堿性磷酸酶對(duì)斷奶仔豬腸道健康作用機(jī)制的研究

張春壘，蒙洪嬌，朱世馨，吳 黎，劉則學(xué)

[中糧家佳康（吉林）有限公司，吉林 松原 131506]

堿性磷酸酶對(duì)斷奶仔豬腸道健康作用機(jī)制的研究

張春壘，蒙洪嬌，朱世馨，吳 黎，劉則學(xué)

[中糧家佳康（吉林）有限公司，吉林 松原 131506]

近年來(lái)，為了促進(jìn)斷奶仔豬腸道健康，人們?cè)陲暳咸砑臃矫孀隽舜罅垦芯浚渲凶胸i腸堿性磷酸酶（IAP）是一研究熱點(diǎn)。此種酶通過(guò)影響胃腸道微生物數(shù)量，進(jìn)而影響仔豬的腸道健康，并能防止腸道疾病的發(fā)生。文章就腸堿性磷酸酶對(duì)仔豬腸道正常菌群維護(hù)和預(yù)防疾病感染的作用機(jī)制作一綜述，為今后研究斷奶仔豬腸道健康提供一定的理論基礎(chǔ)。

堿性磷酸酶；斷奶仔豬；腸道健康；飼料添加劑

胃腸道是斷奶仔豬消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要場(chǎng)所，斷奶仔豬在飼料和環(huán)境等各種因素的應(yīng)激下，極容易導(dǎo)致斷奶后腹瀉（PWD），斷奶應(yīng)激是腸道受損的主要原因，同時(shí)也是實(shí)施早期斷奶的最大技術(shù)障礙。此外，腸堿性磷酸酶（IAP）能夠反映腸道的發(fā)育情況及小腸上皮細(xì)胞的吸收能力，緩解LPS（脂多糖）刺激造成的仔豬腸道結(jié)構(gòu)和功能損傷，當(dāng)堿性磷酸酶基因表達(dá)下調(diào)，腹瀉發(fā)生率增加[1]。本文主要就腸堿性磷酸酶對(duì)預(yù)防腸道細(xì)菌感染的作用機(jī)制進(jìn)行研究，以及飼料中添加丁酸鈉、精油和氧化鋅等對(duì)增加腸道堿性磷酸酶表達(dá)和活性的影響研究進(jìn)行綜述，以期為促進(jìn)斷奶仔豬腸道健康提供參考。

1 堿性磷酸酶的生理功能

有研究表明，豬體內(nèi)有4種同工酶：分別為胎盤堿性磷酸酶（PLAP，主要表達(dá)在胸腺和睪丸中），腸堿性磷酸酶，組織非特異性表達(dá)酶（TNAP，主要表達(dá)在肝、骨、腎中），生殖細(xì)胞堿性磷酸酶（GCAP）。有研究表明，堿性磷酸酶（AP）有預(yù)防和減少腸道炎癥、增加有益菌數(shù)量、調(diào)節(jié)鈣吸收等功能[2]。在仔豬斷奶過(guò)程中腸道缺少堿性磷酸酶會(huì)導(dǎo)致采食量減少，腸道形態(tài)改變（絨毛萎縮和隱窩增生）、腸道消化和吸收養(yǎng)分的能力降低，腸堿性磷酸酶活性及親和性降低，從而產(chǎn)生腹瀉[3]。

堿性磷酸酶最為重要的生理功能通過(guò)鞭毛蛋白和未甲基化的胞嘧啶鳥(niǎo)嘌呤二核苷酸（CpG DNA），調(diào)節(jié)Toll樣受體（TLR）的激活，水解廣譜有機(jī)磷酸脂鍵的底物，消除腸道細(xì)菌毒性脂多糖（LPS），從而減輕炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡的一種重要的根尖刷狀緣酶，堿性磷酸酶表達(dá)在細(xì)菌、真菌、高等植物、無(wú)脊椎動(dòng)物和脊椎動(dòng)物有機(jī)體內(nèi)，腸道吸收細(xì)胞堿性磷酸酶的活性表達(dá)則是依賴細(xì)胞的分裂成熟期，并受腸腔內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有效性、尤其是增生性氨基酸供應(yīng)量的影響[4]。

