家畜热应激小肠损伤修复的研究进展

2018-04-13李元晓吴秋珏豆梦莹

动物营养学报 2018年11期

陈欣李元晓吴秋珏豆梦莹

(河南科技大学动物科技学院，洛阳 471000)

当前，为提高养殖效率，追求经济效益，养殖模式趋向集约化，导致家畜饲养密度过大，活动空间受限，使畜禽容易出现应激反应[1]。并且，随着全球气候变暖，热应激已成了危害家畜机体健康的重要因素之一，尤其是在夏季，家畜容易受到热应激[2]。当家畜受到热应激时，其肠黏膜的结构完整性受损，上皮细胞脱落，固有层裸露，肠绒毛缩短，肠黏膜屏障遭到严重破坏[3-5]，肠道内菌群失衡，营养物质的消化吸收受到影响，生产性能下降，免疫防御系统也遭到破坏。近些年来，小肠受到热应激后的损伤修复一直是国内外学者关注的热点。

1 热应激及其对动物肠道的损伤

机体受到外界高温刺激时会产生非特异性应答反应，称之为热应激。对于恒温动物来说，当外界温度高于动物的临界温度时，机体可通过增加散热、减少产热的方式来保持体温恒定。然而，随着外界温度持续升高，机体的动态平衡被打破，往往引起严重的热应激。当家畜处于高温环境时，交感神经兴奋，去甲肾上腺素分泌增多，甲状腺素分泌减少，胃动素分泌减少，致使胃肠道蠕动减慢，小肠排空延迟，影响家畜机体对食物的消化吸收。另外，在动物机体启动散热机制时，机体的血液重新分布，血液从温度最高的身体中心流到能蒸发散热的部位，当皮肤等部位的血流量增大时，流经内脏、肠道等消化器官的血液减少[6-7]，导致肠道缺血、缺氧[8-11]；肠黏膜的微循环结构特殊，对缺血、缺氧极其敏感，胃肠道黏膜上皮细胞受损后再生能力下降。热应激导致机体肠道黏膜形态破坏，上皮细胞脱落，固有层裸露，肠绒毛变短，肠道通透性增大，肠黏膜屏障机能破坏。热应激造成的动物肠道损伤不仅影响胃肠道对饲粮中营养物质的消化吸收，而且导致其采食量下降，生产性能降低[12-13]，还会致使有害物质极易穿过肠道屏障进入机体，诱发疾病[14-15]，严重破坏机体免疫防御系统，从而给畜牧养殖业造成巨大损失。

2 热应激造成家畜小肠损伤的修复及机理

热应激造成的小肠损伤的修复日益引起国内外学者的关注。近年来，国内外学者采取不同的方法对因热应激造成家畜的肠道损伤进行修复，本文主要从中草药及其提取物、氨基酸、益生菌方面进行总结。

2.1 中草药及其提取物对热应激造成的家畜小肠损伤的修复及机理

由于中草药中含有多种营养成分和天然化学成分，能防治疾病，还能促进动物生长，增强免疫机能，提高机体抗病能力。中草药种类繁多，可单独使用，也可将不同种中草药按一定比例配制成中草药复方使用。部分中草药对动物机体有增强免疫、抑制有害肠道菌群等作用，可用于热应激造成的损伤的修复。

