植物活性成分對(duì)動(dòng)物腸道屏障功能的調(diào)控作用及其機(jī)制

牛曉雨,邢媛媛,李大彪

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院 內(nèi)蒙古自治區(qū)高校動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)與飼料科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,呼和浩特 010018)

腸道不僅是動(dòng)物機(jī)體消化、吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要場(chǎng)所,同時(shí)腸黏膜上皮屏障是機(jī)體發(fā)揮防御保護(hù)作用的重要組成部分之一,主要由機(jī)械、化學(xué)、免疫和微生物屏障組成[1],其完整性對(duì)維持動(dòng)物正常腸道功能具有重要作用。然而,腸道黏膜的單層柱狀上皮結(jié)構(gòu)易受到外界環(huán)境的超常刺激發(fā)生病理變化,使脂多糖、組胺等有害代謝產(chǎn)物及部分病原體遷移至循環(huán)系統(tǒng),引起腸內(nèi)微生態(tài)失衡、腸道組織形態(tài)改變,導(dǎo)致“漏腸”的形成[2],嚴(yán)重影響動(dòng)物的生長(zhǎng)與生產(chǎn),對(duì)養(yǎng)殖者的經(jīng)濟(jì)效益造成巨大沖擊。在養(yǎng)殖端“限抗”,飼料端“禁抗”的背景下,天然植物活性成分(natural plant bioactive compounds,NPBCs)因其殘留少、耐藥性和毒副作用小、安全性高等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在畜禽飼糧中添加適宜劑量的NPBCs逐漸成為調(diào)控畜禽腸道健康的主要手段之一。有關(guān)NPBCs對(duì)畜禽腸道屏障功能的影響研究較多,本文總結(jié)了近年來(lái)NPBCs對(duì)畜禽腸道健康調(diào)控的研究進(jìn)展,重點(diǎn)闡釋了NPBCs對(duì)畜禽腸黏膜形態(tài)、腸道菌群、腸道免疫功能的影響及其可能的作用機(jī)制,以期為天然綠色植物源性飼料添加劑的開(kāi)發(fā)以及提高畜禽健康養(yǎng)殖水平提供思路與依據(jù)。

1 NPBCs的定義與理化性質(zhì)

NPBCs通常指植物次級(jí)代謝產(chǎn)物和植物化學(xué)物質(zhì),包括黃酮、多酚、精油和生物堿等。黃酮類(lèi)植物活性成分主要指基于母核2-苯基色原酮而衍生的,以C6-C3-C6為碳架的一類(lèi)化合物,根據(jù)碳架種類(lèi)、數(shù)目、連接位置和連接方式的不同,可分為黃酮類(lèi)、黃酮醇類(lèi)、異黃酮類(lèi)、黃烷醇類(lèi)、雙黃酮類(lèi)及其他黃酮類(lèi)。黃酮類(lèi)植物活性成分作為植物的次生代謝產(chǎn)物,其資源豐富、來(lái)源廣泛,并具有較強(qiáng)的抗炎、抑菌、抗氧化和調(diào)節(jié)動(dòng)物胃腸道健康等諸多生物學(xué)功能,且毒性相對(duì)較低,可以安全使用[3]。

精油類(lèi)植物活性成分是從植物中提取和分離得到的含芳香分子的油狀物質(zhì),在食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)應(yīng)用廣泛。其種類(lèi)多樣、成分復(fù)雜,包括萜烯類(lèi)、芳香類(lèi)、脂肪類(lèi)、含氮含硫類(lèi)等化合物,具有易揮發(fā)、不穩(wěn)定、不溶于水、含有特殊氣味等特點(diǎn)。

多糖類(lèi)植物活性成分是指植物提取物中含有10個(gè)以上糖基并以α/β-糖苷鍵連接的化合物,具有抗氧化、抗菌和免疫調(diào)節(jié)等多種生物學(xué)功能。關(guān)于植物多糖的抗氧化功能,一方面,多糖分子存在還原性半醛羥基和醇羥基,可與超氧離子自由基發(fā)生氧化還原反應(yīng)或與金屬離子螯合,減少細(xì)胞產(chǎn)生多余的ROS;另一方面,植物多糖可提高動(dòng)物機(jī)體抗氧化酶活性。植物多糖也可增強(qiáng)腸道屏障功能和免疫功能、調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)。

