熱應激條件下色氨酸調(diào)控畜禽腸道免疫功能的研究進展

周敏敏 齊智利 MOHAMMED Khaled Abouelezz Fouad 陳 偉

(1.華中農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院、動物醫(yī)學院,武漢 430070;2.艾斯尤特大學農(nóng)學院,艾斯尤特 71526;3.廣東省農(nóng)業(yè)科學院動物科學研究所,畜禽育種國家重點實驗室,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動物營養(yǎng)與飼料重點實驗室,廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點實驗室,廣州 510640)

近年來全球氣候變暖,夏季高溫環(huán)境下的熱應激是引起養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟損失的主要原因。畜禽是恒溫動物,現(xiàn)代商業(yè)養(yǎng)殖畜禽生長快、基礎代謝產(chǎn)熱量高,在高溫環(huán)境下易造成產(chǎn)熱與散熱失衡,從而引起熱應激,影響畜禽健康,并降低畜禽生產(chǎn)力和畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。色氨酸(tryptophan,Trp)是畜禽的必需氨基酸,參與多種生理過程,包括調(diào)控采食、促進營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、提高免疫力,并能在應激條件下維持腸道穩(wěn)態(tài)[1]。本文綜述了熱應激對畜禽腸道屏障及免疫功能的影響和Trp代謝對腸道屏障及免疫功能的調(diào)控作用,并探討了Trp及其代謝物調(diào)控畜禽熱應激的作用機制,為生產(chǎn)中合理應用Trp緩解畜禽熱應激提供參考。

1 熱應激對畜禽生產(chǎn)性能、腸道屏障及免疫功能的影響

1.1 熱應激的產(chǎn)生

反芻動物、豬和家禽屬于恒溫動物,當環(huán)境溫度高于體溫調(diào)節(jié)上限時,動物體溫和代謝產(chǎn)熱上升,并伴隨著出現(xiàn)呼吸頻率和出汗率增加、飲水增多等熱應激反應,以緩解高溫產(chǎn)生的熱應激[2]。熱應激進一步通過激活下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis,HPA)促進皮質(zhì)酮分泌,參與動物體溫和代謝調(diào)節(jié)[3]。皮質(zhì)酮作為一種應激激素可抑制白細胞介素-4(interleukin-4,IL-4)的產(chǎn)生,而IL-4是參與炎癥反應的重要抗炎細胞因子,抑制IL-4產(chǎn)生會導致炎癥反應的加劇。

1.2 熱應激對畜禽生產(chǎn)性能的影響

高溫環(huán)境引起的熱應激降低畜禽生產(chǎn)性能。研究表明,熱應激通過損傷蛋雞排卵前卵泡顆粒細胞,降低蛋雞的生長性能、繁殖性能和產(chǎn)蛋性能[4]。家禽生長代謝快,但汗腺不發(fā)達,體溫高于其他動物,在熱應激條件下通過降低采食量適應高溫環(huán)境。持續(xù)的能量攝入量減少導致營養(yǎng)失衡,影響卵巢功能、精液質(zhì)量和胚胎發(fā)育,最終降低家禽的繁殖性能和產(chǎn)蛋率[5]。在奶牛中的研究中發(fā)現(xiàn),熱應激會導致產(chǎn)奶量下降,并造成乳腺上皮細胞凋亡,破壞血乳屏障,大量病原微生物進入乳腺腺泡內(nèi),引起奶牛乳腺炎[6]。Kim等[7]對肉牛展開的研究發(fā)現(xiàn),熱應激條件下肉牛的干物質(zhì)采食量和平均日增重顯著下降。豬的皮下脂肪較厚,且汗腺發(fā)育不全,在高溫環(huán)境下也易發(fā)生熱應激。Da Fonseca De Oliveira等[8]用Meta分析評估了高溫(29～35 ℃)與常溫(18～25 ℃)對生長肥育豬生產(chǎn)性能的影響,結(jié)果顯示,與常溫相比,高溫會降低生長肥育豬的平均日增重和平均日采食量,從而導致生長性能下降。綜上可知,熱應激通過降低畜禽采食量,危害畜禽健康,最終降低畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 熱應激對畜禽腸道屏障及免疫功能的影響

