植物源饲料添加剂缓解家禽大肠杆菌病的研究进展

郭世伟 金 晓 徐元庆 史彬林

(内蒙古农业大学动物科学学院,呼和浩特 010018)

随着禽肉、禽蛋产品贸易的日益全球化,由病原菌引起的疾病已成为肉产品安全的主要威胁之一,并且引起了广泛关注。其中,由大肠杆菌(Escherichiacoli,E.coli)引起的禽类疾病每年都会造成重大的经济损失。报道称,禽类肉产品易被大肠杆菌感染,且具有人畜共患的可能性[1]。大肠杆菌是一种革兰氏阴性短杆菌,广泛存在于自然界中。而大肠杆菌病是由大肠埃希氏杆菌的致病性血清型菌株及其毒素引起的一种肠道传染性疾病。致病性大肠杆菌对人类、动物、食品和环境的不良影响已被广泛研究。当致病性大肠杆菌入侵机体时,首先通过自身黏附因子黏附于宿主的消化道上皮细胞,通过菌毛、黏附素或F抗原与黏膜表面细胞的特异性受体相结合而实现定植,定植后抑制其他细菌的增殖并裂解释放出内毒素、肠毒素、大肠杆菌素等毒素,最终导致肠道损伤、腹泻、出血性肠炎,严重者甚至死亡(图1)[2]。植物源饲料添加剂因富含生物碱、类黄酮、皂苷、单宁、多酚、百里香酚、大蒜素和多糖等多种生物活性成分,对动物具有促生长、抑菌、免疫调节和抗氧化等积极作用[3],因此被作为抗生素替代品广泛研究。本文综述了植物源饲料添加剂缓解家禽大肠杆菌病的研究近况,为家禽生产中缓解大肠杆菌病提供参考。

1 致病性大肠杆菌对家禽的不良影响

大肠杆菌病是一种常见的细菌性传染病,其传播速度快、病程短、治疗困难、死亡率高。大部分病鸡表现出精神极度沉郁、缩颈闭目、食欲不振、采食量减少、饮水量增加、双翅下垂、羽毛杂乱、独自离群、拒绝走动,且少数病鸡伴有头部震颤;当家禽感染致病性大肠杆菌病时,会引起多种病症,如腹膜炎、败血症、心包炎,导致孵化率下降,严重时甚至导致死亡[4]。据报道,在第1天给肉鸡腹腔感染大肠杆菌O78后,第7、14、21和28天感染组肉鸡的体重均低于未感染组,表明感染大肠杆菌会导致肉鸡的体重降低[5]。Farouk等[6]报道,大肠杆菌感染使肉鸡血清胆固醇、尿酸(UA)和肌酐(Cr)含量升高,谷草转氨酶(AST)和谷丙转氨酶(ALT)活性增加,葡萄糖(GLU)含量降低,影响肝脏和肾脏功能的发育。此外,研究发现,鸡感染大肠杆菌后表现出心肌纤维断裂、间隙增宽、严重出血、呈现波浪状,肝脏肿大、充血等症状,通过检测发现心脏和肝脏中肌酸激酶(CK)、乳酸脱氢酶(LDH)、髓过氧化物酶(MPO)活性和活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)含量升高,总抗氧化能力(T-AOC)及过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽巯基转移酶(GST)活性降低,红系衍生的核因子2相关因子2(Nrf2)的基因表达水平升高,且血红素氧合酶-1(HO-1)、醌氧化还原酶-1(NQO-1)的基因表达水平下降,从而导致肝脏和心脏氧化损伤[7-8]。其原因可能是致病性大肠杆菌产生的内毒素——脂多糖(LPS),可引起机体产生过量的ROS或活性氮(RNS),超过宿主的防御能力,使MDA等氧化应激产物含量升高,最终引起一系列氧化损伤。研究表明,当肉鸭感染大肠杆菌后血清球蛋白、LPS和MDA含量升高,白蛋白含量、T-AOC和SOD活性降低,空肠中ROS的产生量增加,腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)的消耗加快,从而使机体产生氧化应激和能量代谢紊乱[9]。

