碱性磷酸酶对断奶仔猪肠道健康作用机制的研究

张春垒，蒙洪娇，朱世馨，吴 黎，刘则学

[中粮家佳康（吉林）有限公司，吉林 松原 131506]

碱性磷酸酶对断奶仔猪肠道健康作用机制的研究

张春垒，蒙洪娇，朱世馨，吴 黎，刘则学

[中粮家佳康（吉林）有限公司，吉林 松原 131506]

近年来，为了促进断奶仔猪肠道健康，人们在饲料添加方面做了大量研究，其中仔猪肠碱性磷酸酶（IAP）是一研究热点。此种酶通过影响胃肠道微生物数量，进而影响仔猪的肠道健康，并能防止肠道疾病的发生。文章就肠碱性磷酸酶对仔猪肠道正常菌群维护和预防疾病感染的作用机制作一综述，为今后研究断奶仔猪肠道健康提供一定的理论基础。

碱性磷酸酶；断奶仔猪；肠道健康；饲料添加剂

胃肠道是断奶仔猪消化吸收营养物质的主要场所，断奶仔猪在饲料和环境等各种因素的应激下，极容易导致断奶后腹泻（PWD），断奶应激是肠道受损的主要原因，同时也是实施早期断奶的最大技术障碍。此外，肠碱性磷酸酶（IAP）能够反映肠道的发育情况及小肠上皮细胞的吸收能力，缓解LPS（脂多糖）刺激造成的仔猪肠道结构和功能损伤，当碱性磷酸酶基因表达下调，腹泻发生率增加[1]。本文主要就肠碱性磷酸酶对预防肠道细菌感染的作用机制进行研究，以及饲料中添加丁酸钠、精油和氧化锌等对增加肠道碱性磷酸酶表达和活性的影响研究进行综述，以期为促进断奶仔猪肠道健康提供参考。

1 碱性磷酸酶的生理功能

有研究表明，猪体内有4种同工酶：分别为胎盘碱性磷酸酶（PLAP，主要表达在胸腺和睾丸中），肠碱性磷酸酶，组织非特异性表达酶（TNAP，主要表达在肝、骨、肾中），生殖细胞碱性磷酸酶（GCAP）。有研究表明，碱性磷酸酶（AP）有预防和减少肠道炎症、增加有益菌数量、调节钙吸收等功能[2]。在仔猪断奶过程中肠道缺少碱性磷酸酶会导致采食量减少，肠道形态改变（绒毛萎缩和隐窝增生）、肠道消化和吸收养分的能力降低，肠碱性磷酸酶活性及亲和性降低，从而产生腹泻[3]。

碱性磷酸酶最为重要的生理功能通过鞭毛蛋白和未甲基化的胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸（CpG DNA），调节Toll样受体（TLR）的激活，水解广谱有机磷酸脂键的底物，消除肠道细菌毒性脂多糖（LPS），从而减轻炎症反应，调节肠道菌群平衡的一种重要的根尖刷状缘酶，碱性磷酸酶表达在细菌、真菌、高等植物、无脊椎动物和脊椎动物有机体内，肠道吸收细胞碱性磷酸酶的活性表达则是依赖细胞的分裂成熟期，并受肠腔内营养物质有效性、尤其是增生性氨基酸供应量的影响[4]。

2 肠道碱性磷酸酶对宿主肠道健康的作用机制

有研究表明，在断奶仔猪饲料中添加丁酸钠（NaBu）、精油和锌（氧化锌）有抑制胃肠道炎症损伤，降低肠道分泌的电解质以及改善猪肠道有益微生物区系的影响，增加肠道内碱性磷酸酶的表达和活性。