2 腸道堿性磷酸酶對(duì)宿主腸道健康的作用機(jī)制

有研究表明，在斷奶仔豬飼料中添加丁酸鈉（NaBu）、精油和鋅（氧化鋅）有抑制胃腸道炎癥損傷，降低腸道分泌的電解質(zhì)以及改善豬腸道有益微生物區(qū)系的影響，增加腸道內(nèi)堿性磷酸酶的表達(dá)和活性。

2.1 抑制胃腸道炎癥，減少細(xì)菌產(chǎn)生

堿性磷酸酶可通過(guò)腸上皮細(xì)胞TLR4（Toll樣受體-4）基因表達(dá)識(shí)別革蘭氏陰性細(xì)菌外膜中的脂多糖并誘導(dǎo)宿主進(jìn)行免疫應(yīng)答和損傷修復(fù)，巨噬細(xì)胞募集（級(jí)聯(lián)誘導(dǎo)嗜中性粒細(xì)胞）激活NF-κB（誘導(dǎo)核因子-κB）和TLR3基因，并通過(guò)MyD88依賴途徑誘導(dǎo)炎癥性細(xì)胞因子IL-1（白細(xì)胞介素-1）、TNF-α（腫瘤壞死因子α）、IL-6（白細(xì)胞介素-6）和IL-12（白細(xì)胞介素-12）的表達(dá)，抵抗腸道感染，TLR4的大量激活可能進(jìn)一步誘導(dǎo)了TNF-α的表達(dá)，抑制脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，從而降低其脂多糖的毒性[5-6]。有研究表明，未甲基化的胞嘧啶鳥(niǎo)嘌呤二核苷酸和鞭毛蛋白（一種在革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌鞭毛蛋白）可以誘導(dǎo)宿主的炎癥反應(yīng)，并通過(guò)細(xì)菌CpG DNA和鞭毛蛋白抑制IL-8（白細(xì)胞介素-8）、TLR9（Toll樣受體-9）和 TLR5（Toll樣受體-5）促炎細(xì)胞因子的基因表達(dá)[7]。此外，腸堿性磷酸酶能夠上調(diào)豬腸上皮細(xì)胞IL-8的表達(dá)并將二磷酸尿苷（UDP）和核苷酸釋放到宿主腸道內(nèi)并降低其炎癥反應(yīng)[8]。

有研究表明，剛剛斷奶的仔豬消化機(jī)能比較弱，食入固體飼料后會(huì)導(dǎo)致腸道細(xì)菌感染使得腹瀉發(fā)生率增加，生產(chǎn)性能下降[9]。斷奶后食入固體飼料會(huì)導(dǎo)致豬腸絨毛高度低和隱窩深度增加，影響腸道的完整性[10]，因此，減少腸道炎癥反應(yīng)和維持腸道完整性的同時(shí)，應(yīng)更好地調(diào)節(jié)腸道堿性磷酸酶的表達(dá)，有助于預(yù)防和治療仔豬腸道疾病。有研究表明，內(nèi)源性和外源性堿性磷酸酶均可以增加小鼠結(jié)腸Muc2（黏蛋白）基因表達(dá)的豐度，緩解小鼠腸道炎癥反應(yīng)[11]。有研究表明，小鼠腸上皮注射堿性磷酸酶后，顯著地降低有害細(xì)菌增殖，抑制炎癥反應(yīng)[12]。Pie等（2004）測(cè)定了斷奶期間促炎細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6和TNF-α的基因表達(dá)，他們用28 d斷奶仔豬，測(cè)定了斷奶后8 d的基因表達(dá)，研究發(fā)現(xiàn)斷奶導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子表達(dá)的增加，由此表明，斷奶與早期促炎細(xì)胞因子的表達(dá)上調(diào)有關(guān)，這些細(xì)胞因子導(dǎo)致腸道功能紊亂，從而降低以后的生產(chǎn)性能，并在斷奶后腹瀉中發(fā)揮作用。有研究表明，飼喂仔豬5%香精油，50%丁酸鈉和40%氧化鋅均能提高堿性磷酸酶的活性，可降低LPS炎癥模型仔豬小腸黏膜中TLR4，caspase-3（半胱氨酸蛋白酶）和 NF-κB 的表達(dá)。丁酸鈉灌腸抑制豬胃腸道細(xì)菌毒素衍生的甘丙肽、一氧化氮和前列腺素的表達(dá)，上調(diào)腸上皮細(xì)胞堿性磷酸酶的表達(dá)并修飾微生物分子誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)[13]。在斷奶仔豬飼糧中添加0.3%香精油顯著增加腸道中乳酸桿菌的比率，在IAP的表達(dá)上可以降低LPS的炎癥反應(yīng)[14]。