肠黏膜是动物机体抵抗病原微生物进入机体的第1道防线。王自力等[16]研究发现，热应激状态下十二指肠和空肠黏膜遭到破坏，给热应激环境下的肉兔饲喂含有中药复方的饲粮，由于中药复方具有清热解暑、维护机体的代偿能力和抗氧化能力的功能，从而发挥了维持肠黏膜结构正常的功效。徐光科等[17]研究发现，给热应激状态下的公鸡饲喂含有由石膏、藿香、苍术、黄柏等比例组成的配方Ⅰ和由苍术、黄柏、石膏、藿香按1.0∶1.0∶0.5∶1.0组成的配方Ⅱ的饲粮，发现配方Ⅰ和配方Ⅱ均能促进高温状态下鸡肠道杯状细胞数量的增加，肠黏膜中的杯状细胞可分泌黏蛋白，该蛋白与水形成的“黏液屏障”可起到机械保护作用，并且配方Ⅰ对鸡小肠修复作用优于配方Ⅱ。中草药中的多糖成分具有免疫促进作用，藿香含有多糖成分。沈萍等[18]在热应激状态下的蛋鸡饲粮中添加由藿香、薄荷、知母、红景天等7种中草药组成的方剂，发现可以反映小肠局部黏膜免疫防御功能完善程度的肠道上皮淋巴细胞数量和浓度均提高。白细胞介素-2(IL-2)是机体内重要的淋巴因子，是评价机体细胞免疫的重要指标。段美玲等[19]研究发现，小鼠十二指肠、空肠、回肠黏膜中IL-2水平在热应激状态下均降低，给热应激状态下小鼠服用中药抗应激冲剂后IL-2水平回升。Shi等[20]研究发现，灌服中草药添加剂和同时灌服中草药添加剂和维生素C均能促进淋巴细胞和杯状细胞的生成，但是同时灌服中草药添加剂和维生素C对缓解蛋鸡热应激有更好的效果。白藜芦醇具有抗氧化、抗炎症的作用。刘丽莉等[21]研究表明，热应激组与常温组对比，空肠绒毛高度及其与隐窝深度比值、杯状细胞和淋巴细胞数量降低，隐窝深度增加，在处于热应激状态下的乌骨鸡饲粮中添加400 mg/kg白藜芦醇后，空肠绒毛高度及其与隐窝深度比值、杯状细胞、淋巴细胞数量增加，隐窝深度变浅，同时还进一步研究与热应激相关基因和蛋白的表达，发现空肠黏膜热休克蛋白70(HSP70)、热休克蛋白90(HSP90)、核转录因子-κB(NF-κB)基因表达量升高，表皮生长因子(EGF)基因表达量降低，使用白藜芦醇修复后发现HSP70、HSP90、NF-κB基因表达量降低，EGF表达量提高。厚朴酚是中药厚朴提取物，具有抗菌、消炎作用。Mei[22]以小鼠小肠上皮细胞为研究对象，研究发现厚朴酚可缓解热应激造成的小肠上皮细胞G1期细胞周期阻滞，在厚朴酚浓度为20 μmol/L时效果最佳。阿魏酸是阿魏、川芎、当归等中草药的有效成分。何莎莎[23]通过研究发现，阿魏酸可使丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB信号通路的激活受到抑制，炎性因子释放减少，从而缓解热应激造成的大鼠小肠黏膜屏障的损伤，并能有效缓解热应激诱导的IEC-6细胞屏障功能损伤。中草药在缓解奶牛热应激方面应用比较广泛。范彩云等[24]在热应激奶牛饲粮中添加柴胡提取物，其采食量、产奶量、乳蛋白含量升高，体细胞数量降低，说明添加柴胡提取物能够缓解热应激。占今舜等[25]给热应激处理的奶牛乳腺上皮细胞培养基中添加不同剂量的苜蓿黄酮，发现苜蓿黄酮添加量为25 μg/mL时细胞活力最强，苜蓿黄酮添加量为50、75、100 μg/mL时，细胞的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)活性升高，乳酸脱氢酶(LDH)活性和丙二醛(MDA)含量降低，但是，中草药是否通过修复肠道损伤来缓解奶牛热应激还有待深入研究。由此可见，相关中草药及中草药提取物有修复热应激肠道组织形态、维持肠道屏障完整性、恢复动物机体免疫防御系统的功效。

2.2 氨基酸对热应激造成的家畜小肠损伤的修复及机理

早在20世纪70年代，Windmueller等[26]已经研究证实小鼠小肠可分解代谢谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)及天冬氨酸(Asp)。大量研究表明，在猪、羊、奶牛上Gln可分解代谢产生精氨酸(Arg)、瓜氨酸(Cit)、丙氨酸(Ala)、Asp、鸟氨酸(Orn)等。现如今，越来越多的学者将氨基酸应用于热应激造成的小肠损伤的修复。

