鎘污染對(duì)家禽健康生產(chǎn)的影響及營養(yǎng)干預(yù)控制技術(shù)研究進(jìn)展

■ 高 峰 徐 鵬

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，江蘇省動(dòng)物源食品生產(chǎn)與安全保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇省肉類生產(chǎn)與加工質(zhì)量安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095）

鎘（Cadmium，Cd）是一種天然存在的有毒重金屬。環(huán)境鎘污染是家禽鎘暴露的主要來源。作為一種環(huán)境污染物，鎘可以在家禽體內(nèi)高度積累，并對(duì)機(jī)體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害。禽肉是人類主要的蛋白質(zhì)來源，鎘在家禽體內(nèi)的積累不僅是危害家禽健康和生產(chǎn)的難題，也是關(guān)乎動(dòng)物源食品安全的公共衛(wèi)生問題。因此，深入了解家禽鎘中毒的分子機(jī)制并探索相應(yīng)的解毒措施在家禽生產(chǎn)中具有重要意義。文章從環(huán)境鎘污染現(xiàn)狀、鎘對(duì)家禽的毒性作用、鎘毒性的分子機(jī)制以及營養(yǎng)干預(yù)控制技術(shù)4 個(gè)方面綜述當(dāng)前鎘污染對(duì)家禽健康生產(chǎn)的影響及營養(yǎng)干預(yù)控制技術(shù)研究進(jìn)展，以期為保障家禽健康生產(chǎn)提供參考。

1 環(huán)境鎘污染現(xiàn)狀

鎘污染的來源主要有兩個(gè)方面：包括化石燃料燃燒和礦冶活動(dòng)在內(nèi)的人為活動(dòng)以及包括火山噴發(fā)、森林火災(zāi)在內(nèi)的自然活動(dòng)，其中，人為因素導(dǎo)致的環(huán)境鎘污染遠(yuǎn)高于自然因素。隨著工業(yè)化的推進(jìn)，人類的諸多活動(dòng)將鎘不斷排放到環(huán)境中，造成環(huán)境鎘污染。有調(diào)查顯示，我國土壤鎘濃度的超標(biāo)率為7%，遠(yuǎn)高于其他7 種被檢測的重金屬[1]。土壤鎘污染是導(dǎo)致植物中鎘蓄積的主要原因。家禽可通過采食含鎘植物導(dǎo)致鎘中毒。張玉鳳[2]調(diào)查了我國錦州灣海域的鎘污染情況，發(fā)現(xiàn)該海域海水鎘濃度超過國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，工廠附近海域的沉積物中鎘的濃度更是嚴(yán)重超標(biāo)。李寧等[3]調(diào)查顯示，即使是城市飲用水也同樣存在鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)。家禽可通過飲用受污染的水導(dǎo)致鎘中毒，并且水體鎘污染可引起水生動(dòng)物體內(nèi)的鎘蓄積，導(dǎo)致動(dòng)物源性飼料原料（如魚粉）鎘污染，進(jìn)而危害家禽健康。此外，鎘是一種大氣污染物，工業(yè)含鎘廢氣的排放也可通過呼吸道誘發(fā)家禽鎘中毒[4]。

飼料鎘污染是家禽鎘中毒的主要因素。家禽飼料中鎘污染的來源主要包括3 個(gè)方面：飼料原料作物的鎘污染，如相關(guān)報(bào)道表明四川省常用能量飼料DDGS、麥麩、米糠中鎘的超標(biāo)率分別為8.33%、45.45%和66.67%[5]；微量元素添加劑通常伴有鎘污染，如不合格的硫酸鋅添加劑中鎘含量嚴(yán)重超標(biāo)，甚至可接近30 g/kg[6]；飼料中某些酸性物質(zhì)可溶解加工設(shè)備表面的鍍鎘金屬層，導(dǎo)致飼料鎘污染。Li 等[7]對(duì)北京和阜新地區(qū)215 家畜禽養(yǎng)殖場的飼料進(jìn)行鎘含量抽檢，發(fā)現(xiàn)最大檢測值可達(dá)31 mg/kg，遠(yuǎn)高于我國《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》限量（0.5 mg/kg）。郭愷[8]檢測了元寶山地區(qū)235 份雞飼料樣品鎘含量，發(fā)現(xiàn)濃縮料、配合料和預(yù)混料的鎘超標(biāo)率分別為9.86%、15.56%和12.16%，其中，最大檢測值為23.3 mg/kg。該調(diào)查還顯示，肉雞飼料中鎘的超標(biāo)率（13.67%）高于蛋雞飼料（9.62%）。這與迪娜·吐爾生江等[9]的調(diào)查結(jié)果不同，他們發(fā)現(xiàn)黃淮海地區(qū)蛋雞飼料鎘的超標(biāo)率為29.2%，遠(yuǎn)高于肉雞飼料（12.8%）。這可能與飼料原料鎘污染情況和加工工藝的差異有關(guān)。禽肉是人類主要的蛋白質(zhì)來源，鎘污染可直接影響動(dòng)物源食品安全。王雅潔等[10]采集了2015—2017年間我國華北、東北、華東、華中、華南、西南和西北地區(qū)5 類畜禽肉（豬、牛、羊、雞、鴨）樣本，共計(jì)10 500 份，發(fā)現(xiàn)各地區(qū)雞肉樣本中鎘的超標(biāo)率為0.33%～2.33%，鴨肉樣本的鎘超標(biāo)率為0.67%～2.00%，均以西南地區(qū)的超標(biāo)率為最高。上述調(diào)查結(jié)果表明，我國家禽養(yǎng)殖行業(yè)存在鎘污染的情況，其中飼料鎘污染現(xiàn)狀更為嚴(yán)重。這可能危害家禽的健康生產(chǎn)，并對(duì)人類健康構(gòu)成潛在風(fēng)險(xiǎn)。

