家禽坏死性肠炎的发病机制及控制措施

文│孙海洋（山东省博兴县纯化镇畜牧兽医站）

祁秀梅（山东省博兴县城东街道畜牧兽医站）

坏死性肠炎是一种复杂、多因素的流行病，表现为急性临床或亚临床疾病。关于家禽中坏死性肠炎的第一份报告发表于20世纪60年代初。肉鸡行业对使用亚治疗剂量的抗菌药物作为抗生素生长促进剂的限制导致了坏死性肠炎等肠道疾病的再次流行。传统养殖肉鸡中坏死性肠炎的发生率为0，而27.4%的无生长促进药物添加的肉鸡经历了临床坏死性肠炎，49%经历了亚临床坏死性肠炎。坏死性肠炎主要影响2周至6个月大的肉鸡，全球坏死性肠炎的年损失估计达60亿美元，巨大的经济损失与生产性能下降、死亡率增加和疾病治疗成本有关。坏死性肠炎的病原产气荚膜梭状芽孢杆菌能感染人类，美国发生的病例中有92%可以追溯到家禽产品。

一、病原学和毒力因子

产气荚膜梭状芽孢杆菌（A型和C型）以前被称为Clostridium

welchii，是家禽中与坏死性肠炎相关的主要病原体。产气荚膜梭状芽孢杆菌是一种箱状、革兰氏阳性、囊封、厌氧孢子细菌，是土壤和哺乳动物肠道中的常见微生物。产气荚膜梭状芽孢杆菌耐高温、干燥和辐射，适宜的生长温度为6～50℃，最佳值为43～47℃，生长的最适pH为6～7.2。能发酵葡萄糖、乳糖、果糖、麦芽糖、甘露糖、半乳糖、蔗糖、肌醇和淀粉，产生乙酸和丁酸，可能含有或不含丁醇。如果没有合适的营养基质，产气荚膜梭状芽孢杆菌会形成休眠孢子，可以长期存活。产气荚膜梭状芽孢杆菌在各种环境条件下的生存能力和大量的毒力因子有助于其在宿主中成功感染活组织，导致坏死。透明质酸酶、唾液酸酶、NetB毒素、催化酶和转运蛋白等毒素的分泌是坏死性肠炎的标志性体征。产气荚膜梭状芽孢杆菌由于其快速的生长代谢在肠道中的竞争力超过其他细菌。

产气荚膜梭状芽孢杆菌缺乏与氨基酸生物合成相关的基因，表明该细菌不能在氨基酸缺乏的环境中生长。为了克服这一弊端，产气荚膜梭状芽孢杆菌拥有一系列毒力因子，这些毒力因子有助于宿主组织的降解和提取细菌在宿主体内生存的必需营养素。产气荚膜梭状芽孢杆菌分离株产生毒素的能力各不相同，根据毒素类型分类，产气荚膜梭状芽孢杆菌可分为6种类型，分别为A～G型，其中与坏死性肠炎相关的是A型和C型。毒力因子主要包括毒素和酶，包括α-毒素、β-毒素、β2-毒素、δ-毒素、肠毒素、ε毒素、NetB毒素、NetE毒素、NetF毒素、NetG毒素和TpeL毒素等。可根据作用机制分为膜破坏酶、造孔毒素、细胞内毒素和水解酶。所有的产气荚膜梭状芽孢杆菌分离株都含有α-毒素基因，α-毒素是一种锌依赖性酶，具有水解真核细胞膜中的磷脂酶C的活性。β-毒素是B型和C型产气荚膜梭状芽孢杆菌产生的最有效的毒素之一，细胞毒性是通过细胞膜上形成的孔介导的，孔的存在允许靶细胞与其环境之间不受控制的离子交换，导致细胞稳态破坏，最终导致细胞死亡。肠毒素基因可以携带在质粒或染色体上，在A型产气荚膜梭状芽孢杆菌中最为常见，肠毒素与受体结合蛋白相互作用形成小的复合物作用于细胞膜形成孔，增加细胞内钙的流入，最终导致细胞死亡。NetB毒素与位于细胞膜上的胆固醇相互作用，介导了细胞孔的形成和低聚化孔的形成，破坏了细胞膜，增加了离子流入，从而导致细胞死亡。TpeL毒素于2007年首次在C型产气荚膜梭状芽孢杆菌的培养上清液中被发现，后经研究发现，TpeL毒素基因在A型、B型和C型的质粒上，TpeL毒素分解后介导不同gtpase糖基化，而gtpase本在蛋白调控和形成中发挥作用，必需蛋白被阻断导致细胞形态和细胞间连接的丧失，最终导致细胞凋亡。

