飼料禁抗條件下仔豬腸道健康的營養干預手段

譚碧娥

（湖南農業大學 動物科技學院，湖南 長沙 410128；中國科學院亞熱帶農業生態研究所，湖南 長沙，410125）

腸道健康問題依然是制約我國生豬養殖優質高效發展的重要因素，因腸道健康問題導致的仔豬死亡率達15%～20%。尤其仔豬在斷奶后的死亡率為6%，但有時可能上升到20%[1]。動物營養學家努力優化飼料配方，以滿足斷奶仔豬的需求，探索不同的營養因素或管理，以促進斷奶仔豬的整體健康。抗生素一直是保護斷奶仔豬健康的一項重要措施，其可以增強腸道微生物的活性，改善腸道菌群，從而預防疾病，促進生長[1]。然而，隨著抗生素引起的耐藥性和藥物殘留問題越來越嚴重，引起了消費者的廣泛關注。我國已經開始實施嚴格的飼料禁抗、限抗、無抗政策，2020年1月1日起退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種。因此，在仔豬生產中迫切需要制定不妨礙動物生產的情況下抗生素替代的策略。遺傳、管理和健康的調控在保護動物健康和提高其生產性能方面都發揮著重要作用，文章主要關注仔豬腸道健康的營養干預策略。

1 腸道健康的涵義

腸道生長是機體生長發育的核心和快速生長的基礎，是營養物質消化、吸收場所，還具有防御功能。健康的腸道對仔豬的整體代謝、生理、疾病防御和生長性能至關重要。“腸道健康”一詞雖然在人類醫學和動物健康中反復出現，但在科學文獻中缺乏明確的定義。Kogut和Arsenault[2]定義腸道健康為“動物沒有疾病，能夠發揮正常生理功能，以應對外源和內源性應激源”。對于農場動物，沒有疾病癥狀的情況下動物生長性能也可能受到損害。因此，Pluske等提出腸道健康應描述為胃腸道的穩衡狀態，一種微生物群和腸道處于共生平衡狀態的穩定狀態，動物的福利和性能不受到影響[3]。動物腸道健康更強調胃腸道結構和屏障功能、正常穩定的微生物、有效的消化吸收功能以及有效的免疫狀態[4]。

2 仔豬斷奶應激誘導的腸道健康問題

仔豬腸道健康問題主要出現在斷奶階段。從解剖學和功能上看，仔豬小腸發育不成熟，對斷奶敏感。斷奶應激使小腸發生絨毛縮短、隱窩加深、消化酶活性降低和營養轉運受損，導致小腸消化能力和防御功能下降。仔豬斷奶后第2天，腸黏膜的相對重量將下降20%～30%，需要5～10 d才能完全恢復。絨毛高度在斷奶后21 d可降低至斷奶前的75%。隨著腸絨毛萎縮和隱窩增生，進一步影響仔豬的消化吸收能力和生產性能。在斷奶后3～5 d，刷狀緣酶活性，如乳糖酶、蔗糖酶、麥芽酶等顯著降低。仔豬在28 d斷奶后，蔗糖酶、異麥芽糖酶和乳糖酶的特異性活動在5 d內至少下降15%。不過，斷奶對腸道酶活性的影響似乎依賴于斷奶時仔豬的年齡，這種年齡依賴性變化可能是由于細胞更新率和蛋白質合成的變化引起的。最近的研究揭示了斷奶應激對仔豬腸上皮細胞中蛋白質和代謝物表達的影響[5-6]。早期斷奶仔豬空腸絨毛中上部位參與三羧酸循環、β氧化和糖酵解途徑的蛋白表達明顯下調，而隱窩細胞中參與糖酵解的蛋白表達上調[6]。斷奶后仔豬空腸頂端絨毛上皮細胞中能量代謝、蛋白氨基酸糖基化、離子轉運、mTOR信號通路、細胞分化、凋亡等各種細胞代謝或生物學過程相關蛋白表達減少。空腸中段絨毛中參與呼吸電子傳遞鏈、高爾基體小泡運輸、蛋白質糖基化的蛋白質以及脂質、單糖和核苷酸的代謝也被抑制[6]。這些結果表明，斷奶影響仔豬能量代謝、細胞大分子組織和定位以及蛋白質代謝，從而進一步影響斷奶仔豬腸上皮細胞的增殖。作為細胞生長和損傷修復的指征，仔豬斷奶后多胺代謝和鳥氨酸脫羧酶表達也發生了改變。斷奶仔豬腸道通透性增加，緊密連接蛋白表達降低，疾病易感性增加。最近研究發現，早期斷奶應激引起細胞連接蛋白和離子通道基因和蛋白E-cadherin和occludin mRNA以及claudin-3、occludin和ZO-1蛋白表達下降。斷奶應激引起的腸屏障損傷在斷奶后第7天沒有恢復到斷奶前的水平[7]。