2 鎘對(duì)家禽的毒性作用

鎘主要通過皮膚、胃腸道或呼吸道進(jìn)入體內(nèi)。家禽采食含鎘飼料后，鎘主要在小腸被吸收，其中十二指腸的吸收效率最高，是空腸和回腸的兩倍。被吸收后的鎘可通過血液循環(huán)被運(yùn)送至全身各組織器官，進(jìn)而產(chǎn)生毒性作用。張娟[11]探究了鎘在蛋雞體內(nèi)的組織蓄積規(guī)律，發(fā)現(xiàn)鎘主要沉積在肝臟、腎臟中（腎臟＞肝臟），其次為小腸（十二指腸＞回腸＞空腸），再次為生殖器官（卵巢＞子宮＞輸卵管），極少量沉積在心臟、肌肉和腦中。鎘一旦進(jìn)入體內(nèi)就很難排出，且其半衰期長達(dá)10～30 年。因此，即使少量的鎘暴露也可通過蓄積對(duì)各組織器官造成損傷，影響家禽健康和生產(chǎn)性能。

2.1 肝臟

肝臟是機(jī)體代謝的主要部位，具有重要的解毒功能。作為鎘蓄積的主要靶器官，鎘對(duì)家禽肝臟具有強(qiáng)烈的毒性作用。有研究顯示，飼料鎘污染會(huì)誘發(fā)肝臟炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激，導(dǎo)致肉雞肝臟損傷，生產(chǎn)性能顯著下降[12]。Liu 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加濃度為150 mg/kg 的鎘可通過誘發(fā)氧化應(yīng)激導(dǎo)致肉雞肝細(xì)胞排列紊亂和壞死，肝臟出現(xiàn)明顯的組織病理學(xué)變化。這與Yu 等[14]的研究結(jié)果一致，他們發(fā)現(xiàn)連續(xù)20、40 d或60 d 飼喂鎘濃度為140 mg/kg 的飼料，均會(huì)導(dǎo)致肉雞肝臟發(fā)生局灶性出血，肝臟組織發(fā)生嚴(yán)重病變，抗氧化相關(guān)酶活性顯著降低。

2.2 腎臟

腎臟是機(jī)體排泄鎘的重要器官。經(jīng)肝臟代謝形成的鎘-金屬硫蛋白復(fù)合物可被運(yùn)輸至腎臟，經(jīng)腎小球過濾而對(duì)近端腎小管造成嚴(yán)重?fù)p傷，危害腎臟功能。趙滿[15]在飼糧中添加濃度為50 mg/kg 的鎘，結(jié)果顯示，肉雞平均日增重顯著降低，料重比顯著增加，腎臟出現(xiàn)明顯損傷。主要表現(xiàn)為腎臟離子穩(wěn)態(tài)失衡、腎小管上皮細(xì)胞和線粒體腫脹、腎臟凋亡細(xì)胞數(shù)量以及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)基因的表達(dá)顯著增加，但對(duì)腎臟的抗氧化功能沒有顯著影響。這與在蛋雞上觀察到的結(jié)果類似，Wang 等[16]同樣發(fā)現(xiàn)飼料鎘污染會(huì)導(dǎo)致腎臟出現(xiàn)組織病理學(xué)變化，并通過激活NF-κB 途徑誘發(fā)蛋雞腎臟炎癥反應(yīng)，引起蛋雞腎臟損傷。鎘誘發(fā)家禽腎臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的機(jī)制可能涉及其介導(dǎo)的miR-30a-GRP78-JNK 信號(hào)通路，這將進(jìn)一步激活磷脂酰乙醇胺（LC3-Ⅱ），從而誘導(dǎo)自噬的發(fā)生，最終引起腎臟功能障礙[17]。

