養殖環境對畜禽自身免疫的影響

□張宏福（生產與環境控制研究室）

養殖環境對畜禽自身免疫的影響

□張宏福（生產與環境控制研究室）

（接上期）

1.3 環境粉塵

規模化集約化養殖使舍內粉塵產生量增多，嚴重影響飼養員呼吸系統健康。

目前，粉塵對動物健康影響的研究較為缺乏。有研究表明，環境粉塵能夠抑制IgG和IgA產生，降低雞對新城疫的抵抗力。由于環境粉塵的化學組成、重量、大小（nm－μm）、數量、形狀、表面積均有所不同，這些均會影響粉塵的毒性作用，因此針對環境粉塵開展相關研究面臨諸多挑戰。與城市空氣粉塵不同，畜禽舍內的粉塵主要由灰塵、微生物、內毒素、空氣致敏原組成，其中內毒素是粉塵致炎作用的主要因子。以不影響飼養員肺功能為原則，Donham等提出禽舍內粉塵應控制在總灰塵 2.4毫克/立方米、可吸入灰塵0.16毫克/立方米、內毒素614 EU/立方米和氨氣12 ppm。

粉塵影響動物健康及其機制研究非常少，人類及模式動物的相關研究可為畜禽研究提供一定的思路。實驗動物表明，細粉塵（PM2.5）顯著增加肺部炎癥因子浸潤和巨噬細胞數量，引起肺部局部和全身炎癥反應。體外研究表明，氧化應激是粉塵造成呼吸道和心血管系統疾病的主要作用機制。細粉塵造成支氣管上皮細胞發生炎癥和免疫反應、氧化應激、DNA損傷。因此，一些學者把 TNF－α、IL－6、IL－8、TBARs、8－OHdG等作為粉塵影響畜禽健康和疾病的指標。此外，環境粉塵直接作用于呼吸道黏膜屏障，降低黏膜抗菌肽防御素－2和防御素－3的表達，消除對病原微生物的抑制。粉塵在呼吸系統的分布以及能夠到達的深度與粉塵顆粒大小緊密相關。家禽研究表明，顆粒大的粉塵主要分布在上呼吸道，只有細顆粒物能深入到肺泡組織。粉塵顆粒大小不同對免疫系統作用的機制也不同，細顆粒物（PM2.5）主要通過Toll樣受體－2（TLR2）引起巨噬細胞表達TNF－α和IL－6，粗顆粒物主要通過TLR4引起炎癥反應。

2 環境生理基礎研究未來發展方向

隨著動物抗病育種和相關檢測技術的加強，早期研究結果不能完全滿足現代畜禽健康養殖的需求，環境生理基礎研究應從以下幾個方面加強。

2.1 拓寬環境參數的研究，加重環境因素影響

畜禽免疫的研究與人和模式動物相比，環境與畜禽生理學的研究在內容和深度上還相當缺乏，僅限于生長、生產性能等，對于畜禽健康和免疫等方面的研究還很淺顯，還停留在免疫蛋白、細胞因子等的測定。由于不同的免疫系統在保證畜禽健康有著不同的功能和作用機制，免疫蛋白和細胞因子并不能全面評價畜禽免疫功能和健康水平。應加強環境－生理－免疫－健康的寬度、深度（作用機制）和系統性。

近50年，畜禽環境生理的研究主要側重于溫度等易控制因素，這種研究因素的不平衡制約了畜禽健康養殖體系的建立。畜禽健康養殖體系是一個高度整合的生態系統，不能僅靠某單一因素來衡量。環境因數之間存在著相互影響和作用。以舍內有害氣體為例，增加通風能夠降低舍內有害氣體，但同時對舍內溫度、濕度、粉塵產生顯著的影響。在研究環境因素對畜禽健康影響較為淺顯的基礎上，很難均衡地考慮各環境因素對畜禽健康的綜合影響。

2.2 利用標準化試驗條件開展畜禽環境參數精細化研究

研究環境－畜禽生理的難點之一是環境因素的精細控制，需要使用人工環境控制艙。人工環控艙即能準確測定環境因素的變化，同時也能從技術精密度的層面定量分析環境處理因子對畜禽健康和免疫的影響。在研究氨氣影響肉雞的過程中發現，不同的評價指標體現出不同的敏感性。當環境氨氣濃度達到 75 ppm時，肉雞體重、日增重、采食量、死亡率等生產性能受到顯著影響；當氨氣濃度達到 50 ppm時，肉雞發生喘息加快等行為學改變；超過50 ppm氨氣破壞呼吸道黏膜屏障，引起呼吸道上皮細胞凋亡、粘蛋白表達量減少，顯著刺激全身和氣管黏膜中致炎因子的表達；當氨氣濃度達 50 ppm時，肉品質發生改變，肝臟和胸肌中脂肪含量降低，而腹脂率有所提高。定量分析環境因子與評價指標的相互關系，才能為畜禽健康養殖體系提供科學證據。

