抗生素类生长促进剂对畜禽肠道屏障功能的调节研究进展

丁 健，胡 艳，邵 丹

（1.全国畜牧总站，北京 100125；2.中国农业科学院家禽研究所，江苏扬州 225125）

抗生素类生长促进剂（AGP）是一类以“亚治疗剂量”长期饲喂动物，用于促进动物生长、提高养殖效率的抗菌药物类饲料添加剂。自20 世纪70 年代起，AGP在畜禽生产中被广泛应用，因其良好的促生长效果成为畜禽高效养殖中生长促进剂的“黄金标准”，但其长期使用也被认为是造成细菌耐药性的助推剂。2006 年欧盟率先全面停止使用AGP，随后多个国家相继跟进。2020 年7 月1 日起，我国将禁止饲料生产企业生产含有促生长类药物饲料添加剂（中药类除外）的商品饲料。近年来，AGP 替代品研发一直是畜禽养殖业研究的重点和热点，但由于对AGP 促生长作用机制缺乏全面深入的了解，当前AGP 替代品开发及替代效果还不尽如人意。除通过直接作用于肠道微生物在动物体内发挥作用外，AGP 对肠道屏障功能的调节作用与畜禽生产性能之间也存在关联。本文结合新近文献资料，以动物肠道屏障功能为切入点，探讨AGP 对肠道屏障功能调节及其与生产性能的关系，以期为AGP 替代品研发提供理论借鉴与思路启发。

1 AGP 与肠道微生物及其代谢产物

肠道菌群及其代谢产物对肠道屏障功能具有重要作用。研究发现，微生物及其代谢产物可预防多种动物胃肠道疾病，并提高肠道免疫功能[1]。相比正常动物，经无菌处理的动物肠道免疫组织显示出发育不良现象[2]。在小鼠模型中，通过灌胃给予普氏粪杆菌（Faecalibacterium prausnitzii）或其培养上清液可减轻结肠炎症[3]；脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）及其表面的多糖成分可增强结肠T 细胞功能[4]和T 细胞分化[5]。肠道微生物还可将食物中碳水化合物分解为短链脂肪酸（SCFA），主要包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐[6]，其中丁酸盐是肠上皮细胞的直接能量来源，对维持肠道健康尤为重要[7]。

由于亚治疗剂量的AGP 也具有抗菌作用[8]，部分研究者观察到在使用AGP 时，动物生长性能改变同时往往伴随着肠道菌群的变化。Pourabedin 等[9]试验发现，肉鸡日粮中添加维吉霉素（16.5 g/t）在改善了饲料转化效率的同时，伴随着回肠中丙酸杆菌属（Propionibacterium）和棒状杆菌属（Corynebacterium）微生物丰度的提高。日粮中同时添加青霉素（50 g/t）和水杨酸杆菌肽（50 g/t）增加了21 日龄火鸡体重，同时伴随着回肠中乳酸杆菌属（Lactobacillus）微生物丰度的提高[10]。添加杆菌肽锌（50 mg/kg）可改善肉鸡饲料转化率，增加盲肠微生物多样性，如粪杆菌属（Faecalibacterium）和瘤胃球菌属（Ruminococcus）微生物丰度提高，乳酸杆菌属（Lactobacillus）和优杆菌属（Eubacterium）微生物丰度降低[11]。不同理化特性的AGP 对动物肠道菌群存在不同影响[12-13]。目前，关于AGP 影响肠道微生物代谢产物和畜禽生长性能关系的研究还比较少。Pourabedin 等[9]试验证实，添加维吉霉素（16.5 g/t）可以改善肉鸡的饲料转化效率，提高盲肠丙酸盐含量，且与丙酸盐的唯一产生菌——丙酸杆菌在回肠中的丰度提高呈正相关。新霉素和土霉素联合添加后也可增加肉鸡盲肠乙酸盐含量，但未观察到生长性能和饲料转化效率的改善[14]。