斷奶應激對腸道免疫屏障的影響主要體現在：斷奶引起腸道CD4+和CD8+ T淋巴細胞顯著增加，在斷奶后第2天增加了空腸中段炎癥細胞因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8）的mRNA表達；激活固有層的免疫細胞，上調基質金屬蛋白酶表達，導致絨毛萎縮；下調豬空腸黏膜中MHC I的表達。對于腸道菌群，斷奶應激降低了乳酸菌群的相對豐度，增加了梭菌屬、普氏桿菌屬、變形桿菌科和大腸桿菌屬的相對豐度[1]。斷奶導致仔豬的采食量往往急劇下降，細菌生存和增殖的營養有限。而致病菌能夠利用特殊的營養物質，不能被共生菌分解代謝，從而增強其毒力因子的表達。例如，沙門氏菌和腸出血性大腸桿菌都可以利用乙醇胺作為碳源或氮源，在與其他微生物群的競爭中獲得營養優勢[8]。腸出血性大腸桿菌也可以利用巖藻糖激活III型分泌系統，促進病原菌與宿主腸上皮細胞的黏附。因此，斷奶仔豬更容易出現腸道炎癥和斷奶后腹瀉，這是由于致病菌的快速增殖和微生物多樣性的喪失造成的[1]。

3 調控仔豬腸道健康的營養干預手段

已經有很多營養策略應用于仔豬健康的調控，并最大可能地提高仔豬生產性能。包括優化飼料配方，在斷奶后利用低蛋白日糧，改善飼料的加工和生產以及添加不同的飼料添加劑等。這些營養干預手段的目的均在于：改善仔豬營養物質的消化和吸收；改善腸道微生物組成；免疫調節以增強仔豬的抗病能力。以下重點闡述功能氨基酸、抗菌肽、植物提取物、短鏈脂肪酸近年來在仔豬腸道健康研究中的進展。

3.1 功能性氨基酸

氨基酸是維持腸道生長發育的關鍵營養物質。仔豬腸道組織利用了每天攝入的氨基酸將近50%，利用的必需氨基酸占其攝入氨基酸的50%。氨基酸的利用對調節細胞生理學功能非常重要，對腸黏膜細胞更新和黏膜屏障功能具有重要的生理意義。氨基酸尤其是功能性氨基酸在黏膜代謝中具有關鍵作用，可維護豬腸道屏障的完整性和功能。例如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸在基因表達、細胞內信號傳導、營養物質代謝和氧化防御的調控中發揮重要作用[9]。

精氨酸是近十幾年來在仔豬腸道功能方面研究最廣泛的氨基酸。筆者所在團隊大量的研究，揭示了精氨酸家族類物質（包括精氨酸、N-氨甲酰谷氨酸、谷氨酰胺二肽、α-酮戊二酸、精胺等）通過Arg-NO-Hsp70、mTOR、TLR4-NFκB、PPARγ、VEGF等信號通路促進仔豬腸黏膜上皮細胞蛋白合成，促進細胞增殖與生長、緩解了斷奶應激和炎癥反應，維持黏膜結構和功能[9]。在早期斷奶仔豬日糧添加0.2%～1%的L-精氨酸能顯著提高其生長性能，促進腸道生長，緩解不同應激因素對腸道的損傷。在斷奶前灌服脯氨酸可使仔豬腸道成熟，促進斷奶后腸黏膜增殖以及緊密連接和鉀通道蛋白表達，從而緩解斷奶應激。斷奶仔豬添加1%的谷氨酰胺可顯著提高其腸道抗氧化能力，谷胱甘肽濃度增加29%，防止空腸萎縮，小腸生長增加12%，日增重提高19%。斷奶仔豬日糧添加芳香族氨基酸（0.16% 色氨酸、0.41%苯丙氨酸 、0.22%酪氨酸）能緩解脂多糖（LPS）誘導的黏膜組織病理學損傷，激活CaSR信號通路和抑制NF-κB信號通路，緩解LPS誘導的仔豬腸道炎癥[9]。

3.2 抗菌肽

抗菌肽是由不同生物自然產生的多肽，可以直接從細菌、昆蟲、植物和脊椎動物中分離得到，或者通過重組分子合成。抗菌肽帶正電，包含疏水區和親水區。抗菌肽對革蘭氏陰性和革蘭氏陽性細菌、真菌、寄生蟲和病毒具有強大的廣譜活性。與傳統抗生素相比，抗菌肽顯著的優點是可以殺死P. aeruginosa和Staphylococcus aureus等對特定抗生素具有耐藥性的致病菌[10]。抗菌肽可通過與細菌細胞膜結合，破壞細胞膜結構，滲透入細胞，調節細胞內途徑，引起細胞死亡。也可能與抗菌肽的抗菌特性有關，例如抑制細胞壁合成，抑制蛋白質和核酸合成以及抑制細菌中的酶活性[11]。