2.3 引入高通量技術鑒別綜合評價指標

畜禽無法表達主觀感受，評價健康和福利需要某些客觀生理指標，如呼吸頻率、直腸溫度、生產性能等。如何選擇和決定合適的評價指標是環境生理基礎研究的另一大挑戰。已有的研究多采用點將式的手法對已知指標逐一分析。這種研究思路高度依賴前人研究結果，對新的領域和途徑缺乏探究，有一定局限性。隨著蛋白質組學、基因組學、代謝組學等高通量技術的應用，環境生理研究將進入一個新的發展階段。通過標記的蛋白質組學i-TRAQ技術，Zhang等發現肉雞暴露于高水平氨氣（75 ppm），肝臟的能量、脂質和氨基酸代謝、轉錄調控、免疫調節和應激反應都發生了顯著變化。高通量蛋白質組學技術不僅驗證了環境高濃度氨氣對動物造成的應激作用，而且首次提出了環境氨氣可能造成肉雞代謝紊亂。此外研究中發現氨氣引起的脂肪代謝相關因子的變化，在相關試驗中也得到了驗證。邢煥發現氨氣影響脂肪在肉雞肝臟、腹脂、背脂間的分布。因此，引入高通量技術，不僅能夠可靠地篩選出動物健康評價指標，還可以進行新指標的探索和發現。

高通量技術的應用拓寬了環境生理學研究的寬度，增加了相關研究的深度。

大量研究表明，環境高溫造成畜禽熱應激，上調熱休克蛋白，增加組織氧化損傷，降低采食量等。通過SWATH蛋白質組學技術，唐湘方發現熱應激可以引起肝臟的能量、蛋白、脂肪代謝的改變，上調熱應激蛋白以及應激激素兒茶酚胺的表達，挖掘出 14個與ERK1/2信號轉導通路相關的差異蛋白。ERK1/2信號轉導通路介導了細胞增殖和凋亡，該通路的變化揭示了機體細胞在熱應激條件下具有一定調節保護作用，維持細胞存活。

2.4 采用薈萃分析加強環境因素交互作用的分析

薈萃分析（meta analysis）是近年來興起的一種對以往試驗結果進行系統性“綜述”的研究方法，用統計的概念與方法，收集、整理與分析針對某個主題所做的眾多研究結果，尋找變量之間的明確關系模式。檢索薈萃分析在畜禽方面的研究報道有150篇，包括營養因素（益生菌、脂肪酸、植酸酶）、微生物、環境因素等的研究。養殖環境因素眾多，各個因素之間互相作用，增加了環境生理學研究的難度，相似的研究結果往往不一致，可能主要源于不同環境因素的互作。如何從大量的類似試驗研究，綜合考慮各因素的互作，得出準確結論是環境生理學研究的第三大挑戰。薈萃分析利用已有的研究內容，綜合考慮各因素的互作，得出更為可靠的環境參數，為健康養殖提供科學依據。

利用薈萃分析，Renaudeau等發現環境高溫與日均采食量和日增重呈現曲線下降的關系，體重對這個關系有顯著影響。由于溫度與生產性能回歸的截距和回歸系數與開展試驗的時間密切相關，提示現代品質對熱應激越來越敏感。Mignon－Grasteau等成功分析了熱應激對蛋雞生產性能（采食量、產蛋率、死淘率、蛋重、蛋殼強度等）的影響，發現年齡和品種是影響蛋雞熱反應性的重要因素，蛋殼強度、蛋重、產蛋率是評價蛋雞熱穩定的適宜指標。上述兩個研究充分體現了薈萃分析的強大“綜述”能力，將其應用在環境生理研究，能夠更好地解析環境因素間的互作。

3 結語

加強環境生理的基礎研究，為飼養工藝和設施設備的改進提供準確的科學依據，從提高動物福利和自身免疫力入手，真正建立“養重于防、防勝于治”的健康養殖基礎路線，才能提高我國畜牧生產效率、減少疫苗和藥物使用，保證畜產品質量安全，切實減少畜牧養殖對環境的污染。

（全文完）