丁酸鈉對斷奶仔豬腸黏膜屏障功能的影響

皮定安 香紅星 劉玉蘭

(1.動物營養(yǎng)與飼料科學(xué)湖北省重點實驗室，武漢工業(yè)學(xué)院動物科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院，湖北武漢 430023；2.武漢多寶微生物技術(shù)有限公司，湖北武漢 430312)

仔豬的消化系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)發(fā)育不完善，而早期斷奶受到生理、營養(yǎng)和環(huán)境的突然改變，易引起“早期斷奶綜合征”，表現(xiàn)為采食量下降、生長受阻和腹瀉，并且免疫力下降，易受疾病侵害，是仔豬出生后所面臨的一大應(yīng)激，同時也是造成腸道受損的主要原因[1]；因此，腸道屏障的完整性與腸道免疫功能的正常發(fā)揮對仔豬健康生長非常重要。丁酸鈉的有效成分是丁酸，是當(dāng)今備受關(guān)注的抗生素替代物之一。本文僅就丁酸鈉對斷奶仔豬腸黏膜屏障功能的影響做一綜述。

1 腸黏膜屏障的結(jié)構(gòu)和功能

腸道不僅是消化和吸收營養(yǎng)物質(zhì)的重要場所，也是體內(nèi)最大的免疫和內(nèi)分泌器官[2]。腸道黏膜長期接觸大量的來自食物和消化道的機械、化學(xué)性刺激，比起機體其他系統(tǒng)，腸道更易受到損傷。食糜中的抗原物質(zhì)、有害物質(zhì)與消化道黏膜血管之間僅以單層柱狀上皮和一層黏液層相隔離。要防止疾病對仔豬的侵害就必須要求其具備良好的腸黏膜屏障功能。正常腸道黏膜屏障由機械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障、生物屏障與腸黏膜固有層分子篩共同構(gòu)成[3]。

1.1 機械屏障

腸黏膜機械屏障是由腸黏膜上皮細胞、上皮細胞側(cè)面的細胞連接和上皮基膜共同構(gòu)成[3]。腸上皮為單層柱狀上皮，由柱狀細胞、杯狀細胞和少量的內(nèi)分泌細胞組成。柱狀細胞電鏡下紋狀緣由密集排列的微絨毛構(gòu)成，微絨毛表面有一層較厚的細胞衣，而相鄰細胞頂部有連接復(fù)合體封固，可防止腸腔內(nèi)物質(zhì)進入深部組織，起屏障作用。杯狀細胞散于柱狀細胞之間，分泌黏液及黏蛋白附于上皮表面，有潤滑和保護作用。此外，消化道的蠕動和呼吸道黏膜纖毛的運動不僅對腸腔內(nèi)微生物有機械清除作用，而且還可以阻止微生物黏附到黏膜上。

1.2 化學(xué)屏障

呼吸道和消化道各器官分泌的各種分泌物（含有溶菌酶、補體、膽汁等）構(gòu)成了仔豬抗感染的化學(xué)屏障。胃分泌的胃酸在小腸的起始端起作用，能破壞日糧抗原并能有效抑制多種微生物進入小腸，而進入小腸的某些微生物對小腸中的膽汁也非常敏感；另外，胰液中的蛋白酶能夠破壞細菌細胞膜。腸道杯狀細胞分泌的黏液既可保護腸上皮免受機械損傷，又可把抗原物質(zhì)網(wǎng)粘住，使其更易被胰蛋白分解酶和腸上皮蛋白分解酶降解[4]。

1.3 免疫屏障

腸道的免疫學(xué)屏障主要由腸黏膜吸收上皮細胞和腸道相關(guān)淋巴組織構(gòu)成，腸黏膜吸收上皮細胞在調(diào)節(jié)機體天然和獲得性免疫中具有重要作用。其中分泌型IgA是體內(nèi)分泌最多的免疫球蛋白，主要存在于胃腸道和黏膜表面，IgA通過腸上皮細胞或在細胞間隙間與上皮細胞產(chǎn)生的分泌片段結(jié)合形成S-IgA。IgA的分泌成分可使S-IgA對蛋白質(zhì)敏感性降低，讓黏液更具有黏稠性，有效增強了黏附作用及防御能力，以避免病原微生物對腸黏膜的損害[5]。腸道黏膜固有層中含有大量的T淋巴細胞、B淋巴細胞、巨噬細胞、肥大細胞等，這些免疫細胞一方面參與免疫反應(yīng)，另一方面通過所分泌的細胞因子參與獲得性免疫。