多酚類(lèi)植物活性成分是一大類(lèi)具有多元酚結(jié)構(gòu)單元的植物次生代謝產(chǎn)物,廣泛存在于植物的皮、根、葉和果實(shí)中[4]。目前, 人們已經(jīng)鑒定出超過(guò)8 000余種的植物多酚類(lèi)成分。一般認(rèn)為,植物多酚指相對(duì)分子質(zhì)量在500～3 000Da之間的單寧及其前體化合物和聚合物。根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)的不同,單寧可分為水解單寧和縮合單寧兩大類(lèi)。水解單寧主要是聚棓酸酯類(lèi)多酚,可進(jìn)一步細(xì)分為棓單寧和鞣花單寧兩大類(lèi)物質(zhì);而縮合單寧主要是C6-C3-C6羥基黃烷醇類(lèi)和C6-C2-C6的芪類(lèi)單體的縮合物。植物多酚具有抗氧化、抗炎、抑菌、免疫調(diào)節(jié)、抗衰老、心血管保護(hù)等生物學(xué)活性,是人類(lèi)獲得藥理活性成分及新藥開(kāi)發(fā)先導(dǎo)化合物的重要來(lái)源,對(duì)人類(lèi)健康有積極意義。同時(shí), 近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明,植物多酚對(duì)于提高動(dòng)物生產(chǎn)性能,緩解畜禽應(yīng)激狀態(tài)及維持腸道健康具有積極作用,是一類(lèi)極具開(kāi)發(fā)潛力的天然綠色抗生素替代物,具有廣闊的開(kāi)發(fā)前景[5]。

2 NPBCs對(duì)畜禽腸道屏障的影響及其機(jī)制

2.1 NPBCs對(duì)畜禽腸道機(jī)械屏障的影響及其機(jī)制

腸道機(jī)械屏障是由單層柱狀上皮細(xì)胞構(gòu)成的一個(gè)動(dòng)態(tài)的、可滲透的屏障,可有效防止腸腔內(nèi)的有毒物質(zhì)自由通過(guò)細(xì)胞間隙而滲透進(jìn)周?chē)M織中。小腸絨毛是小腸組織形態(tài)發(fā)育的標(biāo)志,其中絨毛高度(villus height,VH)、隱窩深度(crypt depth,CD)和絨毛高度/隱窩深度(V/C)是衡量小腸消化吸收功能及小腸健康狀態(tài)的重要指標(biāo)。完整而長(zhǎng)的絨毛有利于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的充分吸收和抵御細(xì)菌;CD與細(xì)胞的生成率呈負(fù)相關(guān),隱窩越深,細(xì)胞生成率越低,分泌功能越弱;V/C綜合反映了小腸的功能狀態(tài),V/C下降,表示消化吸收功能下降常伴隨腹瀉,V/C上升,說(shuō)明腸內(nèi)膜面積較大,消化吸收能力較強(qiáng)[6]。NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道VH、CD和V/C的影響見(jiàn)表1,黃酮、多糖等多種NPBCs均可通過(guò)改善小腸黏膜形態(tài)進(jìn)而提高小腸對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力并維持正常腸道屏障功能。

表1 NPBCs對(duì)動(dòng)物腸黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響Table 1 Effects of NPBCs on intestinal morphology and structure in animals

