氧化應激及腸道菌群對母豬繁殖泌乳性能的調控研究進展

崔家杰，王 浩

（1.華南農業大學動物科學學院，廣東 廣州 510642；2.新希望六和飼料研究院，四川 成都 610000）

母豬年生產力（Pig weaned per sows per year, PSY）是衡量母豬生產力的基準指標。目前，中國的母豬PSY 已從原來9 頭提升至約18頭（王舫 et al，2018），但距離丹麥等養殖業發達國家的PSY（28頭）相比仍有較大差距（Koketsu et al，2017），這 意 味 著 我 國 母豬繁殖性能還存在較大的提升空間。目前，母豬的總產仔數不斷接近其繁殖潛力，但高達20%的仔豬斷奶前死亡率嚴重制約母豬年生產力，其中，約6%的仔豬為死 胎（Kraeling and Webel，2015；Marantidis et al，2013；Muns et al，2016）。需要提醒注意的是，死胎率隨母豬的總產仔數的提高而急劇升高（Canario et al，2006），較 高 的死胎率已成為制約母豬年生產力亟需解決的技術難題。

同時，伴隨著母豬的總產仔數及活產仔數的升高，出現仔豬平均初生重降低、活力不足的問題，其難以攝取足夠的初乳維持機體生長需要，最終導致仔豬的斷奶前存活率降低，以及較差的斷奶后生長性能（Declerck et al，2016）。研究報道，高產母豬在圍產期也更易發生氧化應激，不僅影響母豬分娩過程，還可通過抑制乳腺細胞增殖等多種途徑，導致母豬泌乳力降低（Berchieri-Ronchi et al，2011）。同時母豬較高的帶仔數也使仔豬在哺乳期面臨更高的競爭壓力，因此，提高母豬泌乳力，是降低仔豬斷奶前死亡率，提高仔豬斷奶性能及母豬年生產力的必要措施。

最近幾年隨著測序技術以及代謝組學等高通量分析技術的不斷發展，機體自身的代謝狀況得以被深入地研究。機體腸道菌群的相關研究更是爆發式增長，多篇的重磅研究揭示了腸道菌群在調控機體代謝及各種生理疾病中發揮著關鍵的調控作用。也有研究發現腸道菌群在調控機體氧化應激、母豬繁殖周期代謝方面作用顯著（譚成全， 2016）。因此，本綜述結合目前的母豬繁殖泌乳性能研究現狀，介紹腸道菌群對母豬氧化應激及繁殖泌乳性能的國內外研究進展，以期未來通過營養調控技術，靶向調控母豬腸道菌群結構，從而緩解母豬氧化應激，改善母豬繁殖泌乳性能，發揮其繁殖潛力。

1 母豬繁殖泌乳性能現狀

1.1 母豬死胎率的影響因素

仔豬在分娩及哺乳期有較高的死亡率，造成了養豬業巨大的經濟損失。目前，死胎數占總產仔數的3%～8%。死胎主要包括兩種類型：1）死于妊娠結束前，此種類型通常由母豬被病原菌感染造成；2）分娩過程中死亡，此種一般由非感染性病因造成，如宮內窒息及難產（Vanderhaeghe et al，2010）。

影響母豬死胎率的非感染因素主要分為四大類，包括遺傳、母豬、仔豬及環境因素。遺傳因素對母豬死胎率可產生較大影響，Canario 等的研究報道表明，大白，長白及杜長二元雜母豬的死胎率均隨總產仔數的提高呈明顯的二次曲線變化，當窩總產仔數大于12頭后，死胎率持續升高，但梅山豬的死胎率受總產仔數影響極小（Canario et al，2006）。

母豬自身的體況、總產仔數、胎次及產程是影響死胎率的關鍵因素。目前，一般通過在妊娠期多次測定母豬背膘，調整母豬妊娠期采食量，從而控制母豬體況（背膘 保 持 在17 ～23 mm 范 圍 內），降 低 死 胎 率（Vanderhaeghe et al，2010）。母豬的總產仔數與死胎率也有較強的相關性，當總產仔數為6 ～12 頭時，仔豬的死胎率最 小（Canario et al，2006）， 總產仔數升高時，會伴發產程的延長，從而導致仔豬窒息的幾率增加（Herpin et al，2001）；而 低 于6 頭的產仔數一般為病理現象，因此導致活仔率降低。胎次對死胎率也有一定的影響，一般母豬第一胎的死胎率均較高，2 ～6 胎母豬的胎次對死胎率的影響在多個報道中的結果并不一致，但研究發現產程對死胎率的影響遠大于胎次（Oliviero et al，2010）。多篇研究發現，母豬產程的時長與死胎率顯著正相關（Canario et al，2006；Dijk et al，2005），當產程從3 h 延長至8 h 后，死胎率會從2.4%增長至10.5%，主要原因是胎盤或臍帶的斷裂，從而導致仔豬的窒息（Alonso-Spilsbury et al，2005）。但目前存在問題是，現在仍然無法證明，是產程過長導致的死胎率上升，還是死胎阻塞產道，從而導致產程的延長。

