添加剂对断奶仔猪小肠酶活及胃肠道健康的调控作用

樊 平，颜邦斌

（南充职业技术学院，四川南充 637103）

胃肠道是人和动物最大的消化器官，其中含有许多重要的酶，其中碱性磷酸酶是一种在碱性pH下水解磷酸单酯的酶，哺乳动物细胞中至少有4种碱性磷酸酶亚型，包括胎盘碱性磷酸酶，肠道碱性磷酸酶、肝脏、骨骼、肾脏（非组织特异性）和胎盘样（在睾丸和胸腺中表达）（Goldstein等，1982）。仔猪胃肠道的发育是一个特定的动态过程，因为肠道上皮不断暴露于微生物及包含不同成分的各种饲料下，如母乳和固体饲料。断奶后，饲料由液态变为固态，适口性和消化率较低，断奶阶段被认为是猪生产中最容易造成应激的关键阶段。此外，早期断奶促进肠道形态和生理变化，如绒毛萎缩和隐窝增生，从而降低肠道消化和吸收营养物质的能力（陈柿枫，2014）。在这种情况下，断奶后仔猪由于肠道增殖和致病性大肠杆菌的黏膜附着，加上仔猪肠道未成熟的免疫，导致腹泻发生率增加。在肠道微生物的稳态下，碱性磷酸酶可以抑制宿主可能由共生细菌的脂多糖诱导的炎症反应，但断奶引起的变化导致采食量减少，肠道形态和生理改变，导致刷状缘碱性磷酸酶的表达水平和活性降低，从而降低其在肠道中的保护作用（Lalles，2014）。Malo等（2014）报道了碱性磷酸酶可以促进哺乳动物肠道健康，包括预防和减少肠道炎症和细菌易位、调节钙吸收、调节肠道细菌生长和局部肠道pH。因此，本文综述了碱性磷酸酶对肠道健康的作用机制及饲料添加剂在调控该酶进而促进仔猪健康的影响。

1 肠道炎症及其调控

胃肠道是由不同结构组成的复杂系统，其中包含多种细胞，如吸收细胞、潘氏细胞、杯状细胞、内分泌细胞和M细胞。健康的胃肠道是营养物质吸收的主要部位，同时保持对饲料和微生物抗原成分的不同环境做适当反应的能力（Burkey等，2009）。宿主通过胃肠道上皮形成的物理和化学屏障保护抗原成分，这些屏障被先天和获得性黏膜免疫反应强化，在维持免疫耐受和反应性之间的稳态平衡中发挥作用（Artis，2008）。病原体的识别是由一组被称为模式识别受体（PRRs）的种系编码受体介导的，这些受体识别病原体相关分子模式（PAMPs），是一大类微生物共有的，并能启动促炎细胞因子转录。Toll样受体（TLRs）在哺乳动物中扮演着PRRs角色，它们在识别微生物成分和先天免疫应答中发挥着重要作用（Akira等，2001）。目前，文献中已描述了猪的TLR1-10受体，根据其细胞定位和对各自PAMPs的特异性，TLR在很大程度上分为2个亚组，一组由TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR6、TLR10组成，表达于细胞表面，识别微生物膜成分，如脂类、脂蛋白、蛋白质等，而另一组由TLR3、TLR7、TLR8和TLR9组成，只在细胞内囊泡中表达，识别微生物核酸（Cario，2005）。一般来说，TLRs表达后二聚化并发生构象变化，通过Toll/白细胞介素1（IL-1）受体含结构域的接头分子相互作用与各自的PAMPs结合，如髓系分化一级反应基因88（MyD88）（Oshiumi等，2003）。TLRs和MyD88之间的相互作用表征了依赖MyD88的通路，这似乎是所有TLRs所必需的。但TLR3和TLR4信号通路可以独立于MYD88（Takeda和Akira，2004）。

在炎症反应中，上皮细胞可以增加碱性磷酸酶的表达，并修饰由微生物分子诱导的促炎介质，如刷状缘碱性磷酸酶可以使脂多糖去磷酸化并降低其毒性，同时位于绒毛顶端表面的碱性磷酸酶也能增强其作用（Tuin等，2006）。此外，细菌毒素可以上调宿主源性产物如甘丙肽、一氧化氮和前列腺素的表达，增加上皮细胞中氯的分泌，促进腹泻和炎症反应（Berkes等，2003）。但肠道碱性磷酸酶可以促进肠道共生菌的生长，重新建立肠道微生物稳态，从而增加细菌竞争，因此可以直接（对抗脂多糖）和间接（增加共生细菌生长）作用来控制肠道炎症（Malo等，2014）。肠道炎症过程导致肝脏、脾脏和肠系膜淋巴结等器官发生细菌移位，最有可能是由于肠道通透性的改变，导致肠道通透性、液体和电解质分泌增加（Alam等，2014）。

2 碱性磷酸酶抑制肠道炎症及细菌移位

LR4识别革兰氏阴性菌外膜中的脂多糖，诱导宿主免疫反应和损伤修复，导致巨噬细胞聚集，NFκB和IRF-3通路（通过myd88依赖和独立的途径）激活，从而释放炎症介质，如肿瘤坏死因子α（TNF-α）和白细胞介素（IL）（Gao等，2014）。同时，肠道碱性磷酸酶可以使革兰氏阴性菌外膜上的脂多糖去磷酸化，从而降低其毒性，这一机制被用作宿主对脂多糖的反应，因为在脂多糖刺激下，动物的TLR4和碱性磷酸酶基因表达上调（Abasht等，2008）。

