飼料污染物嘔吐毒素對單胃動物家禽和豬腸道的影響

中圖分類號：S852 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2016）03-0058-03

食品和飼料安全是世界性的重大課題，它提升了人們對控制食品和飼料霉菌毒素污染的關注，因為霉菌毒素污染會影響動物和人類的健康。嘔吐毒素（DON）是鐮刀霉菌毒素中的一種，對人體和多種動物有毒，豬對這種毒素最為敏感，雞的耐受性最高。在歐洲，谷物通常含有嘔吐毒素，因此是鐮刀菌毒素污染的指標之一。人和動物攝入嘔吐毒素通常會產生多種中毒癥狀，如腸道黏膜刺激或壞死、腹瀉、嘔吐及、食量下降、增重下降和免疫功能改變。根據污染的速度和時間，嘔吐毒素中毒可導致機體免疫抑制或作為一種免疫刺激劑導致易感性增加，或刺激腸道上皮局部炎癥。

腸道是防止攝入飼料污染物的主要屏障，也是防止腸道感染的第一道防線。腸道上皮還是運輸各種營養素包括鐵的選擇性屏障，并能夠阻止腸道細菌及其毒素或其他天然污染物如嘔吐毒素的侵入機體內部。腸道可提供物理、化學和免疫屏障的保護性機制，對保持體內正常生理功能所需的平衡意義重大。某些潛在病原微生物及其所產生的毒素或飼料污染物如嘔吐毒素可改變屏障功能，從而導致動物患病。

攝入污染的食物或飼料后，腸道上皮可能會接觸更高濃度的嘔吐毒素。因此，了解嘔吐毒素對腸道上皮的影響很重要。有多篇文獻指出，嘔吐毒素可改變腸道形態，破壞腸道屏障功能，降低營養成分吸收，影響緊密連接蛋白claudin的表達，并進而增加腸道通透性，降低腸道屏障功能。此外，嘔吐毒素可增加豬腸道上皮細胞（IPEC）-1中白細胞介素（IL）-8、IL-1?、IL-1α、腫瘤壞死因子（TNF）-α等多種局部促炎癥細胞因子mRNA的轉錄表達，表明嘔吐毒素可誘導腸道相關免疫的調節，提高腸道細胞對炎癥的易感性。雞攝入嘔吐毒素5周后，空腸內IL-1β、轉化生長因子β-受體I（TGFBR1）及干擾素（IFN）-γ的mRNA水平顯著下降，但未觀察到TNF-α、IL-8和NF-kB的變化。嘔吐毒素通過改變腸道相關免疫系統的活性及腸道細胞的吸收功能和屏障功能，可能激活其產毒潛能。

本文闡述迄今為止嘔吐毒素影響雞和豬腸道組織關鍵生理功能、屏障功能和黏膜免疫應答的已知分子機理。豬和雞均為單胃動物，并是嘔吐毒素毒性的重要模型。雞對嘔吐毒素耐受性很強，而豬對通過谷物型日糧接觸嘔吐毒素非常敏感。這可能是家禽飼料嘔吐毒素推薦限量 （5 mg/kg）比豬（0.9 mg/kg）大約高出5倍的原因。兩種動物均是人類肉類食品的重要來源，因此也是食物鏈中污染物轉移的潛在風險因素。本綜述重點介紹嘔吐毒素毒性對雞和豬腸道細胞和功能的影響。

1 豬禽對嘔吐毒素毒性的易感性

人們早已認識到，豬比家禽對嘔吐毒素更為敏感，禽對嘔吐毒素耐受性通常更強。這兩類動物對接觸嘔吐毒素的不同敏感性是由于在嘔吐毒素的吸收、代謝和清除方面存在差異。據認為，家禽對嘔吐毒素的耐受性是由于其吸收到循環系統中的嘔吐毒素較少，因而在血液和組織中的分布也較低；而豬對嘔吐毒素的吸收非常快，在攝入后30 min內血液中即可檢出，4 h后血液中的水平達到峰值。豬攝入的大部分嘔吐毒素在小腸近端被快速吸收。后續研究還表明，豬腸道中少量嘔吐毒素被腸道菌群轉化為DOM-1（無毒性形式），這使得豬腸道細胞對嘔吐毒素非常敏感。但在雞血液中轉化為DOM-1的嘔吐毒素量極少，大部分通過被動擴散通過雞腸道上皮，似乎以劑量依賴方式通過旁路途徑進行。據報道，在家禽中嘔吐毒素吸收有限，并在血液中被快速清除，且不會在組織和雞蛋中累積。此外，家禽具有保護性腎首通效應。這種首通效應受腸道和肝臟中導致毒素氧化、還原或水解（第一階段反應）和/或共軛（第二階段反應）的酶控制，從而導致血液吸收的嘔吐毒素量減少。

嘔吐毒素中毒的第一階段與其與腸道黏膜直接接觸有關，可能受到菌群代謝的影響。在不同動物品種之間腸道嘔吐毒素吸收和代謝效率差異顯著，可能是微生物定植、日糧及其相互作用不同所致。