2.2 降低腸道中分泌的電解質(zhì)

胃腸道系統(tǒng)具有多種功能，如電解質(zhì)的消化吸收，維持體液平衡，分泌消化酶、黏液素、免疫球蛋白等多種物質(zhì)，作為機(jī)體防御有害病原和抗原的屏障。斷奶后液體和電解質(zhì)凈吸收的短暫下降，導(dǎo)致腹瀉的增加。當(dāng)仔豬體內(nèi)電解質(zhì)的變化超出機(jī)體的調(diào)節(jié)能力和調(diào)節(jié)系統(tǒng)本身功能障礙時(shí)，都可導(dǎo)致電解質(zhì)代謝的紊亂，臨床上的電解質(zhì)代謝紊亂十分常見(jiàn)，它往往伴隨著腸道的病理變化，嚴(yán)重的電解質(zhì)代謝紊亂是使疾病復(fù)雜化的重要原因，甚至可對(duì)宿主造成嚴(yán)重的威脅。然而，斷奶仔豬健康的腸上皮組織具有控制腸道內(nèi)電解質(zhì)分泌的能力，定期運(yùn)輸氯離子、鈉離子和鉀離子有助于維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透平衡，氯化物的分泌能促進(jìn)細(xì)胞鈉離子泵入和鉀離子泵出，而鈉離子在細(xì)胞內(nèi)的積聚能夠促進(jìn)水的滲透性擴(kuò)散。除了脂多糖以外、耐熱細(xì)菌腸毒素也可以介導(dǎo)環(huán)磷酸腺苷健和環(huán)鳥(niǎo)苷酸依賴的囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)鈣、氯離子通道，從而改變滲透壓梯度會(huì)導(dǎo)致仔豬腹瀉[15]。在飼糧中添加50%氧化鋅有助于預(yù)防仔豬腸道細(xì)菌感染，增加腸道通透性及液體和電解質(zhì)分泌，改變了腹瀉原腫瘤壞死因子-α、IL-1和IL-6、血漿皮質(zhì)醇、胰島素樣生長(zhǎng)因子1（IGF-1）和生長(zhǎng)激素（GH）濃度[16]。

2.3 調(diào)節(jié)胃腸道菌群的平衡

有研究表明，在飼料中添加丁酸鈉會(huì)刺激斷奶仔豬豬腸系膜淋巴結(jié)的免疫應(yīng)答并通過(guò)上調(diào)IL-6基因表達(dá)量消除體內(nèi)的脂多糖。NaBu可以上調(diào)堿性磷酸酶的表達(dá)[17]。有研究表明，可溶性腸堿性磷酸酶在上皮細(xì)胞中不會(huì)通過(guò)誘導(dǎo)核因子-κB（Nuclear factor-κB,NF-κB）的活性來(lái)降低 LPS，因此，IAP 可以直接減少脂多糖，間接增加共生細(xì)菌的生長(zhǎng)速度來(lái)控制腸道疾病，腸堿性磷酸酶可以促進(jìn)腸道內(nèi)有益細(xì)菌的生長(zhǎng)，重新建立腸道菌群的平衡[18]，在腸道炎癥過(guò)程中發(fā)生并改變腸道通透性，引起肝、脾、腸系膜淋巴結(jié)器官細(xì)菌移位[19]。

在仔豬飼料中添加高劑量的氧化鋅不僅提高動(dòng)物的性能而且有助于增加腸黏膜細(xì)胞的生長(zhǎng)基因的表達(dá)（轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子TGF-β1、胰島素樣生長(zhǎng)因子IGF-1），減少腸道細(xì)菌的黏附和遷移、防止腸黏膜屏障功能損傷、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、降低炎性細(xì)胞因子水平（IL-8和干擾素γ）、上調(diào)抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)（IL-10）、調(diào)節(jié)腸道菌群和pH[20]。有研究報(bào)道，鋅增加堿性磷酸酶活性基因的表達(dá)，有助于腸道健康的增強(qiáng)[21]。