腸道負責營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和轉(zhuǎn)運,也是重要的防御屏障。腸上皮細胞由黏附連接蛋白(adherens junction protein,AJ)、緊密連接蛋白(tight junction protein,TJ)和橋粒連接成腸黏膜上皮,構成腸道黏膜屏障[9]。熱應激可破壞腸道黏膜屏障的完整性,增加腸黏膜的通透性。在肉雞上的研究發(fā)現(xiàn),熱應激條件下肉雞腸道黏膜封閉蛋白-1(Claudin-1)、閉合蛋白(Occludin)、閉鎖小帶蛋白-1(zonula occludens-1,ZO-1)和E-鈣黏蛋白(E-cadherin,E-Cad)的mRNA表達水平降低[10]。在奶牛的研究中發(fā)現(xiàn),熱應激引起奶牛腸黏膜的通透性增加,同時大量病原微生物進入腸道,觸發(fā)腸道免疫防御機制[11]。Smith等[12]的研究顯示,腸道黏膜屏障的完整性受損時,血液單核細胞被分化為腸道固有層的巨噬細胞,吞噬入侵的有害微生物,同時清除凋亡細胞。Hu等[13]的研究發(fā)現(xiàn),熱應激誘導豬結(jié)腸機會性致病菌彎曲桿菌的相對豐度增加,打破了結(jié)腸的微生物穩(wěn)態(tài),進而誘發(fā)腸道炎癥反應和氧化應激。綜上可知,熱應激破壞畜禽腸道黏膜屏障的完整性,隨后導致腸腔內(nèi)致病菌的滲透,進一步降低腸道免疫防御功能。

2 Trp對畜禽生產(chǎn)性能、腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

2.1 Trp對畜禽生產(chǎn)性能的調(diào)控

Trp是畜禽的必需氨基酸,主要參與體蛋白質(zhì)和生物活性分子的合成。研究發(fā)現(xiàn),在熱應激條件下對7日齡雛雞腹膜內(nèi)注射Trp可提高雛雞采食量,降低熱應激期間雛雞的直腸溫度和血清皮質(zhì)酮水平,減少熱應激引起的生長性能下降[14]。而另一項研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加0.5%Trp可顯著增加7～21日齡肉雞的體增重和飼料轉(zhuǎn)化率[15]。由此可見,不論是注射還是口服,Trp對肉雞的生長都有一定的促進作用。Ma等[16]研究表明,在荷斯坦奶牛飼糧中添加Trp可提高產(chǎn)奶量和乳蛋白含量。而Liu等[17]在豬上的研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加Trp提高了生長肥育豬的飼料利用率。以上研究結(jié)果表明,Trp可不同程度緩解畜禽熱應激,提高畜禽生產(chǎn)性能。

2.2 Trp對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

動物機體中的Trp可被宿主細胞或腸道微生物代謝,產(chǎn)生不同類型的代謝物,進而參與炎癥反應、免疫應答和共生菌群調(diào)節(jié)等生理功能[18]。犬尿氨酸(kynurenine,Kyn)、犬尿酸(kynuric acid,KA)和吲哚是Trp的代謝物,并可作為芳烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AhR)信號的激動劑調(diào)節(jié)宿主免疫反應[19]。Kyn代謝途徑、5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)代謝途徑和微生物代謝途徑是動物腸道中負責Trp代謝的3條主要途徑,其中Kyn代謝途徑和5-HT代謝途徑屬于宿主代謝途徑。Trp代謝的3條主要途徑的具體代謝過程如圖1所示。

2.2.1 Kyn代謝途徑對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

機體攝入的Trp只有不到1%的部分用于合成蛋白質(zhì),其余被動物細胞代謝[20],其中超過90%的Trp通過Kyn代謝途徑代謝,該途徑主要發(fā)生在肝臟,其次是大腦和小腸,代謝限速酶主要為色氨酸-2,3-雙加氧酶(tryptophan-2,3-dioxygenase,TDO)和吲哚胺-2,3-雙加氧酶(indoleamine-2,3-dioxygenase,IDO)[21]。IDO廣泛存在于女性胎盤上皮細胞和肺內(nèi)皮細胞等各種細胞中[22],而TDO主要存在于肝細胞中[23]。Trp被TDO或IDO催化產(chǎn)生3-羥基犬尿氨酸、喹啉酸、黃尿酸等多種代謝產(chǎn)物,經(jīng)系列生化反應后最終分解為CO2和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+),這些代謝產(chǎn)物可參與調(diào)節(jié)動物腸道屏障和免疫功能[24]。Kyn以NAD+的形式為細胞提供能量,從而滿足細胞免疫反應過程中能量的需求,因此Kyn是免疫系統(tǒng)的關鍵調(diào)節(jié)因子[25]。NAD+是一種參與DNA損傷修復、細胞生長和新陳代謝的基本輔酶,在腸道黏膜免疫和慢性炎癥中也起著關鍵作用。研究表明,NAD+可提高衰老和炎癥中巨噬細胞的免疫功能,降低炎癥易感性[26]。Kuc等[27]研究發(fā)現(xiàn),大腸桿菌能通過Kyn代謝途徑產(chǎn)生KA,而KA可以改善胃腸道功能,維持腸道屏障完整性。Deng等[28]在慢性束縛應激(chronic restraint stress,CRS)小鼠模型中的研究表明,擬桿菌屬可抑制Kyn代謝途徑,而其他微生物產(chǎn)生的IDO1則可激活腸道免疫細胞和上皮細胞中Kyn代謝途徑。綜上所述,Trp經(jīng)Kyn代謝途徑代謝產(chǎn)生的KA維持腸道屏障完整性,Kyn代謝途徑產(chǎn)生的終產(chǎn)物NAD+為免疫細胞供能,而Kyn代謝途徑雖然是宿主代謝途徑,但受到腸道微生物的影響。

