嘔吐毒素對畜禽腸道健康的影響及相關研究進展

楊 俊， 趙小剛， 張桂紅， 郭吉余*

（1.廣東海大集團股份有限公司畜牧水產研究中心，農業農村部微生態資源養殖利用重點實驗室，廣東廣州511400；2.華南農業大學獸醫學院，廣東廣州510642）

脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（DON）由于能導致動物產生嘔吐反應，而被稱為嘔吐毒素。 DON 是一種B 類單端孢霉烯族毒素，主要由禾谷鐮刀菌、串珠鐮刀菌及雪腐鐮刀菌等鐮刀菌屬真菌代謝產生，并廣泛分布于霉變的小麥、大麥、玉米等谷物中，是我國飼料原料中常見的一種霉菌毒素。 不同動物對DON 敏感度不同， 豬是對DON 最為敏感的動物之一， 其次為嚙齒類動物、 家禽及反芻動物（Prelusky 等，1994）。 動物長期采食低濃度DON污染飼糧會產生食欲下降、 采食量及飼料利用率降低等癥狀，從而導致生產性能下降，而攝入高濃度的DON 污染飼糧則會導致動物腸道屏障破壞、免疫功能紊亂、生殖系統損傷，并出現嘔吐、腹瀉甚至死亡等癥狀，嚴重破壞生產性能，損害機體健康（Prelusky 等，1994）。DON 因為具有較強的穩定性， 可以耐高溫、 強酸等處理， 因此飼料原料中DON 污染很難通過傳統的物理及化學方法降解。

本文主要綜述了DON 污染對畜禽腸道健康的影響、 致病機理以及飼料生產中常用的脫毒方法等相關研究進展，為緩解飼料原料中DON 污染對畜禽健康養殖帶來的危害提供一定思路。

1 我國飼料原料中嘔吐毒素污染現狀

DON 是在1970 年日本香川縣暴發赤霉病的大麥中首先被發現， 并在兩年后被首次分離得到（Sobrova 等，2010）。在隨后的幾十年間，全球各地糧食及食品中DON 污染問題持續存在， 給人類及動物健康造成嚴重威脅。 我國地域廣闊、氣候復雜，在東北、華北及西南糧食主產區，農作物收獲季節如遇連續陰雨潮濕天氣， 將導致DON 陽性率及超標率顯著升高。 周建川等（2017）對2016 年全國部分地區1304 份全價飼料及飼料原料樣品中DON 含量進行檢測（表1），結果發現，DON 是我國飼料及飼料原料中污染情況最為嚴重的霉菌毒素。其中，小麥及麩皮、玉米副產物中DON 超標率較高，平均含量分別達到了2657.81 μg/kg 及1342.72 μg/kg，并且，全價飼料超標率也高達42.20%，最高值也達到3251.71 μg/kg，顯著高于我國《GB-13078-2017飼料衛生標準》中規定的1000 μg/kg 限值。

表1 2016 年我國飼料及飼料原料DON 含量

2 嘔吐毒素毒理機制

2.1 嘔吐毒素誘導嘔吐病理機制 1973 年人們首次發現禾谷鐮刀菌感染的霉變玉米可導致母豬產生拒食及嘔吐反應， 并從中分離得到DON（Yoshizawa 等，1973）。嘔吐反應是機體腹部膈肌、腹肌等肌群共同發生強烈收縮反應， 導致胃內容物經過食道逆流，反射性快速排出體外。通常情況下，機體產生嘔吐反應是一種自我保護機制，可將腸腔中病原微生物及毒素排出體外， 但嚴重的嘔吐現象則會損壞胃腸黏膜結構，降低食欲，甚至導致機體電解質失衡危及生命（吳文達，2012）。DON誘導機體產生嘔吐反應主要通過兩個方面：DON通過血腦屏障進入腦脊液從而導致中樞神經系統分泌5-羥色胺，并激活大腦中受體，導致嘔吐現象發生；食物中DON 誘導胃腸道結構損傷，激活胃腸黏膜內嗜鉻細胞或腸神經元細胞分泌5-羥色胺，L 細胞分泌YY 肽、5-羥色胺及YY 肽可通過血液循環進入大腦直接激活相應受體產生嘔吐反應， 或者通過激活迷走神經調節大腦采食調控中樞而引起嘔吐反應（Wu 等，2016、2013）。

