Tang等[90]研究發(fā)現(xiàn)，解淀粉芽孢桿菌SC06通過Akt-叉頭轉(zhuǎn)錄因子(FOXO)通路誘導(dǎo)自噬，緩解敵草快誘導(dǎo)的IPEC-J2細(xì)胞氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞損傷。此外，早產(chǎn)大鼠的壞死性小腸結(jié)腸炎模型中的研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌通過激活TLR2來增加環(huán)氧化酶-2(cyclooxgenase-2，COX-2)和前列腺素E2(prostaglandin E2，PGE2)表達(dá)，從而通過抑制回腸上皮細(xì)胞凋亡來緩解的腸道損傷[91]。

近年來的研究發(fā)現(xiàn)，一些益生菌還可以通過抑制腸道細(xì)胞焦亡來緩解腸道炎癥。飼糧添加丁酸梭菌可以緩解斷奶仔豬ETEC引起的腸道屏障功能障礙和腸道炎癥，并抑制NLRP3炎性小體激活[92]。約氏乳桿菌L531可通過抑制NLRC4、NLRP3炎性小體激活以及NF-κB信號(hào)通路激活來緩解斷奶仔豬嬰兒沙門氏桿菌感染誘導(dǎo)的腸道炎癥[93]。鼠李糖乳桿菌GG則可通過抑制NF-κB信號(hào)通路以及NLRP6炎性小體激活，緩解斷奶仔豬沙門氏菌單相變異菌株感染引起的腸道炎癥和腸道損傷[94]。固有層中的巨噬細(xì)胞也參與腸道穩(wěn)態(tài)的維持，副干酪乳桿菌通過誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生IL-10來抑制NLRP3炎性小體激活，進(jìn)而抑制巨噬細(xì)胞激活Caspase-1以及分泌IL-1β[95]。約氏乳桿菌L531通過抑制TLR4/NF-κB/NLRP3炎性小體信號(hào)通路，緩解IPEC-J2細(xì)胞鼠傷寒沙門氏菌感染誘導(dǎo)的炎癥和細(xì)胞屏障功能障礙[96]。

此外，一些益生菌也可通過多種信號(hào)通路調(diào)控自噬，緩解腸道炎癥和腸道損傷。其中，部分研究表明，雙歧桿菌等益生菌通過促進(jìn)自噬抑制了腸道炎性反應(yīng)和損傷。例如，雙歧桿菌培養(yǎng)液上清可以抑制大鼠回腸上皮細(xì)胞(IEC-18)LPS誘導(dǎo)的自噬，增加IEC-18的細(xì)胞屏障功能[97]。約氏乳桿菌L531可通過NF-κB-Sequestosome-1(SQSTM1)通路來誘導(dǎo)線粒體自噬，緩解斷奶仔豬嬰兒沙門氏菌感染誘導(dǎo)的線粒體損傷[93]。干酪乳桿菌ATCC 393合成的硒納米顆粒通過調(diào)控mTOR/磷酸酯酶與張力蛋白同源物(PTEN)誘導(dǎo)假定激酶1(PINK1)介導(dǎo)的線粒體自噬，有效緩解IPEC-J2細(xì)胞H2O2誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和細(xì)胞屏障功能障礙[98]。但也有一些研究發(fā)現(xiàn)，部分益生菌對(duì)腸道屏障功能的維護(hù)作用伴隨著自噬發(fā)生的降低。羅伊氏乳桿菌ZJ617可通過mTOR通路增加機(jī)體抗氧化能力和小腸緊密連接蛋白表達(dá)，抑制小腸細(xì)胞自噬，從而緩解小鼠LPS誘導(dǎo)的腸道屏障功能障礙[99]。鼠李糖乳桿菌GG可以促進(jìn)表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)介導(dǎo)的Akt激活來抑制嬰兒沙門氏菌感染誘導(dǎo)的斷奶仔豬回腸上皮細(xì)胞自噬，維持腸道屏障功能[100]。

3.5 生物活性肽

在蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中加密了許多具有獨(dú)特生物學(xué)活性的肽段。這些肽段在母蛋白序列中無生物活性，經(jīng)胃腸道消化或者食品加工后這些肽段被釋放出來，并在體內(nèi)顯示出多種生理功能，因此被稱之為生物活性肽[101]。生物活性肽通常包含2～30個(gè)氨基酸殘基，具有抗氧化、抑菌、免疫調(diào)節(jié)、降血壓、降糖、降膽固醇等多種生理功能[102-104]。本實(shí)驗(yàn)室前期研究發(fā)現(xiàn)，生物活性三肽(bioactive tripeptide，BTP)可以通過調(diào)控細(xì)胞焦亡和自噬來緩解腸道炎癥；小鼠連續(xù)7 d灌胃300 mg/kg BW的BTP，可以抑制鼠傷寒沙門氏菌感染引起的NLRC4炎性激活，并緩解小鼠的鼠傷寒沙門氏菌感染引起腸道炎癥和腸道損傷[25]。另外，小鼠連續(xù)7 d灌胃50、100、150 mg/kg BW的BTP，可通過增加AMPK磷酸化來抑制ROS的產(chǎn)生，從而通過抑制NLRP3炎性小體激活來緩解小鼠DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎[105]。本實(shí)驗(yàn)室相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，BTP可以通過誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子核受體77(Nur77)向線粒體易位，進(jìn)而通過誘導(dǎo)自噬來抑制炎癥和氧化應(yīng)激[106]。

4 小 結(jié)

腸道過度炎性反應(yīng)引起腸道結(jié)構(gòu)和功能的損害，控制過度炎性反應(yīng)已成為動(dòng)物營養(yǎng)調(diào)控的重要目標(biāo)。在感染和應(yīng)激等狀態(tài)下，腸道上皮細(xì)胞和固有層細(xì)胞發(fā)生的PCD在炎性反應(yīng)的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。目前，已有眾多研究表明，多種飼料成分對(duì)腸道過度炎性反應(yīng)的控制與PCD的調(diào)控有關(guān)，但是僅有少數(shù)研究證明了調(diào)控作用是直接通過影響PCD發(fā)生的。由于不同類型的PCD在炎性反應(yīng)中主要發(fā)揮的作用不同，不同類型的細(xì)胞中主要發(fā)生的PCD類型也不同。因此，未來仍需鑒定出調(diào)控腸道PCD，從而抑制腸道過度炎性反應(yīng)的關(guān)鍵靶點(diǎn)，并針對(duì)性地研發(fā)出靶向調(diào)控的應(yīng)用調(diào)控手段，為實(shí)現(xiàn)腸道過度炎性反應(yīng)的控制提供新產(chǎn)品和新技術(shù)。