1.4 生物屏障

腸道中的大量正常菌群又被稱為“生物屏障”。它是一個既相互依存又相互制約的微生態(tài)系統(tǒng)，具有相對的穩(wěn)定性，包括需氧菌、厭氧菌、兼性菌。現(xiàn)已確認，以雙歧桿菌為主的專性厭氧菌定植于黏膜上皮表面形成菌膜，能阻止條件致病菌對黏膜的黏附和定植。任何原因引起腸道微生態(tài)紊亂，優(yōu)勢繁殖的細菌便有可能突破受損的黏膜屏障而移位[6-7]。

1.5 腸黏膜固有層結(jié)締組織與分子篩

固有層內(nèi)的結(jié)締組織細胞間質(zhì)中充滿凝膠狀的基質(zhì)成分，其中除含水分外，主要是蛋白多糖。蛋白多糖是蛋白質(zhì)和糖胺多糖構(gòu)成的大分子。糖胺多糖包括透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸角質(zhì)素及肝素。透明質(zhì)酸是長鏈大分子，以透明質(zhì)酸鏈為主鏈，通過蛋白質(zhì)連接硫酸軟骨素、硫酸角質(zhì)素及肝素構(gòu)成具有微小空隙的分子篩，此分子篩允許小分子物質(zhì)通過，但對大分子物質(zhì)起阻擋作用，以此構(gòu)成分子生物學(xué)屏障[3]。

2 斷奶對仔豬腸黏膜屏障功能的影響

早期斷奶仔豬消化器官重量和體積都較小，與營養(yǎng)物質(zhì)消化有密切關(guān)系的小腸絨毛長度、小腸上皮凹陷深度、絨毛面積和淋巴細胞等正處于生長發(fā)育階段，此時由母乳到固體飼料的轉(zhuǎn)變對仔豬腸壁形態(tài)結(jié)構(gòu)有很大的影響。一方面腸絨毛受損，同時細菌毒素刺激腸道黏膜，引起炎癥，刺激腸道蠕動加快，仔豬營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收出現(xiàn)障礙，腸道無法獲得足夠的營養(yǎng)而迅速發(fā)育成熟，導(dǎo)致組織黏膜萎縮、黏液分泌減少；另一方面日糧中的抗原進入腸道可能引發(fā)過敏反應(yīng)，使得腸細胞有絲分裂速度加快，隱窩深度增加，頂端腸細胞的脫落速度增快，成熟腸細胞損失加劇，導(dǎo)致酶活性和吸收力下降，而且很可能使小腸對病原體的敏感性提高，從而導(dǎo)致腸道組織的進一步損傷[8-10]。

3 丁酸鈉對腸黏膜屏障功能的影響

3.1 丁酸鈉的結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

丁酸鈉又稱正丁酸鈉鹽，分子式為C4H7O2Na，白色或類白色粉末，有特殊的奶酪酸敗樣的脂臭味。易溶于水，水溶液pH值呈堿性。該產(chǎn)品的有效成分是丁酸，丁酸是一種短鏈揮發(fā)性脂肪酸，但由于丁酸具有游離性和揮發(fā)性，因此畜牧和飼料生產(chǎn)中將其制成相對穩(wěn)定的鈉鹽。

3.2 丁酸鈉對腸黏膜屏障功能的作用

3.2.1 丁酸鈉對腸黏膜機械屏障的作用

其有效成分丁酸作為一種短鏈揮發(fā)性脂肪酸，以非離子彌散性吸收為主要吸收方式，小腸的空腸和回腸段是其主要的吸收部位。丁酸可為動物機體及其組織細胞提供快速且易于吸收的能量來源，促進胃腸道細胞的增殖和成熟。有試驗報道，丁酸灌腸劑能降低腸道黏膜的損害并能治療由腸炎引起的腹瀉[11]。在仔豬日糧中添加1 g/kg丁酸鈉后發(fā)現(xiàn)，仔豬空腸和結(jié)腸的黏膜上皮完整，腸絨毛更加粗壯；黏膜吸收細胞呈高柱狀，排列整齊，游離面有明顯的紋狀緣；杯狀細胞散在柱狀細胞之間，試驗組細胞數(shù)量比抗生素組增多1.4～1.7倍[12]。鐘翔等[13]認為，日糧中添加丁酸鈉能改善斷奶仔豬腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)，促進消化器官的生長發(fā)育。研究表明，丁酸鈉具有維持腸黏膜上皮細胞結(jié)構(gòu)完整性的功能，因此能加強腸黏膜機械屏障作用。