未甲基化胞嘧啶-鸟苷二核苷酸（细菌DNA的一种成分）和鞭毛蛋白（一种在革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌鞭毛中发现的蛋白质）也可以诱导宿主的炎症反应，并可能是碱性磷酸酶的目标，这些化合物分别通过TLR9和TLR5被宿主识别（Tohno等，2006）。碱性磷酸酶对细菌未甲基化胞嘧啶-鸟苷二核苷酸和鞭毛蛋白的去磷酸化抑制了TLR识别介导的IL-8促炎细胞因子的诱导，它也可以去磷酸化尿苷二磷酸，后者一种核苷酸可上调IL-8的表达，IL-8在炎症条件下由宿主释放到肠道（Moss等，2013）。

仔猪在断奶期间所受的应激和其未成熟的消化生理使断奶成为猪生产中最关键的阶段，其生长性能下降可能是由于仔猪被动免疫能力降低和对固体饲粮的适应期延长。有报道称，在这一阶段肠道细菌感染和腹泻的发生率增加（Taras等，2006）。众所周知，断奶和采食量减少会导致肠绒毛高度降低和隐窝深度增加，影响肠道完整性，肠道碱性磷酸酶基因的下调及随之而来的碱性磷酸酶活性保护作用的缺失与断奶仔猪肠道完整性差有关（Lackeyram等，2010）。因此，更好地了解通过减少炎症过程和维持肠道完整性来促进肠道健康和调节碱性磷酸酶表达的相关因素可能有助于预防和治疗仔猪肠道疾病。

3 碱性磷酸酶对肠道电解质分泌的影响

健康的肠上皮具有控制体液和电解质分泌的能力，在电解质中Cl-、Na+和K+的定期转运有助于维持细胞内外渗透平衡。氯离子分泌促进细胞旁钠离子的流动和钾离子的流入，而钠离子的腔内积累促进渗透水的扩散，当细菌感染和炎症条件下，这种复杂的调节机制被破坏，可能发生炎性腹泻（Berkes等，2003）。除了细菌脂多糖，热稳定的细菌肠毒素还可以介导环磷酸腺苷和环磷酸鸟苷依赖性囊性纤维化跨膜电导调节剂和钙/氯通道，从而改变渗透梯度，增加细胞向肠腔内的水释放（Eisenhut，2006）。Malo等（2014）认为，碱性磷酸酶活性通过诱导三磷酸腺苷去磷酸化，正向调节共生细菌的生长，导致与潜在病原体的竞争加剧。因此，共生细菌增加的竞争力可能会直接减少致病菌/条件细菌产生肠毒素。

4 饲料添加剂对酶活调控及肠道健康的影响

在猪养殖生产过程中，为了提高母猪的繁殖力和生产年限，早期断奶是猪生产中常见的做法。生产上通常会在仔猪日粮中使用一些功能性饲料添加剂，以此降低断奶仔猪肠道损伤和腹泻。2006年欧盟禁止使用抗生素作为生长促进剂后，由于抗生素可能引起细菌耐药性和对人类的交叉污染，各种饲料添加剂的影响已被广泛研究。丁酸钠、精油和锌是诱导碱性磷酸酶表达或活性的饲料添加剂，这些添加剂调节猪的肠道微生物群（Bederska等，2011）。Weber和Kerr（2008）在体内研究证明，丁酸钠通过上调IL-6的表达来调节脂多糖刺激猪肠系膜淋巴结的免疫应答。Malo等（2014）认为，丁酸钠上调碱性磷酸酶表达，同时可溶性碱性磷酸酶并没有降低上皮细胞内脂多糖诱导的NF-κB激活，但丁酸钠诱导的碱性磷酸酶表达降低了炎症反应对脂多糖的反应。作者得出结论，内源性碱性磷酸酶足以缓解脂多糖诱导的中度炎症，但外源性碱性磷酸酶对严重的肠道损伤也有必要发挥有益作用。尽管已有的促炎细胞因子可能抑制内源性碱性磷酸酶的表达，但丁酸钠可以通过一种尚不清楚的机制逆转其表达，提示其具有潜在的预防应用价值。

另一种抗生素生长促进剂替代品是锌。当锌以治疗剂量（如以氧化锌的形式添加3000mg/kg锌）可以提高动物的生长性能。Kim等（2012）报道了锌增加碱性磷酸酶基因表达的作用，提示锌诱导的碱性磷酸酶表达可能有助于增强肠道健康。精油是另一类调节碱性磷酸酶活性和基因表达的添加剂。食用黑胡椒、胡椒、红辣椒、辣椒素和生姜也会增加碱性磷酸酶活性（Prakash和Srinivasan，2010）。但一种含有百里香酚的商用混合精油并不能调节肉鸡近端肠道的碱性磷酸酶活性，这可能是因为混合精油具有强大的抗菌活性（Jang等，2007）。

5 结论

本综述中描述了一些饲料添加剂可以调节碱性磷酸酶的表达或活性，同时，饲料因素、微生物群和宿主状态之间的相互作用也会影响碱性磷酸酶的表达或活性，但很少有数据表明碱性磷酸酶对猪的影响及其在饲料添加剂中的调节作用，特别是在降低仔猪断奶后腹泻率方面。然而，现有的研究数据支持了碱性磷酸酶在催化单磷酸盐分解和解毒细菌的脂多糖、鞭毛蛋白及细胞外核苷酸方面的作用，导致Toll样受体激活降低，并调节炎症和肠道微生物群。