2.2 嘔吐毒素細胞毒性 DON 是一種蛋白合成抑制劑，研究發現，其進入細胞后通過改變自身分子結構與核糖體結合， 破壞核糖體空間結構并抑制60S 亞基上肽基轉移酶活性， 從而改變核糖體生理功能，抑制蛋白質合成（Rotter，1996）。 另外，DON 還可通過激活核糖體內蛋白激酶R，誘導真核起始因子2α 磷酸化， 抑制mRNA 翻譯起始及蛋白質合成，導致核糖體應激，細胞內絲裂原活化蛋白酶（MAPKs）信號通路激活，從而影響下游一系列細胞生理活動 （Pestka，2007）。 線粒體也是DON 細胞毒性的重要靶點，Yang 等（2019）研究發現，DON 處理細胞導致線粒體內活性氧ROS含量升高，導致線粒體膜結構受損，通透性升高，從而激活細胞線粒體凋亡途徑， 并釋放凋亡因子Cyt-c，激活胞漿內Caspase 凋亡蛋白家族，最終引起細胞凋亡。

2.3 嘔吐毒素在動物體內吸收及代謝規律 不同動物對飼料中DON 吸收速度及效率不同，這可能是導致動物對DON 敏感性不同的重要原因。在豬體內研究發現，飼料中DON 通過攝食進入機體后，大約80%的DON 可被機體吸收，且55% 是在胃、 十二指腸及空腸部位通過細胞旁通路快速被吸收進入血液循環， 采食15 ～ 30 min 后便可在血液中檢測到，且4 h 左右達到峰值（Danicke 等，2004）。豬血液中DON 半衰期比其他動物更長，約為5.8 h，而家禽飼料中只有5% ～ 20%的DON 可以被吸收進入機體血液循環， 且在血液中半衰期時間較短，因此，豬是對DON 最為敏感動物之一（Goossens 等，2012）。

DON 被吸收進入血液循環后，只有小部分可被肝臟通過去12,13-環氧基反應降解為無毒性的12,13-脫環氧-脫氧雪腐鐮刀菌烯醇 （DOM-1），大部分仍以DON 形式隨尿液排出體外，另外，部分DON 通過肝腸循環系統重新進入腸腔隨糞便排出（Goossens 等，2012）。因此，飼料中DON 極少在動物器官內沉積。 研究發現，消化道內DON可被腸道微生物有效降解為DOM-1，而家禽及反芻動物消化道內微生物種類及數量都遠高于豬，這也導致家禽及反芻動物具有較強的DON 耐受性（Goossens 等，2012）。

3 嘔吐毒素對畜禽腸道健康的影響

腸道不僅是機體吸收營養物質的主要場所，同樣也是機體抵御外界病原微生物入侵的第一道屏障。 腸道上皮細胞在選擇性吸收各類營養物質的同時， 還要通過細胞外部及細胞間形成的各種屏障結構， 阻礙病原菌入侵并抑制其代謝產物如霉菌毒素吸收 （Ghareeb 等，2015）。 飼料中DON主要在動物胃腸道部位被吸收， 導致腸道上皮細胞內DON 濃度遠高于其他組織及器官， 因此，飼料中DON 通常在動物體內表現出明顯的腸毒性。

3.1 嘔吐毒素對腸道屏障功能的影響 腸道屏障結構由基底側到腸腔側分為免疫屏障、 物理屏障、化學屏障及微生物屏障四部分，四種屏障結構通過特定信號傳導機制相互配合， 共同防御宿主免受外界病原微生物感染，維持機體健康（Anderson 等，2012）。

3.2 嘔吐毒素對腸道物理屏障的影響 腸道物理屏障又稱機械屏障， 是由腸上皮細胞及細胞間緊密連接結構組成， 其是整個腸道屏障結構的主體。 而飼料中DON 污染會導致細胞蛋白合成及DNA 復制受阻，從而抑制細胞增殖并誘導凋亡發生，最終導致動物腸道形態受損，屏障功能破壞。研究發現，飼喂DON 含量為3 mg/kg 的污染飼糧35 d 后，仔豬空腸上皮細胞增殖受阻，腸絨毛萎縮、融合，絨毛高度降低，形態結構及屏障功能受損，另外，腸黏膜黏附連接蛋白E-cadherin 及緊密連接蛋白Occludin 表達顯著降低（Bracarense等，2012）。飼料DON 污染可引起動物腸道上皮細胞增殖抑制并發生凋亡，腸絨毛萎縮，形態結構破壞，同時，腸上皮細胞間緊密連接結構受損，腸道通透性增加，最終導致腸道物理屏障損傷，腸道健康破壞。

3.3 嘔吐毒素對腸道化學屏障的影響 腸道化學屏障主要是指黏附在腸道上皮細胞外側的一層黏液結構，主要由黏蛋白、抗菌肽、分泌型免疫球蛋白A（sIgA）等組成，可浸潤腸道上皮細胞提供適宜液態環境，并有效抑制病原菌活性，避免腸道微生物與上皮細胞直接接觸，起保護腸上皮的作用。

