微生物內分泌學研究引起斷奶仔豬腹瀉的機理

何再平

（山西省農業科學院畜牧獸醫研究所，山西 太原 030032）

長期以來，豬肉是我國居民飲食中不可或缺的一部分，但自我國發生非洲豬瘟以來，養豬業受到了較大的影響，豬肉供不應求的現狀亟待解決。養殖場戶為了提高母豬的受胎率，盡量縮短仔豬的哺乳時間，由于斷奶應激和消化系統發育不成熟，斷奶仔豬腹瀉（Piglet Post Weaning Diarrhea,PPWD）成為一種重要的腸道疾病，給養豬業帶來較大的經濟損失[1]。該病常發生在斷奶后兩周內，其特點是腹瀉、脫水、明顯死亡和存活豬體重下降[2]。在暴發急性PPWD的1～2個月的時間內，受感染的斷奶仔豬死亡率可達到 20%～30%[1]。

1 微生物與PPWD的關系

腸道微生物對宿主的健康是至關重要的，參與機體碳水化合物的消化和發酵、維生素的產生、腸道絨毛正常功能的維持、免疫反應的調節和對致病菌的抑制等生理活動過程[3]。仔豬消化道微生物首先來源于出生過程中母體的感染，繼而是皮膚、奶頭和母豬的糞便[4]。需氧菌先在消化道定植，然后是兼性厭氧菌，最后是厭氧菌。正常狀態下優勢菌為乳酸菌的厭氧菌（有益菌）占99%以上，而需氧菌和兼性厭氧菌（有害菌）只占1%左右。不同部位微生物的種類和數量也大不相同。十二指腸和空腸的微生物較少，主要是由于胃酸和膽汁的殺菌作用及該段腸道蠕動較快，從十二指腸到回腸，菌種和數量逐漸增加。雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌在腹瀉仔豬腸道中的數量顯著降低，而梭菌、大腸桿菌等顯著升高[5]。

PPWD是一種病因比較復雜的疾病，在斷奶過渡的因素中，腸道微生物的破壞是導致斷奶后腹瀉的關鍵因素之一。仔豬斷奶前，消化道的優勢微生物是乳酸菌，它可將乳汁中的乳糖轉化為乳酸，胃酸通過激活胃蛋白酶原，促進消化。消化道的酸性環境可抑制大多數微生物的生長，提高胃腸黏膜的保護作用、有效地防止因病原菌造成的消化紊亂與腹瀉。斷奶后，食物結構發生變化，仔豬自身泌酸的能力有限，無法維持胃內的酸性環境，pH升高，乳酸桿菌的生長受到抑制，機體消化能力減弱，原微生物區系受到破壞，一些條件致病菌大量繁殖，產生毒素，導致疾病發生。

2 ETEC（產腸毒素大腸桿菌）與PPWD的關系

人們普遍認為，ETEC的特定血清型和病理型是引起PPWD的主要致病菌[2，6]。ETEC主要存在于犢牛和豬的腸道里，很少存在于其他動物的腸道中，如兔、馬和家禽，目前還不清楚具體的原因[7]。ETEC黏附在小腸上皮，正常狀態下不引起腸道明顯的形態學改變，大量繁殖分泌的腸毒素，通過影響腸液的分泌和吸收來改變腸細胞的功能。ETEC的致病因子主要是黏附素（菌毛）和腸毒素。

ETEC引起PPWD的首要步驟是菌毛通過與小腸微絨毛上的受體結合黏附于小腸。目前發現F4（K88）和F18是引起斷奶仔豬腹瀉的主要菌毛[8]，F4有3種突變體F4ab、F4ac和F4ad，F4ac是迄今為止在PPWD中發現的主要抗原類型。Nagy等發現新生仔豬腸道沒有F18菌毛，4周齡之后腸道中的F18表達量增加，這可能也是斷奶仔豬易腹瀉的一個重要因素[9]。F4和F18的受體是小腸微絨毛或黏液的糖蛋白[10-11]。

ETEC產生的腸毒素是由質粒調節分泌作用于腸上皮的蛋白或多肽，包括不耐熱腸毒素（LT）和耐熱腸毒素（ST）。腸毒素是引起PPWD的重要因素，ST和LT進入腸道后與腸壁上皮細胞受體GM1結合后可分別刺激上皮細胞中的腺苷酸環化酶（AC）和鳥苷酸環化酶（KKGC）的分泌，AC可促使細胞質中的環磷酸腺苷（cAMP）的分泌，KKGC可增加胞漿中的環磷酸鳥苷酸（cGMP）的含量[6]。cAMP和cGMP作為細胞內的第二信使可促進腸液分泌相關蛋白[NKCC1（SLC12A2）、CFTR、CaCCs]的表達并抑制腸液吸收相關蛋白[NHE3（SLC9A3）、SLC5A1、DRA（SLC26A3）、PAT1（SLC26A6）]的分泌，致使小腸內聚集大量的腸液，超過腸道的吸收能力，最終導致腹瀉，機體因流失大量的水、鈉離子、氯離子，出現脫水和酸中毒等癥狀[12-14]。