此外,Wang等[10]研究发现,大肠杆菌LPS会诱导肉鸡产生免疫应激,2 h时,血清皮质醇和白细胞介素(IL)-1β含量显著升高,但在8和24 h时无显著差异。研究发现,感染大肠杆菌对肠道屏障功能影响较大,大肠杆菌O78攻毒肉鸡使血清二胺氧化酶(DAO)活性升高,降低了回肠闭锁蛋白(Occludin)、封闭蛋白(Claudin)-1和闭锁小带蛋白(ZO)-1的基因表达水平,增加了肿瘤坏死因子(TNF)-α、干扰素(IFN)-γ、IL-1β、IL-6、IL-8和Toll样受体(TLR)4的基因表达水平,从而损伤其肠黏膜形态,增加肠道通透性,破坏肠道健康[11]。这可能是由LPS引起的机体炎症反应,LPS通过与TLR家族中的受体结合,激活核因子-κB(NF-κB)通路,使TLR与髓样分化因子88(MyD88)结合,结合后产生的炎症因子激活了丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB(图2)[12]。

APEC:禽致病性大肠杆菌 avian pathogenic E.coli。

2 植物源饲料添加剂缓解家禽大肠杆菌病的机理

目前对于家禽大肠杆菌病的预防和治疗主要以抗生素为主,因此采用绿色、无污染的添加剂预防和治疗家禽大肠杆菌病对家禽养殖业具有重要意义。报道称,通过使用植物提取物能够有效地缓解家禽大肠杆菌病。例如,博落回生物碱、迷迭香提取物和桑叶水提物能够不同程度地降低大肠杆菌感染鸡的腹泻率和死亡率,提高生长性能[13-15]。此外,研究发现,饲粮添加400 mg/kg迷迭香提取物能够提高大肠杆菌攻毒的肉鸡血清GLU含量和AST活性[15]。与此相反的是,Farouk等[6]研究发现,添加胡芦巴降低了大肠杆菌感染肉鸡的血清AST、ALT活性及UA、Cr、GLU含量,但均改善了大肠杆菌感染肉鸡的能量代谢及肝脏和肾脏功能,添加迷迭香和胡芦巴可通过增加肉鸡血清免疫球蛋白(Ig)G、降低IL-6含量,缓解大肠杆菌的负面影响。也有报道称,当蛋雏鸡感染大肠杆菌O78时,甜叶菊绿原酸有提高血清IgA和IgM含量的趋势,可不同程度降低血清炎性因子TNF-α含量[16]。由此可见,植物源饲料添加剂能够改善感染大肠杆菌家禽的生长性能和血液指标。此外,植物源饲料添加剂在缓解家禽大肠杆菌病的分子调控机制以及通过调节肠道屏障功能缓解家禽大肠杆菌病等方面报道较多。

SCFAs:短链脂肪酸 short-chain fatty acids;sIgA:分泌型免疫球蛋白A secretory immunoglobulin A;AMP:抗菌肽 antimicrobial peptide;TJ:紧密连接 tight junction;MUC2:黏蛋白2 mucin 2;DC cells:树突状细胞 dendritic cells;T cells:T细胞 thymus dependent lymphocyte cells;B cells:B细胞 bursa dependent lymphocyte cells;IL-10:白细胞介素-10 interleukin-10;CPA:环磷酰胺 cyclophosphamide;TLR:Toll样受体 Toll-like receptor;NF-κB:核因子-κB nuclear factor kappa-B;MAPK:丝裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinase;NO:一氧化氮 nitric oxide;ROS:活性氧 reactive oxygen species;SOD:超氧化物歧化酶 superoxide dismutase;GSH:谷胱甘肽 glutathione;CAT:过氧化氢酶 catalase;LPS;脂多糖 lipopolysaccharide;IκB:核因子κB抑制蛋白 inhibitor of nuclear factor kappa-B;iNOS:诱导型一氧化氮合酶 inducible nitric oxide synthase;COX-2:环氧合酶-2 cyclooxygenase-2;IL-1β:白细胞介素-1β interleukin-1β;IL-6:白细胞介素-6 interleukin-6;IL-12:白细胞介素-12 interleukin-12。

