嘔吐毒素對畜禽腸道的損傷及營養(yǎng)干預(yù)

劉 壯

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣州 510642）

飼料源性嘔吐毒素污染一直是畜禽營養(yǎng)的難點與重點，受到業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。嘔吐毒素通常污染小麥、玉米、大麥等谷物作物，被動物體采食后可以產(chǎn)生廣泛的毒性效應(yīng)，常見的中毒效應(yīng)有厭食、嘔吐、腹瀉、發(fā)燒、站立不穩(wěn)、反應(yīng)遲鈍、體重下降、神經(jīng)-內(nèi)分泌改變以及免疫功能受損等[1]。而腸道是集消化、吸收、內(nèi)分泌、免疫和防御功能于一體的器官，易于受到毒素、細(xì)菌、抗?fàn)I養(yǎng)因子等有害物質(zhì)的損傷。近年來，國內(nèi)外針對嘔吐毒素?fù)p傷腸道的研究層出不窮，深入地解析嘔吐毒素的致病機(jī)制，以期減少嘔吐毒素造成的腸道損傷，有利于提高飼料利用效率，改善畜產(chǎn)品品質(zhì)。

1 嘔吐毒素的污染概況

嘔吐毒素（DON）是鐮刀菌屬代謝產(chǎn)生的次級產(chǎn)物，化學(xué)名3a，7a，15-三羥基-12，13-環(huán)氧單端孢酶-9-烯18酮，是一種B型單端孢酶烯族化合物，易于污染小麥、玉米、大麥等谷物作物，特別是在溫?zé)崽鞖猓粌H降低谷物的產(chǎn)量與品質(zhì)，也對食品和飼料安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅[2]。我國規(guī)定嘔吐毒素的含量在豬配合料中≤1 mg·kg-1，犢牛、羔羊、泌乳期精料補(bǔ)充料≤1 mg·kg-1，植物性飼料原料≤1 mg·kg-1。計成等對北京市15個代表性養(yǎng)豬場所用飼料原料和全價配合飼料（131份）霉菌毒素污染情況進(jìn)行調(diào)研，發(fā)現(xiàn)玉米、DDGS和部分配合飼料嘔吐毒素超標(biāo)率很高，分別為57.1%、88.2%、15.8%。隨著全球變暖與農(nóng)業(yè)系統(tǒng)的變化，嘔吐毒素蔓延至高緯度地區(qū)，Zha等從中國陜西省、寧夏回族自治區(qū)、甘肅省和新疆維吾爾自治區(qū)等地收獲的小麥中檢測DON的濃度時發(fā)現(xiàn)，82.9%小麥樣品被DON污染，平均DON濃度為500 μg·kg-1[4]。此外，在食品的生產(chǎn)加工中存在類似的情況，Jiang等研究分析了100種商業(yè)面包和餅干中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的含量，發(fā)現(xiàn)95%測試樣品中DON超過聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織設(shè)定的1.0 μg·kg-1體重每天的每日臨時耐受攝入量[5]。

2 嘔吐毒素對畜禽的危害

個體水平上，嘔吐毒素主要通過干擾動物體的采食量和生長水平影響牲畜，而在分子水平上，其通過與核糖體結(jié)合抑制蛋白質(zhì)合成并激活涉及與增殖，分化和細(xì)胞凋亡有關(guān)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵細(xì)胞激酶來破壞正常細(xì)胞功能。動物體采食被嘔吐毒素污染的飼糧后嚴(yán)重時造血系統(tǒng)受到損傷，甚至死亡[6]。嘔吐毒素的吸收主要發(fā)生在小腸的近端部分，能夠誘發(fā)畜禽腸上皮的損傷，主要表現(xiàn)為細(xì)胞裂解和水腫，絨毛長度與深度改變，腸上皮吸收細(xì)胞功能紊亂，營養(yǎng)素的吸收受阻，最終降低動物體的生長性能與產(chǎn)品品質(zhì)[7-8]。而嘔吐毒素毒性效應(yīng)的強(qiáng)度取決于劑量、種類、消耗時間、毒素純度和給藥途徑等。低至中等劑量急性口服嘔吐毒素會導(dǎo)致嘔吐，腹瀉，胃腸炎，厭食，體重增加減少，葡萄糖吸收不良，食管穿孔，循環(huán)休克等癥狀，而高劑量促進(jìn)白細(xì)胞凋亡，伴隨免疫抑制，嚴(yán)重?fù)p害胃腸黏膜的淋巴和上皮細(xì)胞，導(dǎo)致內(nèi)毒素敗血癥和休克。此外，微量嘔吐毒素引起的食欲下降、生長遲緩、產(chǎn)品質(zhì)量下降，免疫毒性以及母體毒性導(dǎo)致的生殖和發(fā)育受損等慢性危害，因其長期潛伏在動物體內(nèi)，給養(yǎng)豬業(yè)造成的損失更是難以測算，已成為困擾全球的難題[9]。