緊密連接蛋白主要由閉合蛋白(claudin)、閉鎖蛋白(Occludin)、閉合小環(huán)蛋白(zonaul occludens,ZO)和連接黏附分子(JAM)等胞質(zhì)分子構(gòu)成,連接相鄰細(xì)胞并控制腸黏膜的通透性,是維持腸道屏障功能完整性的主要參與者之一[15]。其中Occludin調(diào)節(jié)小分子物質(zhì)的胞旁和胞間擴(kuò)散,claudin和ZO通過(guò)與細(xì)胞骨架連接控制腸道的選擇通透性[16]。Wan等[17]報(bào)道,口服40 mg·kg-1的熊果酸可顯著上調(diào)大鼠回腸Occludin和Claudin的基因表達(dá),降低腸道通透性。此外,在肉雞日糧中添加600 mg·kg-1的原兒茶酸很大程度上緩解了注射脂多糖(LPS)引起的腸道VH和V/C的下降,并顯著上調(diào)了空腸黏膜JAM2和Occludin的mRNA表達(dá)[7]。玫瑰精油可修復(fù)葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸損傷繼而保護(hù)腸道屏障,原因可能與玫瑰精油提高小鼠結(jié)腸ZO-1、Occludin和黏蛋白-2(Muc-2)的mRNA和蛋白表達(dá)有關(guān)[18]。Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激會(huì)使雞回腸Occludin、Claudin-1和ZO-1水平降低,但是在日糧中添加600 mg·kg-1的雞骨草多糖后可以減輕這種不利影響,并趨于恢復(fù)到正常水平,腸道屏障功能得以修復(fù)。

緊密連接蛋白受Toll樣受體4(TLR4)和表皮生長(zhǎng)因子受體(EGFR)兩種受體信號(hào)通路的調(diào)控。前者介導(dǎo)先天免疫和炎癥反應(yīng),并抑制緊密連接蛋白的啟動(dòng)子激活[20],后者可通過(guò)激活PI3K/AKT和AMPK信號(hào)通路加速緊密連接蛋白的合成,維持腸黏膜屏障的完整性[21]。以豬腸上皮細(xì)胞為模型的體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),LPS下調(diào)了腸上皮細(xì)胞中EGFR及其配體(EGF、hf-EGF、TGF-α)的表達(dá),而添加馬齒莧多糖(Portulacaoleraceapolysaccharide,POP)后EGFR表達(dá)升高。此外,當(dāng)EGFR抑制劑ZD1839與POP共同作用時(shí),POP對(duì)腸上皮屏障的保護(hù)作用消失[9]。這表明POP可通過(guò)激活EGFR信號(hào)通路和抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路調(diào)控緊密連接蛋白的表達(dá),進(jìn)而維持腸上皮機(jī)械屏障的完整性。

此外,小腸上皮杯狀細(xì)胞數(shù)量與形態(tài)也是衡量腸道屏障功能的關(guān)鍵指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn),在肉雞日糧中添加含有15 g·kg-1香芹酚的精油混合物可顯著提高小腸杯狀細(xì)胞數(shù)量與VH[22]。在對(duì)熱應(yīng)激大鼠小腸上皮細(xì)胞(IEC-6細(xì)胞)上的研究表明,厚樸酚可通過(guò)降低p21、p27 和Rb基因表達(dá),提高細(xì)胞周期蛋白D1、細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶4和E2F1的基因表達(dá),進(jìn)而抑制熱應(yīng)激誘導(dǎo)的細(xì)胞周期停止,緩解熱應(yīng)激對(duì)IEC-6細(xì)胞的細(xì)胞形態(tài)造成的損傷,最終促進(jìn)IEC-6細(xì)胞增殖,這有利于增強(qiáng)腸道機(jī)械屏障完整性[23]。綜上所述,NPBCs一方面調(diào)控腸道黏膜形態(tài),另一方面增加緊密連接蛋白的基因和蛋白表達(dá)量,同時(shí)促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的增殖與分化來(lái)增強(qiáng)腸道機(jī)械屏障的完整性,進(jìn)而維持腸道機(jī)械屏障功能。

2.2 NPBCs對(duì)畜禽腸道化學(xué)屏障的影響及其機(jī)制

腸道的化學(xué)屏障主要由胃腸道分泌的膽汁、消化酶和腸道杯狀細(xì)胞分泌的黏蛋白(MUC)等化學(xué)物質(zhì)和腸道中的抗氧化酶等組成,在維系腸道微生態(tài)平衡和腸道健康中發(fā)揮化學(xué)防御功能[24]。

