动物福利会受健康特别是免疫功能和炎症的影响（续）

王晶晶

中图分类号：S815 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2018）05-0056-05

● 植物次生代谢产物对动物免疫调节的影响

植物次生代谢产物（Plant Secondary Metabolites，PSM）属于有机化合物，它们在植物的生长和繁殖中没有明确的功能。Acamovic和Brooker（2005）介绍了80 000多种不同的PSM化合物，不过这些化合物在所有植物中含量都较低，只有在少数植物种类中有较高的浓度（Gershenzon，2002）。皂苷、生物碱、内酯、糖苷和多酚都是PSM。据报道，一些PSM有免疫调节作用，例如，咖啡因是一种众所周知的生物碱，可以减少嗜中性粒细胞和单核细胞的趋化性，抑制促炎细胞因子、肿瘤坏死因子α（TNF-α）的产生（Horrigan等，2006）；类似地，地高辛是一种强心苷，也会抑制TNF-α的产生，并在调节核因子NF-κB通路中发挥一定的作用，核因子是炎症的一个重要调节因子（Yang等，2005）；相反，皂苷因其具有免疫原性功能而为人们所熟知；Quil A就是一个例子，多年来它一直被用作各种兽用疫苗的免疫佐剂（Potter等，2008）。

多酚是PSM中的一类特殊物质，它是人类膳食中含量最丰富的抗氧化剂，并且因其具有免疫调节活性而为人们熟知（Spears和Weiss，2008）。这与免疫细胞有很大的关系，因为它们对氧化应激特别敏感（Neyestani，2008）。多酚中的一类特殊物质是凝缩类丹宁（Condensed Tannins，CT），它们是类黄酮化合物的聚合物。绵羊和山羊摄入CT，可以降低其胃肠道中线虫的寄生水平（Athanasiadou等，2000，2001；Paolini等，2003a，2005；Marley等，2006；Niezen等，2002）。给受线虫感染的山羊服用CT提取物，可以增加其小肠黏膜肥大细胞的数量（Paolini等，2003a），该细胞能够促使胃肠道中的线虫排出体外（Huntley等，1992；Harrison等，1999）。这种作用在肠道的其他部位可能不明显；相同的CT提取物并不会影响受线虫感染的绵羊皱胃（真胃）肥大细胞的数量（Paolini等，2003b）或消化道中寄生虫的负荷（Athanasiadou等，2001）。这可能与CT的生物利用率下降有关，因为CT会与皱胃中的日粮蛋白或其他大分子形成复合物（Mueller-Harvey，2006）。小肠中适宜的pH和其他条件可能会使CT从这些复合物中分解出来，且可能会使它们发挥出抗寄生虫的作用。

研究人员研究了CT在放牧条件下的作用。与以常规牧草放牧的绵羊相比，以富含CT的豆科植物（鸡血藤）为牧草放牧的受寄生虫感染的绵羊其皱胃黏膜肥大细胞和球状白细胞的数量会增多（Tzamaloukas等，2006）。与以传统豆科植物为牧草放牧的绵羊相比，以冠状岩黄芪为牧草放牧的绵羊具有更高的抗特异性寄生虫抗原的抗体滴度（Niezen等，2002）。此外，Ri'os-de Alvarez等（2008）报道，与以传统牧草放牧的绵羊相比，以富含CT的红豆草（Onobrychis viciifolia）为牧草放牧的绵羊其小肠有较高浓度的黏膜嗜酸性粒细胞、肥大细胞和潘氏细胞。然而，这种免疫调节作用可能不一定归因于CT的直接活性。如前文所述，CT与日粮蛋白形成稳定的复合物并保护其免遭瘤胃降解，从而导致小肠中有更多的可供吸收的蛋白质（Min和Hart，2003）。因此，采食CT能够提高宿主蛋白质的供应量，并且观察到的免疫原性效应至少部分是由前文所述的蛋白质营养提高产生的，而不是CT本身。

● 意义和未来的研究方向

尽管人们已经认识到宿主的营养环境会影响免疫系统对病原的表现，但在许多情况下，人们尚不清楚这种情况是如何进行调控的。至今为止的大部分证据支持营养与免疫之间存在一种定量关系。宿主的目标是满足其维持、生长和繁殖的营养需求，并通过营养满足其有效的免疫反应。因此，在营养缺乏的情况下，免疫力可能会受到影响，补充营养可能会提高免疫力（Coop和Kyriazakis，1999）。然而，也可能涉及某些营养和免疫的效应因子武器之间更多的定性关系，即特定的营养或其缺乏可能会影响负责特定免疫性状的基因表达。例如，支链氨基酸通过调节mRNA转录的起始阶段可以作为基因表达的调节剂（Kimball和Jefferson，2006）。此外，补充蛋白质会导致被寄生的宿主中促炎通路出现下调，这有助于寄生虫的排出（Athanasiadou等，2011）。虽然目前还不清楚这是如何介导的，但营养的可利用率与免疫应答某些组分的合成之间似乎存在着联系，这可能会导致机体增强对寄生虫的免疫应答反应。

