脱氧雪腐镰刀菌烯醇对仔猪肠道健康影响的研究进展

朱 翠，白银山，蒋宗勇，王 丽*

（1.佛山科学技术学院生命科学与工程学院，广东佛山 528225；2.广东省农业科学院动物科学研究所，农业农村部华南动物营养与饲料重点实验室，广东省畜禽育种与营养研究重点实验室，广东广州 510640）

脱氧雪腐镰刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON），又称呕吐毒素，属于单端孢霉烯族类化合物，主要由禾谷镰刀菌、尖孢镰刀菌、雪腐镰刀菌等镰刀菌产生。DON主要污染玉米、小麦、大麦等谷类作物及其副产品，由于其化学性质稳定，对饲料加工工艺和热处理均不敏感，因此很容易进入食物链从而对人和动物产生危害。我国规定在猪配合饲料中DON含量不得超过1 mg/kg，但近年来我国饲料及各种饲料原料受DON污染非常严重（检出率达100%）[1]。猪对DON的敏感性明显高于其他动物（猪＞小鼠＞大鼠＞家禽＞反刍动物）[2]。DON对猪的毒性效应与DON强度与剂量、种类、时间和给药途径有关系[3]。DON主要在胃到小肠近端处经旁通路途径被快速吸收，并经肠道微生物的脱环氧化代谢，形成无毒的脱环氧代谢物（DOM-1）随尿排出[4-6]。

由于仔猪肠道发育尚未完善，容易受到DON污染，肠道炎性因子分泌增加，损害肠道的屏障功能，导致肠道健康紊乱[7]。有研究认为衡量仔猪肠道健康的稳态体系主要包括正常的消化吸收功能、完整的肠道屏障功能、稳定的肠道微生物区系、有效的肠道免疫系统、较少激活肠道应激反应和无肠道疾病等方面[8]。因此，本文主要针对DON对仔猪肠道健康的影响进行综述，以期为DON的防治措施与营养调控提供理论参考。

1 DON对仔猪肠道形态结构与肠细胞凋亡的影响

大量研究表明，饲喂DON污染的饲粮可破坏仔猪肠道形态结构，引起肠道绒毛萎缩[9-11]。小肠是营养物质吸收和转运的主要部位，绒毛高度降低进而抑制营养物质的消化吸收[12]，从而影响仔猪的正常生长发育[13]。研究证实，DON可显著抑制人的肠上皮细胞葡萄糖钠离子依赖性转运载体（SGLT1）和果糖转运载体（GLUT5）以及丝氨酸转运载体的活性，从而抑制葡萄糖和丝基酸的消化吸收[14]。在蛋鸡上的研究也发现，DON能干扰肠道黏膜上钠离子依赖性氨基酸转运载体的活性[15]。但DON并未显著改变猪空肠对葡萄糖的转运，同时对葡萄糖转运载体活性也无影响[16]。然而，DON对肠道形态的破坏会进一步抑制仔猪肠道氨基酸的吸收，表现为血清中异亮氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酸和脯氨酸含量显著降低[17]。

目前认为，DON对仔猪肠道形态结构的破坏与DON对肠上皮细胞的毒性作用有关，这主要与DON抑制蛋白质合成和诱导细胞凋亡有密切关系。研究表明，DON导致仔猪空肠和回肠黏膜上皮细胞凋亡，通过mTOR通路抑制蛋白质合成，增加肠道通透性[10]。细胞试验结果也显示，DON也能显著抑制体外培养的仔猪肠上皮细胞的增殖与分化，使肠上皮细胞发生早期凋亡，并显著降低了细胞存活率，增加乳酸脱氢酶（LDH）的释放，损伤肠上皮细胞形态结构[18-19]。肠道上皮细胞的更新主要依赖于隐窝底部的肠道干细胞的作用。最新研究发现，肠道干细胞在体外合适的条件下可培养成类肠团，而DON处理可通过Wnt/β-catenin通路显著抑制肠道干细胞的活性，减少仔猪类肠团的产生[20]。可见，DON降低了肠道干细胞和肠道上皮细胞的增殖活性，促进细胞凋亡，可能抑制了肠道损伤的修复过程，影响营养物质消化吸收，导致仔猪生长受阻。