2 AGP 与肠道黏液层

肠道黏液层为宿主提供了第一道肠道屏障。凝胶状的黏液可以滞留入侵的病原微生物，并可通过管腔流动作用促进病原微生物排出，同时给共生微生物提供了定植场所、润湿环境和营养物质[15]。肠上皮细胞中的杯状细胞分泌大量的黏液蛋白，形成肠上皮细胞的黏液层。黏液蛋白可分为膜结合黏液素和分泌黏液素，其中黏液蛋白2 是哺乳动物肠道主要的分泌黏液素[16]。根据组织化学染色，黏液蛋白可以进一步区分为中性或酸性，后者可以抑制细菌位移[17]。杯状细胞分布于整个动物肠道黏膜层，其密度随着肠道微生物密度的增加而增加[18]。黏膜层的损耗与某些肠道感染有关，而消化酶、营养物质的扩散与黏液层厚度呈负相关[19]，其厚度越大，肠段消化吸收能力越差[20]，故不同肠道的黏液层都有一个最佳厚度[21]。诸多因素会影响黏液蛋白的分泌，如日粮（可能影响微生物与肠上皮细胞互作的饲料原料或添加剂）、环境和饲养管理等[22]。

虽然当前杯状细胞和黏液蛋白对维持肠道健康、改善动物生产性能的作用机制还不是十分清楚，但已有学者围绕AGP 对杯状细胞及其分泌物功能的影响开展了研究。如杆菌肽锌（50 mg/kg）可增加21 日龄肉仔鸡回肠的杯状细胞（酸性亚型和总型）的密度和大小，且与日增重和饲料转化效率的改善呈正相关[23]；水杨酸杆菌肽（500 mg/kg）可提高肉鸡体重并改善饲料转化效率，但对14 日龄Ross 肉鸡的黏液蛋白2 的mRNA表达量无影响[24]；阿莫西林（25 mg/kg）和氧化锌（2 500 mg/kg）联合添加可增加31 日龄断奶仔猪结肠杯状细胞的密度和日增重[25]。另有研究报道，阿维霉素（5 mg/kg）可增加14 日龄Cobb 肉鸡空肠和回肠杯状细胞的密度和黏液蛋白mRNA 表达量，同时降低十二指肠黏液糖蛋白浓度，但对肉鸡生长性能和肠道黏液层厚度没有影响[26]。限饲会增加雏鸡肠道杯状细胞的大小，减少黏液层厚度，可能与限饲导致黏液解离速度加快有关[27]。此外，杯状细胞的大小可能与黏液的产生、储存和分泌的平衡有关。

3 AGP 与肠道上皮细胞

肠上皮细胞外包被了一层多糖-蛋白复合物，将宿主与外部环境隔离。肠上皮细胞主要包括杯状细胞（分泌黏液蛋白）、盘状细胞（分泌宿主防御肽，HDP）、内分泌细胞和吸收性上皮细胞4 种类型，其中吸收性上皮细胞占比最多。肠上皮细胞组合成手指状突起，称之为绒毛，绒毛之间由凹陷的隐窝分开。绒毛结构大大增加了肠道消化和吸收的表面积，且上皮细胞表面附着有绒毛膜酶，故肠道黏膜表面积与消化、吸收效率呈正比，与饲料转化效率呈正相关[28]。为保证肠绒毛屏障中上皮细胞的连续性和细胞间的通透性，上皮细胞之间充斥着一种紧密连接复合物质，使得细胞间结合紧密。紧密连接复合物是由多种蛋白组成的复合体，由跨膜蛋白和调节因子（如激酶）组成[29]。除在消化和屏障功能中发挥关键作用外，肠上皮细胞还和肠道免疫细胞一起表达Toll 样受体，通过识别病原相关分子模式（PAMPs）对肠道微生物病原做出适应性免疫反应[30]，提高宿主固有免疫系统的监控和调节能力。