3 不同種類動物體對嘔吐毒素的敏感性

嘔吐毒素是廣泛存在于谷物作物中的霉菌毒素之一，能夠破壞腸道黏膜屏障，進(jìn)入機(jī)體內(nèi)被谷胱甘肽、氨基酸、多肽等物質(zhì)修飾，增強(qiáng)親水性，潛在于畜禽體內(nèi)，誘發(fā)細(xì)胞毒性及腸道損傷[10]。而不同動物體對嘔吐毒素的敏感性不同，反芻動物具有復(fù)雜的瘤胃微生物，對嘔吐毒素的耐受力最強(qiáng)，家禽、嚙齒動物次之，而豬是對嘔吐毒素最敏感的動物。研究發(fā)現(xiàn)，生長豬一次性攝入嘔吐毒素0.05～0.1 mg·kg-1BW或日糧含嘔吐毒素2～20 mg·kg-1即可引起嘔吐，對小麥及其副產(chǎn)物來源嘔吐毒素吸收率較高，采食15～30 min就有82%的嘔吐毒素被吸收進(jìn)入血液，達(dá)到血藥峰濃度[11-12]。

4 嘔吐毒素對腸上皮屏障的影響

4.1 黏膜屏障

腸上皮屏障是抵御外界病原菌、病毒、飼料源性毒素的最初防線。上皮屏障的完整性對于腸道功能的維持和保護(hù)是至關(guān)重要的。緊密連接為腸上皮細(xì)胞建立復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，不僅能夠調(diào)節(jié)細(xì)胞極性、小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)運、腸上皮細(xì)胞通透性，還保護(hù)黏膜細(xì)胞免受有毒有害物質(zhì)的侵襲。當(dāng)細(xì)胞暴露于嘔吐毒素后，嘔吐毒素結(jié)合到核糖體RNA肽基轉(zhuǎn)移酶位點，干擾轉(zhuǎn)錄過程與相關(guān)蛋白質(zhì)的合成，破壞腸上皮細(xì)胞的形態(tài)與緊密連接結(jié)構(gòu)[13]。閉合小環(huán)蛋白（ZO）是緊密連接支持結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，閉合蛋白（claudins）為緊密連接的結(jié)構(gòu)骨架[14]。Pinton等發(fā)現(xiàn)，IPEC-1細(xì)胞系暴露于10 μm嘔吐毒素48 h時，claudin-3和claudin-4表達(dá)量減少[15]。相似的研究發(fā)現(xiàn)，100 μg·kg-1BW嘔吐毒素顯著降低ZO-1蛋白的表達(dá)量[16]。伴隨著緊密連接結(jié)構(gòu)的改變，MAPKs信號通路被激活，暗示著嘔吐毒素可能是MAPKs的信號分子，調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，發(fā)揮毒性效應(yīng)。其次，腸上皮細(xì)胞選擇性地轉(zhuǎn)運營養(yǎng)素、毒素等，其絨毛的高度與深度與物質(zhì)的吸收速率密切相關(guān)，一般而言，絨毛高度越高，表面積越大消化吸收能力越強(qiáng)；而絨毛的深度反映腸上皮細(xì)胞的更新速度，分泌功能。Awad等報道，嘔吐毒素能夠顯著改變小腸的形態(tài)結(jié)構(gòu)，降低空腸絨毛的高度與表面積，減少對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[17]。Xie等發(fā)現(xiàn)，高濃度嘔吐毒素飼喂蝦時，蝦的體重增加減少，存活率降低[18]。

