呕吐毒素对动物肠道结构与功能影响研究进展

徐　莹，龙　淼,2*

(1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺 113122；2.沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳 110866)



呕吐毒素对动物肠道结构与功能影响研究进展

徐莹1，龙淼1,2*

(1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺 113122；2.沈阳农业大学畜牧兽医学院，辽宁沈阳 110866)

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)对食物和饲料的污染已成为全球化的问题，人们也逐渐开始重视饲料污染物DON对动物机体造成的影响。随着科学的不断发展，DON神秘的面纱已被逐渐揭开。近年来的研究证实了随饲料经消化道进入动物机体的DON，在通过改变肠道组织形态学，影响肠道功能的同时，也可通过改变肠道营养物质运输载体、紧密链接蛋白、mRNA转录以及某些炎性物质等的表达，影响肠道营养吸收作用、屏障功能、免疫功能以及渗透作用等，最终导致动物机体产生营养不良、腹泻、呕吐和肠道炎症等不良反应。研究还表明，不同情况下DON对不同的动物肠道可以产生不同的影响。

呕吐毒素；脱氧雪腐镰刀菌烯醇；肠道屏障；免疫；家禽；猪

脱氧雪腐镰刀菌烯醇 (deoxynivalenol,DON)又名呕吐毒素(vomitoxin,VT)，是玉米、小麦、大麦等谷物及其产品中最为常见的一种真菌毒素，主要是由禾谷镰刀菌和黄色镰刀杆菌等真菌产生的一类化学结构和生物活性相似的次级代谢产物，归类于单端孢霉烯族毒素。呕吐毒素会导致家畜和家禽生产性能降低，采食量下降，体增重、饲料转化率差，采食减少，急性中毒可导致人和动物呕吐、腹泻和神经等症状[1]。由于DON主要是通过肠道吸收进入动物体内，研究DON毒素对动物正常胃肠道的影响具有重要意义。

1　DON对肠道形态结构的影响

在动物体内，肠道上皮细胞能够吸收和转运营养物质，进而供动物生长发育需要。肠道稳态的维持与肠道黏膜中一些细胞(上皮细胞和淋巴细胞)的结构功能有关，如淋巴细胞可通过分泌免疫球蛋白中和毒素，有效地将毒素限制在肠道之内[2]。但DON 能够损伤肠道黏膜免疫，增加机体的易感性。一旦肠道结构被DON破坏后，将直接影响肠道上皮细胞对营养物质的吸收。

DON 可造成动物肠道形态结构改变。试验证明，圈养鸡连续摄入日粮中含DON(5 mg/kg或10 mg/kg)的日粮5周，可造成小肠(特别是十二指肠和空肠)绒毛变得更短更细[3-4]。同样，饲喂鸡含有DON 浓度为1 mg/kg或5 mg/kg日粮，小肠绒毛高度，表面积和肌层形态发生了明显改变。饲喂肉鸡DON浓度为7.54 mg/kg日粮3周后，小肠绒毛高度变短，皱襞深度变小[5]。可见，DON会影响鸡的肠道形态，而且对肠道形态影响程度随着DON浓度不同而程度不同。另外，大量试验也表明，DON可损伤猪肠道上皮细胞，而且具有剂量依赖性。Bracarense等试验证明，当饲喂猪DON(3 mg/kg饲料)的污染料5周后，便可观察到其空肠绒毛萎缩、溶解，绒毛高度降低和肠道细胞增殖受到影响等现象[6]。Pinton P等[7]研究表明，饲喂猪含有2.29 mg/kg DON 日粮4周后，空肠绒毛也缩短。表明DON可对鸡肠道和猪肠道绒毛上皮细胞结构形态造成损伤，并成剂量依赖性。但DON如何影响形态结构还需要进一步研究。

2　DON对肠道吸收营养物质的影响

试验证明，DON能够损伤肠道运输并影响营养物质的吸收[8]。研究表明，DON是一种特殊的钠离子-葡萄糖共转运载体(SGLT-1)抑制剂，可减少机体对葡萄糖的吸收[9]。Halawa A等[10]证实DON是葡萄糖抑制剂以及DON浓度为4 μg/mL或8 μg/mL时，能对猪空肠黏膜吸收丙氨酸的过程产生抑制作用 。Maresca等通过研究人类肠道细胞系HT-29-D8对DON的反应应答方式，证明肠道细胞一旦暴露在DON的条件下，机体对葡萄糖和右旋丝氨酸的吸收将降低；这一结论也在鸡体DON代谢试验中得到证实[4]。