2 DON对仔猪肠道屏障损伤的影响

肠道上皮屏障是抵御病原菌、病毒和毒素入侵的第一道防线，肠道屏障的完整性对于肠道功能的维持和保护非常重要。肠道是接触和吸收DON的主要场所，而肠道屏障被认为是霉菌毒素攻击肠上皮细胞的靶点[21]，其中跨上皮电阻值（TEER）和紧密连接蛋白家族是形成肠道屏障的关键。研究证实，DON处理显著降低了仔猪肠上皮IPEC-1细胞和IPEC-J2细胞的TEER值[3,22]，并增加了肠道通透性和细菌移位[22-24]。有研究发现，30 μmol/L DON处理IPEC-1细胞48 h可显著下调Claudin-3和Claudin-4的蛋白表达量[22]，当用2 μg/mL DON处理IPEC-J2细胞时ZO-1、Occludin和Claudin-3的蛋白表达量均显著下调，细胞通透性明显增加[25]，且以DON对基底膜侧的抑制效果更明显[3]。动物试验结果也显示，仔猪采食DON污染饲粮后其空肠黏膜的Claudin-4蛋白表达量也显著下降[22]，仔猪血浆D-乳糖含量和回肠二胺氧化酶（DAO）活性显著升高，说明肠道通透性增加，屏障功能受损[17]。此外，DON不仅导致仔猪回肠黏膜紧密连接基因表达（Claudin、Occludin和Vimentin）显著下调，还发现与重建修复、炎症反应、氧化应激反应和免疫反应等有关基因也显著变化[26]。可见，DON造成紧密连接蛋白损伤，提高肠道通透性，损害仔猪肠道的屏障功能。研究发现，DON破坏仔猪肠道屏障功能与MAPKs、MLCK和NF-κB等通路的快速激活有关[27-28]。

3 DON对仔猪肠道微生物的影响

肠道微生物平衡对维持仔猪肠道健康至关重要。研究显示，霉菌毒素可改变动物肠道微生物的组成、多样性、丰富度和代谢活性[29]，但目前有关DON对仔猪肠道微生物的影响研究还比较少。研究发现，连续饲喂DON污染饲粮（2.8 mg/kg）4周显著改变了断奶仔猪粪便微生物组成，显著增加了肠道好氧菌数量[30]。最近研究发现，DON显著降低了仔猪盲肠内容物的毛螺菌科、考拉杆菌属和瘤胃球菌属UCG-014的相对丰度，并显著增加了普氏菌属和普雷沃氏菌科的相对丰度，说明DON打破仔猪了肠道菌群的平衡[31]。DON单独处理或与玉米赤霉烯酮共同处理的时候，迷你猪模型中结肠内容物的产气荚膜梭菌和大肠杆菌属以及肠杆菌科的相对丰度显著减少[32]。研究表明，胆囊收缩素（CCK）、五羟色胺（5-HT）、胰高血糖素样肽-1（GLP-1）和酪酪肽（PYY）等参与调节动物采食行为，而DON引起动物厌食的机制可能与通过调节肠道菌群影响下丘脑和肠道内分泌的变化有关[31,33-34]。例如，DON可明显增加胃肠道CCK的分泌而抑制小鼠采食[33]。小鼠上的宏基因组研究表明，DON污染显著影响了肠道微生物的丰度，尤其是厚壁菌门和拟杆菌门的相对丰度显著增加，且显著改变了肠道菌群的鞘脂代谢、蛋白质消化与吸收、硫辛酸等代谢途径[35]。随着测序平台和无菌动物技术的发展，揭示DON如何影响肠道微生物及其代谢产物来调控宿主的生理与免疫反应将是未来的研究重要方向之一。