2.1 通过分子调控机制缓解家禽大肠杆菌病

大肠杆菌作为革兰氏阴性细菌,其细胞壁上的内毒素(LPS)是主要的致病成分之一,LPS可被细胞膜表面的TLR4特异性识别,诱导肠上皮细胞释放大量的炎性因子,同时刺激机体产生过量的ROS,进而产生氧化应激。报道称,饲粮添加迷迭香提取物和南非醉茄(Withaniasomnifera)根提取物可通过提高血清SOD、CAT、GST和谷胱甘肽还原酶活性及T-AOC,缓解大肠杆菌感染肉鸡造成的氧化损伤[15,17]。另外,饲粮添加芦荟叶提取物也能提高感染大肠杆菌O78肉鸡血清SOD和CAT活性[5]。这可能是植物提取物中含有黄酮类、多糖类、生物碱类和多酚类等活性物质,这些活性物质能够提高机体GSH-Px、SOD和CAT等的活性,从而加强机体的抗氧化能力[14,18];也可能是植物提取物中的生物活性物质通过抑制大肠杆菌的增殖、清除自由基来增强机体抗氧化能力[19-20]。此外,人参皂苷能降低大肠杆菌LPS诱导的肉鸡炎症反应,缓解氧化损伤,上调哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、HO-1和SOD-1的表达,调节相关因子的表达,抑制NF-κB信号通路,从而缓解大肠杆菌造成的应激[21]。

研究发现,240 μg/mL海藻多糖孵育上皮细胞24 h后,可抑制大肠杆菌激活NF-κB信号通路,其中TLR4、MyD88、核因子κB抑制蛋白α(IκBα)和p-65基因表达降低,磷酸化p65/p65蛋白表达比例降低[22]。TLR家族由跨膜受体组成,在识别病原体相关分子模式中发挥作用,在其家族中,TLR4是来自革兰氏阴性细菌(如产肠毒素大肠杆菌K88)内毒素的受体,它向MyD88传递信号,导致IκBα磷酸化,进而诱导IκBα降解和NF-κB磷酸化,后者随后被释放到细胞核中,并在细胞核中诱导炎性细胞因子的表达(图2)[12]。在小肠上皮细胞的炎性损伤模型中,通过检测产肠毒素大肠杆菌O139对猪小肠上皮细胞(IPEC)-J2的黏附,发现槲皮素降低了大肠杆菌对IPEC-J2的黏附能力,可降低细胞释放LDH,抑制其分泌促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α,并降低促炎因子与TLR4、MyD88和NF-κB的基因表达水平,减轻大肠杆菌O139诱导IPEC-J2产生的炎性损伤,发挥其抗感染和消炎作用,保护肠道细胞免受细菌感染,同时影响大肠杆菌的转录,抑制大肠杆菌群体感应及其生物膜生成相关的基因表达[23]。此外,张瀚元[24]研究发现,复方中药通过下调炎症信号通路中TLR4和NF-κB的基因表达水平来降低炎症反应,使感染大肠杆菌病的肉鸡得到治疗。另外,中药与益生菌也可通过调控IL-2、IL-10和TLR4的基因表达水平,对大肠杆菌感染肉鸡产生协同保护作用[25]。

张明[26]研究发现,染料木黄酮能够使IPEC的电阻值增加,细胞通透性降低,并通过上调紧密连接蛋白ZO-1、Caudin-1和E-钙黏蛋白的基因表达水平和信号通路中磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)、mTOR的蛋白表达水平来提高IPEC屏障功能。另有报道称,海藻多糖可通过抑制猪肠上皮细胞NF-κB通路中相关基因表达水平的升高,降低促炎反应,缓解肠上皮Occludin、Claudin-1和ZO-1基因和蛋白表达水平的下调和IPEC-J2跨膜电阻降低,来减少大肠杆菌的黏附和侵袭,从而缓解肠毒素大肠杆菌诱导的肠上皮细胞屏障功能障碍[22]。