目前，已有不少研究围绕AGP 对肠上皮组织相关功能的影响进行了探讨。阿维霉素（6 mg/kg）可以改善Ross 肉鸡1～42 日龄的体增重和饲料转化效率，并伴随回肠黏膜厚度和隐窝深度的降低，亦与日粮能量、肠道总脂肪及回肠粗蛋白质（包括多种氨基酸）消化率的提高呈线性相关[31]。阿维霉素（2.5 mg/kg）可以提高42 日龄Cobb 肉鸡养分消化率，同时改善了1～42日龄肉鸡的生长性能[32]。还有一些研究也发现使用AGP 后肉鸡和猪的肠道形态改善、营养物质消化率的提升与生长性能改善之间存在关联[33-38]。肠道乳酸杆菌（Lactobacillus spp.）具有胆汁盐水解酶活性，可解离胆汁盐，改善脂肪消化和吸收[39]，协同AGP 一起改善动物生长性能[40-41]。此外，水杨酸杆菌肽（55 mg/kg）可以提高Ross 肉鸡的生长性能，伴随着回肠中的表征肠道成熟的碱性磷酸酶活性升高[42]。遗憾的是，关于AGP通过影响紧密连接而提升动物生长性能的研究尚未见报道。仅有一项研究报道，水杨酸杆菌肽（50 mg/kg）对14 日龄Ross 肉鸡的体重和饲料转化效率有所改善，但对紧密连接蛋白mRNA 表达无影响[43]。

4 AGP 与肠道上皮下免疫系统

肠道上皮下免疫系统由弥散分布在黏膜上皮内和固有层的免疫细胞和免疫分子以及肠道相关淋巴样组织（GALT）等组成。上皮下免疫组织中有多种免疫细胞，包括树突状细胞、巨噬细胞、B/浆细胞、CD4+（包括调节因子）T 细胞、CD8+T 细胞、自然杀伤细胞和粒细胞（如中性粒细胞/异嗜性白细胞）等。树突状细胞从被吞噬的上皮细胞中获取抗原，也可以破坏上皮细胞和/或通过细胞间隙的紧密连接复合物将树突延伸至肠腔捕捉目标[44]。获得抗原后，树突状细胞发生迁移，激活初始的T 细胞，并与之互作刺激相关的免疫细胞分泌细胞因子和趋化因子，协同做出相应的免疫应答反应。研究表明，无菌动物的肠道黏膜免疫组织发育不良[2]，而肠道存留的特定微生物和免疫系统之间的互作可以使得异常的肠道免疫功能恢复[1]。综上所述，动物肠道上皮下免疫系统和上皮细胞协同完成对肠道微生物和抗原的有效监控和系统免疫应答。

目前，在AGP 改善畜禽生长性能的研究报道中对AGP 对肠道免疫参数影响的研究还很少。在1～35 日龄地面平养肉鸡日粮中联合使用莫能菌素（100 g/t）、水杨酸杆菌肽（50 g/t）和罗沙酮（45 g/t），在36～43 日龄使用维吉霉素（20 g/t），肉鸡肠（空肠和回肠）上皮内淋巴细胞（IEL）CD4、CD8 和MHC2 的表达降低，TCR2 表达增加，并伴随着IL-6、IL-17F、IFNγA、IL-13、TGFβ4 和CXCLi2 表达量增加以及IL-12 表达量降低[45]。Lee 等[45]研究还发现，第一阶段（1～35 d）用抗球虫药癸氧喹酯（27 g/t）代替莫能菌素，减少了肠（空肠和回肠）上皮内淋巴细胞（IEL）CD4、CD8 和MHC2 的表达，并增加了BU1 和TCR2 型IEL，增强了IL-4、IL-6、IL-13 和CXCLi2 的表达，降低了IL-2和IL-12 的表达。上述研究显示，抗球虫药物与AGP联合使用可能影响动物肠黏膜IEL 亚群数量，并促进IEL 亚群表达和促炎性Th1 和Th2 细胞相关的细胞因子和趋化因子，但相关报道中未能提供生产性能数据来评估这些变化是否有益。最近的一项研究发现，水杨酸杆菌肽（50 mg/kg）可以改善14 日龄Ross 肉仔鸡体重和饲料转化效率，并与回肠IL-6 和IL-13 表达的增加相关[43]。IL-6 是由多种免疫相关细胞产生的促炎症细胞因子，参与T 细胞的增殖和活化，还参与B 细胞的分化以及急性期反应的调节。IL-13 是关键的Th2 型细胞因子，对B 细胞和单核细胞的免疫活性有影响，可以影响机体IgE 水平、炎性细胞因子表达、细胞介导的免疫力和抗胃肠道感染（如线虫）的能力。因此，水杨酸杆菌肽可能通过影响先天的炎症反应和抗体反应改善动物生长性能，但其作用机制尚待进一步研究。