在仔豬中研究發現，飼糧中DON 污染可導致仔豬小腸杯狀細胞細胞顯著下降，腸黏膜內sIgA濃 度 降 低 （ 朱 電 鋒 等，2018；Wu 等，2015；Bracarense 等，2012）。使用DON 濃度為4.6 mg/kg污染飼糧飼喂仔雞15 d 后發現，DON 誘導仔雞十二指腸黏蛋白MUC-2 基因表達及黏蛋白單糖合成受阻，腸黏膜粘液層厚度顯著降低（Antonissen 等，2015）。 另外，飼喂DON 污染飼糧導致仔豬小腸黏膜抗菌肽基因mRNA 表達水平顯著降低（Wang 等，2018）。 以上研究結果表明，飼料中DON 污染可抑制動物腸道黏膜化學屏障功能，降低腸道抗菌能力，最終損害腸道健康。

3.4 嘔吐毒素對腸道免疫屏障的影響 腸道免疫屏障又分為先天免疫與獲得性免疫，先天免疫細胞通過模式識別受體PRRS 識別病原微生物，并迅速啟動相關免疫應答，分泌免疫因子，最終清除病原微生物。獲得性免疫通過特異性識別抗原， 誘導相關淋巴細胞增殖分化為效應細胞，進而分泌細胞因子，抑制病原微生物感染，維持腸道健康。

研究發現，DON 處理可導致腸黏膜免疫平衡受到破壞。 在仔豬小腸上皮細胞系IPEC-1 及仔豬空腸組織體外培養研究發現，DON 處理可顯著提高細胞及空腸組織促炎因子基因表達水平， 且空腸組織內Th17 分化相關基因表達顯著升高，DON 顯著提高了致病性Th17 細胞亞群相關基因表達（Cano 等，2013）。 而在仔豬體內研究發現，飼喂低濃度為1 ～ 2 mg/kg 的DON 污染飼糧84 d 后，仔豬回腸內炎癥因子IL-1β、IL-8 基因表達水平顯著下降（Becker 等，2011）。 以上研究說明，DON 污染可導致腸道黏膜免疫平衡破壞，促進病原菌在腸道內定植及位移，最終導致腸道健康受損。

3.5 嘔吐毒素對腸道微生物屏障的影響 腸道微生物屏障是指腸道黏液層及腸腔內對宿主腸道健康起保護作用的共生菌群落，主要是厚壁菌門專性厭氧菌，如乳酸桿菌、雙歧桿菌、消化球菌等。 腸道共生菌通過與病原菌競爭性定植，從而抑制有害菌感染。另外，腸道厭氧菌通過代謝產生大量有機酸，如乳酸、丁酸、丙酸、乙酸等，從而降低腸腔pH，抑制病原菌生長并降低其毒力（Becker 等，2011）。 研究發現，飼喂仔豬DON 濃度為2.8 mg/kg 污染飼糧4 周后，腸道微生物群落結構發生變化，且微生物豐度指數降低 （Waché 等，2009）。 同樣， 通過16S rRNA 測序研究發現， 通過飲水每天飼喂小鼠10 μg/kg 體重的DON，持續280 d 后，小鼠腸道盲腸微生物群落結構發生顯著變化，其中放線菌門及擬桿菌門細菌豐度顯著下降（Vignal 等，2018）。

4 嘔吐毒素對畜禽腸道營養物質吸收的影響

營養物質經過胃腸道消化酶分解后， 在腸道上皮細胞處通過跨細胞途徑或者細胞旁通路途徑吸收進入血液循環。其中，跨細胞途徑中營養物質（如水分、糖類、氨基酸、電解質等）通過細胞頂端相應轉運載體進入細胞并穿過細胞基底側進入血液循環； 細胞旁通路途徑主要是大分子物質穿過上皮細胞間緊密連接結構進入血液循環。 研究發現，飼料中DON 通過抑制腸上皮細胞營養物質相關轉運載體表達從而影響營養物質吸收， 導致動物生長性能下降。 在人結腸上皮細胞HT-29-D4中研究發現，DON 處理可顯著抑制細胞蛋白合成，并導致凋亡發生，其作用機制為DON 選擇性抑制細胞轉運蛋白活性， 其中D-葡萄糖/D-半乳糖鈉離子依賴轉運蛋白（SGLT1）、D-果糖轉運蛋白（GLUT5）及L-絲氨酸轉運蛋白活性都顯著下降，但對膽固醇吸收無影響（Maresca 等，2002）。同樣，在肉仔雞中研究發現，飼喂仔雞DON 污染飼糧23 d 后，空腸黏膜內負責主要營養物質（葡糖糖、果糖、中性氨基酸、棕櫚酸及短鏈脂肪酸）相關轉運載體基因mRNA 表達水平顯著下調（Dietrich等，2012）。 以上研究結果說明，飼料DON 污染可能通過抑制腸道上皮細胞基因表達與蛋白合成，從而影響營養物質相關轉運載體表達， 最終導致腸道營養物質吸收受阻，動物生長性能下降。