对于DON改变肠道运输和吸收营养物质能力的机理，目前尚不明确。但一些试验表明， DON可造成多种运输蛋白系统的改变，包括改变鸡体内空肠组织中SGLT-1和十二指肠组织中GLUT-2，下调多种运输蛋白的基因表达水平，如下调分别负责糖(葡萄糖和果糖)、某些氨基酸(左旋丝氨酸和其他的中性的氨基酸)、软脂酸(粗饲料中的长链脂肪酸)和一元羟酸(短链脂肪酸)吸收运输的SLC2A5、SLC7A10、SLC27A4和SLC16A1基因的表达。

3　DON对肠道黏膜渗透性的影响

DON能够对肠道黏膜造成损伤，进而导致肠道黏膜渗透性的改变。DON主要通过改变鸡和猪肠道的TEER (跨膜上皮电阻)或Gt(经上皮的离子导电性)，损伤鸡和猪的肠道屏障功能、降低肠道细胞间常见离子传递和肠道细胞完整性[11-13]。体外研究证实，DON可增加猪肠道组织FITC-dextran的旁通路，破坏肠道屏障功能，从而严重威胁宿主健康[13-14]。而且DON使猪肠细胞系(即IPEC-J2)产生了高渗透性，使共生细菌和典型的革兰阴性鼠伤寒沙门菌跨上皮通路的能力增强[15-16]，可能引发肠道免疫识别障碍，使肠道发生炎症的可能性增加[17]。Pinton P等[14]试验表明，饲喂猪含有2.85 mg/kg DON饲料5周，DON降低了猪空肠上皮细胞紧密连接蛋白claudin-4的表达量。

4　DON对紧密连接蛋白表达和mRNA转录的影响

DON对肠道内某些紧密连接蛋白的表达和相关的mRNA造成一定的影响。虽然对猪的体内外试验结果表明,DON可改变紧密连接蛋白的表达已被证实[18-19]；但是，Diesing A K[18]团队在关于IPEC-J2细胞系的试验中，并未观察到紧密连接蛋白claudin-3的显著减少。近几年研究表明， DON可导致猪肠道黏附连接蛋白E-cadherin和occludin的表达下降[6]，紧密连接蛋白-4生物蛋白合成的减少[10]。

但是，在鸡肠道中DON对蛋白表达影响的研究结果却与猪恰恰相反。试验表明， DON可选择性地提高鸡空肠组织中与claudin-5相关联的mRNA表达，但claudin-1以及闭合小环蛋白1和2 mRNA表达并没有任何显着的变化[5]。报道还指出claudin-5 mRNA表达增加与TLR4 mRNA表达增加的同时出现，意味着GNB有可能会引起肠上皮细胞的炎性反应。此外，DON还会改变肠壁的形态，使氧化应激蛋白mRNA的表达增加。

诸多信息表明，紧密连接蛋白可通过激活MAPKs信号通路级联中的传导物质来调节[19-21]。Pinton P[7]研究发现，IPEC-1在10 μmol/L 15- ADON(即DON的乙酰化的形式)条件下暴露48 h会导致claudin-3和claudin-4的表达减少，并揭示了15- ADON的毒性和它对MAPKs的活化、claudin表达的抑制之间呈正相关，从而导致肠屏障功能的高度损伤。此外，当猪静脉滴注DON 100 μg/kg体重后，其空肠中段闭合小环蛋白-1的表达峰值下调[13]。以上这些发现表明，DON暴露在肠道后，肠屏障功能受损是由MAPKs磷酸化表达的增加为起始，进而导致紧密连接蛋白表达减少的协调过程。

5　DON对肠道先天免疫反应的影响

DON诱导肠腔局部免疫细胞产生免疫刺激或免疫抑制的现象与其剂量、频率和暴露时间有关[22-24]。DON免疫抑制效果可以通过其绑定的核糖体并抑制蛋白质生物合成的能力来解释[25]。试验表明，DON可提升人肠道上皮细胞中IL-8的水平[25]，可使Caco-2细胞中IL-8产生剂量依赖性增加现象[15,19,26]，可诱导IL-8、IL-1-α、 IL-1β和TNF-α表达显著增加为主的促炎性反应[27]。事实上，在对活体动物长时间DON持续暴露试验的观察中发现，DON能在动物体内产生不同程度的毒性。例如，DON不能在短时间低剂量情况下使猪回肠中TGF-β、IFN-γ、IL-4和IL-6 mRNA的表达发生变化[28]，却可以在长时间低剂量情况下使猪回肠中IL-1β和IL-8表达下调[29]。这表明，DON暴露持续的时间对基因调控不仅有显着的影响，而且还能刺激肠道产生局部免疫反应。而且，2011年Becker团队关于DON短时间高剂量条件下的研究发现，猪回肠和空肠中TNF-α、IL-1β、IFN-γ、IL-6和IL-10水平显著上调[6,29]。同样，研究表明DON可引起肉鸡肠道中IL-1β、TGF1和IFN-γ mRNA表达降低与TNF-α和IL-8血浆水平的降低，能对鸡造成局部或是全身免疫抑制现象[30-31]。除此以外，经消化道摄入的DON可降低禽类体液免疫能力，抑制机体对IBV(鸡传染性支气管炎病毒)疫苗的应答，产生慢性中毒DON的免疫抑制[32]。