5 AGP 与肠道分泌的抗微生物物质

除黏液蛋白外，肠上皮细胞外包被的多糖-蛋白复合物中还含有抗菌肽和分泌型IgA。抗菌肽类（AMPs）又称为宿主防御肽（HDP），由多种细胞表达，其中主要由潘氏细胞和肠细胞分泌。据报道，HDP 对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌、真菌、病毒、原生动物以及癌细胞等具有广谱活性[46]。此外，HDP 还参与天然和适应性免疫反应的调节，可以调节黏蛋白、紧密连接复合物的表达，重塑肠道微生物菌群组成[47]和抗感染作用[48]。

免疫球蛋白A（IgA）由肠道黏膜固有层中的浆细胞产生，可以抑制和清除肠道微生物，并有助于黏膜免疫和保持肠道稳态[49]。分泌型IgA（sIgA）是由上皮细胞基底外侧面表达的多聚免疫球蛋白受体（pIgR），可以穿过肠上皮细胞进入肠腔[15]。细胞外pIgR 是sIgA复合物的关键成分，有助于sIgA 免受肠道蛋白酶类降解和sIgA 附着在黏液层中[50]。据报道，在无菌动物肠道黏膜固有层中IgA 阳性细胞和肠道IgA 水平都显著降低，证明肠道菌群（如分段丝状细菌）可以参与IgA 的分泌[51]。研究发现在，不同饲养条件下，不同来源的HDP 可以改善猪[52]和家禽[47]的生长性能，并提高sIgA 水平。Wang 等[53]报道，从猪肠道分离出的抗菌肽可以改善SPF 罗曼鸡的生长性能，并提高十二指肠、空肠和回肠中sIgA 的分泌。虽然目前关于AGP 对HDP、sIgA 分泌的影响及其参与动物生长性能的调节的研究还未见报道，但前述研究也为HDP、IgA 等可能作为AGP 替代品的筛选提供了思路。

6 结 语

随着科学研究的不断推进，对肠道黏膜结构与屏障作用机制的了解已取得了长足进步。AGP 通常被认为有益于改善动物肠道结构、提高生长性能。但对肠道黏膜层结构及功能、生长促进功效的相关指标和互作关系的评价，仍然是AGP 促生长作用机制研究中不可或缺的。当前的相关研究还多集中在AGP 单纯对肠道屏障功能关键组分的影响上，同时考察对动物生长性能的研究还比较少，从而给分析AGP 促生长与动物关键肠道屏障功能间的互作带来困难。从现有文献报道结果看，AGP 种类、剂量、试验动物、试验环境等对肠道屏障功能及动物生长表现的影响不尽相同，提示在今后的研究中需要对动物模型进行适当的筛选。此外，鉴于不同肠道结构的屏障作用是相互协同和相互影响的，从理论上看寻求与AGP 作用功效完全一致的替代品是十分困难的，今后需要充分利用现代检测技术对肠道屏障功能调节的各个组成结构和功能，以及它们之间的相互作用及其对生长性能的影响进行更为深入的研究。同时，为了提高研究结果的实际应用效果，建议多在具有商业代表性的生产环境中开展相关试验研究，为AGP 替代品的研发提供更好的借鉴与参考。