3 應激激素與PPWD的關系

應激是指機體對有害刺激進行的全身性適應性反應。強烈的應激使機體出現一系列神經內分泌紊亂。從出生到屠宰，豬同存在于皮膚、胃腸道和呼吸道以及其他與外界相通的機體器官的各種微生物一直存在著相互作用，微生物影響著豬的生長性能及認知行為，作為宿主豬也同樣影響著微生物的存活、功能和群落組成。微生物內分泌學是基于在宿主和微生物中含有相同的神經化學物質，展開的對宿主與微生物雙向作用的研究[15]。仔豬在斷奶過程中，來自外界的各種應激，如離開母豬、人工抓取、運輸、從新分欄、溫度、打斗等，通過下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA axis）和交感-腎上腺髓質（SAM）系統分泌大量的糖皮質激素和兒茶酚胺類激素[16]。在腸道外合成的應激激素可以通過血液循環進入腸道，被腸道微生物感知并利用，引起腸道微生物的種類和數量的變化，導致一些病原微生物的繁殖以及對腸道黏膜的吸附和感染加強等。宿主和腸道微生物之間通過中樞神經系統（CNS）和腸道神經系統（ENS）相互傳遞信息。機體受到應激通過CNS分泌應激激素引起腸道環境的變化，腸道微生物通過ENS及腸道上皮的各種化學感受通路將腸道環境的變化傳到大腦，宿主通過調節機體行為，如厭食、活動量減少等，以減緩應激[17-19]。

兒茶酚胺類激素是引起腸道內分泌環境發生變化的重要應激激素，在促進病原微生物的生長和增加病原微生物毒力基因的表達起著重要的作用。研究發現兒茶酚胺類激素可促進革蘭氏陰性菌如大腸桿菌、小腸結腸炎耶爾森菌和銅綠假單胞菌的生長[20]。機理是兒茶酚胺類激素能夠為細菌的生長提供鐵，鐵是幾乎所有細菌生長所需的關鍵營養元素，其中研究最多的是去甲腎上腺激素，利用其鄰苯二酚結構與結合在血漿轉鐵蛋白（Tf）和黏膜分泌液乳鐵蛋白（Lf）的鐵發生螯合，降低Tf和Lf對鐵的親和力，微生物可以通過自身的鐵載體攝取這些通常無法從宿主天然免疫防御蛋白Tf和Lf中獲得的鐵，進而促進病原菌的生長[21-22]。

在體外模擬條件下，添加去甲腎上腺素后ETEC的菌毛黏附和腸毒素基因的表達增加[23]，但具體機理尚不清楚。Lyte等發現去甲腎上腺素和腎上腺素均能促進熱不穩定腸毒素elt基因的相對表達[24]。Berberov等發現LT可以作為黏附素將ETEC脂多糖與細胞表面進行結合[25]，從而增加了ETEC的毒力。

Brown等研究發現去甲腎上腺素與腸黏膜下神經元α-2-腎上腺素能受體結合能促進小腸對氯化物的吸收，當與結腸上皮α-1-腎上腺素能受體結合可以增加氯化物的分泌[26]。

4 防治PPWD的相關藥物

中國是全世界使用抗生素最多的國家，目前治療斷奶仔豬腹瀉主要還是依賴于抗生素[27]，其中黏菌素是一種陽離子抗生素，廣泛應用于治療大腸桿菌引起的豬腸道感染，特別是PPWD。盡管黏菌素對治療PPWD的效果較好，但一些研究發現在豬體內存在抗黏菌素mcr-1基因的大腸桿菌，對人體健康構成較大的威脅[28]。有人提出在動物生產中使用黏菌素應視為最后的治療選擇。

防治豬的PPWD可以首先使用各種預防策略而不直接使用抗菌藥物來控制。如飼料補充劑氧化鋅、有機酸、益生菌、合生劑（益生菌和益生元的合劑）、抗菌肽、特異性蛋黃和噬菌體等都已被用于斷奶豬，以提高仔豬的生長和飼料的利用率，減少PPWD的發生。PPWD是一種多因素疾病，確切的整體病因尚未完全闡明，選擇合適的抗生素替代品比較困難，同時大多數替代品的有效性存在著地域的差異[29-31]。

中藥具有低毒、不易產生耐藥性、綠色環保的特點，是較有前途的飼料添加劑。從中獸醫角度，PPWD是由積食化熱、脾胃虛弱所致，中藥通過補脾健胃、消食導滯、清熱解毒進行治療。臨床上關于中藥制劑防治斷奶仔豬腹瀉的報道很多[32-35]，在中藥的作用下，機體通過CNS和ENS調節應激激素的分泌，改善機體微生態環境，增強機體的抗病能力[36-37]，對PPWD有顯著的防治效果。

目前中藥與腸道菌群之間相互作用的研究尚處于初步階段，需進一步完善研究設計，例如研究中藥靶向作用的腸道微菌群，以及建立更具意義的腸道菌群研究模型。這些研究會進一步揭示中藥與腸道菌群之間的相互作用，從而為基于中藥的發現創新為更加有效的防止PPWD提供新的見解和指導。