香精油是調(diào)節(jié)腸道堿性磷酸酶活性和基因表達(dá)的另一類添加劑，被稱為可以增加IAP活性的物質(zhì)，相比之下，鼠尾草油提取物降低了空腸中的IAP活性。在使用牛至精油的情況下也能觀察到類似的結(jié)果。然而，有研究表明，飼糧中添加含有百里香酚的精油混合物不能調(diào)節(jié)肉雞腸道近端中堿性磷酸酶的活性，這可能是因?yàn)榛旌暇陀休^強(qiáng)的抗微生物活性[22]。雖然已經(jīng)報(bào)道了香精油調(diào)節(jié)IAP的活性和表達(dá)，但是它們的作用需要在使用豬作為試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷难芯恐械玫津?yàn)證。

結(jié)果表明，這3種添加劑均會(huì)增加腸道有益菌群的產(chǎn)生，抑制有害菌LPS的產(chǎn)生，維持腸道菌群平衡[23]。

2.4 增強(qiáng)宿主腸道免疫的功能

斷奶后由于腸道內(nèi)致病性大腸桿菌增殖和腸道免疫機(jī)能降低使其腹瀉發(fā)病率增加，因其腸道內(nèi)堿性磷酸酶的活性降低，此時(shí)，宿主抵抗病原微生物感應(yīng)器的模式識(shí)別受體（PRR），不僅能夠識(shí)別腸道產(chǎn)腸毒素大腸桿菌（ETEC）K88、K99、987P 病原體的增殖，還可識(shí)別多種病原體相關(guān)分子模式（PAMP），PAMP包括脂多糖、脂磷壁酸、肽聚糖和甘露糖等[24]。模式識(shí)別受體通過(guò)啟動(dòng)炎性細(xì)胞因子轉(zhuǎn)錄，在先天性免疫反應(yīng)的識(shí)別上發(fā)揮了重要作用，不同的PAMP可被不同的Toll樣受體（TLR）識(shí)別，通過(guò)一系列蛋白質(zhì)級(jí)聯(lián)反應(yīng)激活細(xì)胞因子，腸道增加堿性磷酸酶的活性后，宿主的免疫系統(tǒng)活化，此時(shí)，PAMP作用于TLR（Toll樣受體），促進(jìn)炎性細(xì)胞因子的合成與釋放；誘導(dǎo)一氧化氮?dú)⒕钚裕挥杉?xì)菌脂蛋白的單核細(xì)胞系通過(guò)表達(dá)TLR2的上皮細(xì)胞死亡；誘導(dǎo)TLR2和白細(xì)胞介素（IL-6）細(xì)胞因子的合成與表達(dá)，TLR將有助于識(shí)別受體菌病原相關(guān)分子模式（PAMPs），目前，細(xì)胞定位主要分為TLRs和PAMPs 特異性兩組，一組由 TLR1、TLR2、TLR4、TLR5、TLR10、TLR6的基因，表面識(shí)別微生物膜成分脂質(zhì)、脂蛋白、蛋白質(zhì)；另一組是由TLR3、TLR7、TLR8和TLR9基因表達(dá)在細(xì)胞內(nèi)的囊泡到微生物的核酸[25]。TLR9識(shí)別細(xì)菌的CpG-DNA，激活B細(xì)胞和APC（酰基載體蛋白）的免疫刺激特性。一般來(lái)說(shuō)，Toll樣表達(dá)受體二聚化并發(fā)生構(gòu)象，借助TLR識(shí)別LPS、GpG-DNA、肽聚糖、脂蛋白以及分支桿菌的細(xì)胞壁成分等具有PAMP的分子，樹(shù)突細(xì)胞被活化而成熟，提供獲得性免疫的共刺激信號(hào)。白細(xì)胞介素 1（IL-1）與病原相關(guān)分子模式（PAMPs）結(jié)合后，受體相互作用，形成髓樣分化蛋白（MyD88）[26]。TLRs的本質(zhì)作用是通過(guò)依賴性MyD88、TLR3和TLR4信號(hào)途徑可以遵循MyD88。核因子κ-輕鏈（NF-κBκ）和干擾素調(diào)節(jié)因子（IRF）增強(qiáng)細(xì)胞活性，控制腸道炎癥細(xì)胞因子、趨化因子，釋放和分泌腸上皮細(xì)胞，使得電解質(zhì)、免疫受體與細(xì)胞表面黏附分子發(fā)揮重要的作用[27]。有研究表明，飼喂仔豬丁酸鈉后，仔豬可通過(guò)刺激腸上皮TNF-α和COX2（環(huán)氧酶2）的基因來(lái)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)用以維持免疫耐受和免疫反應(yīng)間的動(dòng)態(tài)平衡[28]。氧化鋅可通過(guò)結(jié)合抗體和細(xì)胞因子來(lái)調(diào)節(jié)黏膜免疫應(yīng)答，飼料中適當(dāng)?shù)匿\可提高動(dòng)物體內(nèi)堿性磷酸酶的活性，促進(jìn)腸黏膜分泌型免疫蛋白A（sIgA）和IL-2分泌，對(duì)腸炎癥類疾病防治有較強(qiáng)的效果[29-30]。