2.3 腸道

Berzina 等[18]研究發(fā)現(xiàn)1 日齡雄性肉仔雞遭受亞慢性鎘暴露（50.2 mg/kg）導(dǎo)致鎘在腸道中的蓄積量相較于未暴露組提高154 倍，腸黏膜杯狀細(xì)胞和顆粒淋巴細(xì)胞數(shù)量顯著增加，腸道發(fā)生炎癥反應(yīng)，生產(chǎn)性能顯著下降，這與Yang 等[19]的研究結(jié)果相似，Yang 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，1 日齡肉仔雞飼喂含鎘飼料（4 mg/kg，以干物質(zhì)計(jì)）后，肉雞腸道形態(tài)發(fā)生顯著變化，腸道緊密連接蛋白相關(guān)基因的表達(dá)顯著降低，腸道通透性顯著增加，促炎細(xì)胞因子如IL-1β、IFN-γ、NF-κB 的mRNA表達(dá)均顯著提高。腸道菌群在維護(hù)機(jī)體健康方面發(fā)揮著重要的作用，該研究表明，鎘暴露下肉雞腸道菌群穩(wěn)態(tài)發(fā)生改變，α多樣性指數(shù)如Chao、ACE 和PD 顯著降低，這可能影響苯丙氨酸、色氨酸等的生物合成從而影響腸道和機(jī)體健康。

2.4 生殖器官

鎘已被證明是一種具有生殖毒性的環(huán)境污染物，對(duì)多物種的生殖器官具有明顯的毒性作用[20]。肉雞的繁殖性能關(guān)系到子代商品肉雞的健康和經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前，尚未有鎘暴露對(duì)肉雞卵巢影響的報(bào)道，僅在蛋雞上見到少量研究。Zhu 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，蛋雞鎘暴露（60.67 mg/kg）會(huì)通過MAPK、AKT/Fox3a 和mTOR 信號(hào)通路引起卵巢的氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和卵泡閉鎖，進(jìn)而降低產(chǎn)蛋率和蛋品質(zhì)。在睪丸上，Li 等[22]研究發(fā)現(xiàn)肉雞鎘暴露（150 mg/kg）會(huì)引起睪丸組織病理學(xué)變化、氧化應(yīng)激、內(nèi)分泌失調(diào)和細(xì)胞凋亡。Najafi 等[23]發(fā)現(xiàn)類似的現(xiàn)象，腹腔注射氯化鎘溶液會(huì)引起肉雞睪丸結(jié)構(gòu)變化和功能性損傷，導(dǎo)致精液品質(zhì)下降。目前，少有報(bào)道揭示飼料鎘污染對(duì)家禽生殖器官的影響，需要進(jìn)一步研究以保障家禽的繁殖性能。

除上述器官外，鎘對(duì)家禽的其他組織器官同樣具有毒性作用。例如，盡管只有少量的鎘能夠在肌肉組織中蓄積，但鎘暴露同樣可以誘導(dǎo)肉雞胸肌發(fā)生氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致胸肌肉品質(zhì)下降[24]。此外，脾臟[25]、胰腺[26]、血液紅細(xì)胞[27]等也是鎘致家禽毒性的重要靶標(biāo)。由此可見，鎘誘導(dǎo)的家禽毒性涉及多器官損傷。因此，需要進(jìn)一步研究鎘的毒性機(jī)理，從而為保障家禽健康，預(yù)防鎘污染危害提供研究思路和理論支撐。