5 飼料中嘔吐毒素脫毒方法研究進展

飼料原料中DON 脫毒方法可大致分為物理脫毒、化學脫毒及生物降解法三種。

5.1 物理脫毒法 物理脫毒法包括脫皮法、紫外及γ 射線照射法、密度篩選法及吸附法等。 由于DON 具有較強的熱穩定性，可在120 ℃條件下存在， 一般的熱處理對飼料中DON 含量無顯著影響，因此，生產中一般不使用熱處理降解飼料原料中DON。 污染谷物中DON 通常在外殼及表皮部位富集， 可通過脫殼或者去皮方法降低飼料原料中DON 含量。 在鐮刀菌污染的大麥中研究發現，分別脫去大麥外層10%及45%組織后，DON 含量顯著降低45%及70%（Rios 等，2009）。 DON 污染可導致谷物密度發生變化， 因此可通過懸浮篩選法將DON 污染谷物分離， 從而降低飼料原料DON 含量（計成等，2015）。 目前畜禽生產中使用最為廣泛的飼糧DON 脫毒法是添加吸附劑，常用的吸附劑主要有活性炭及硅鋁酸鹽兩類。 活性炭由于具有較大的表面積，對飼料原料中的DON 具有一定吸附效果， 但添加活性炭也導致飼料中其他小分子物質如維生素、礦物質等被吸附，不能被動物利用，從而導致飼料營養價值降低（Awad 等，2010），因此，生產中也較少使用。硅鋁酸鹽是一類含有硅鋁酸鹽的黏土，常見的有蒙脫石、沸石粉、膨潤土等，它們結構相似都是由鋁酸鹽、硅酸鹽及可交換的金屬離子構成。但目前的研究發現，飼糧中添加外源吸附劑僅對黃曲霉毒素具有一定效果，而DON 吸附效果并不理想。 研究發現，5 mg/kg 的DON 污染飼糧中添加0.5%的藻類改性蒙脫石黏土AMMC 對DON 誘導的仔豬生長性能降低并無顯著改善（Frobose 等，2016）。 在仔豬飼糧中添加1.0%的蒙脫石可導致仔豬肝臟損傷，血漿中礦物質含量降低，而添加5.0%的蒙脫石則導致仔豬采食量下降，肝臟嚴重損傷，機體抗氧化能力降低（Zhao 等，2017）。 以上結果表明，使用外源性吸附劑緩解DON 誘導的畜禽健康損傷仍需進一步研究。

5.2 化學脫毒法 化學脫毒法是利用化學試劑如氧化劑處理DON 污染飼糧， 誘導DON 分子結構發生變化從而降低其毒性。 研究發現， 臭氧在pH 為4 ～ 6 條件下處理可有效降解飼糧中DON，另外， 使用氧化試劑如NaOH、NaHSO3及Na2S2O5處理也可有效降低DON 毒性 （Young 等，1986）。化學脫毒法雖然可以在體外降低DON 毒性，但同時也改變了飼料營養成分， 并且對動物安全也造成一定影響，因此，在畜禽生產中并不適用。

5.3 生物降解法 生物降解法是利用微生物作用將DON 分子結構中毒性基團破壞，從而降低其毒性。DON 分子結構中12,13-環氧基是其毒性的關鍵基團， 在自然界及動物腸道內存在一些微生物可通過破壞12,13-環氧基結構， 將DON 降解為無毒性的DOM-1，從而抑制其對動物健康的影響（Goossens 等，2012；He 等，1992）。另外，微生物還可通過3C-OH 氧化反應、3C-糖苷化、3C-異構化等反應改變DON 分子結構， 從而降低其毒性（計成等，2015）。 因此，生物降解法是近年來DON降解的一個研究熱點， 但目前微生物降解法在生產中應用效果參差不齊， 主要是由于微生物在體內有效性、 安全性及生產中穩定性等都存在一定問題，亟需進一步研究與驗證。

6 小結

DON 是飼料原料中最為常見且超標率最高的霉菌毒素，給畜禽健康生長帶來極大威脅，并對養殖行業造成巨大經濟損失。 大量研究表明，DON 危害動物健康主要是通過影響畜禽腸道健康導致的。目前生產中飼料原料DON 污染問題仍未有切實可行的解決方法，而近年來逐步有研究發現，通過營養調節， 向DON 污染飼糧中添加其他生物活性物質如功能性氨基酸、植物提取物、天然抗氧化劑等，通過改善機體營養狀況、調節免疫平衡、抑制氧化應激等方式， 可有效緩解DON 誘導的動物機體損傷及生長抑制，這也成為未來畜禽生產中解決飼料原料DON 污染問題的一個重要研究方向。