抗菌肽對斷奶仔豬腸道健康的保護作用已有大量的報道。Xiao等發現，日糧添加0.4%的抗菌肽（包括牛乳鐵蛋白和植物防御素）和活性酵母的混合物，可通過增加斷奶仔豬的腸道完整性和降低腸道通透性來減輕霉菌毒素的負面影響[12]。抗菌肽的作用可能與其調節免疫反應和腸道菌群相關[13]。日糧添加牛乳鐵蛋白肽可增加斷奶仔豬小腸乳桿菌屬和雙歧桿菌計數，并降低總大腸桿菌和沙門氏菌。添加天蠶素AD可以提高腸道乳桿菌計數，降低大腸桿菌感染仔豬的腹瀉發生率[14]。盡管外源或重組抗菌肽已顯示出替代抗生素的潛力，但大多數外源抗菌肽在動物上消化道被消化，而不能到達大多數病原體定植的后腸，其有效性還需要進一步驗證。因此，通過使用添加劑刺激宿主分泌內源性抗菌肽可能是一種更好的方法，已經發現丁酸鹽和維生素D能促進宿主防御肽的合成。宿主防御肽誘導化合物在無抗養殖中具有廣泛的應用前景[15]。

3.3 短鏈脂肪酸

短鏈脂肪酸（SCFAs）主要是通過膳食纖維的后腸發酵產生的，除了為宿主提供能量來源，也發揮免疫調節作用[16]。SCFAs通過特定機制促進腸內穩態，包括促進杯狀細胞黏液產生、抑制NFκB、促進B細胞sIgA的分泌、降低T細胞活化分子在抗原呈遞細胞上的表達、增加調節性T（Treg）細胞的數量和功能等[17]。

丁酸鹽已被廣泛應用于飼料中抗生素的替代。由于丁酸具有較高的揮發性和腐蝕性，因此在豬日糧中一般丁酸與鈣或鈉混合使用。已經報道添加0.1%丁酸鈉能降低仔豬腹瀉，增強腸道的完整性，提高血清IgG含量[18]。丁酸鹽的另一種替代形式是三丁酸甘油酯，其主要優點是丁酸的緩釋，可在胃中保持完整，在小腸中以丁酸和甘油一丁酸酯的形式緩慢釋放。日糧添加飼喂0.1%的三丁酸甘油酯可促進緊密連接的形成和表皮生長因子受體信號的活化，減輕乙酸誘導的腸道損傷[19]。丁酸的免疫調節作用通過與上皮細胞或免疫細胞中表達的G蛋白偶聯受體結合，介導免疫調節的級聯。丁酸及其衍生物已經顯示出非常強的抗革蘭氏陽性和陰性菌的活性，可能是通過穿透細菌細胞壁并酸化細胞質，從而導致細菌死亡[44]。此外，丁酸還能誘導宿主防御肽的產生，從而調節宿主免疫系統抵抗病原體，包括對抗生素抗性菌株[15]。

3.4 植物化學物質

植物化學物質是飼料中抗生素替代的重要選擇。大多數的植物化學物質表現出對革蘭氏陰性和陽性菌的抗菌活性，包括大腸桿菌、沙門氏菌屬、梭菌屬、分枝桿菌屬等。許多植物化學物質也被證實為潛在的抗病毒劑[20]。Lillehoj等全面綜述了植物化學物質作為抗生素替代品促進動物生長和健康的作用[20]。在感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）的斷奶仔豬中，補充10 mg/kg的辣椒素、大蒜素或姜黃素不同程度上通過提高免疫反應，緩解PRRSV的不良反應[21]。植物化學物質增強抗病性和生長性能的作用，可能與其改善腸道結構和功能、促進腸道健康有關[22-24]。大腸桿菌感染仔豬補充植物提取物可提高腸絨毛高度，促進回腸MUC2基因的mRNA表達[23]。

植物化學物質的免疫調節和抗氧化特性也有利于其對仔豬發揮保護作用。杜仲黃酮被證實具有抗炎和抗氧化活性，緩解因敵草快誘導的仔豬腸黏膜氧化損傷[25]。Lang等報道大蒜素可以抑制腸上皮細胞趨化因子的分泌，從而抑制各種循環白細胞進入發炎組織。辣椒素、大蒜素或姜黃素能下調與抗原加工和呈遞以及其他免疫應答相關途徑的基因表達[23]。幾種常用的植物化學物質（牛至、百里香、生姜、茴香、胡椒、丁香、羅勒、肉桂、大蒜、薄荷等的提取物）在體外細胞培養和體內動物模型中都顯示出強大的抗氧化活性，植物化學物質的抗氧化性能主要因為具有與過氧自由基有高反應活性[1]。

4 總結與展望

腸道是營養物質的消化吸收器官，也是化學感應器官和最大的免疫器官。維持腸道健康對仔豬生產非常重要，尤其在飼料中禁止使用抗生素的情況下。大量研究已證實功能氨基酸、抗菌肽、脂肪酸以及植物化學物質等對斷奶仔豬的腸道發育和健康發揮積極作用，已成為潛在的抗生素替代品。但是，飼料中抗生素的替代是個系統工程，需要綜合考慮各種替抗產品的作用方式、基礎日糧配方和豬的健康狀況。