4.2 免疫屏障

人和鼠腸上皮細(xì)胞暴露于嘔吐毒素時，能夠通過各種信號機(jī)制誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，抵御嘔吐毒素的損傷效應(yīng)。Park等發(fā)現(xiàn)，促炎細(xì)胞因子IL-8隨著腸上皮細(xì)胞中嘔吐毒素誘導(dǎo)的化學(xué)核糖核酸應(yīng)激而增強(qiáng)[19]。Cano等也有類似的發(fā)現(xiàn)，嘔吐毒素處理豬上皮細(xì)胞IPEC-1和空腸外植體時，IL-8、IL-1α和IL-1β、TNF-α的mRNA豐度顯著增加，誘導(dǎo)促炎反應(yīng)的發(fā)生[20]。此外，腸上皮細(xì)胞表面覆蓋著一層黏液，能夠稀釋毒素，減弱細(xì)胞的毒性效應(yīng)。而嘔吐毒素可通過抑制腸上皮粘蛋白基因的表達(dá)和粘蛋白單糖的組成影響十二指腸粘液層，從而使腸上皮細(xì)胞暴露出來，易受到毒素與病菌的侵襲與干擾[21]。

4.3 微生物屏障

除了調(diào)控蛋白質(zhì)的合成與各種靶基因的表達(dá)，腸上皮細(xì)胞還能夠通過接觸共生細(xì)菌維持免疫穩(wěn)態(tài)。嘔吐毒素是鐮刀菌屬代謝產(chǎn)生的毒性物質(zhì)，主要在消化道的前端部分（胃至空腸近端）被吸收，能夠抑制腸上皮細(xì)胞的增殖與分化，改變腸道的通透性。而當(dāng)腸上皮屏障被破壞時，微生物就會快速定植，增加腸道感染與炎癥反應(yīng)的風(fēng)險[22-23]。然而，目前關(guān)于通過改變活體內(nèi)腸道菌群的成分緩解嘔吐毒素?fù)p傷的研究甚少，主要集中于體外研究微生物脫毒的方法。Pierron等發(fā)現(xiàn)細(xì)菌能夠通過去環(huán)氧化或差向異構(gòu)化作用降低嘔吐毒素的毒性[24]。Gang等也有類似的發(fā)現(xiàn)，土壤中分離的某些細(xì)菌對DON及其衍生物（包括3-乙酰基-DON和15-乙酰基-DON）具有有效的生物降解能力。通過羥基氧化作用霉菌毒素轉(zhuǎn)化為無毒或毒性較低的化合物[25]。此外，利用反芻動物瘤胃微生物具有多樣性與復(fù)雜性的特點，F(xiàn)uchs等從牛的瘤胃中分離提取微生物，與嘔吐毒素共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)瘤胃微生物具有很好的脫毒效果[26]。值得關(guān)注的是，近期大量的研究報道表明，土壤、沼氣池等來源的微生物也具有良好的脫毒效果[27]。

4.4 ABC轉(zhuǎn)運蛋白

ATP結(jié)合盒蛋白在古細(xì)菌、真細(xì)菌和真核生物中形成了超大型的主動運輸系統(tǒng)，通常由兩個整合的膜結(jié)構(gòu)域組成，該膜結(jié)構(gòu)域包含形成易位路徑的六個跨膜α-螺旋和將ATP結(jié)合偶聯(lián)至底物易位的兩個胞質(zhì)核苷酸結(jié)合域。ABC轉(zhuǎn)運蛋白主要功能是利用ATP水解產(chǎn)生的能量將底物進(jìn)行逆濃度梯度跨膜運輸，將各種分子轉(zhuǎn)運穿過不同的細(xì)胞膜，其轉(zhuǎn)運的底物有多肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸、細(xì)胞代謝產(chǎn)物和藥物等[28]。其參與許多重要的生理過程，如營養(yǎng)攝入、細(xì)胞解毒、脂質(zhì)轉(zhuǎn)運、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、病毒防御以及抗原呈遞等[29-30]。研究表明，ABCB1（P-gp）和ABCC2（MRP2）在功能上具有一定的相似性，都能夠?qū)I吐毒素，伏馬菌素B1和赭曲霉毒素A轉(zhuǎn)運至細(xì)胞外，從而起到減輕霉菌毒素?fù)p傷的作用[31-32]。Videmann等也有相似的發(fā)現(xiàn)，以Caco-2細(xì)胞為模型，不同濃度嘔吐毒素處理細(xì)胞時，發(fā)現(xiàn)嘔吐毒素從底膜到頂膜的轉(zhuǎn)運量明顯高于底膜到頂膜的轉(zhuǎn)運量，意味著嘔吐毒素的外排增加，減弱對細(xì)胞的毒性。再分別用ABCB1、ABCC2抑制劑處理細(xì)胞時，發(fā)現(xiàn)抑制劑明顯地減少了嘔吐毒素的外排，證明了ABCB1、ABCC2能夠調(diào)控嘔吐毒素的轉(zhuǎn)運過程[33]。