仔豬自身也會影響其死胎率，如仔豬的娩出順序及初生重。研究表明， 正常仔豬的分娩間隔為12 ～18 min，而死胎的分娩間隔可長達28 min （Dijk et al，2005）。此外研究表明，仔豬出生間隔的決定因素為胎膜厚度，而非仔豬初生重（Rens and Lende，2004），仔豬必須掙破胎膜，才可進入產道，開始娩出。仔豬的初生重也會影響其死胎率，研究發現仔豬初生均重低于0.8 kg 時，死胎率較高。較低的體重導致分娩過程中仔豬活力過低，其臍帶也更易斷裂（Curtis，1974）。但仔豬體積與母豬骨盆相比過大時，也會導致其排出困難，從而導致缺氧和死亡。因此，降低同窩仔豬的體重變異度，使仔豬不過大或過小，是降低死胎率的有效策略。

環境因素也是影響死胎率的關鍵因素，如養殖場分娩舍的管理，圍產期應激，熱應激，以及分娩舍的有毒有害氣體。而動物營養學可通過對母豬機體營養及代謝的調控，緩解其圍產期應激，從而降低死胎率。由于應激母豬的動物模型建模困難，目前沒有過多的文獻直接證明應激與死胎的聯系。但有文獻報道其他方面的應激對死胎的影響，較早的文獻報道為1989年，Baxter 和Petherick 的 研 究 發現，通過定位欄限制母豬分娩前的正常行為，會導致母豬應激及內分泌系統的變化，最終導致仔豬的娩出速度大幅降低，最終導致死胎增多（Curtis et al，1989）。后續也有研究發現，在妊娠晚期（114 d），將母豬轉入限位欄中，也會嚴重影響母豬產程，導致死胎率升高（Pedersen and Jensen, 2008）。

1.2 母豬泌乳性能的影響因素

相較于40 年前，現在的母豬帶仔數更多，因此，母豬需要更大的泌乳量才能滿足仔豬的生長需要，事實上，從1935 至2010 年，母豬的泌乳量增加了4 倍。但由于品種篩選，目前的母豬大多為高瘦型，從而導致其采食量不高（Kanis，1990）。這說明目前的乳腺組織已適應了母豬的泌乳需要，但如果不進行合適的營養調整及管理，將使母豬處于嚴重的分解代謝狀態，影響母豬的繁殖及泌乳性能。

母豬必須有足夠的泌乳量，才能滿足仔豬生長需要，以獲得較高的斷奶仔豬數及斷奶窩重。母豬的泌乳期采食量是決定母豬泌乳量的 關 鍵 因 素（Kruse et al，2011；Strathe et al，2017）。妊 娠 后 期 背膘在17 ～21 mm 的母豬，具有較高的泌乳期采食量，當分娩背膘高于21 mm 后，母豬的背膘與泌乳期采食量負相關，可能是由于較為肥胖的母豬在圍產期更易發生胰島 素 抵 抗（Mosnier et al，2010；Young et al，2004）。母豬在妊娠后期及泌乳期易發生氧化應激，氧化應激也可介導炎癥因子信號通路調控胰島素的釋放（Rains and Jain，2011），胰島素可直接作用于機體下丘腦的食欲調控神經元，調控機體的采食行為（Silvana et al，2002）。近幾年的研究發現，機體的腸道菌群也可通過分泌ClpB 等食欲調控蛋白，或介導腸腦軸等多種途徑調控機體的采食。