3 結(jié)論

綜上所述，堿性磷酸酶是斷奶仔豬腸道健康的促進(jìn)因子，但很少有研究報(bào)道在飼料中添加氧化鋅、丁酸鈉和精油以調(diào)節(jié)腸道堿性磷酸酶的表達(dá)和活性，減少腹瀉和調(diào)節(jié)腸道菌群，本文進(jìn)一步綜述了腸堿性磷酸酶在腸道健康作用機(jī)制的研究，飼糧中添加這些也已被證明能有效地提高動(dòng)物腸道吸收堿性磷酸酶的活性和改善腸道健康。但增加斷奶仔豬的腸道健康風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)需要進(jìn)一步的研究，其中，對(duì)通過(guò)各種綜合措施，包括飼糧配方調(diào)節(jié)、遺傳選育和生物技術(shù)，來(lái)提高堿性磷酸酶對(duì)腸道的保護(hù)作用，從而保護(hù)單胃動(dòng)物的腸道健康需要進(jìn)一步研究。

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適度饑餓為何能延壽？

【俄新社莫斯科10月27日電】哈佛大學(xué)陳曾熙公共衛(wèi)生學(xué)院的研究人員發(fā)現(xiàn)，定期節(jié)食可以改善細(xì)胞的能量交換進(jìn)程，從而延年益壽。

他們研究了線蟲(chóng)體內(nèi)的物質(zhì)交換進(jìn)程，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致衰老的原因之一正是調(diào)控細(xì)胞生理機(jī)能、負(fù)責(zé)能量轉(zhuǎn)化的線粒體出現(xiàn)功能紊亂。

隨著年歲的增長(zhǎng)，線粒體逐步走下坡路，開(kāi)始合成一些特殊物質(zhì)，損害細(xì)胞、破壞新陳代謝。這一進(jìn)程也是引發(fā)老年病的誘因之一。

生物學(xué)家認(rèn)為，降低卡路里攝入量能對(duì)線粒體活性產(chǎn)生積極影響，讓它們長(zhǎng)期處于“良好狀態(tài)”，如此看來(lái)，適度饑餓便可延緩衰老、延長(zhǎng)壽命。

研究團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人希瑟·韋爾指出：“我們的發(fā)現(xiàn)為從事老年病預(yù)防的人開(kāi)展工作提供了新契機(jī)。”她介紹說(shuō)，下一步的研究主題是判斷節(jié)食對(duì)哺乳動(dòng)物線粒體“可塑性”的影響力度。

（轉(zhuǎn)自 參考消息[N]，2017-10-29）

Effect of Alkaline Phosphatase on Intestinal Health of Weanling Piglets

ZHANG Chunlei,MENG Hongjiao,ZHU Shixin,WU Li,LIU Zexue
[COFCO JOYCOME(Jilin)Co.,Ltd.,Songyuan 131506,China]

In recent years,in order to improve the gut health of the weaning piglets,a lot of research have been conducted in the field of feed additives,among which the alkaline phosphatase(IAP)is a heat topic.This kind of enzyme affects the number of gastrointestinal microorganisms,thereby affecting the gut health of piglets,and preventing intestinal diseases.In this paper,the effects of intestinal alkaline phosphatase on balancing intestinal bacteria and preventing disease infection are reviewed,in order to provide a theoretical basis for future research on mechanism of intestinal health of weaning piglets.

alkaline phosphatase;weaning piglets;gut health;feed additives

S828

A

1002-1957(2017)06-0013-04

2017-11-06

張春壘（1990-），男，河南駐馬店人，碩士，研究方向?yàn)樨i營(yíng)養(yǎng)與飼料.E-mail：zhangclcofco@126.com

劉則學(xué)（1981-），女，湖北荊州人，博士，研究方向?yàn)樨i營(yíng)養(yǎng)與飼料.E-mail：xue211251@126.com

（編輯：郭玉翠）