2.1 抑制胃肠道炎症，减少细菌产生

碱性磷酸酶可通过肠上皮细胞TLR4（Toll样受体-4）基因表达识别革兰氏阴性细菌外膜中的脂多糖并诱导宿主进行免疫应答和损伤修复，巨噬细胞募集（级联诱导嗜中性粒细胞）激活NF-κB（诱导核因子-κB）和TLR3基因，并通过MyD88依赖途径诱导炎症性细胞因子IL-1（白细胞介素-1）、TNF-α（肿瘤坏死因子α）、IL-6（白细胞介素-6）和IL-12（白细胞介素-12）的表达，抵抗肠道感染，TLR4的大量激活可能进一步诱导了TNF-α的表达，抑制脂多糖诱导的炎症反应，从而降低其脂多糖的毒性[5-6]。有研究表明，未甲基化的胞嘧啶鸟嘌呤二核苷酸和鞭毛蛋白（一种在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性细菌鞭毛蛋白）可以诱导宿主的炎症反应，并通过细菌CpG DNA和鞭毛蛋白抑制IL-8（白细胞介素-8）、TLR9（Toll样受体-9）和 TLR5（Toll样受体-5）促炎细胞因子的基因表达[7]。此外，肠碱性磷酸酶能够上调猪肠上皮细胞IL-8的表达并将二磷酸尿苷（UDP）和核苷酸释放到宿主肠道内并降低其炎症反应[8]。

有研究表明，刚刚断奶的仔猪消化机能比较弱，食入固体饲料后会导致肠道细菌感染使得腹泻发生率增加，生产性能下降[9]。断奶后食入固体饲料会导致猪肠绒毛高度低和隐窝深度增加，影响肠道的完整性[10]，因此，减少肠道炎症反应和维持肠道完整性的同时，应更好地调节肠道碱性磷酸酶的表达，有助于预防和治疗仔猪肠道疾病。有研究表明，内源性和外源性碱性磷酸酶均可以增加小鼠结肠Muc2（黏蛋白）基因表达的丰度，缓解小鼠肠道炎症反应[11]。有研究表明，小鼠肠上皮注射碱性磷酸酶后，显著地降低有害细菌增殖，抑制炎症反应[12]。Pie等（2004）测定了断奶期间促炎细胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α的基因表达，他们用28 d断奶仔猪，测定了断奶后8 d的基因表达，研究发现断奶导致促炎细胞因子表达的增加，由此表明，断奶与早期促炎细胞因子的表达上调有关，这些细胞因子导致肠道功能紊乱，从而降低以后的生产性能，并在断奶后腹泻中发挥作用。有研究表明，饲喂仔猪5%香精油，50%丁酸钠和40%氧化锌均能提高碱性磷酸酶的活性，可降低LPS炎症模型仔猪小肠黏膜中TLR4，caspase-3（半胱氨酸蛋白酶）和 NF-κB 的表达。丁酸钠灌肠抑制猪胃肠道细菌毒素衍生的甘丙肽、一氧化氮和前列腺素的表达，上调肠上皮细胞碱性磷酸酶的表达并修饰微生物分子诱导的炎症介质[13]。在断奶仔猪饲粮中添加0.3%香精油显著增加肠道中乳酸杆菌的比率，在IAP的表达上可以降低LPS的炎症反应[14]。

2.2 降低肠道中分泌的电解质

胃肠道系统具有多种功能，如电解质的消化吸收，维持体液平衡，分泌消化酶、黏液素、免疫球蛋白等多种物质，作为机体防御有害病原和抗原的屏障。断奶后液体和电解质净吸收的短暂下降，导致腹泻的增加。当仔猪体内电解质的变化超出机体的调节能力和调节系统本身功能障碍时，都可导致电解质代谢的紊乱，临床上的电解质代谢紊乱十分常见，它往往伴随着肠道的病理变化，严重的电解质代谢紊乱是使疾病复杂化的重要原因，甚至可对宿主造成严重的威胁。然而，断奶仔猪健康的肠上皮组织具有控制肠道内电解质分泌的能力，定期运输氯离子、钠离子和钾离子有助于维持细胞内外的渗透平衡，氯化物的分泌能促进细胞钠离子泵入和钾离子泵出，而钠离子在细胞内的积聚能够促进水的渗透性扩散。除了脂多糖以外、耐热细菌肠毒素也可以介导环磷酸腺苷健和环鸟苷酸依赖的囊性纤维化跨膜传导调节钙、氯离子通道，从而改变渗透压梯度会导致仔猪腹泻[15]。在饲粮中添加50%氧化锌有助于预防仔猪肠道细菌感染，增加肠道通透性及液体和电解质分泌，改变了腹泻原肿瘤坏死因子-α、IL-1和IL-6、血浆皮质醇、胰岛素样生长因子1（IGF-1）和生长激素（GH）浓度[16]。