常凌[27]从代谢组和转录组分析出没食子酸缓解肉鸡大肠杆菌病的潜在机制,可能是没食子酸通过影响禽致病性大肠杆菌O78氨基酸的代谢途径,间接影响到细菌蛋白质的合成,使细菌无法合成毒力因子(如鞭毛等),从而干扰了大肠杆菌的黏附率,进而影响其生物膜的形成;并使细菌无法完成群体感应系统的建立,达到抑菌的效果;同时体外试验结果也表明,没食子酸能够显著抑制大肠杆菌的生长、生物膜形成和黏附能力。此外,Zhou等[28]通过体外试验发现,绿茶多糖缀合物能够破坏大肠杆菌外壁结构,导致ROS在细胞内积聚,通过提高大肠杆菌外膜的通透性来破坏其细胞膜完整性,进而影响其增殖,达到破坏大肠杆菌的目的。Ruan等[29]报道,白藜芦醇通过调节禽致病性大肠杆菌双组分系统中蛋白质的水平,特别是通过降低趋化性蛋白质的水平来抑制生物膜的形成,初步得出白藜芦醇处理后,大肠杆菌的嘌呤、丙酮酸、乙醛酸和二羧酸代谢发生了变化,并发现丙酮酸脱氢酶可能是抑制大肠杆菌生物膜形成的潜在靶点。此外,Shi等[30]采用转录组学的手段发现,大肠杆菌感染肉鸡72 h后诱导脾脏组织基因表达水平上出现表达异常的调节蛋白,共有278个蛋白(5.7%)和2 443个基因(24.4%)表达异常,其中,上调的蛋白和基因在吞噬体和溶酶体通路中持续富集,表明大肠杆菌感染激活了吞噬体成熟通路,成熟的吞噬体很大程度上能够杀死入侵的大肠杆菌,从而确定宿主应对致病性大肠杆菌感染反应的候选基因,为今后缓解家禽大肠杆菌病提供思路。

2.2 通过调节肠道屏障功能缓解大肠杆菌病

肠道是机体重要的消化和吸收器官,也是最大的免疫器官。肠道屏障主要包括微生物、化学、物理和免疫屏障(图3)[31],且在抵御病原体和毒素等有害物质入侵机体时,发挥着重要防御作用。

2.2.1 微生物屏障

肠道内的共生微生物构成肠道微生物屏障,不仅通过争夺有限的营养物质和释放抗菌物质来抑制病原体的增殖,而且还参与宿主的多种生理过程[32]。据报道,水飞蓟素可通过抑制大肠杆菌感染肉鸡回肠病原菌(大肠杆菌、沙门氏菌和克雷伯氏菌)数量,提高绒毛吸收表面积,来改善肉鸡的肠道健康,缓解大肠杆菌造成的不利影响[33]。此外,研究发现,饮水中添加赤芍黄柏制剂可使雏鸡肠道内乳杆菌和粪肠球菌等益生菌的相对丰度增加,大肠杆菌和葡萄球菌等有害菌受到抑制,从而缓解大肠杆菌所致的肠道疾病[34]。另有研究表明,甜叶菊绿原酸处理可提高腹气囊感染大肠杆菌O78的蛋雏鸡盲肠厚壁菌门的相对丰度,降低拟杆菌门和变形菌门的相对丰度,从而改善大肠杆菌对肠道屏障的损伤[16]。此外,贺文祥[14]研究发现,饲粮中添加1 200 mg/kg桑叶水提物可改善肠道黏膜形态结构和盲肠微生物区系,降低菌群的相对丰度和多样性,从而缓解大肠杆菌攻毒带来的不利影响。另有报道称,饲喂添加牛膝多糖饲粮的肉鸡感染大肠杆菌后,盲肠中大肠杆菌和粪肠球菌数量低于饲喂基础饲粮的感染大肠杆菌肉鸡,表明牛膝多糖具有降低致病微生物相对丰度的优势[35]。