高温环境下，肠道受到损伤后，修复变慢，对营养物质的主动吸收功能下降，家畜体内合成的Gln不能满足机体的需要，严重时，机体内Gln甚至出现耗竭。Gln缺乏时家畜肠道肠黏膜固有层的功能和肠系膜淋巴细胞的增殖受到影响。Gln是肠道的主要能源物质，可为肠道上皮细胞、淋巴细胞提供能源，从而促进肠道损伤的修复[27-28]。戴四发等[29]给35日龄处于热应激状态下的鸡饲喂含有Gln的饲粮，发现Gln能将因热应激造成的十二指肠和空肠的相对重、绒毛高度、肠腺长度和肌层厚度、空肠绒毛宽度、回肠绒毛高度和肠腺长度的破坏恢复到正常状态下的水平；康磊等[30]给不同日龄的肉鸡以热应激环境，然后用含有不同水平Gln的饲粮进行修复，结果发现肉鸡十二指肠、空肠、回肠黏膜上皮内淋巴细胞的数量增加，改善了肉鸡的肠道免疫功能。由此可见，家畜热应激后，给予家畜外源性Gln，可为肠黏膜上皮细胞和活化的淋巴细胞等提供能量，补充因热应激引起的Gln的缺乏，促进肠道的修复。γ-氨基丁酸(GABA)是一种抑制性神经递质，对家畜有镇定、改善焦虑、抵抗热应激的作用，并且GABA作为一种营养调控因子，可以间接转化为Gln，而Gln是肠黏膜上皮细胞和淋巴细胞的主要能源。梁臣等[31]为探究GABA的修复效果，使用不同浓度的GABA对热应激造成的雏鸡肠道损伤进行修复，通过测定雏鸡小肠黏膜中的白细胞介素-7(IL-7)和分泌型免疫球蛋白A(sIgA)的含量得知热应激状态下IL-7和sIgA的含量降低，添加50、100 mg/kg的GABA均能提高小肠黏膜中的IL-7和sIgA的含量，由此可知，GABA增强了热应激下雏鸡的肠道功能，对热应激造成的雏鸡肠道损伤有较好的修复作用。李锦春等[32]将GABA应用于缓解荷斯坦奶牛热应激上，发现添加GABA提高了血液中超氧化物歧化酶(SOD)和GSH-Px活性，降低了MDA含量。韩兆玉等[33]给热应激奶牛饲喂过瘤胃蛋氨酸，奶牛产奶量、乳脂率、乳蛋白含量分别提高了3.69%、4.95%、2.66%，体细胞数量下降了33.73%，血液中LDH活性和MDA含量分别下降了10.37%、14.91%，SOD、GSH-Px活性分别提高了13.64%、6.87%，外周血液中淋巴细胞凋亡率降低了36.39%，过瘤胃蛋氨酸可提高奶牛机体的抗氧化能力，直接增加小肠可代谢蛋氨酸供应，缓解热应激对奶牛的不利影响。一氧化氮(NO)可与自由基结合，阻滞羟自由基的形成及终止脂膜上的自由基链式反应，具有抗氧化能力，添加外源性Arg可促进NO的产生。张灿菲[34]研究发现，热应激状态下十二指肠和空肠绒毛高度下降，淋巴细胞、上皮内淋巴细胞(IEL)的数量、sIgA分泌细胞平均光密度、T淋巴细胞阳性率、总抗氧化能力(T-AOC)、NO含量降低，给受到急性热应激的蛋用型公鸡饲用含有不同水平Arg的饲粮，发现肠道绒毛高度、淋巴细胞、sIgA分泌细胞、IEL的数量及T淋巴细胞阳性率、T-AOC、NO含量均增加，由此可见，Arg具有促进黏膜上皮生长分化、改善黏膜结构、维持肠黏膜屏障完整性、促进生长激素释放、降低内毒素的作用，对热应激造成的肠道黏膜免疫机械屏障和免疫屏障的损伤均有修复作用。

