微生物内分泌学研究引起断奶仔猪腹泻的机理

何再平

（山西省农业科学院畜牧兽医研究所，山西 太原 030032）

长期以来，猪肉是我国居民饮食中不可或缺的一部分，但自我国发生非洲猪瘟以来，养猪业受到了较大的影响，猪肉供不应求的现状亟待解决。养殖场户为了提高母猪的受胎率，尽量缩短仔猪的哺乳时间，由于断奶应激和消化系统发育不成熟，断奶仔猪腹泻（Piglet Post Weaning Diarrhea,PPWD）成为一种重要的肠道疾病，给养猪业带来较大的经济损失[1]。该病常发生在断奶后两周内，其特点是腹泻、脱水、明显死亡和存活猪体重下降[2]。在暴发急性PPWD的1～2个月的时间内，受感染的断奶仔猪死亡率可达到 20%～30%[1]。

1 微生物与PPWD的关系

肠道微生物对宿主的健康是至关重要的，参与机体碳水化合物的消化和发酵、维生素的产生、肠道绒毛正常功能的维持、免疫反应的调节和对致病菌的抑制等生理活动过程[3]。仔猪消化道微生物首先来源于出生过程中母体的感染，继而是皮肤、奶头和母猪的粪便[4]。需氧菌先在消化道定植，然后是兼性厌氧菌，最后是厌氧菌。正常状态下优势菌为乳酸菌的厌氧菌（有益菌）占99%以上，而需氧菌和兼性厌氧菌（有害菌）只占1%左右。不同部位微生物的种类和数量也大不相同。十二指肠和空肠的微生物较少，主要是由于胃酸和胆汁的杀菌作用及该段肠道蠕动较快，从十二指肠到回肠，菌种和数量逐渐增加。双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌在腹泻仔猪肠道中的数量显著降低，而梭菌、大肠杆菌等显著升高[5]。

PPWD是一种病因比较复杂的疾病，在断奶过渡的因素中，肠道微生物的破坏是导致断奶后腹泻的关键因素之一。仔猪断奶前，消化道的优势微生物是乳酸菌，它可将乳汁中的乳糖转化为乳酸，胃酸通过激活胃蛋白酶原，促进消化。消化道的酸性环境可抑制大多数微生物的生长，提高胃肠黏膜的保护作用、有效地防止因病原菌造成的消化紊乱与腹泻。断奶后，食物结构发生变化，仔猪自身泌酸的能力有限，无法维持胃内的酸性环境，pH升高，乳酸杆菌的生长受到抑制，机体消化能力减弱，原微生物区系受到破坏，一些条件致病菌大量繁殖，产生毒素，导致疾病发生。

2 ETEC（产肠毒素大肠杆菌）与PPWD的关系

人们普遍认为，ETEC的特定血清型和病理型是引起PPWD的主要致病菌[2，6]。ETEC主要存在于犊牛和猪的肠道里，很少存在于其他动物的肠道中，如兔、马和家禽，目前还不清楚具体的原因[7]。ETEC黏附在小肠上皮，正常状态下不引起肠道明显的形态学改变，大量繁殖分泌的肠毒素，通过影响肠液的分泌和吸收来改变肠细胞的功能。ETEC的致病因子主要是黏附素（菌毛）和肠毒素。

ETEC引起PPWD的首要步骤是菌毛通过与小肠微绒毛上的受体结合黏附于小肠。目前发现F4（K88）和F18是引起断奶仔猪腹泻的主要菌毛[8]，F4有3种突变体F4ab、F4ac和F4ad，F4ac是迄今为止在PPWD中发现的主要抗原类型。Nagy等发现新生仔猪肠道没有F18菌毛，4周龄之后肠道中的F18表达量增加，这可能也是断奶仔猪易腹泻的一个重要因素[9]。F4和F18的受体是小肠微绒毛或黏液的糖蛋白[10-11]。

ETEC产生的肠毒素是由质粒调节分泌作用于肠上皮的蛋白或多肽，包括不耐热肠毒素（LT）和耐热肠毒素（ST）。肠毒素是引起PPWD的重要因素，ST和LT进入肠道后与肠壁上皮细胞受体GM1结合后可分别刺激上皮细胞中的腺苷酸环化酶（AC）和鸟苷酸环化酶（KKGC）的分泌，AC可促使细胞质中的环磷酸腺苷（cAMP）的分泌，KKGC可增加胞浆中的环磷酸鸟苷酸（cGMP）的含量[6]。cAMP和cGMP作为细胞内的第二信使可促进肠液分泌相关蛋白[NKCC1（SLC12A2）、CFTR、CaCCs]的表达并抑制肠液吸收相关蛋白[NHE3（SLC9A3）、SLC5A1、DRA（SLC26A3）、PAT1（SLC26A6）]的分泌，致使小肠内聚集大量的肠液，超过肠道的吸收能力，最终导致腹泻，机体因流失大量的水、钠离子、氯离子，出现脱水和酸中毒等症状[12-14]。