图3 肠道屏障的组成

短链脂肪酸(SCFAs)是微生物屏障的重要组成部分,是后肠中饲料纤维经细菌发酵产生的代谢产物,主要由乙酸、丙酸和丁酸等组成。SCFAs可以抑制多种病原菌的定植,如大肠杆菌,进而维持稳定的微生物环境[36]。报道称,黄芩苷通过逆转禽致病性大肠杆菌感染导致的肠道菌群失衡,并增加肠道中产SCFAs细菌的相对丰度,促进肠道SCFAs的产生,高浓度的SCFAs(特别是乙酸)从肠道迁移至肺脏,抑制大肠杆菌引起的肺脏炎性损伤,并维持气血屏障的完整性,发挥抗大肠杆菌病的作用[37]。Liu等[35]研究发现,添加牛膝多糖组的肉鸡盲肠内容物中瘤胃球菌科和毛螺菌科的相对丰度较高,瘤胃球菌科主要产生乙酸和丁酸,参与微生物群相关碳水化合物代谢的第1步,可降解肠道中的多糖;而毛螺菌科主要产生丁酸,2种菌科相对丰度的升高意味着SCFAs的产量增加,能够抑制大肠杆菌等肠道病原微生物的增殖,维持肠道微生物群的平衡。另外,SCFAs也可通过调控宿主的免疫和炎症水平维持肠道菌群稳态,预防肠道的炎症反应,维持肠道屏障完整性,促进上皮细胞对营养物质的吸收,防止有害物质和传染源进入;SCFAs通过免疫系统和肠道微生物群落之间的密切联系,影响体内促炎和抗炎细胞因子的平衡[38]。

2.2.2 化学屏障

化学屏障由胃酸、消化酶、糖蛋白、黏蛋白和抑菌物质等组成,可防止肠上皮细胞损伤和细菌易位。肠黏膜上皮细胞分布的杯状细胞分泌黏液,形成半透明状的黏液层,在肠黏膜表面与肠道上皮细胞竞争位点结合,阻碍细菌与肠上皮细胞结合[39]。胃酸呈酸性,可通过杀灭由外部进入的胃肠道的细菌,保护肠道免受病原菌侵袭[31]。Jahanian等[33]研究发现,饲粮添加水飞蓟素可通过调节大肠杆菌攻毒的肉鸡空肠杯状细胞的数量,改善大肠杆菌病。另外,分泌型免疫球蛋白A(sIgA)主要分布于肠道黏液层,是衡量肠道屏障的重要指标。雏鸡饲喂黄芪多糖、黄芪总皂苷、非解乳糖链球菌、植物乳杆菌和枯草芽孢杆菌后,可提高其大肠杆菌感染后肠道组织中sIgA含量[40]。此外,研究发现,饲粮中添加牛膝多糖可以通过介导sIgA的释放,来增强大肠杆菌感染肉鸡的肠黏膜屏障功能[35]。黏蛋白2(MUC2)也是肠黏液层的重要组成部分,由杯状细胞分泌,在避免不利因素引起的肠黏膜损伤、润滑肠道以维持正常的屏障功能方面起着重要作用,并参与营养物质吸收和抵抗细菌、病毒和寄生虫的入侵,缺乏MUC2会导致病菌直接与肠黏液层接触,从而发生自发性结肠炎。研究表明,饲粮添加染料木黄酮能够使感染大肠杆菌的肉鸡回肠中MUC2的基因表达水平明显升高,从而提高肠黏膜屏障功能[26]。

2.2.3 物理屏障(机械屏障)