膽汁是腸黏膜化學(xué)屏障的重要組成部分,其中的膽汁酸不僅可以緩解腸道炎癥,還可以有效降低腸道pH。在動(dòng)物消化系統(tǒng)中,適宜的腸道pH對(duì)于清除病原菌具有重要意義,pH升高會(huì)促進(jìn)病原菌增殖,同時(shí)影響消化酶的活性。梅華迪等[25]報(bào)道,槲皮素可通過(guò)調(diào)節(jié)膽汁合成和分泌、腸堿性磷酸酶的蛋白表達(dá)量和抑菌物質(zhì)的生成,從而影響腸黏膜穩(wěn)態(tài)。熊筱娟等[26]以肝損傷大鼠為模型進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),給予30 mg·kg-1的熊果酸可顯著增加大鼠的膽汁流量,增強(qiáng)腸道化學(xué)屏障功能。腸道杯狀細(xì)胞分泌的MUC是化學(xué)屏障的主要組成部分,可以作為潤(rùn)滑劑減少腸道內(nèi)容物對(duì)腸道上皮細(xì)胞的機(jī)械損傷,防止腸上皮遭受酸性食糜和腸道病原菌的侵害。在Caco-2/HT29-MTX細(xì)胞共培養(yǎng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),槲皮素和表兒茶素均可促進(jìn)MUC-17的基因表達(dá),保護(hù)腸道或腸道細(xì)胞免受病原體和細(xì)菌侵?jǐn)_[27]。

血清D-乳酸和二胺氧化酶(diamine oxidase,DAO)水平是胃腸道完整性的關(guān)鍵標(biāo)志物,其中DAO是小腸黏膜上層絨毛中具有高度活性的細(xì)胞內(nèi)酶,可通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的離子平衡促進(jìn)細(xì)胞修復(fù),對(duì)腸黏膜起到保護(hù)作用[28]。Liu等[29]研究發(fā)現(xiàn),在肉雞日糧中添加2 g·kg-1的栗木單寧可改善腸道屏障功能,表現(xiàn)為血清D-乳酸含量和DAO活性降低。上述研究表明,NPBCs可以通過(guò)調(diào)控膽汁、MUC及腸道屏障功能標(biāo)志物的合成與分泌來(lái)改善腸道化學(xué)屏障功能。

NPBCs還可以與腸道內(nèi)的消化酶作用,提高消化酶活性,改善腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收功能。肉仔雞日糧中添加300 mg·kg-1的山楂葉總黃酮可顯著提高小腸胰蛋白酶和淀粉酶活性[30]。李華麗[31]通過(guò)肉雞灌胃試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),0.06 g·kg-1BW的茶多酚可顯著降低肉雞小腸脂肪酶和胃蛋白酶活性,顯著提高胰脂肪酶和胰蛋白酶活性。還有研究還發(fā)現(xiàn),槲皮素可以促進(jìn)腸絨毛細(xì)胞對(duì)寡肽的吸收[32]。

動(dòng)物在應(yīng)激狀態(tài)下會(huì)產(chǎn)生過(guò)量的自由基造成腸道損傷。抗氧化酶是一種存在于細(xì)胞中的蛋白質(zhì),它具有清除體內(nèi)自由基的作用。總抗氧化能力(T-AOC)是反映機(jī)體抗氧化能力的綜合指標(biāo);超氧化物歧化酶(SOD)可以催化體內(nèi)超氧化物到氧化物的轉(zhuǎn)換;過(guò)氧化氫酶(CAT )可有效清除體內(nèi)氧自由基(ROS、NO等);谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH-Px)在動(dòng)物體內(nèi)可以催化過(guò)氧化氫的分解;丙二醛(MDA)含量直接反映機(jī)體脂質(zhì)過(guò)氧化程度,是評(píng)價(jià)脂質(zhì)氧化損傷的重要指標(biāo),同時(shí)也可間接反映腸黏膜細(xì)胞的損傷程度[33]。NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道抗氧化酶的影響見(jiàn)表2。由表2可知,NPBCs可通過(guò)提高動(dòng)物腸道抗氧化酶活性及其基因表達(dá)從而加強(qiáng)腸道抗氧化功能。核因子E2相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Nrf2)是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的一種核轉(zhuǎn)錄因子,可調(diào)控下游一系列II相解毒酶如:血紅素氧合酶-1(HO-1)、NAD(P)H醌氧化還原酶1(NQO-1)、谷氨酸-半胱氨酸連接酶催化亞基(GCLC)、谷氨酸-半胱氨酸連接酶調(diào)節(jié)亞基(GCLM)和抗氧化酶(如:SOD、CAT、GSH-Px)的基因表達(dá)來(lái)提高機(jī)體的抗氧化防御系統(tǒng)。