2.3 益生菌对热应激造成的家畜小肠损伤的修复及机理

益生菌是一种通过改善肠道菌群平衡而对动物产生有利影响的微生物或制剂[35]。1947年，Hallsen最早将乳酸杆菌用于饲料中，发现乳酸杆菌不仅增加了仔猪的体重，还改善了仔猪的健康状况[36]。近些年越来越多的学者研究益生菌在肠道热应激方面的影响。

益生菌的修复作用主要体现在对热应激肠道微生物屏障和肠道菌群的影响方面。乳酸菌是鸡肠道主要的益生菌之一。胡长庆等[37]给蛋用鸡饲喂含巨大芽孢杆菌、凝结芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌4种益生芽孢杆菌的饲粮，再给予急性热应激处理，与未添加益生菌的对照组相比，好氧菌总数均下降，乳酸菌总数均升高，两者比值均下降，好氧菌数量的减少有利于家畜健康生长，可见，4种益生芽孢杆菌可维持热应激下肠道的正常微生态环境。富硒益生菌具有硒和益生菌的双重作用，可保护肠道内的优势菌群，增强机体免疫力。吕晨辉[38]在热应激状态下的仔猪饲粮中添加富硒益生菌，发现乳酸杆菌数量增加，肠杆菌数量降低，肠杆菌易引起菌群失调，可见，富硒益生菌亦可改善菌群区系。地衣芽孢杆菌也是益生菌的一种，具有调整肠道菌群失调、恢复肠道功能的作用。邓文[39]研究发现，在饲粮中添加1 000 mg/kg的地衣芽孢杆菌不仅可修复热应激下蛋鸡的微生物区系，还可提高热应激下肠道绒毛高度及其与隐窝深度比值、淋巴细胞数量、sIgA阳性面积，降低隐窝深度，减少肥大细胞数量。对热应激小肠损伤也可使用多种益生菌进行修复。蒋加进等[40]给热应激状态下断奶仔猪分别饲喂1%和3%复合益生菌的饲粮，发现肠道中乳酸杆菌数量显著增高，大肠杆菌数量显著降低，而含3%复合益生菌的饲粮可显著降低HSP70和热休克蛋白27(HSP27)基因表达量。张盼望[41]研究发现，100 g/t屎肠球菌+400 g/t枯草芽孢杆菌组成的复合益生菌不仅能修复因热应激造成的仔猪肠道菌群失衡，还能提高肠道绒毛高度及其与隐窝深度比值、肠道组织中紧密连接蛋白含量、肠黏膜修复基因EGF的表达量，维持了肠黏膜机械屏障的完整性。纤维寡糖具有调节动物胃肠道菌群、提高家畜机体免疫力的作用，使用益生菌与纤维寡糖共同对热应激造成的小肠损伤进行修复亦有研究。宋娟[42]发现使用益生菌和纤维寡糖共同作用下不仅维持肉鸡肠道菌群平衡，也能维护其肠道形态完整性，还能提高Occludin蛋白的表达量。酵母类物质具有稳定瘤胃pH作用[43]。王淑梅[44]研究发现，给热应激状态下奶牛饲粮添加酵母培养物可降低呼吸频率、直肠温度、血清碱性磷酸酶活性和尿素氮含量，提高血清总蛋白含量。王立志[45]给热应激奶牛补饲酵母硒和酵母培养物发现两者联合使用相对于饲喂基础饲粮，产奶量提高8.25%，乳蛋白率提高9.6%，血液中GSH-Px活性极显著提高，MDA和内毒素含量极显著降低，酵母硒和酵母培养物的联合使用提高了机体抗氧化能力，内毒素吸收量的显著降低，说明酵母类物质能够在一定程度上修复或者减缓热应激对奶牛肠道的损伤。由此可见，益生菌可维持热应激下家畜正常肠道菌群和黏膜结构完整性，恢复肠道微生物屏障，提高家畜机体免疫力。