3.2.2 丁酸鈉對腸黏膜化學(xué)屏障的作用

研究發(fā)現(xiàn)，揮發(fā)性有機酸（甲酸、丙酸、丁酸）具有較好的殺菌作用，能直接擴散進入細胞內(nèi)，通過降低胞內(nèi)pH值，抑制某些大分子的代謝，破壞病原菌細胞膜的完整性，從而達到殺菌作用。同時，丁酸也可以促進腸黏膜的修復(fù)及其功能恢復(fù)，并且能夠抑制炎癥細胞因子的產(chǎn)生和釋放，從而起到抗炎癥作用。其揮發(fā)性有機酸鹽丁酸鈉，盡管不能降低病原菌細胞間質(zhì)的pH值，但也具有一定的抗菌作用[14]。此外，丁酸鈉還可以影響膽汁降解。因此，丁酸鈉在一定程度上能加強腸黏膜化學(xué)屏障的功能。

3.2.3 丁酸鈉對腸黏膜免疫屏障的作用

王繼鳳等[12]研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可引起斷奶仔豬小腸肥大細胞、上皮內(nèi)淋巴細胞和腸黏膜杯狀細胞的數(shù)量不同程度地增加。章亮等[15]實驗結(jié)果表明，添加丁酸鈉組的空腸上皮內(nèi)淋巴細胞數(shù)量比對照組顯著提高。而肥大細胞是天然免疫的效應(yīng)細胞之一，能通過所分泌的細胞因子參與獲得性免疫[16]。上皮內(nèi)淋巴細胞是位于腸絨毛上皮細胞之間的特殊淋巴細胞群，是黏膜免疫系統(tǒng)中最先接觸抗原的免疫活性細胞，而且通過偽足與上皮細胞接觸，加速上皮細胞再生，在腸道中起重要的免疫屏障作用[17]。杯狀細胞分泌的黏蛋白和柱狀細胞分泌的復(fù)合糖蛋白是腸道黏膜上皮細胞表面的細胞衣，是潛在致病原的重要物理屏障[18]。這些細胞數(shù)量的增加表明丁酸鈉能提高腸黏膜免疫屏障的功能。

3.2.4 丁酸鈉對腸黏膜生物屏障的作用

丁酸為親水、脂兩性，且在pH值4～6時不易被分解，飼喂后大部分能避過胃液的酸性環(huán)境，直接進入盲腸和結(jié)腸繼續(xù)發(fā)揮作用。它一方面進入細菌細胞內(nèi)可分解為丁酸根離子和氫離子，隨著胞內(nèi)氫離子濃度的提升，抑制對氫離子耐受性差的大腸桿菌、沙門氏菌等一些病原微生物的生長，從而減少病原菌與動物機體爭奪營養(yǎng)物質(zhì)，減少其它消化道疾病的發(fā)生。有研究表明，丁酸可以降低毒性基因的表達和降低沙門氏菌對上皮細胞的攻擊[19]。另一方面丁酸能促進一些有益菌的生長，使腸道中有益菌和有害菌處于一個動態(tài)的平衡過程，具有類似于抗生素的作用。郭小華等[20]的研究也表明，在斷奶仔豬日糧中添加0.1%的丁酸鈉，可以在一定程度上改善胃腸道微生物菌群的環(huán)境，增加腸道乳酸桿菌的數(shù)量，降低腸道大腸桿菌的數(shù)量。

4 結(jié)語

綜上所述，丁酸鈉能在一定程度上提高斷奶仔豬腸黏膜屏障功能，而它作為一種新型飼料酸化劑，具有綠色無污染、無有害殘留的特點，并能作為一種誘食劑使用，在畜牧生產(chǎn)方面具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著對丁酸鈉的研究加深，人們對丁酸鈉在畜禽營養(yǎng)生理、腸道微生態(tài)以及免疫機能的作用有了一定的了解，但對其作用機制、合適添加量等方面的問題還需進一步研究。

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