表2 NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道抗氧化酶的影響及其機(jī)制Table 2 Effects of NPBCs on antioxidant enzymes in animals intestinal tract

但近年來(lái)有研究報(bào)道,Nrf2途徑不僅通過(guò)影響抗氧化酶活性進(jìn)而調(diào)節(jié)機(jī)體抗氧化功能,還可通過(guò)增加緊密連接蛋白的表達(dá)增強(qiáng)腸道屏障完整性[41]。劉慧娟等[36]研究發(fā)現(xiàn),500 mg·kg-1的蘆丁可顯著提高肉雞回腸黏膜中Nrf2和HO-1 mRNA 的表達(dá)量,推測(cè)蘆丁可能通過(guò)增強(qiáng)Nrf2/HO-1信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)肉雞腸道的免疫屏障功能。綜上可知,NPBCs可通過(guò)增加有利于腸道健康的短鏈脂肪酸含量,減少有害于腸道健康的含氮代謝產(chǎn)物含量以及調(diào)控腸道抗氧化酶活性等多種途徑對(duì)腸道化學(xué)屏障發(fā)揮潛在的積極作用。

2.3 NPBCs對(duì)畜禽腸道免疫屏障的影響及其機(jī)制

腸道免疫屏障主要是由腸道相關(guān)淋巴組織及其分泌的一些抗體和細(xì)胞因子構(gòu)成,這些因子不僅可以反應(yīng)腸道的免疫狀態(tài),還可通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體局部和全身免疫反應(yīng),進(jìn)而調(diào)控腸道免疫功能。

2.3.1 NPBCs對(duì)畜禽腸道體液免疫的影響 以分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,sIgA)為主的體液免疫在腸黏膜免疫系統(tǒng)中起主要作用,當(dāng)腸黏膜上皮免疫活性細(xì)胞受到病原微生物刺激時(shí),sIgA可阻止腸道微生物及其毒素分子對(duì)腸黏膜的攻擊。免疫球蛋白A(immunoglobulin,IgA)可使抗原在細(xì)胞內(nèi)被中和,同時(shí)將其產(chǎn)物返回腸腔,防止上皮細(xì)胞因細(xì)胞裂解而受損,免疫球蛋白G(immunoglobulin,IgG)在免疫應(yīng)答中可活化補(bǔ)體,清除病原體[42]。有研究表明,在LPS攻毒小鼠日糧中添加2%的綠茶粉和20 mg·kg-1的茶多酚后,小鼠腸道sIgA含量顯著增加,這表明綠茶粉和茶多酚可在小鼠發(fā)生免疫應(yīng)激后,促進(jìn)腸上皮局部產(chǎn)生sIgA,阻止細(xì)菌破壞腸道屏障[43]。

2.3.2 NPBCs對(duì)畜禽腸道細(xì)胞免疫的影響 NPBCs可能是畜禽發(fā)生腸道炎癥反應(yīng)的重要介質(zhì),近年來(lái)在疾病預(yù)防和治療中得到了廣泛的應(yīng)用。以豬腸上皮細(xì)胞為模型的研究中發(fā)現(xiàn),100和500 μg·mL-1的馬齒莧多糖均可抑制由LPS引起的白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)和白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)的mRNA過(guò)度表達(dá)[15]。有學(xué)者發(fā)現(xiàn),海帶多糖可顯著下調(diào)斷奶仔豬結(jié)腸黏膜中炎癥因子IL-6、IL-17、以及IL-1β的mRNA表達(dá)量,減輕腸道炎癥反應(yīng)[42]。以上研究表明,NPBCs可提高畜禽腸道細(xì)胞免疫功能,維持機(jī)體健康,進(jìn)而保證動(dòng)物腸道健康。