乳汁合成發生在乳腺上皮細胞內，乳腺的發育決定了母豬的泌乳量（Kim et al., 2013）。母豬的乳腺發育主要包括3 個階段， 90 日齡至性成熟，妊娠期的最后1/3 階段，泌乳期。在90 日齡至性成熟階段，母豬乳腺組織及DNA 增加了4 至6 倍，但在交配時仍然較小。在妊娠前中期，乳腺依然極緩慢的發育，在妊娠后期，乳腺快速發育，并發生組織學改變，乳腺組織的脂肪和基質組織被小葉泡狀組織取代，成為泌乳器。在泌乳期，母豬乳腺繼續發育增重約57%（Kim et al，1999）。因此，妊娠后期及泌乳期，是影響母豬乳腺發育的關鍵階段。妊娠后期的營養攝入量過高，會導致乳腺的脂質異位沉積，抑制乳腺的 發 育（Farmer and S?rensen，2001）。妊娠后期較為肥胖的母豬還易發生胰島素抵抗，破壞泌乳過程中葡萄糖向乳腺組織的轉運，最終導致乳腺上皮細胞的生長及乳糖合成被抑制（Lin et al，2016；M-C and Etienne，2007）。母豬在泌乳期易發生氧化應激，較高水平的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）不僅會導致乳腺上皮細胞的凋亡，還會抑制其增殖，導致母豬的泌乳性能降低（State et al，2015；Zhao et al，2013）。

2 氧化應激及腸道菌群對繁殖泌乳性能的影響

2.1 氧化應激對繁殖泌乳性能的影響

氧化應激是指機體遭遇外界刺激，或自身代謝異常，導致細胞線粒體的氧化代謝提高，產生大量ROS，機體的抗氧化系統不能對其清除，造成機體的細胞損傷及生理代謝異常以及機體因此發生的病理反 應（Fabiana et al，2010）。動 物在妊娠過程中，機體會產生適量的ROS，以滿足自身代謝及胎盤、胎兒發育的需要，但隨著妊娠中后期胎盤組織及胎兒的逐漸增大，母體的代謝強度急劇增加，以及泌乳期的分解代謝加強，導致體內的ROS出現進程性增加并蓄積的現象，被稱為進程性氧化應激（敖江濤，等，2016）。

事實上，母豬被認為在妊娠期一直都處于氧化應激狀態（S. et al，1991）。妊娠前期，激素使母體處于被動應激狀態，妊娠后期，胎盤及胎兒快速發育，子宮張力與宮內環境進一步引起宮內應激（Lixin and YUAN，2009）。母 豬 的 氧化應激水平與其所處生理階段極為相關，在整個妊娠及泌乳期，母豬的DNA 氧化損傷水平持續升高，機體淋巴細胞的DNA 損傷從妊娠中期直至斷奶均處于較高水平，血清的硒水平在妊娠60 d 左右開始下降，在圍產期下降幅度更大，與此同時，谷胱甘肽過氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSHPx）活性也逐漸下降（Mahan et al，2007）。母豬在妊娠后期及泌乳期分解代謝加強，機體血清維生素E等抗氧化物質含量反而降低，導致機體氧化-抗氧化系統平衡被破壞，ROS 在體內蓄積，導致機體極易發生氧化應激 （Berchieri-Ronchi et al，2011）。除自身代謝產生的應激外，外界因素對母豬也會造成應激，如腿部疾病、妊娠期對母豬的限飼造成的饑餓、育懷舍至分娩舍環境的改變以及對人類的恐懼等，都會造成母豬的應激（D'Eath et al，2009；Spoolder et al，2009）。

母豬的氧化損傷會降低母豬產仔性能、泌乳性能及生產年限（Berchieri-Ronchi et al，2011）。 母豬在妊娠期間的蛋白羰基化水平與仔豬初生重顯著負相關，母體妊娠期間的應激還會抑制胎兒出生后免疫系統的成熟（Merlot et al，2008；Zhao et al， 2013）。母 豬 在 妊 娠 后期的應激對初乳中免疫球蛋白G（Immunoglobulin G，IgG）的水平沒有影響，但顯著降低了仔豬血液內的IgG 含量，抑制仔豬的被動免疫，其可能機制是抑制了仔代的腸道功能，降低了其對IgG 的吸收（Tuchscherer et al，2002）。妊娠后期發生應激的母體，其雌性仔代的炎癥反應也更為劇烈，血清IL-6 及SAA 水平顯著較高（Collier et al，2011）。母豬妊娠末期及泌乳期的蛋白羰基化、MDA 及8-OHdG 水平均與仔豬的斷奶窩重及仔豬ADG顯著負相關，其原因可能是氧化應激造成母豬乳腺上皮細胞的脂質及DNA 損失，導致乳腺細胞凋亡，抑制乳腺發育，最終導致母豬的泌乳力降低（Zhao，2011）。母豬圍產期的氧化應激還可介導胰島素抵抗，導致母豬泌乳期采食量降低，這也是氧化應激抑制母豬泌乳性能的可能原因（Tan et al，2015，王浩，等，2017）。母豬的氧化應激引起機體皮質醇及兒茶酚胺濃度的急劇升高，導致胎兒血液皮質醇濃度隨之升高，對仔豬的生長可產生長期的不利影響（Mack et al，2014）。