二、发病机制

细菌感染的发病机制大致可分为六个阶段，即靶部位的定植，生长和增殖，营养物质的获取，宿主防御机制的逃避，对宿主组织的损伤以及传播。在快速生长的病原体（如产气荚膜梭状芽孢杆菌）发病机制中，这些阶段是动态的，几乎同时发生，目前尚不完全清楚。肠上皮细胞分泌黏蛋白，黏蛋白形成物理屏障，防止病原体进入，在黏液层的定植对产气荚膜梭状芽孢杆菌感染和发展为坏死性肠炎至关重要。黏蛋白中心糖基化区域上的寡糖为细菌黏附提供了潜在的结合位点，产气荚膜梭状芽孢杆菌具有能利用寡糖作为能量来源的糖苷水解酶和能降解黏蛋白的几丁质酶。降解的黏液可能是产气荚膜梭状芽孢杆菌的营养来源，并促进病菌能在黏膜上定植。球虫感染刺激了T细胞介导的炎症反应，导致宿主肠上皮细胞增加黏液生成，并通过组织损伤释放必需氨基酸，而这些必需氨基酸能促进病菌的生长和定殖。

黏液层降解后，产气荚膜梭状芽孢杆菌分泌的造孔毒素进入上皮细胞，破坏上皮的基底结构域，向细胞间连接发展，并扩散到固有层，由此肠上皮坏死并脱落。完整的肠上皮对吸收、利用营养物质以及防止病原体进入至关重要，肠上皮的相邻细胞通过紧密连接在一起，通过密封细胞旁间隙来维持肠道的完整性。但紧密连接蛋白特别是claudin-3和claudin-4，作为产气荚膜梭状芽孢杆菌分泌的肠毒素的功能受体。肠毒素与claudin蛋白结合形成小的复合物，小复合物聚集插入细胞膜，形成的孔隙允许钙流入，导致细胞死亡。

坏死性肠炎的大体病变通常局限于空肠和回肠，但也可能发生在十二指肠和盲肠。小肠通常很薄，易破，并充满气体。亚临床坏死性肠炎、肝炎、胆管性肝炎和胆囊被絮凝物堵塞有关。胆汁酸能促进产气荚膜梭状芽孢杆菌产孢和肠毒素，说明小肠、十二指肠和空肠上部坏死病变的发生率较高。

三、宿主免疫反应

宿主的免疫反应在坏死性肠炎的研究中差异很大，这种差异可能归因于使用的不同菌株、坏死性肠炎模型及诱发因素等。

肠道黏膜免疫系统在坏死性肠炎的先天免疫反应中发挥着重要作用，肠细胞、上皮内淋巴细胞和先天免疫细胞表达病原体识别受体。先天免疫系统细胞上的病原体识别受体识别与病原体相关的分子基序，如鞭毛蛋白、脂多糖、肽聚糖和细菌遗传物质，并启动对病原体的先天免疫反应。Toll样受体（TLR）是参与非特异性免疫的一类重要蛋白质分子，革兰氏阴性菌的细胞壁肽聚糖被TLR2b识别，TLR4识别革兰氏阳性菌细胞膜的脂多糖组分，TLR5识别革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的鞭毛蛋白。产气荚膜梭状芽孢杆菌感染增加了脾脏和回肠中TLR1.2、TLR2.1、TLR4、TLR7和TLR15的表达，坏死性肠炎的发生上调了十二指肠中TLR2和TLR15 mRNA的表达，这些表明TLR在产气荚膜梭状芽孢杆菌感染的先天免疫反应中的重要性。

活化的巨噬细胞会分泌IL-12，刺激IFN-γ 的产生，从而诱导T细胞分化，启动细胞介导的免疫反应。产气荚膜梭状芽孢杆菌感染可诱导IL-1β、IL-2、IL-12、IL-13、IL-17、IFN-α、IFN-γ和TGF-β的表达。

四、控制策略

饲料中抗生素的几种替代品（如益生菌、益生元和植物提取物等）已被用于控制坏死性肠炎的发病，但这些方法依赖于宿主免疫反应的积极调节、营养操作和病原体减少。此外，应在养殖场制定生物安全措施和疫苗接种策略，限制家禽接触病原生物。益生菌可以由单一菌株或不同菌株的组合组成，黏附在宿主胃肠道黏膜上，竞争性地抑制病原菌定植，积极调节宿主免疫功能。刺激肠道黏膜免疫系统、抑制病原体定植和产生短链脂肪酸是益生元（如甘露果糖、低聚果糖）对宿主肠道健康发挥有益作用的机制。植物提取物是次生植物代谢产物，通常属于硫代葡萄糖苷、异戊二烯衍生物和类黄酮类，这些化合物具有抗菌、抗氧化、抗炎、免疫调节和抗寄生虫等功能，在家禽日粮中补充植物提取物可以刺激内分泌系统，改善小肠消化，并维持肠道微生物稳态。

接种疫苗是预防细菌性疾病在家禽中流行的有效策略，当前针对家禽中大多数产气荚膜梭状芽孢杆菌的疫苗是基于参与特定发病机制的毒素开发的，但目前开发一种有效的保护家禽免受坏死性肠炎的疫苗的进展仍然有限。