3 应激激素与PPWD的关系

应激是指机体对有害刺激进行的全身性适应性反应。强烈的应激使机体出现一系列神经内分泌紊乱。从出生到屠宰，猪同存在于皮肤、胃肠道和呼吸道以及其他与外界相通的机体器官的各种微生物一直存在着相互作用，微生物影响着猪的生长性能及认知行为，作为宿主猪也同样影响着微生物的存活、功能和群落组成。微生物内分泌学是基于在宿主和微生物中含有相同的神经化学物质，展开的对宿主与微生物双向作用的研究[15]。仔猪在断奶过程中，来自外界的各种应激，如离开母猪、人工抓取、运输、从新分栏、温度、打斗等，通过下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA axis）和交感-肾上腺髓质（SAM）系统分泌大量的糖皮质激素和儿茶酚胺类激素[16]。在肠道外合成的应激激素可以通过血液循环进入肠道，被肠道微生物感知并利用，引起肠道微生物的种类和数量的变化，导致一些病原微生物的繁殖以及对肠道黏膜的吸附和感染加强等。宿主和肠道微生物之间通过中枢神经系统（CNS）和肠道神经系统（ENS）相互传递信息。机体受到应激通过CNS分泌应激激素引起肠道环境的变化，肠道微生物通过ENS及肠道上皮的各种化学感受通路将肠道环境的变化传到大脑，宿主通过调节机体行为，如厌食、活动量减少等，以减缓应激[17-19]。

儿茶酚胺类激素是引起肠道内分泌环境发生变化的重要应激激素，在促进病原微生物的生长和增加病原微生物毒力基因的表达起着重要的作用。研究发现儿茶酚胺类激素可促进革兰氏阴性菌如大肠杆菌、小肠结肠炎耶尔森菌和铜绿假单胞菌的生长[20]。机理是儿茶酚胺类激素能够为细菌的生长提供铁，铁是几乎所有细菌生长所需的关键营养元素，其中研究最多的是去甲肾上腺激素，利用其邻苯二酚结构与结合在血浆转铁蛋白（Tf）和黏膜分泌液乳铁蛋白（Lf）的铁发生螯合，降低Tf和Lf对铁的亲和力，微生物可以通过自身的铁载体摄取这些通常无法从宿主天然免疫防御蛋白Tf和Lf中获得的铁，进而促进病原菌的生长[21-22]。

在体外模拟条件下，添加去甲肾上腺素后ETEC的菌毛黏附和肠毒素基因的表达增加[23]，但具体机理尚不清楚。Lyte等发现去甲肾上腺素和肾上腺素均能促进热不稳定肠毒素elt基因的相对表达[24]。Berberov等发现LT可以作为黏附素将ETEC脂多糖与细胞表面进行结合[25]，从而增加了ETEC的毒力。

Brown等研究发现去甲肾上腺素与肠黏膜下神经元α-2-肾上腺素能受体结合能促进小肠对氯化物的吸收，当与结肠上皮α-1-肾上腺素能受体结合可以增加氯化物的分泌[26]。

4 防治PPWD的相关药物

中国是全世界使用抗生素最多的国家，目前治疗断奶仔猪腹泻主要还是依赖于抗生素[27]，其中黏菌素是一种阳离子抗生素，广泛应用于治疗大肠杆菌引起的猪肠道感染，特别是PPWD。尽管黏菌素对治疗PPWD的效果较好，但一些研究发现在猪体内存在抗黏菌素mcr-1基因的大肠杆菌，对人体健康构成较大的威胁[28]。有人提出在动物生产中使用黏菌素应视为最后的治疗选择。

防治猪的PPWD可以首先使用各种预防策略而不直接使用抗菌药物来控制。如饲料补充剂氧化锌、有机酸、益生菌、合生剂（益生菌和益生元的合剂）、抗菌肽、特异性蛋黄和噬菌体等都已被用于断奶猪，以提高仔猪的生长和饲料的利用率，减少PPWD的发生。PPWD是一种多因素疾病，确切的整体病因尚未完全阐明，选择合适的抗生素替代品比较困难，同时大多数替代品的有效性存在着地域的差异[29-31]。

中药具有低毒、不易产生耐药性、绿色环保的特点，是较有前途的饲料添加剂。从中兽医角度，PPWD是由积食化热、脾胃虚弱所致，中药通过补脾健胃、消食导滞、清热解毒进行治疗。临床上关于中药制剂防治断奶仔猪腹泻的报道很多[32-35]，在中药的作用下，机体通过CNS和ENS调节应激激素的分泌，改善机体微生态环境，增强机体的抗病能力[36-37]，对PPWD有显著的防治效果。

目前中药与肠道菌群之间相互作用的研究尚处于初步阶段，需进一步完善研究设计，例如研究中药靶向作用的肠道微菌群，以及建立更具意义的肠道菌群研究模型。这些研究会进一步揭示中药与肠道菌群之间的相互作用，从而为基于中药的发现创新为更加有效的防止PPWD提供新的见解和指导。