2.2 腸道菌群與機體氧化應激的關聯

腸道菌群通過多種途徑與機體氧化應激互作，腸道的氧化環境是維系腸道菌群穩態，促進菌群之間信號傳導的重要因素（Mone et al，2014）。而腸道菌群也可通過促進腸道中性粒細胞聚集，誘導ROS的 產 生（Schwab et al，2014）；腸上皮細胞或天然免疫細胞，介導NADPH 氧化酶系統，產生的ROS，又在抵御病原菌的腸道定殖方面發揮作用（Pircalabioru et al，2016）。

對斷奶應激仔豬的腸道菌群結構研究發現，其空腸及結腸乳酸桿菌Lactobacillus 及雙歧桿菌Bifidobacterium 豐度顯著降低，大腸桿菌E.coli 豐度顯著升高，使用抗氧化劑處理后，此現象隨即扭轉（Xu et al，2014）。大腸桿菌自身具有多種方式適應氧化應激，如一些氧依賴蛋白，如AhpF、Dps 和Fur，其在大腸桿菌適應氧化應激環境中起主要作用（Monique et al，2012）。一些乳酸桿菌和雙歧桿菌也具有一定的清除自由基功能（Man et al，2011），但大多數乳酸桿菌缺乏最常規的抗氧化防御系統（SOD 系統），這可能是大多數乳酸桿菌對氧化應激高度敏感的原因（Roy et al., 1993）。研究發現使用高脂建模的氧化應激小鼠，其腸道菌群的變化也與機體的抗氧化能力及氧化損傷標志物水平顯著相關（Yi et al，2013）。應激不僅可通過免疫系統影響腸道菌群，還會引起兒茶酚胺水平的變化，這對腸道菌群穩態也有顯著影響（Lyte et al，2011）。

煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide，NADPH）氧 化 酶 系 統（NOX 及DUOX）介導的信號通路在調控機體抵御病原菌定殖過程中發揮作用，在中性粒細胞吞噬病原體后，釋放裂解的病原菌組分，可觸發NOX2產生抑菌濃度的H2O2，調控活性氧耐受菌的增殖，并清除致病菌，從而維系腸道菌群穩態（Ha et al，2009）。當宿主腸道組織ROS 生成機制受損時，腸道菌群代償性的適應，導致乳酸桿菌及其他多個益生菌菌種大量增殖（Pircalabioru et al，2016）。黏 液 層的乳酸桿菌通過依賴黃素還原酶的NADPH 系統，產生H2O2等抑菌成分（Rosanne et al., 2014）。雖然刺激甲酰基肽受體生成ROS 是中性粒細胞對致病菌或共生菌細胞反應的一個重要特征，但研究發現其他類型的腸道細胞，如腸上皮細胞，也會經微生物信號誘導產生ROS，此外ROS 在促炎因子和生長因子刺激的多種信號轉導通路中還起著重要的第二信使作用（Jones et al，2012）。人類共生腸道細菌能在人類腸上皮細胞內快速誘導，產生生理水平的ROS（Amrita et al，2014）。如沙門氏 菌Salmonella typhimurium 通 過刺激腸道產生ROS，其與腸道內的硫代硫酸鹽反應產生四硫酸鹽，其作為呼吸電子受體，作用于沙門氏菌，使其相對去其他菌種在腸道菌群中更具生長優勢（Winter et al，2010）。