TDO:色氨酸-2,3-雙加氧酶 tryptophan-2,3-dioxygenase;IDO:吲哚胺-2,3-雙加氧酶 indoleamine-2,3-dioxygenase;AFMID:犬尿氨酸甲酰胺酶 kynurenine formamidase;KAT:犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶 kynurenine transaminase;KYNU:2-氨基-4-[3-羥基苯基]-4-羥基丁酸 2-amino-4-[3-hydroxyphenyl]-4-hydroxybutyric acid;KMO:犬尿氨酸3-單加氧酶 kynurenine 3-monooxygenase;NAD+:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 nicotinamide adenine dinucleotide;5-HT:5-羥色胺 5-hydroxytryptamine;Kyn:犬尿氨酸 kynurenine;MAO-A:單胺氧化酶-A monoamine oxidase-A;ALDH:乙醛脫氫酶 acetaldehyde dehydrogenase;TPH:色氨酸羥化酶 tryptophan hydroxylase;tnAa:色氨酸酶 tryptophanase。

2.2.2 5-HT代謝途徑對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

5-HT是重要的胃腸道信號分子,5-HT代謝途徑的限速酶為色氨酸羥化酶(tryptophan hydroxylase,TPH)。有1%～2%的膳食Trp通過5-HT代謝途徑轉(zhuǎn)化為5-HT,5-HT可進一步代謝形成褪黑素,或被單胺氧化酶-A(monoamine oxidase-A,MAO-A)氧化脫氨基,產(chǎn)生5‐羥基吲哚乙醛,并被乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)進一步代謝,生成5-羥基吲哚乙酸,主要通過尿液排泄。5-HT主要存在于人和動物的胃腸道、血小板和中樞神經(jīng)系統(tǒng),而體內(nèi)大約95%的5-HT存在于胃腸道的腸嗜鉻細胞(enterochromaffin cell,EC)中[29]。5-HT在調(diào)節(jié)腸道炎癥中發(fā)揮著重要作用,Margolis等[30]在小鼠腸道中的研究發(fā)現(xiàn),用外周TPH抑制劑抑制腸道黏膜5-HT過量產(chǎn)生有利于緩解三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid,TNBS)誘導的結(jié)腸炎。Shi等[31]研究發(fā)現(xiàn),TPH抑制劑可以治愈由5-HT代謝途徑失調(diào)引起的胃腸道疾病。因此,胃腸道中適宜的5-HT濃度對維持腸道健康至關重要。此外,5-HT可通過5-羥色胺受體(5-HT receptors,5-HTR)激活T細胞、樹突狀細胞和巨噬細胞等免疫細胞,誘導免疫應答[32]。Yano等[33]報道,來自小鼠和人類腸道的本地孢子形成細菌促進結(jié)腸嗜鉻細胞內(nèi)5-HT的合成,改善胃腸道運動。此外,Reigstad等[34]研究發(fā)現(xiàn),腸道微生物代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFAs)能刺激結(jié)腸中5-HT的產(chǎn)生并促進腸道蠕動。5-HT進一步代謝生成褪黑素,且在腸道中產(chǎn)生的褪黑素遠高于松果體中,褪黑素對緩解腸黏膜損傷引起的腸黏膜通透性增加起著重要作用。已有研究表明,褪黑素可抑制小鼠氧化應激,減輕睡眠剝奪引起的小腸黏膜損傷[35]。由此可見,5-HT通過激活免疫細胞觸發(fā)機體免疫應答,其代謝產(chǎn)生的褪黑素可以保護腸道機械屏障,特定的腸道微生物及其代謝產(chǎn)物促進5-HT的生物合成。