3 鎘毒性的分子機(jī)制

3.1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是鎘致家禽毒性最主要的機(jī)制[8，16，18]。氧化應(yīng)激會(huì)引起活性氧（ROS）的過量產(chǎn)生，從而損傷蛋白質(zhì)、脂質(zhì)以及DNA 等，導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和疾病[28]。其實(shí)質(zhì)是機(jī)體氧化-抗氧化系統(tǒng)的失衡。鎘通過多種途徑誘導(dǎo)氧化應(yīng)激。首先，進(jìn)入機(jī)體的鎘會(huì)通過攻擊細(xì)胞膜的脂質(zhì)成分誘導(dǎo)脂質(zhì)過氧化而破壞膜的流動(dòng)性，隨后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞中。丙二醛（MDA）是脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物，與鎘、ROS 都可抑制抗氧化防御酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性[29]。同時(shí)，鎘可以與非酶抗氧化劑谷胱甘肽（GSH）結(jié)合，進(jìn)一步破壞氧化還原平衡，引起ROS 的過量產(chǎn)生。其次，鎘可以從各種蛋白質(zhì)中釋放出具有氧化還原活性的金屬離子（如鐵、銅），這些金屬離子可通過激活芬頓（Fenton）反應(yīng)引起氧化應(yīng)激[30]。另外，鎘離子（Cd2+）與鈣離子（Ca2+）在結(jié)構(gòu)上類似，具有一些相同的物理化學(xué)性質(zhì)。故而Cd2+可以通過細(xì)胞膜鈣通道進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，并競爭性地結(jié)合某些Ca2+受體，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，引起氧化應(yīng)激發(fā)生[31-32]。

3.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種動(dòng)態(tài)且重要的細(xì)胞器，通過控制蛋白質(zhì)的合成、鈣穩(wěn)態(tài)等參與多種細(xì)胞功能。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激會(huì)誘發(fā)未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)（UPR）。該反應(yīng)可通過激活CHOP（促凋亡轉(zhuǎn)錄因子）、ASK1/JNK 級(jí)聯(lián)（凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/ jun 氨基末端激酶）和Bax/Bcl2（凋亡相關(guān)蛋白）介導(dǎo)細(xì)胞凋亡[33]。先前的研究表明，鎘誘導(dǎo)哺乳動(dòng)物卵巢顆粒細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并增加Bax/Bcl2 的比率，導(dǎo)致顆粒細(xì)胞凋亡[34]。這證實(shí)了在雞上的研究結(jié)果，即鎘暴露通過提高雞卵巢的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激水平來損害生殖系統(tǒng)[35]。此外，越來越多的證據(jù)表明，鎘可通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)雞相關(guān)細(xì)胞凋亡和組織損傷[36-37]。因此，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激也是鎘致家禽毒性的主要機(jī)制之一。

3.3 細(xì)胞自噬

細(xì)胞自噬（Ⅱ型程序性細(xì)胞死亡）是一種細(xì)胞保護(hù)機(jī)制，通過利用溶酶體降解受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器以維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)。過度的自噬會(huì)引起細(xì)胞死亡和組織損傷。鎘誘導(dǎo)的ROS 和Ca2+穩(wěn)態(tài)失衡是自噬的誘發(fā)因素。研究表示，鎘可誘導(dǎo)雞胚成纖維細(xì)胞產(chǎn)生大量的ROS，并經(jīng)過mTOR 途徑激活細(xì)胞自噬[38]。在另一項(xiàng)研究中，鎘暴露破壞了細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)，引起雞肝細(xì)胞自噬和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。但與硒聯(lián)合處理后，即可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)Ca2+穩(wěn)態(tài)緩解肝細(xì)胞損傷[39]。此外，也有報(bào)道顯示，鎘暴露可誘導(dǎo)雞胚肝細(xì)胞線粒體功能障礙和PINK1/Parkin 介導(dǎo)的線粒體自噬，導(dǎo)致肝臟和肝細(xì)胞脂質(zhì)代謝紊亂[40]。

3.4 表觀遺傳變化

表觀遺傳變化也是鎘毒性作用的重要分子機(jī)制。當(dāng)前，已有的鎘誘導(dǎo)家禽表觀遺傳變化的研究多是關(guān)于MicroRNA 的。作為非編碼RNA，MicroRNA 可在轉(zhuǎn)錄后水平負(fù)調(diào)控基因表達(dá)，并在細(xì)胞凋亡、自噬、壞死等病理過程中發(fā)揮著重要作用。有研究表示，鎘暴露引起蛋雞脾臟miRNA-33-AMPK 軸失調(diào)，并通過影響AKT/mTOR 和HSP70-NF-κB/JNK 信號(hào)通路誘導(dǎo)BNIP3 依賴性自噬[41]。在腎臟中，鎘暴露可通過影響miR-26a-5p/PTEN/PI3K/AKT 信號(hào)通路誘導(dǎo)蛋雞腎臟壞死性凋亡[42]。也有研究表示，miR-30a-GRP78同樣是鎘致家禽腎臟毒性的關(guān)鍵靶點(diǎn)[17]。