上述证据说明了在寄生虫慢性感染期间营养供应与免疫应答反应之间的关系；目前尚不清楚在急性感染期间是否存在相同的情况。有关营养对基因表达的影响已经有充足的证据，而且这种研究通过利用高通量技术已经取得了重大的进展（Athanasiadou和Huntley，2008）。基因表达分析已经揭示了与衰老、代谢疾病和可能受到宿主营养影响的糖尿病相关的标准途径。类似的进展将能够使人们可以研究负责免疫应答的基因表达的营养调控策略以控制哺乳动物的疾病，这最终能使我们获得可以有效预防疾病的日粮干预方法。通过把基础免疫学和营养学（以营养补充和缺乏两方面表示）结合起来，并且通过探索可以保证一种公正方法的新技术，我们可以提高自己对营养免疫调节效应的理解（Athanasiadou和Huntley，2008）。这些进展仅对营养的建议就有望做出重大贡献，或者当营养与其他治疗方法联合使用时，在预防或治疗水平上有望改善对传染病的预防。

5.2.2营养与健康（福利）：代谢疾病和胃肠道疾病

如前文所述，营养不良和营养素缺乏会影响动物的先天性、获得性和细胞免疫反应，抑制免疫功能，导致宿主对感染的协调一致反应出现负调节，从而增强病原体的毒力（Wintergerst等，2007），因此会危害动物的健康（和福利）。然而，根据Calder和Jackson （2000）的研究结果，日粮摄入不足和疾病本身都是造成动物营养不良的直接原因，并且它们会协同地增强彼此的作用（Scrimshaw等，1968）。事实上，营养不良使个体更容易受到感染，并会降低对入侵病原体的免疫防御能力。反过来，病原体会影响动物的营养状况，通过日粮摄入、吸收和营养需求的改变以及内源性营养的损失来调节。营养不良有几种形式，常常以组合方式出现，如蛋白质-能量营养不良和维生素A、铁、锌和碘等微量营养缺乏（Calder和Jackson，2000）。尽管如此，我们的研究重点在于营养不良对組织损伤、代谢疾病和消化系统疾病的影响：这些都是导致细胞因子释放以及由此引发炎症和福利受损的原因（图1）。如果仅仅是为了大致了解它们，我们建议在两种主要的反刍动物饲养系统中选择一些例子：粗放型和集约型。从理论上说，这两种饲养系统都能保证反刍动物获得满意的营养状况；不过，似乎有理由认为：

● 粗放型饲养系统中的反刍动物通常会受到营养无规律缺乏的影响：主要是能量和蛋白质的缺乏。由于采食量低，这些问题会出现在干热季节或寒冷季节，因为在此期间动物无法获得饲料或只能获得低质量的饲料。在粗放型饲养系统中，维生素缺乏可能是一个小问题；另外，如果饲养系统不能供应充足的土地，或成熟的牧草腐烂以及难以提供矿物质添加剂，（常量和微量）矿物质缺乏可能会很严重。此外，粗放型饲养系统不排除过量问题（即某些地区的矿物质）或有害物质（即三叶草中的植物雌激素；在真菌感染的牧草尤其是羊茅中，由麦角菌产生的霉菌毒素；或在牧草短缺的某些情况下，摄入有毒的杂草）。

一个众所周知的案例是“羊茅中毒”，因为羊茅可以感染能够产麦角胺的内生菌。这种感染的草料不仅会降低动物的产奶量和干物质摄入量（Dry Matter Intake，DMI），而且还会加快动物的呼吸频率，并抑制免疫系统。组织损伤、代谢病或传染性疾病以及营养不良的后果造成动物的疼痛和苦恼（Yates，1962；Thompson和Stuedemann，1993）。在粗放型饲养系统中，某些不同的代谢疾病或传染病也可能会发生，具体取决于动物物种（羊或牛）、动物的用途（肉或牛奶）和产量水平。由能量不足引发的一种特殊代谢疾病是怀孕的母羊和山羊由于缺乏精料或高质量的牧草在妊娠后期出现毒血症（特别是怀双胞胎和三胞胎时）（LeValley，2010）。根据我们的经验，至少在妊娠后期，山羊在发生高酮血症前其炎症血液指数会有变化（Trevisi等，2005），这表明由细胞因子诱发的无临床症状的采食下降可能会引起机体的能量不足，从而发生代谢疾病。在牛上特别是用放牧方式饲养的泌乳早期的高产奶牛，牧草较低的营养物质供应量会导致动物体况评分大幅降低（Roche等，2006）和繁殖力降低（Horan等，2006）。