2.2.3 微生物代謝途徑對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

膳食中5%的Trp通過腸道微生物代謝為吲哚及吲哚酸衍生物。大腸桿菌、霍亂弧菌等眾多細菌通過色氨酸酶(tryptophanase,tnAa)代謝Trp生成吲哚。研究發(fā)現(xiàn),吲哚可促進人小腸和大腸交界處腸上皮細胞中Claudin和ZO-1的表達,進而維持腸道黏膜屏障的完整性[36]。此外,吲哚是一種重要的天然免疫調(diào)節(jié)劑,可促進吲哚并[3,2-b]咔唑(indolo [3,2-b] carbazole,ICZ)的產(chǎn)生。ICZ是一種葡糖蕓苔素衍生的化合物,與AhR具有較強的親和力[37]。AhR呈螺旋-環(huán)-螺旋形狀,是一種可結(jié)合配體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,在腸道上皮細胞和免疫細胞中廣泛表達。因此,吲哚在微生物與宿主免疫系統(tǒng)之間信號傳遞中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn),吲哚-3-乳酸(indole-3-lactic acid,ILA)可由羅伊氏乳桿菌代謝Trp生成,并可作為AhR配體誘導CD4+T淋巴細胞分化為CD4+CD8αα+TCRαβT細胞[稱為雙陽性上皮內(nèi)淋巴細胞(double positive intraepithelial lymphocytes,DPIEL)][38]。研究表明,腸上皮由于血流不暢氧飽和度較低,而DPIEL可通過調(diào)節(jié)缺氧誘導因子快速適應轉(zhuǎn)基因小鼠腸道組織的缺氧環(huán)境,維持腸道健康[39]。吲哚-3-丙酸(indole 3 propanoic acid,IPA)可由梭狀芽胞桿菌代謝Trp合成[40],Li等[41]采用Caco-2/HT29細胞共培養(yǎng)模型評價了IPA對腸道屏障的影響,發(fā)現(xiàn)IPA不僅增加了跨上皮電阻,降低了細胞旁通透性,而且降低了脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導炎癥因子的表達。此外,吲哚-3-醛(indole-3-aldehyde,IAld)通過激活AhR分泌白細胞介素-22(interleukin-22,IL-22)發(fā)揮抗炎活性[42]。綜上可知,Trp微生物代謝物通過促進腸上皮細胞中TJ的基因表達維持腸道黏膜屏障的完整性,并通過激活AhR調(diào)節(jié)免疫細胞的分化和下游細胞因子的分泌,進一步調(diào)控腸道免疫功能。除以上吲哚酸衍生物之外,近年來的研究還發(fā)現(xiàn)吲哚-3-乙酸、色胺等也在維持腸道穩(wěn)態(tài)和改善腸道免疫健康方面發(fā)揮作用,但具體機制還有待深入探究。

3 Trp及其代謝產(chǎn)物調(diào)控熱應激條件下畜禽腸道屏障及免疫功能的作用機制

3.1 Trp調(diào)控熱應激條件下畜禽腸道屏障的作用機制

相鄰腸上皮細胞通過蛋白質(zhì)間互作連接在一起形成腸黏膜,其中TJ和AJ是參與維持細胞極性的關鍵蛋白。Liu等[43]研究結(jié)果表明,Trp能增加豬腸上皮細胞(intestinal epithelial cell,IEC)關鍵緊密連接蛋白ZO-1、Occludin以及Claudins的含量,降低白細胞介素-8(interleukin-8,IL-8)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的含量,維持腸道屏障的完整性。同時,在LPS誘導的Caco-2細胞單層模型中發(fā)現(xiàn),Trp可通過抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)-肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase,MLCK)信號通路的傳導減輕LPS誘導的TJ損傷,從而保護腸道屏障[44]。劉延祥等[45]研究發(fā)現(xiàn),熱應激引起雞腸道內(nèi)乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌相對豐度減少,而有害菌相對豐度增加,破壞腸道菌群穩(wěn)態(tài)。而Liang等[46]的研究發(fā)現(xiàn),在斷奶仔豬飼糧中補充Trp可降低仔豬小腸病原菌(如梭菌)的相對豐度,并提高Trp代謝細菌(如乳酸桿菌)的相對豐度;該研究還發(fā)現(xiàn)補充0.2%～0.4%Trp可提高仔豬空腸中分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,sIgA)的含量,提高β防御素2和3的mRNA表達水平。sIgA和β防御素可有效抵抗病原微生物的入侵,表明Trp可改善腸道微環(huán)境,提高腸黏膜免疫力。以上研究表明,Trp可能通過調(diào)節(jié)腸道TJ含量和腸道菌群組成緩解熱應激引起的畜禽腸道黏膜通透性增加,進而影響腸道免疫防御功能。