2.3 调节胃肠道菌群的平衡

有研究表明，在饲料中添加丁酸钠会刺激断奶仔猪猪肠系膜淋巴结的免疫应答并通过上调IL-6基因表达量消除体内的脂多糖。NaBu可以上调碱性磷酸酶的表达[17]。有研究表明，可溶性肠碱性磷酸酶在上皮细胞中不会通过诱导核因子-κB（Nuclear factor-κB,NF-κB）的活性来降低 LPS，因此，IAP 可以直接减少脂多糖，间接增加共生细菌的生长速度来控制肠道疾病，肠碱性磷酸酶可以促进肠道内有益细菌的生长，重新建立肠道菌群的平衡[18]，在肠道炎症过程中发生并改变肠道通透性，引起肝、脾、肠系膜淋巴结器官细菌移位[19]。

在仔猪饲料中添加高剂量的氧化锌不仅提高动物的性能而且有助于增加肠黏膜细胞的生长基因的表达（转化生长因子TGF-β1、胰岛素样生长因子IGF-1），减少肠道细菌的黏附和迁移、防止肠黏膜屏障功能损伤、调节免疫系统、降低炎性细胞因子水平（IL-8和干扰素γ）、上调抗炎细胞因子的表达（IL-10）、调节肠道菌群和pH[20]。有研究报道，锌增加碱性磷酸酶活性基因的表达，有助于肠道健康的增强[21]。

香精油是调节肠道碱性磷酸酶活性和基因表达的另一类添加剂，被称为可以增加IAP活性的物质，相比之下，鼠尾草油提取物降低了空肠中的IAP活性。在使用牛至精油的情况下也能观察到类似的结果。然而，有研究表明，饲粮中添加含有百里香酚的精油混合物不能调节肉鸡肠道近端中碱性磷酸酶的活性，这可能是因为混合精油有较强的抗微生物活性[22]。虽然已经报道了香精油调节IAP的活性和表达，但是它们的作用需要在使用猪作为试验模型的研究中得到验证。

结果表明，这3种添加剂均会增加肠道有益菌群的产生，抑制有害菌LPS的产生，维持肠道菌群平衡[23]。

2.4 增强宿主肠道免疫的功能

断奶后由于肠道内致病性大肠杆菌增殖和肠道免疫机能降低使其腹泻发病率增加，因其肠道内碱性磷酸酶的活性降低，此时，宿主抵抗病原微生物感应器的模式识别受体（PRR），不仅能够识别肠道产肠毒素大肠杆菌（ETEC）K88、K99、987P 病原体的增殖，还可识别多种病原体相关分子模式（PAMP），PAMP包括脂多糖、脂磷壁酸、肽聚糖和甘露糖等[24]。模式识别受体通过启动炎性细胞因子转录，在先天性免疫反应的识别上发挥了重要作用，不同的PAMP可被不同的Toll样受体（TLR）识别，通过一系列蛋白质级联反应激活细胞因子，肠道增加碱性磷酸酶的活性后，宿主的免疫系统活化，此时，PAMP作用于TLR（Toll样受体），促进炎性细胞因子的合成与释放；诱导一氧化氮杀菌活性；由细菌脂蛋白的单核细胞系通过表达TLR2的上皮细胞死亡；诱导TLR2和白细胞介素（IL-6）细胞因子的合成与表达，TLR将有助于识别受体菌病原相关分子模式（PAMPs），目前，细胞定位主要分为TLRs和PAMPs 特异性两组，一组由 TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR10、TLR6的基因，表面识别微生物膜成分脂质、脂蛋白、蛋白质；另一组是由TLR3、TLR7、TLR8和TLR9基因表达在细胞内的囊泡到微生物的核酸[25]。TLR9识别细菌的CpG-DNA，激活B细胞和APC（酰基载体蛋白）的免疫刺激特性。一般来说，Toll样表达受体二聚化并发生构象，借助TLR识别LPS、GpG-DNA、肽聚糖、脂蛋白以及分支杆菌的细胞壁成分等具有PAMP的分子，树突细胞被活化而成熟，提供获得性免疫的共刺激信号。白细胞介素 1（IL-1）与病原相关分子模式（PAMPs）结合后，受体相互作用，形成髓样分化蛋白（MyD88）[26]。TLRs的本质作用是通过依赖性MyD88、TLR3和TLR4信号途径可以遵循MyD88。核因子κ-轻链（NF-κBκ）和干扰素调节因子（IRF）增强细胞活性，控制肠道炎症细胞因子、趋化因子，释放和分泌肠上皮细胞，使得电解质、免疫受体与细胞表面黏附分子发挥重要的作用[27]。有研究表明，饲喂仔猪丁酸钠后，仔猪可通过刺激肠上皮TNF-α和COX2（环氧酶2）的基因来调节免疫系统用以维持免疫耐受和免疫反应间的动态平衡[28]。氧化锌可通过结合抗体和细胞因子来调节黏膜免疫应答，饲料中适当的锌可提高动物体内碱性磷酸酶的活性，促进肠黏膜分泌型免疫蛋白A（sIgA）和IL-2分泌，对肠炎症类疾病防治有较强的效果[29-30]。