在禽类一个新的研究报告指出，饲喂鸟类DON 7.54 mg/kg饲料污染的饲料3周后，其十二指肠和空肠TLR-4 mRNA的表达显着上调，从而表明革兰阴性菌(GNB)参与了炎症通路的活化[5]。虽然DON暴露与TLR-4炎症通路的关系还不明确，但现有数据已经确定，在肠道中DON和GNB之间存有一种相互作用[5]。此外，这些数据还可表明脂多糖(LPS)可以以类似于DON的方式破坏胃肠屏障的功能[7]。

DON暴露在肠腔内，增加了GNB感染肠上皮和迁移引起肠细胞发生炎症的可能性。比如在猪肠道回肠中，DON不仅可以增加IL-12和TNF-α表达，还可以增加IL-1β、IL-8、MCP-1和IL-6表达[16]。Cano团队和Vandenbroucke团队研究都证明了MAPKs途径能产生促炎性细胞因子，因此MAPKs信号转导级联可能是DON和GNB相互作用的一种促炎性途径[16,27]。为了更好地表示DON和GNB在肠道内促炎性途径的特点，可进一步针对GNB的LPS和纯DON等免疫刺激剂进行研究。

6　DON对肠细胞氧化应激参数的影响

DON暴露能提高肠细胞自由基和活性氧的水平，并产生氧化应激作用。此作用造成抗氧化剂和助氧化剂之间的不平衡可认为是DON毒性的标志。研究表明，肉鸡摄取DON(7.54 mg/kg饲料)3周后，在肝脏和空肠氧化应激标记物(血红素和黄嘌呤氧化还原酶)mRNA的表达发生改变[5]。此外，丙二醛(MDA)——一种人体肠道Caco-2细胞的脂质过氧化生物标志物，受DON影响后，自身分泌增加[33]。

有学者报道，肉鸡摄取含DON 10 mg/kg 饲料，损伤了脾白细胞和血液淋巴细胞DNA，这表明了DON具有遗传毒性[33-34]。氧化应激途径是DON诱导DNA损伤中必然存在的一种机制[35]。例如，DON能使HepG2细胞的细胞脂质硫代巴比妥酸反应物(TBARS)水平增高，造成DNA损伤[36]。而且，近来一项研究表明，饲喂给肉仔鸡含DON 10 mg/kg饲料5周后，其空肠组织将产生以高剂量TBARS为标志的氧化应激反应[37]。因此，氧化应激是DON毒性的一个重要机制，可导致肠细胞DNA和细胞膜的改变，诱导肠细胞的细胞凋亡、萎缩和死亡。

7　小结

胃肠道是动物机体吸收营养物质的主要场所。多数情况下，DON是经过肠黏膜吸收。不同暴露时间、频率和剂量的DON对动物肠道细胞产生的毒性不尽相同。DON可使肠道绒毛和肌层组织发生改变，黏膜渗透性受到影响，导致营养吸收受阻；屏障功能紊乱，导致致病菌的迁移率和肠道传染病的易感性增加等。但是，DON改变肠道运输和吸收营养物质能力的机理与DON和TLR-4炎症通路之间的关系尚不明确。因此，仍需大量试验来验证DON在体内的作用机制，以求从根本上了解DON对肠道产生的毒性作用，为将来降低DON毒性的研究提供依据。

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Progress on Effect of Vomitoxin on Intestinal Structure and Fuction of Animals

XU Ying1,LONG Miao1,2

(1.CollegeofLifeEngineeringInstitute,ShenyangCollegeofTechnology,Fushun,Liaoning,113122,China;2.CollegeofAnimalHusbandryandVeterinaryMedicine,ShenyangAgriculturalUinversity,Shenyang,Liaoning,110866,China)

Deoxynivalenol (DON),as a food and feed contamint,has became a global problem,and people are beginning to pay attention to the impact of DON.With the continuous development of science,DON is being discovered.In recent years,some studies have confirmed that DON is absorbed into the animal body by the way of feed intake,has an influence on intestinal morphology,barrier,immunity,penetration and etc.As consequences,DON has harmful effects on animal health,such as malnutrition,diarrhea,emesis and intestinal inflammation.What's more,DON could influence different animals by different ways.

vomitoxin；deoxynivalenol;intestinal barrier;immunity;poultry;pig

2016-04-11

国家自然科学基金项目(31201961，31302152，31640084)；中国博士后科学基金项目(2014M551125)；辽宁省教育厅科学研究一般项目(L2014561)

徐莹(1993-)，女，四川乐山人，主要从事中毒病研究。*通讯作者

S859.82

A

1007-5038(2016)10-0103-05