2.3 腸道菌群在母豬生產中的研究進展

隨著測序技術的完善，近年來的報道發現，腸道菌群在母豬繁殖周期中，對母豬機體自身的代謝以及哺乳仔豬的正常發育也具有關鍵的調控作用。

最近的多個研究發現，在不同的母豬品種中，機體的腸道菌群結構隨妊娠及泌乳周期，均發生劇烈的改變（Cheng et al，2018；Kong et al，2016；Liu et al，2019）。且研究發現，腸道Escherichia, Coriobacteriaceae和Actinobacteria 三個菌屬在妊娠周期的變化趨勢在榮昌豬和長白豬兩個品種中一致，其中大腸桿菌Escherichia 及科氏桿菌Coriobacteriaceae 的豐度在妊娠期逐漸增加，腸道中SCFA 的含量在泌乳期逐漸增加（Liu et al，2019）。Cheng 等探討了母豬妊娠30 d，90 d 及 泌 乳 期3 d，14 d 四個階段的腸道菌群結構變化，此研究發現在泌乳期第3 天，母豬腸道菌群的豐度及多樣性最低，此研究也發現Escherichia 在泌乳期第3天時豐度最高，丙酸鹽和SCFA 在妊娠末期處于較高水平；同時其發現Bacteroides 和Fusobacterium的豐度在此階段也處于最高水平，Oscillospira 的豐度在此階段處于最低水平；但該研究發現丁酸含量卻在泌乳期3 d 顯著較低，母豬腸道通透性，血漿內毒素及糞便促炎因子水平也在圍產期顯著升高，且母豬腸道Fusobacterium 的豐度與促炎因子及內毒素等的變化存在顯著相關 （Cheng et al，2018）。研究表明，母豬在圍產期發生較為嚴重的代謝綜合征及腸道菌群紊亂現象，其中Fusobacterium 及Escherichia等菌在此過程可能發揮關鍵作用。

母豬正常的腸道消化功能及機體疾病也受腸道菌群的影響。Niu 等的研究中發現，母豬的表觀消化率與腸道菌群結構存在顯著關聯，其結果發現，母豬腸 道Clostridium 及Turicibacter的相對豐度與乙醚提取物的消化率顯著正相關，Anaerofustis 和Robinsoniella 的相對豐度與粗纖維消化率顯著正相關，Collinsella和Sutterella 的相對豐度與中性洗滌纖維NDF 的消化率顯著正相 關，Clostridium，Collinsella，Robinsoniella 和Turicibacter 的 相對豐度與酸性洗滌纖維的消化率顯著相關（Niu et al，2019）。研究表明，母豬的呼吸系統疾病及豬圓環病毒感染等疾病，其感染過程及愈后均與腸道菌群穩態存在關聯（Niederwerder，2017）。也有研究對比了子宮內膜炎母豬與正常母豬的產道菌群，研究發現，Escherichia-Shigella, Bacteroides, Fusobacterium及Clostridium_sensu_stricto_1 等的相對豐度均存在顯著差異，動物產道的多個菌屬來源于腸道，糞便等腸道來源的微生物造成下生殖道感染，從而引發母豬的疾病（Danielsson et al，2011；Wang et al，2017）。

母豬腸道菌群還可通過多種途徑，影響仔豬的生長以及腸道菌群穩態的成熟。哺乳仔豬初期腸道菌群雖然與產床環境、母乳及乳頭的微生物結構較為相似，但在哺乳期，其腸道菌群結構不斷成熟，發展至哺乳后期時與母豬腸道菌群結構更為相似（Chen et al，2018）。Larivière-Gauthier 等 人 的研究也發現，母豬妊娠后期的腸道菌群結構與仔豬斷奶時的腸道菌群結構存在相關性，其中，母豬腸道沙門氏菌的脫落也是調控仔豬腸道菌群結構的因素之一（Lariviere-Gauthier et al，2019）。通過菌群移植技術處理妊娠母豬發現，其可改變母豬糞便及初乳菌群結構，仔豬的腸道菌群結構及終身生長性能也隨之發生改變（McCormack et al，2018）。

3 小結

近年來，在人類及其他動物上的研究表明，腸道菌群在宿主代謝中具有極為重要的調節作用，腸道菌群與機體氧化應激也存在極強的互作關系。且有研究發現，母豬腸道菌群結構在妊娠及泌乳期有極為顯著的變化，母豬在繁殖周期內也易發生進程性氧化應激，氧化應激對其繁殖及泌乳性能均有顯著影響。但目前的研究大多不夠深入，繼續挖掘可改善母豬腸道菌群結構，并篩選出可調控母豬繁殖泌乳性能的菌株，可為緩解母豬氧化應激，提高母豬年生產力提供有力幫助。

（參考文獻略，如有需要，請與作者聯系。）