3.2 Trp體內(nèi)代謝產(chǎn)物調(diào)控熱應激條件下畜禽腸道免疫功能的作用機制

3.2.1 Trp代謝產(chǎn)物調(diào)控熱應激條件下畜禽腸道免疫功能的作用機制

熱應激破壞畜禽腸上皮屏障的完整性,降低腸道免疫防御功能。而宿主代謝Trp生成的5-HT和Kyn可通過誘導免疫細胞分泌下游細胞因子調(diào)節(jié)免疫功能。5-HT可結(jié)合先天免疫細胞上的5-HTR,繼而影響細胞因子的分泌。Mahé等[47]研究發(fā)現(xiàn),5-HT可通過激活人小膠質(zhì)細胞上的5-羥色胺受體-7(5-HT receptor 7,5-HTR7)分泌白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥反應。Idzko等[48]研究了人樹突狀細胞上5-HTR的表達情況,發(fā)現(xiàn)5-HT能通過激活5-HTR家族中的5-HTR4和5-HTR7,促進成熟樹突狀細胞釋放細胞因子白細胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-8,同時減少白細胞介素-12(interleukin-12,IL-12)和TNF-α的分泌,這表明5-HT可通過調(diào)控樹突狀細胞中不同的信號通路調(diào)節(jié)先天免疫。Zhang等[49]研究表明,Kyn通過促進AhR核轉(zhuǎn)位增加調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cells,Tregs)標志物叉頭框蛋白P3(Forkhead box protein P3,Foxp3)的轉(zhuǎn)錄,其中Tregs是抑制細胞免疫的一種T細胞功能亞群,在免疫耐受中發(fā)揮重要作用,而Foxp3在調(diào)節(jié)機體免疫穩(wěn)態(tài)中起關鍵作用。此外,Campesato等[50]發(fā)現(xiàn),Kyn可激活AhR,上調(diào)CD8+T細胞中程序性死亡蛋白-1(programmed death protein-1,PD-1)的表達水平,防止因CD8+T細胞耗竭而出現(xiàn)免疫失調(diào)。抑制體液免疫的B細胞,被稱為調(diào)節(jié)性B細胞(regulatory B cells,Bregs),在抑制炎癥方面起著重要作用。Piper等[51]研究表明,AhR可介導B細胞分化為Bregs,促進抗炎因子白細胞介素-10(interleukin-10,IL-10)生成。而Masuda等[52]發(fā)現(xiàn)AhR可抑制巨噬細胞分泌促炎細胞因子IL-6。以上研究表明,5-HT通過結(jié)合5-HTR在神經(jīng)系統(tǒng)和先天免疫系統(tǒng)中起著重要作用,Kyn通過激活AhR調(diào)節(jié)適應性和先天性免疫反應。雖然5-HT和Kyn對免疫細胞的調(diào)節(jié)作用已有一定研究,但腸道作為機體最大的免疫器官,存在大量免疫細胞,而目前5-HT和Kyn調(diào)節(jié)腸道免疫細胞的作用機制仍是研究空白。本實驗室推測宿主Trp代謝產(chǎn)物可能通過激活AhR調(diào)節(jié)Tregs、Bregs、CD8+T細胞、樹突狀細胞、巨噬細胞等免疫細胞的分化和下游因子的釋放,來維持熱應激條件下畜禽腸道免疫功能,未來本實驗室將設計試驗對這一猜想進行驗證。