4 DON对仔猪肠道黏膜免疫的影响

断奶仔猪肠道免疫系统发育不完善，较易受到霉菌毒素的攻击，从而影响肠道免疫系统的平衡。研究表明，当猪采食了DON污染的饲粮时，造成仔猪胃肠道上皮损伤，引发肠道炎症反应[11,35]，导致猪肠上皮细胞和空肠、回肠组织中IL-6、IL-8、IL-1α、IL-1β和TNF-α等促炎性细胞因子的mRNA表达量显著升高[11,36-37]，还显著降低了仔猪回肠黏膜的防御素-1（Defensin-1）的mRNA表达量[26]。研究还表明，DON显著增加了仔猪空肠的杯状细胞数量以及回肠的淋巴细胞数量[17]，且诱导Th17淋巴细胞分化，从而可能促进炎病性肠病（IBD）的发生[38]。研究认为，DON的最低毒性作用在1 mg/kg左右[39]。较低剂量的DON污染饲粮对仔猪的生长性能、血液生化指标和免疫反应均没有显著影响[39]，也不影响仔猪脾脏和空肠中IgA浆细胞、CD3+、CD4+和CD8+阳性细胞数量[40]。此外，单核巨噬细胞在DON急性和慢性中毒过程中可能发挥重要作用[2]。以上研究表明，DON引起肠道促炎性细胞因子的分泌，造成肠道炎症的发生，但是有关肠道黏膜和固有层免疫细胞的研究报道不太一致，仍需进一步的深入研究阐明。

5 DON对仔猪肠道氧化应激的影响

氧化应激是指在外界刺激因素作用下，体内产生的自由基数量过多，超出体内抗氧化系统的清除能力，引起机体氧化系统和抗氧化系统紊乱，导致自由基在体内积累而引起蛋白质、脂类和DNA的氧化损伤过程[41]。研究表明，早期断奶可打破仔猪肠道的氧化平衡状态，导致抗氧化能力降低、自由基增多，引起氧化应激[42]。此外，霉菌毒素也是诱导和加剧断奶仔猪肠道氧化应激的重要因素之一，其中以DON在饲料和原料中污染情况最为严重。研究显示，DON感染会导致IPEC-J2细胞氧化应激的发生，细胞线粒体膜电位降低，细胞内活性氧（ROS）含量显著升高，损害肠道健康，该作用与DON抑制IPEC-J2细胞的Nrf2信号通路而降低抗氧化功能有关系[18]。动物试验结果也表明，DON显著降低了仔猪空肠和回肠的总抗氧化能力（T-AOC），并显著增加了丙二醛（MDA）含量[17]，还显著降低了仔猪回肠黏膜抗氧化酶基因（GPX-3、GPX-4和SOD-3）的mRNA表达量[26]。研究表明，ROS产生过量是氧化应激、炎症发生和发展的关键因素，抗氧化酶系统功能降低，引起氧化应激诱导细胞DNA、蛋白质和脂质损伤，且细胞损伤修复能力也显著下降，进一步引起肠道通透性增加，肠腔细菌毒素移位，引起肠道黏膜炎症损伤[43]。值得注意的是，DON和玉米赤霉烯酮对线粒体DNA损伤标志性指标（8-羟基-2-脱氧鸟苷，8-OH-dG）的产生具有协同作用，加剧氧化应激反应[44]。此外，DON显著降低了仔猪脾脏淋巴细胞的抗氧化能力，并具有剂量和时间依赖性效应[45]。因此，添加适量的抗氧化剂（如维生素C、维生素E、维生素A、硒和白藜芦醇等）或能提高体内抗氧化能力的功能性添加剂，以及防止DNA损伤的核苷酸等物质，可能对DON引起的仔猪肠道氧化应激反应有一定的缓解作用[19,43]。

6 小 结

综上所述，肠道是仔猪接触和吸收DON的主要部位。DON刺激会引起肠道上皮细胞凋亡，增加肠道ROS和促炎性因子的分泌，导致氧化应激反应的发生，破坏仔猪肠道黏膜结构，损伤肠道屏障功能，降低免疫力，增加导致肠道感染的机会，并影响仔猪肠道微生物的组成，从而影响仔猪肠道健康和正常生长。目前有关DON对仔猪肠道微生物与代谢活性、DON对仔猪肠道黏膜免疫的作用机制研究甚少。维护肠道健康是保证畜禽生产性能和养殖获利的重要因素。因此，深入研究DON对肠道毒害机理，为研发DON污染的防治措施和改善仔猪肠道健康的营养干预手段提供理论依据，促进养猪业健康发展。