5 緩解嘔吐毒素?fù)p傷的營養(yǎng)調(diào)控

嘔吐毒素不僅降低谷物作物的品質(zhì)，也給畜牧業(yè)的生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的損失，成為一個困擾全球性的難題，因此尋求緩解嘔吐毒素?fù)p傷的措施極為重要。目前的營養(yǎng)調(diào)控措施主要集中在寡糖、氨基酸等方面。

低聚半乳糖是乳糖經(jīng)β-半乳糖苷酶發(fā)酵產(chǎn)生的混合物，包含2～8個糖單位（聚合度），其中一個單位是末端葡萄糖，剩余的糖單位是半乳糖和2單位半乳糖的構(gòu)成二糖。而CXCL8是人腸上皮細(xì)胞在炎癥過程早期分泌的細(xì)胞因子，能夠有效地誘發(fā)嗜中性粒細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)。研究表明，1%和2%的GOS可以顯著抑制Caco-2細(xì)胞中嘔吐毒素誘導(dǎo)的CXCL8 mRNA表達(dá)豐度，加速緊密連接結(jié)構(gòu)的恢復(fù)。小鼠活體試驗中，日糧中補(bǔ)充1%GOS可以緩解嘔吐毒素造成的腸道絨毛損傷[34]。Miaomiao等發(fā)現(xiàn)，日糧中添加谷氨酸，可以緩解嘔吐毒素誘發(fā)的腸道損傷與氧化應(yīng)激[35]。相關(guān)研究結(jié)果也表明，嘔吐毒素可以增強(qiáng)腸道的通透性，破壞絨毛形態(tài)結(jié)構(gòu)，引起上皮細(xì)胞凋亡，抑制蛋白質(zhì)合成，而日糧中添加復(fù)合抗菌肽時可以明顯地改善腸道形態(tài)，修復(fù)嘔吐毒素誘導(dǎo)的腸道損傷，保護(hù)腸道絨毛的結(jié)構(gòu)與功能[36]。此外，蛋氨酸作為重要的甲基供體，參與DNA、蛋白質(zhì)的甲基化以及精胺的合成，調(diào)節(jié)免疫相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)而可能在一定程度上緩解嘔吐毒素造成的機(jī)體炎癥反應(yīng)[37]。同時作為合成谷胱甘肽的前體物質(zhì)，可減弱氧化應(yīng)激對腸上皮細(xì)胞的破壞作用，保護(hù)動物體腸上皮屏障結(jié)構(gòu)與功能的完整性。研究指出，補(bǔ)充Met可減少小腸黏膜蛋白質(zhì)羰基化和丙二醛水平，改善小腸絨毛發(fā)育[38]。

6 小 結(jié)

嘔吐毒素自身及其代謝產(chǎn)物干擾動物體的生理機(jī)能與健康水平，對于動物體的生長發(fā)育水平與產(chǎn)品品質(zhì)構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。研究嘔吐毒素在體內(nèi)的代謝與相應(yīng)的防御機(jī)制，對于揭示宿主腸道穩(wěn)態(tài)和功能的調(diào)控機(jī)制，開發(fā)營養(yǎng)性調(diào)控技術(shù)具有重要的意義，將有利于提升動物體的生產(chǎn)性能和健康水平，防控相關(guān)疾病。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和研究水平的不斷提高，更多營養(yǎng)干預(yù)的措施將會被發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，促進(jìn)畜牧業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。