3 结论

综上所述，碱性磷酸酶是断奶仔猪肠道健康的促进因子，但很少有研究报道在饲料中添加氧化锌、丁酸钠和精油以调节肠道碱性磷酸酶的表达和活性，减少腹泻和调节肠道菌群，本文进一步综述了肠碱性磷酸酶在肠道健康作用机制的研究，饲粮中添加这些也已被证明能有效地提高动物肠道吸收碱性磷酸酶的活性和改善肠道健康。但增加断奶仔猪的肠道健康风险指数需要进一步的研究，其中，对通过各种综合措施，包括饲粮配方调节、遗传选育和生物技术，来提高碱性磷酸酶对肠道的保护作用，从而保护单胃动物的肠道健康需要进一步研究。

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适度饥饿为何能延寿？

【俄新社莫斯科10月27日电】哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的研究人员发现，定期节食可以改善细胞的能量交换进程，从而延年益寿。

他们研究了线虫体内的物质交换进程，发现导致衰老的原因之一正是调控细胞生理机能、负责能量转化的线粒体出现功能紊乱。

随着年岁的增长，线粒体逐步走下坡路，开始合成一些特殊物质，损害细胞、破坏新陈代谢。这一进程也是引发老年病的诱因之一。

生物学家认为，降低卡路里摄入量能对线粒体活性产生积极影响，让它们长期处于“良好状态”，如此看来，适度饥饿便可延缓衰老、延长寿命。

研究团队负责人希瑟·韦尔指出：“我们的发现为从事老年病预防的人开展工作提供了新契机。”她介绍说，下一步的研究主题是判断节食对哺乳动物线粒体“可塑性”的影响力度。

（转自 参考消息[N]，2017-10-29）

Effect of Alkaline Phosphatase on Intestinal Health of Weanling Piglets

ZHANG Chunlei,MENG Hongjiao,ZHU Shixin,WU Li,LIU Zexue
[COFCO JOYCOME(Jilin)Co.,Ltd.,Songyuan 131506,China]

In recent years,in order to improve the gut health of the weaning piglets,a lot of research have been conducted in the field of feed additives,among which the alkaline phosphatase(IAP)is a heat topic.This kind of enzyme affects the number of gastrointestinal microorganisms,thereby affecting the gut health of piglets,and preventing intestinal diseases.In this paper,the effects of intestinal alkaline phosphatase on balancing intestinal bacteria and preventing disease infection are reviewed,in order to provide a theoretical basis for future research on mechanism of intestinal health of weaning piglets.

alkaline phosphatase;weaning piglets;gut health;feed additives

S828

A

1002-1957(2017)06-0013-04

2017-11-06

张春垒（1990-），男，河南驻马店人，硕士，研究方向为猪营养与饲料.E-mail：zhangclcofco@126.com

刘则学（1981-），女，湖北荆州人，博士，研究方向为猪营养与饲料.E-mail：xue211251@126.com

（编辑：郭玉翠）