3.2.2 Trp微生物代謝產(chǎn)物調(diào)控熱應激條件下畜禽腸道免疫功能的可能作用機制

熱應激導致腸黏膜損傷,隨后腸腔內(nèi)微生物穩(wěn)態(tài)失衡,有益菌相對豐度減少,有害菌相對豐度增加,降低腸道免疫防御功能。Wlodarska等[53]在葡聚糖硫酸鈉(dextran sodium sulfate,DSS)誘導的小鼠結(jié)腸炎模型研究中發(fā)現(xiàn),消化鏈球菌代謝Trp產(chǎn)生的吲哚丙烯酸(indoleacrylic acid,IA)不僅可通過激活孕烷X受體(pregnane X receptor,PXR)降低腸上皮細胞中TNF-α的表達水平,還可激活AhR并產(chǎn)生IL-10,促進黏蛋白2(mucin 2,MUC2)的表達,黏蛋白可以被共生細菌用作能量來源,IL-10可作為抗炎細胞因子緩解腸道炎癥,這一結(jié)果表明Trp的微生物代謝產(chǎn)物IA可緩解腸道炎癥,增強腸上皮屏障功能。Venkatesh等[54]的研究結(jié)果顯示,產(chǎn)孢梭菌代謝Trp產(chǎn)生的吲哚3-丙酸(indole 3-propionic acid,IPA)可通過激活PXR下調(diào)腸上皮細胞中TNF-α的mRNA表達水平,PXR是核受體超家族成員之一,被配體激活后可調(diào)節(jié)先天免疫反應消滅入侵的病原微生物。如前所述,IAld能夠通過激活AhR誘導3型天然淋巴細胞(group 3 innate lymphoid cells,ILC3s)產(chǎn)生IL-22[42],ILC3s是一類不同于T細胞和B細胞的淋巴細胞亞群,位于腸道黏膜表面,可增強腸道黏膜免疫,維持腸道黏膜屏障完整性,而IL-22是維持腸道屏障穩(wěn)態(tài)的一種重要細胞因子。ILA除了可激活AhR誘導CD4+T淋巴細胞分化為CD4+CD8αα+TCRαβT細胞(DPIEL)外,還可抑制CD4+T淋巴細胞分化為Tregs和Th17[55]。機體內(nèi)Th17和Tregs的平衡對維持自身免疫至關重要。以上研究表明,Trp的微生物代謝產(chǎn)物可能通過激活AhR和PXR并調(diào)節(jié)ILC3s、CD4+T淋巴細胞和DPIEL等免疫細胞的分化和下游因子的釋放調(diào)節(jié)熱應激條件下畜禽腸道免疫功能(圖2)。

4 小 結(jié)

綜上所述,Trp及其代謝產(chǎn)物可能主要通過以下途徑緩解熱應激條件下畜禽腸道黏膜損傷,從而保證熱應激條件下動物腸道健康,維持動物正常生長:1)促進腸道緊密連接蛋白表達,維持腸道屏障完整性;2)降低腸道病原菌相對豐度,并提高Trp代謝細菌相對豐度,改善腸道微生態(tài);3)激活AhR、5-HTR和PXR等受體并調(diào)節(jié)一系列免疫細胞的分化和下游細胞因子的分泌調(diào)控畜禽腸道黏膜免疫功能。

Trp:色氨酸 tryptophan;IAld:吲哚-3-醛 indole-3-aldehyde;ILA:吲哚-3-乳酸 indole-3-lactic acid;IA:吲哚丙烯酸 indoleacrylic acid;IPA:吲哚3-丙酸 indole 3-propionic acid;AhR:芳烴受體 aryl hydrocarbon receptor;ILC3s:3型天然淋巴細胞 group 3 innate lymphoid cells;MUC2:黏蛋白2 mucin 2;IL-22:白細胞介素-22 interleukin-22;DPIEL:雙陽性上皮內(nèi)淋巴細胞 double positive intraepithelial lymphocytes;PXR:孕烷X受體 pregnane X receptor;TNF-α:腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α;IL-10:白細胞介素-10 interleukin-10;IEC:腸上皮細胞 intestinal epithelial cell。

Trp代謝產(chǎn)物通過激活AhR調(diào)節(jié)腸道免疫,但熱應激條件下何種Trp代謝產(chǎn)物對腸道黏膜免疫起主要作用猶未可知。熱應激導致畜禽腸道微生物穩(wěn)態(tài)紊亂,盡管目前已明確了部分細菌可代謝Trp并參與腸道黏膜損傷修復,但由于腸道菌群的多樣性,還有哪些菌參與了Trp代謝,它們調(diào)控畜禽腸道黏膜物理屏障和黏膜免疫功能的具體機制仍是未來需要深入研究的方向;此外,確定不同動物不同生長階段利用Trp緩解熱應激時,Trp的最佳劑量對減少熱應激帶來的經(jīng)濟損失也至關重要。