物理屏障由黏膜层、肠上皮细胞和细胞间的紧密连接组成,在调节肠道通透性中扮演重要角色。而肠道通透性是衡量肠道损伤程度的重要指标,D-乳酸、DAO和内毒素是反映肠道通透性的重要参考指标。研究发现,添加水解小麦面筋也可减轻大肠杆菌O78攻毒对肉鸡血清DAO和紧密连接蛋白基因表达水平的影响,有效地改善肉鸡回肠因大肠杆菌感染引发的肠道屏障功能障碍[11]。肠道黏膜形态结构与其对营养物质的吸收能力有关,也是物理屏障的重要组成;绒毛高度、隐窝深度及绒毛高度/隐窝深度(绒隐比)是衡量肠道黏膜形态结构完整性和功能状态的重要指标,绒隐比升高表明小肠的消化吸收能力增强,比值降低表示小肠消化能力减弱、黏膜受损,进而影响消化吸收[41]。研究表明,饲粮添加400 mg/kg迷迭香提取物对大肠杆菌攻毒的肉鸡空肠形态结构无显著影响,但使回肠隐窝深度降低,绒隐比升高,有效地缓解了肉鸡肠道黏膜形态的损伤[15]。此外,Liu等[35]研究发现,与感染大肠杆菌K88组的肉鸡相比,饲粮添加牛漆多糖能够提高肉鸡肠道的绒隐比,降低隐窝深度,表明添加牛膝多糖能够改善感染大肠杆菌肉鸡的肠道形态。

细胞间紧密连接的通透性决定着整个肠上皮细胞的屏障功能,它是由多种具有特定功能的蛋白组成,包括Claudins、Occludin、连接黏附分子3种跨膜蛋白以及ZO等胞内蛋白,Claudins和Occludin为紧密连接结构的骨架,ZO则是紧密连接支持结构的基础,用以连接跨膜蛋白(图4)[42]。

sIgA:分泌型免疫球蛋白A secretory immunoglobulin A;JAM:连接黏附分子 junctional adhesion molecules;ZO-1:闭锁小带蛋白-1 zonula occludens-1;Myosin:肌球蛋白;MLCK:肌球蛋白轻链激酶 myosin light chain kinase;PKC:蛋白激酶 protein kinase C。

各种病原体或内毒素均会破坏上皮细胞紧密连接蛋白,如梭状芽孢杆菌(Clostridiumdifficile)、脆弱拟杆菌(Bacteroidesfragilis)、大肠杆菌、霍乱弧菌(Vibriocholera)、产气荚膜梭菌(Clostridiumperfringens)等[43]。内源性致病性大肠杆菌感染肠上皮细胞通过肌球蛋白轻链激酶(MLCK)刺激肌球蛋白轻链(MLC)磷酸化,从而破坏紧密连接结构。MLCK刺激MLC磷酸化后,会刺激细胞骨架收缩,从而导致跨膜电阻下降和细胞通透性增强,这可能是通过对连接周围肌动球蛋白环插入的带黏连区域的细胞膜施加张力造成的。这种张力传递到紧密连接,从而增加细胞旁的渗透性(图5)[44]。或者,细胞骨架收缩可通过直接相互作用影响紧密连接蛋白。致病性大肠杆菌可以改变Occludin,对屏障的形成至关重要。当被致病性大肠杆菌感染后,Occludin从紧密连接转移到细胞的细胞质中,同时伴随着蛋白质去磷酸化[45]。报道称,染料木黄酮能够使感染大肠杆菌的肉鸡肠道中Claudin-1、ZO-1和Occludin的蛋白表达恢复正常,从而缓解大肠杆菌造成的损伤[46]。此外,研究发现,植物提取物添加剂通过提高肠绒毛形态和回肠Claudin-1的基因表达水平,改善肠道完整性,从而缓解大肠杆菌对断奶仔猪造成的肠道损伤[3]。