2 嘔吐毒素對腸道上皮細胞的細胞毒性 作用

2.1 引言

近年來人們對嘔吐毒素影響豬禽腸道上皮細胞的研究興趣日益增加，主要源于如下原因：（1）腸道細胞不僅具有消化和吸收功能，對攝入的污染物、微生物及其毒素也具有顯著的防護作用，當動物擁有更健康的腸道上皮時，健康和福利狀況更佳；（2）嘔吐毒素是一種蛋白質合成抑制劑，而腸道上皮由快速分裂和活化的細胞組成，具有較高的蛋白質周轉率，因此嘔吐毒素對腸道上皮影響明顯；（3） 嘔吐毒素的劑量依賴性腸道快速吸收及代謝表明，腸道上皮通常受到高含量嘔吐毒素的影響。

在通過被動擴散進入腸道細胞后，嘔吐毒素與活化核糖體結合，這種核糖體是將信號傳遞到RNA活化蛋白激酶及造血細胞激酶。核糖體毒性應激反應的一個直接后果是絲裂原活化蛋白酶（MAPKs）磷酸化被激活。最近發現，該信號傳遞途徑在局部免疫刺激和腸道細胞屏障功能受損中發揮關鍵作用。嘔吐毒素對雞和豬腸道組織的主要細胞毒性作用見圖1，主要表現在腸道屏障功能受損、通透性增加及腸腔駐留病原體侵入，以及吸收表面積下降和營養成分運輸載體基因表達下調，并導致關鍵營養素吸收下降。此外，圖1表明了嘔吐毒素對腸道黏膜免疫、黏液產生和氧化應激的影響。所有這些影響均將在后文予以詳細討論。

2.2 嘔吐毒素對生理黏膜防御的影響

活化B細胞生成和分泌的黏液、抗菌肽及黏膜IgA是重要的生理黏膜屏障，可減少腸道微生物或毒素與腸道上皮的接觸。事實上，在飼喂嘔吐毒素（3 mg/kg）5周后的仔豬空腸和回腸中，合成及分泌粘蛋白、參與腸道屏障功能的杯狀細胞數量顯著減少。同樣，飼喂低水平嘔吐毒素也發現杯狀細胞數量減少。據報道嘔吐毒素可調節豬血液IgA水平，雖然這可能間接表明黏膜IgA生成受嘔吐毒素抗原的刺激，但還未對嘔吐毒素暴露對腸道黏膜部位分泌性IgA生成的影響進行評估。此外，還沒有資料表明攝入嘔吐毒素對防御素、cathelicidins、血管緊張素肽、溶菌酶和雞源抗菌肽（fowlicidins）等腸道抗菌肽表達的影響。也沒有數據表明嘔吐毒素對豬雞粘蛋白生成基因如MUC1和MUC2的影響。攝入嘔吐毒素引起生理黏膜屏障的變化可導致腸道組織局部損傷，并增加病原體侵入腸道上皮的可能性。此外，生理黏膜屏障改變可通過直接與腸道上皮接觸或吸收入腸細胞后，觸發嘔吐毒素自身對腸道的毒性，這反過來會影響黏膜結構，導致腸道完整性喪失。

2.3 嘔吐毒素對腸道形態完整性的影響

在過去10年中，嘔吐毒素對腸道完整性影響得到了全球的顯著關注。我們的研究團隊報道家禽攝入嘔吐毒素（5 mg/kg或 10 mg/kg）5周后，小腸特別是十二指腸和空腸的組織形態受到了影響，表現為腸道絨毛更短更薄。在飼喂嘔吐毒素天然污染的谷物 （1 mg/kg或5 mg/kg）后，觀察到空腸絨毛高度、絨毛表面積和肌層厚度顯著下降。其他研究人員報道的數據也表明，飼喂嘔吐毒素天然污染的谷物（7.54 mg/kg）3周，導致肉雞十二指腸和空腸絨毛長度和隱窩深度下降。有研究發現，飼喂嘔吐毒素等鐮刀菌毒素污染的日糧改變了肉種雞腸道形態。在肉雞飼喂嘔吐毒素后，由于絨毛高度下降，小腸密度呈現劑量和時間依賴性降低，導致營養素吸收減少。

豬攝入嘔吐毒素（2.8 mg/kg）5周后，導致空腸和回腸均發生顯著的組織學變化，這些變化包括多灶性萎縮和絨毛融合、絨毛根尖壞死、腸細胞漿空泡化、固有層水腫、十二指腸絨毛高度下降。在豬飼喂嘔吐毒素污染的飼料 （3 mg/kg）5周后，也觀察到形態和組織學變化，表現在空腸絨毛萎縮融合、絨毛高度及細胞增殖下降。豬腸道細胞的體外研究表明，嘔吐毒素對小腸上皮完整性具有同樣的影響。例如，在IPEC-1和IPEC-J2細胞培養物中，嘔吐毒素的毒性作用似乎呈時間和劑量依賴性。體外試驗結果還表明，嘔吐毒素暴露的豬空腸外植體組織形態學呈現劑量依賴性改變，這些變化包括腸道絨毛縮短和聚集以及腸道細胞溶解。豬飼喂2.29 mg嘔吐毒素/kg日糧4周也導致空腸絨毛縮短。因此，嘔吐毒素誘導的腸道結構改變可導致腸細胞攝入營養素受到損害，從而對能量和營養素供應產生不利影響，影響動物生長和飼料轉化效率。

（未完，待續）