在粗放型饲养系统中，矿物质代谢紊乱会更频繁地发生，因为饲料主要依赖当地的牧草生产而没有适当的补充。我们要区分：

○ 原发性缺乏症：例如在低钴（维生素B12缺乏伴随贫血和较低的丙酸利用率）、低硒（白肌病）或低磷（异食癖和骨骼疾病）的地区；

○ 在少数情况下过量可能引起中毒现象（例如钼污染），但更多时候会影响其他矿物质的利用，从而导致继发性缺乏症。例如，钾（和氨）的过量会降低镁的吸收，导致反刍动物出现代谢疾病（缺镁症）。硫和钼的过量会引发铜的继发性缺乏，其后果不仅包括贫血、骨骼疾病、新生儿共济失调、心血管疾病和腹泻，而且会使动物对感染有较高的敏感性（Underwood和Suttle，1999）。

因此，能够避免出现营养不良对动物健康产生负面影响的任何努力（特别是在粗放型饲养系统中）对于改善动物福利来说都是有价值的。

● 集约化饲养系统的特点是动物大量摄入营养均衡的日粮。营养缺乏很少见，而且如果日粮经过计算后能够满足高产动物相应的营养需求，那么营养过量也很少发生。然而，这并不排除任何不当的饲喂：偶尔是微量营养，但通常与能量和蛋白质有关。我们举几个关于奶牛的例子，主要关注的是高产奶牛的情况，即尽管哺乳期的头2～3个月与干乳期相比，DMI几乎翻了一番，但在能量负平衡（Negative Energy Balance，NEB）上仍能保持几周，主要是因为肠道大小的生理限制，我们先前说过炎症也可以降低食欲（Bertoni等，2009）。因此，人们很难对这些动物的福利状况做出正确的判断：它们可能已经满足了摄入量（因此饱感中枢是满足的），所以假设它们没有遭受饥饿似乎是合理的。然而，营养可能处于不足，因此泌乳早期的特征是暴发代谢疾病（酮症）或传染性疾病（例如乳腺炎）的风险增加，这也是因为营养缺乏或不平衡（Drackley，1999）。

尽管如此，在这种生产系统中，营养-健康-福利之间的关系还有两个值得注意的地方：

○ 确定干乳期的最佳能量（和营养）水平，以避免过渡期暴发代谢疾病和容易感染传染病；

○ 控制妊娠末期和哺乳初期的日糧，以降低日粮高度发酵的风险，对于避免出现NEB非常有效，但是这可能是引起瘤胃-肠道发酵紊乱的一个原因。

干乳期与泌乳早期的状况相反，由于胃肠道依然会过度发育，需求量低，DMI相对较高。对“补充”储备以备产犊后使用的假设至少对钙和磷[正如Martin-Tereso和Vestegen（2011）所建议的那样，过量会增加发生乳热症的风险]、对蛋白质（氨过量），特别是对能量（会导致母牛超重）来说是错误的。自从发现“母牛肥胖综合征”以来，最后一种情况成了一个常见问题（Morrow，1976）：产犊时肥胖的母牛经常会发生胎盘滞留、乳热症、酮症和皮脂腺病，其死亡率也会增加。最近的研究数据显示，无论肥胖与否，在干乳期饲喂高能量日粮的母牛更容易发生产后代谢疾病，同时肝脏中的甘油三酯水平很容易升高（Van den Topp等，1995）。此外，Janovick Guretzky等（2007）也发现这些奶牛经常会发生（临床或亚临床的）炎症。最后的这一发现倾向于支持反刍动物中，时间相对较长的能量过量可能会引发代谢综合征状态（类似于人类的超重或肥胖症，其特征是“低水平”炎症和胰岛素耐受性、2型糖尿病、高血压、脂肪肝，等等）。因此，在妊娠末期饲喂高能量日粮或在产犊时脂肪过多的母牛将面临难产、胎盘滞留、酮病等风险，并且更容易感染传染病（Janovick和Drackley，2010）。

然而，不管是反刍动物还是单胃动物，日粮的高发酵性风险——早期泌乳奶牛需考虑的风险——是任何类型的集约化畜牧生产的特点。在这两种情况下，瘤胃中或进入到大肠中的大量发酵的淀粉（和糖）会导致pH的大幅降低（除了高度修饰的微生物群体外），这往往会造成内毒素（脂多糖）水平或微生物易位（Khafipour等，2009a，b）的增加。这些现象尤其会造成肝脏脓肿（Nagaraja和Chengappa，1998）、蹄叶炎和蹄底溃疡（Nocek，1997）。特别是在马上，脂多糖可以引起大肠绞痛以及蹄叶炎（Frape，1986）。虽然如此，只要黏膜是健康的，瘤胃和肠中的脂多糖并不总是会引起上述健康问题的出现。由于酸中毒本身（Wannemuehler，1995；Minuti等，2014），或由于“外部”原因[例如缺氧、热应激、繁重的体力劳动，等等（Alexander，1998）]，或由于这些因素的联合作用，黏膜渗透性的提高会引发前述的微生物易位和随之而来的炎症，并会产生一些负面影响（图2）。

显而易见的是，疼痛和苦恼与前文所述的所有由能量过剩和随之而来的临床或亚临床炎症以及消化疾病引发的健康问题息息相关，因为脂多糖和其他抗原会导致促炎细胞因子的释放（Klasing，1988）。

未完，待续。