2.3.3 NPBCs對(duì)畜禽腸道炎癥信號(hào)通路的影響 在動(dòng)物機(jī)體內(nèi),許多生理和病理反應(yīng)都是由特定的信號(hào)通路介導(dǎo)的,包括應(yīng)激反應(yīng)和炎癥反應(yīng)等。下文將論述NPBCs對(duì)決定腸道炎癥期間組織損傷和修復(fù)的一些信號(hào)通路的影響,以闡明NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道的保護(hù)機(jī)制。

TLR是天然免疫細(xì)胞和其他細(xì)胞表面的識(shí)別受體,可識(shí)別LPS、病原微生物雙鏈DNA、單鏈RNA和脂蛋白等刺激,在調(diào)節(jié)腸道先天性和適應(yīng)性免疫中有著重要作用[44],所有的TLR活化最終都會(huì)激活NF-κB和絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)信號(hào)通路,它們控制著一系列細(xì)胞因子的轉(zhuǎn)錄和合成。NF-κB信號(hào)通路作為機(jī)體內(nèi)免疫調(diào)節(jié)的經(jīng)典通路,可以通過(guò)影響TNF-α、IL-1β和IL-6等促炎因子的表達(dá),進(jìn)而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[45]。研究發(fā)現(xiàn),紅棗多糖可以通過(guò)下調(diào)NF-κBp65蛋白的表達(dá),抑制NF-κB通路的激活,從而調(diào)控黏膜內(nèi)淋巴細(xì)胞中炎癥因子的合成和釋放,避免腸道過(guò)度的炎癥反應(yīng),此外還能提高腸道免疫功能,保護(hù)腸道屏障[46]。另有研究顯示,枸杞多糖可通過(guò)抑制TLR4/NF-κB信號(hào)通路,下調(diào)NF-κB、TLR2、TLR4和髓樣分化因子88(MyD88)的mRNA表達(dá),從而減輕炎癥因子對(duì)腸道屏障的破壞[47]。LPS誘導(dǎo)的回腸炎大鼠試驗(yàn)中,厚樸酚可通過(guò)抑制NF-κB信號(hào)通路的激活,調(diào)節(jié)T細(xì)胞表達(dá)分泌因子的蛋白表達(dá)和分泌,提高IL-10的mRNA表達(dá)水平,減弱TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶的基因轉(zhuǎn)錄,降低TNF-α、IL-6和IL-1β含量,以減輕腸道炎癥反應(yīng)[48]。

MAPK信號(hào)通路在調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道屏障功能及體內(nèi)促炎介質(zhì)的產(chǎn)生上都發(fā)揮重要作用,被認(rèn)為是抗炎治療的有效分子靶點(diǎn)。其中細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal regulated kinase,ERK1)和p38在MAPK通路中發(fā)揮關(guān)鍵作用。ERK1/2和p38的磷酸化會(huì)促使炎癥因子過(guò)度產(chǎn)生,從而引起腸道發(fā)生病理變化[49]。Sun等[50]研究發(fā)現(xiàn),添加 250 mg·kg-1的槲皮素可以減輕由LPS引起的ERK、c-Jun氨基末端激酶和p38磷酸化。Ma等[51]研究發(fā)現(xiàn),杏鮑菇多糖可以通過(guò)抑制磷酸化p38MAPK和ERK1/2的基因表達(dá)進(jìn)而抑制MAPK信號(hào)通路的激活。以上結(jié)果表明,黃酮和多糖等NPBCs均可抑制炎癥因子和趨化因子的過(guò)度產(chǎn)生,并通過(guò)介導(dǎo)MAPK信號(hào)通路調(diào)控LPS誘導(dǎo)的動(dòng)物腸道炎癥,改善腸道健康。此外,還有研究發(fā)現(xiàn),部分NPBCs可通過(guò)調(diào)節(jié)Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription,JAK/STAT)和磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B,PI3K/AKT)信號(hào)通路調(diào)節(jié)炎性細(xì)胞因子水平和其他參與腸道炎癥發(fā)病機(jī)制介質(zhì)的基因表達(dá),降低腸道炎癥水平,改善腸道屏障功能[52]。

NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道免疫屏障的影響見(jiàn)表3。綜上可知,炎癥發(fā)生時(shí),炎癥信號(hào)通路激活,動(dòng)物腸道炎癥水平提高,屏障功能被破壞。NPBCs可通過(guò)與細(xì)胞膜受體相互作用或被細(xì)胞吸收,調(diào)節(jié)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),調(diào)控炎癥因子表達(dá),發(fā)揮保護(hù)腸道免疫屏障的作用。此外,NPBCs對(duì)腸道免疫屏障功能的影響可能有利于增強(qiáng)宿主對(duì)微生物感染的防御能力。

表3 NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道免疫屏障的影響Table 3 Effects of NPBCs on intestinal immune barrier in animals

2.4 NPBCs對(duì)畜禽腸道微生物屏障的影響及其機(jī)制

動(dòng)物胃腸道內(nèi)棲居著數(shù)以萬(wàn)計(jì)的微生物,它們形成了相互依存、相互制約的腸道微生物穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。這些微生物大多數(shù)定植在黏膜層中形成一道微生物屏障,協(xié)助黏膜層抵御有害微生物入侵。在正常情況下,腸道黏膜表面會(huì)附著大量厭氧細(xì)菌,如雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌,它們可以通過(guò)黏附與腸上皮緊密結(jié)合,形成一層膜屏障,阻礙致病菌在腸道中的定植[53]。如果腸道微生物菌群失調(diào),則定植抵抗力會(huì)下降,外源病原菌會(huì)黏附在腸黏膜上,誘發(fā)一系列腸道疾病,如腸道炎癥、腹瀉等。近年來(lái)諸多研究表明,NPBCs可通過(guò)選擇性促進(jìn)腸道有益菌的增殖,抑制有害菌在腸道的定植,優(yōu)化腸道微生態(tài)環(huán)境,進(jìn)而維持腸道的微生物防御系統(tǒng)穩(wěn)衡,最終維系動(dòng)物腸道乃至整個(gè)機(jī)體的健康。研究表明,慢性應(yīng)激下盲腸菌群對(duì)宿主的不良影響可能與Alipipes的相對(duì)豐度有關(guān)[54]。Wang等[19]研究發(fā)現(xiàn),在肉雞日糧中添加600 mg·kg-1的雞骨草多糖顯著降低了盲腸Alipipes的相對(duì)豐度,同時(shí)本研究還發(fā)現(xiàn),盲腸Alipipes的相對(duì)豐度與回腸SOD活性和ZO-1表達(dá)呈顯著負(fù)相關(guān),與回腸MDA濃度和IL-6的基因表達(dá)呈顯著正相關(guān),這提示,雞骨草多糖緩解了熱應(yīng)激對(duì)機(jī)體腸道造成的負(fù)面影響。此外,有報(bào)道稱(chēng)白藜蘆醇也可降低腸道Alipipes的相對(duì)豐度,降低LPS對(duì)微生物造成的負(fù)面影響,在預(yù)防腸道炎癥方面有較大潛力[55]。這可能是因?yàn)镹PBCs中的羥基與細(xì)菌細(xì)胞膜相互作用,破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),致使細(xì)胞內(nèi)成分溢出[56]。Lee等[57]研究發(fā)現(xiàn),從茶葉中提取的酚類(lèi)成分對(duì)體外培養(yǎng)的產(chǎn)氣莢膜梭菌、大腸桿菌、假單胞菌和沙門(mén)菌等病原菌有抑制作用,推測(cè)可能是因?yàn)榉宇?lèi)物質(zhì)有較強(qiáng)的抑菌活性,可抑制細(xì)菌的拓?fù)洚悩?gòu)酶活性,進(jìn)而抑制細(xì)菌DNA復(fù)制,這種抑菌作用也可能與阻斷菌體細(xì)胞養(yǎng)分轉(zhuǎn)運(yùn)、破壞細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)有關(guān)。此外,菌群結(jié)構(gòu)的改變可能增加了乙酸、丁酸等有益短鏈脂肪酸的含量,從而改善腸道健康。產(chǎn)芽孢菌綱是厚壁菌門(mén)的一個(gè)綱,有研究證實(shí)產(chǎn)芽孢菌綱能誘導(dǎo)動(dòng)物采食高脂日糧,促進(jìn)腸道健康,增強(qiáng)腸道吸收功能[56]。研究發(fā)現(xiàn),在安徽白山羊日糧中添加2.5 g·kg-1的茶皂素可顯著增加山羊小腸產(chǎn)芽孢菌綱的相對(duì)豐度[14]。乳酸菌作為常見(jiàn)益生菌之一,在豬腸道菌群構(gòu)建的早期便處于優(yōu)勢(shì)地位,其相對(duì)豐度增加不僅可以降低糞便pH和氨氮水平,還可以阻止病原菌在腸道中定植,改善腸道健康[58]。Yuan等[7]研究發(fā)現(xiàn),在不含抗生素的仔豬日糧中添加0.01%杜仲黃酮可顯著增加乳酸菌數(shù)量,并顯著降低了大腸桿菌數(shù)量,這表明杜仲黃酮具有較強(qiáng)益生元活性,可起到保護(hù)腸道健康的作用。此外,短鏈脂肪酸大多是微生物的代謝產(chǎn)物,其作為腸上皮細(xì)胞和腸道微生物的重要能量來(lái)源,在促進(jìn)腸上皮細(xì)胞增殖、分化的同時(shí),還可改善腸黏膜形態(tài)、維護(hù)腸黏膜屏障功能,被認(rèn)為是具有抗炎和調(diào)節(jié)腸道免疫功能的有益代謝產(chǎn)物。其中,乙酸既能作為外周組織的能量基底,又具有良好的抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用[59]。據(jù)報(bào)道,400 g·kg-1的厚樸酚可通過(guò)刺激仔豬腸道微生物代謝進(jìn)而提高腸道乙酸和總短鏈脂肪酸含量,對(duì)腸道黏膜屏障起到保護(hù)作用[60]。

NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道微生物屏障的影響見(jiàn)表4。這些發(fā)現(xiàn)均反映了NPBCs在調(diào)節(jié)腸道微生物上的優(yōu)良作用和潛在價(jià)值,其可通過(guò)提高有益菌的相對(duì)豐度或數(shù)量,抑制潛在致病菌的增殖,同時(shí)增加腸道微生物的多樣性,進(jìn)而增強(qiáng)腸道微生物屏障功能,最終維系動(dòng)物腸道乃至整個(gè)機(jī)體的健康。

表4 NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道微生物屏障的影響Table 4 Effects of NPBCs on intestinal microbial barrier in animals

3 小 結(jié)

在畜禽生產(chǎn)中,由腸道黏膜損傷引起的動(dòng)物腸道疾病常危害到機(jī)體健康,尋找適宜的藥物或者添加劑成為畜禽健康養(yǎng)殖的重點(diǎn)。NPBCs以其綠色、環(huán)保、多效等特點(diǎn)逐漸成為了飼用抗生素的潛在替代品,且大量研究已證實(shí),NPBCs可通過(guò)維持腸道屏障、改善腸道菌群、緩解腸道炎癥和氧化應(yīng)激造成的不利影響以及促進(jìn)腸道消化吸收調(diào)控動(dòng)物腸道健康(圖1)。然而,目前NPBCs調(diào)控動(dòng)物腸道屏障功能的研究主要集中在模式動(dòng)物和單胃動(dòng)物上,關(guān)于其在反芻動(dòng)物上的研究還較少。此外,由于大多數(shù)NPBCs含有多種化合物成分,相互協(xié)同作用強(qiáng),對(duì)腸道功能的調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚。因此,在此基礎(chǔ)上,還需補(bǔ)充研究工作,進(jìn)一步深入探究NPBCs在不同動(dòng)物、不同生理狀況下的吸收與代謝及對(duì)腸道黏膜屏障具體的調(diào)控機(jī)制和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,同時(shí)有針對(duì)性地提高各類(lèi)NPBCs的分離純化技術(shù),進(jìn)行更多的標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)對(duì)其功效加以驗(yàn)證,確定其在不同動(dòng)物不同生長(zhǎng)階段的適宜添加劑量等,以期為NPBCs作為畜禽飼料添加劑的開(kāi)發(fā)應(yīng)用和維護(hù)動(dòng)物腸道健康提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 NPBCs對(duì)動(dòng)物腸道屏障功能的影響機(jī)制[5]Fig.1 Proposed mechanisms of action of NPBCs on intestinal barrier function[5]