ZO-1:闭锁小带蛋白-1 zonula occludens-1;MLCK:肌球蛋白轻链激酶 myosin light chain kinase;TNFR:肿瘤坏死因子受体 tumor necrosis factor receptor;IL-1βR;白细胞介素-1β受体 interleukin-1β receptor;IL-13R:白细胞介素-13受体 interleukin-13 receptor;CaM:钙调节蛋白 calmodulin;Ca2+:钙离子 calcium ion;Actin:肌动蛋白;Mysosin:肌球蛋白;Actin binding:肌动蛋白结合;ATP binding:ATP结合。

2.2.4 免疫屏障

免疫屏障由定位于上皮细胞或肠上皮细胞以下的各种免疫细胞组成,如T细胞、B细胞、巨噬细胞和树突状细胞,它们共同保护肠道免受病原体入侵,维持肠道健康。免疫细胞分泌的细胞因子在肠道免疫屏障中发挥着重要作用,研究发现,染料木黄酮能够降低感染大肠杆菌的肉鸡空肠中IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ的基因表达水平,从而缓解大肠杆菌造成的损伤[46]。此外,甜叶菊绿原酸可不同程度降低感染大肠杆菌O78蛋雏鸡的回肠炎性因子IL-1β、IL-2和TNF-α的基因表达水平[16]。Su等[47]研究表明,黄芪多糖可减轻大肠杆菌所致鸡肠微血管损伤,降低肠道组织中TNF-α、IL-1β和诱导型一氧化氮合酶(iNOS)以及E-选择素、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)的基因表达水平,从而减轻大肠杆菌引起的肠水肿和出血症状,并抑制上皮生长因子(EGF)、碱性成纤维细胞生长因子、TLR4和NF-κB的表达,其修复机制可能是通过TLR4-NF-κB信号通路介导的。此外,Wu等[11]研究发现,饲粮中添加水解小麦面筋通过降低TLR4和炎症因子(TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6和IL-8)的基因表达水平来抑制大肠杆菌感染肉鸡的炎症反应,并通过上调紧密连接(Claudin-1和ZO-1)的基因表达水平,缓解大肠杆菌感染肉鸡的肠道黏膜损伤和屏障功能障碍。其潜在的机制可能是:NF-κB旁路依赖的MLCK基因表达增加介导细胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)含量升高,从而诱导紧密连接通透性增加,由此推测,通过抑制NF-κB可缓解由MLC过度磷酸化对紧密连接结构重排的影响(图6)[48]。

TJ:紧密连接 tight junction;TNF-α:肿瘤坏死因子-α tumor necrosis factor-α;NF-κB:核因子-κB nuclear factor kappa-B;MLCK:肌球蛋白轻链激酶 myosin light chain kinase;MLC:肌球蛋白轻链 myosin light chain。

3 小 结

大肠杆菌病对禽类的影响甚大,当其感染大肠杆菌病时,表现出精神上极度沉郁,羽毛杂乱,血液生化指标异常,心脏、肺脏、肝脏和肾脏功能发育迟缓,机体免疫功能低下,肠道屏障功能受损,严重时会导致死亡,给养禽业造成巨大的经济损失。因此,缓解家禽大肠杆菌病迫在眉睫。目前,大多数的报道主要集中于植物源饲料添加剂缓解家禽大肠杆菌病后改善宿主的健康状态(如生长性能、血液指标等),但缺乏其如何抑制或杀死致病性大肠杆菌方面的研究。文中主要介绍了致病性大肠杆菌对家禽的不良影响,以及植物源饲料添加剂缓解家禽大肠杆菌病的调控机制。另外,基于大肠杆菌中糖原粒子的稳定性和脆弱性不同[49],未来植物源饲料添加剂可从改变大肠杆菌的糖原结构方面进行研究。也可通过调节三羧酸循环和蛋氨酸代谢这2个关键的生长相关途径抑制致病性大肠杆菌的生长[50],来研究植物源饲料添加剂破坏致病性大肠杆菌的生长,缓解家禽大肠杆菌病,进而为家禽生产中防治大肠杆菌病提供理论依据。