4 營養(yǎng)干預(yù)控制技術(shù)

關(guān)于如何控制家禽鎘中毒尚沒有統(tǒng)一的策略。但營養(yǎng)干預(yù)被認(rèn)為是一種可行的措施。該措施主要通過針對(duì)鎘毒性的潛在分子機(jī)制來篩選關(guān)鍵的營養(yǎng)解毒物質(zhì)。

4.1 植物提取物

植物提取物是從植物中提取出的一類天然小分子化合物，一般具有抗氧化、抗病毒等功能，其有效成分包括精油、多糖、多酚以及黃酮類化合物等。當(dāng)前，許多研究發(fā)現(xiàn)利用植物提取物強(qiáng)大的抗氧化功能可緩解鎘的毒性作用。白藜蘆醇（Resveratrol）是一種天然二苯乙烯多酚化合物，Zhang等[43]研究結(jié)果表示，日糧添加白藜蘆醇可通過增強(qiáng)抗氧化酶活性，減弱腎臟線粒體自噬，緩解鎘誘導(dǎo)的蛋雞腎臟損傷。Hu 等[44]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加姬松茸多糖（ABP）可顯著降低肝臟MDA 含量和促炎細(xì)胞因子的mRNA 表達(dá)，提高抗氧化酶活性，緩解鎘暴露誘導(dǎo)的雞肝臟損傷。

4.2 硒

硒（Se）是許多細(xì)胞功能所必需的微量元素，也是當(dāng)前研究較多且效果較好的鎘解毒劑。一方面，硒與鎘具有拮抗作用，可在體內(nèi)形成硒-鎘復(fù)合物，減少鎘在體內(nèi)的蓄積；另一方面，硒具有強(qiáng)大的抗氧化能力并對(duì)機(jī)體免疫功能具有調(diào)節(jié)作用，從而發(fā)揮其解毒功能。有研究表示，日糧中補(bǔ)充硒可顯著降低鎘在蛋雞脾臟中的蓄積量，并通過增加抗氧化酶活性來減輕氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡，緩解鎘誘導(dǎo)的蛋雞脾臟損傷[45]。硒的化學(xué)形式?jīng)Q定了硒的生物利用度。有研究表示，在日糧中添加不同的硒源會(huì)產(chǎn)生不同的解毒效果。納米硒（Nano-Se）和有機(jī)硒（酵母硒，SeY）對(duì)鎘致蛋雞心臟損傷的緩解作用均要強(qiáng)于無機(jī)硒（亞硒酸鈉，SSe）[46]。

4.3 微生態(tài)制劑

近年來，微生物對(duì)重金屬的生物吸附能力及其安全、環(huán)保、高效的優(yōu)勢(shì)特征受到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注。乳酸菌（LAB）是畜禽生產(chǎn)中常用的益生菌添加劑，也是各種微生物吸附劑中能夠防治肉雞鎘中毒的潛在解毒劑。Chen 等[47]在體外分離篩選出禽源耐鎘乳酸菌，結(jié)果顯示，口服耐鎘乳酸菌提高了肉雞的生產(chǎn)性能，減少了鎘在肝臟、腎臟中的蓄積，對(duì)肉雞的亞慢性鎘中毒具有明顯的保護(hù)作用。這與李惠嘉[48]的研究結(jié)果一致，耐鎘乳酸菌可劑量依賴性地緩解雪山草雞鎘中毒。

5 小結(jié)

環(huán)境鎘污染是家禽生產(chǎn)中危害較大且亟待解決的問題，可導(dǎo)致鎘在家禽不同組織器官中的蓄積，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的發(fā)生，引起細(xì)胞功能障礙以及各個(gè)組織器官發(fā)生病理學(xué)變化，最終危害家禽的生產(chǎn)性能。使用具有抗氧化功能的營養(yǎng)添加劑如植物提取物、有機(jī)硒等可減少鎘在家禽組織器官中的蓄積，緩解鎘誘導(dǎo)的家禽毒性。未來應(yīng)進(jìn)一步研究鎘對(duì)家禽的毒性作用及潛在分子機(jī)制，尤其是對(duì)種禽繁殖性能的影響這一方向的空白尚需填補(bǔ)。綜合控制環(huán)境污染，強(qiáng)化飼料質(zhì)量監(jiān)督，在明確鎘毒性機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索高效、安全的解毒物質(zhì)及其與鎘的互作機(jī)理對(duì)保障家禽生產(chǎn)和人類健康具有重要意義。