α-酮戊二酸對脂多糖免疫應激仔豬生長抑制的緩解作用

陳 罡，陳立祥

（湖南農業大學動物科技學院動物營養研究所，長沙 410128）

在畜禽的養殖生產過程中，環境中存在大量的病原體、非病原體、疫苗及異源蛋白等，從而使機體內環境發生改變。引起食欲下降、精神萎靡和嗜睡等，畜禽處于免疫應激狀態，日糧營養物質由維持生長轉向用于維持免疫應激反應，進而導致畜禽生長受阻[1]。從豬腹膜或靜脈注射一定量的脂多糖（LPS）是目前建立豬免疫應激模型的常用方法[2-3]。LPS是一種存在于革蘭氏陰性菌細胞壁的多糖，易被胃腸道吸收入循環系統。LPS刺激會導致畜禽機體炎癥性反應，具體表現為動物厭食、發燒、生長受阻等[4]。研究表明，在日糧中添加Gln可以顯著改善仔豬應激造成的損害，但Gln具有熱不穩定性、溶解度低、吸收率低及在水溶液或酸性條件下易形成對機體有害的焦谷氨酸和氨等缺點，限制了其在動物生產中的應用。近年來，作為Gln合成前體的α-酮戊二酸（AKG），由于其穩定性較好，并且進入機體后能迅速為腸道供能而引起動物營養學者的廣泛關注。研究結果表明，AKG在腸道營養與免疫作用中具有替代Gln的功效，可能成為Gln最佳替代物[5]。

1 脂多糖的免疫應激作用

脂多糖刺激主要是使機體單核-巨噬細胞產生和釋放多種炎性細胞因子（IL-1、IL-6、TNF-α等），其具有與激素類似的作用，能局部作用于免疫細胞，增強細胞免疫反應，也能系統作用于某些非免疫組織（如肝臟、脂肪組織、骨骼肌等），外周免疫細胞產生的細胞因子也可能與神經系統聯系，引起全身性反應，表現在生長、行為、內分泌、機體代謝、免疫狀態等的改變。

魯晶等研究報道，仔豬注射LPS 100μg·kg-1可導致血漿白細胞介素-6（IL-6）含量顯著升高（P＜0.05），腫瘤壞死因子α（TNF-α）和皮質醇含量極顯著升高（P＜0.01）；極顯著降低血清胰島素、類胰島素生長因子（IGF-Ⅰ）、葡萄糖、總蛋白、球蛋白含量（P＜0.01）；顯著增加脾臟、胸腺和白細胞PPAR-γ蛋白表達水平（P＜0.05）[6]。石君霞等報道結果與此類似[7]。Chen等對斷奶仔豬注射200μg·kg-1LPS 1 mL，結果表明，LPS刺激極顯著降低了斷奶仔豬平均日增重（ADG）、采食量（ADFI）以及飼料轉化率（P＜0.01）；極顯著降低氮的沉積和利用效率（P＜0.01）；顯著增加蛋白質降解（P＜0.05）[8]。Orellana等以LPS 10μg·kg－1·h－1的劑量連續8 h對新生仔豬進行灌注，引起膿毒性癥狀，使血漿中的TNF-α、IL-1、皮質醇濃度上升，而血糖和AA濃度降低；背最長肌和腓腸肌的蛋白質合成分別降低11%和15%，差異均顯著（P＜0.05），心肌和咬肌則差異不顯著（P＞0.05）[9]。此外，脂多糖是革蘭氏陰性細菌激發宿主免疫應答、導致機體損傷的重要因素。腸道是動物機體聚集革蘭氏陰性菌最豐富的部位，其產生的LPS經吸收首先到達肝臟，而肝臟是機體主要的解毒器官，因此腸道和肝臟是受免疫損傷最嚴重的器官。

范偉等研究報道，對斷奶仔豬按體重注射LPS 100μg·kg－1，結果表明，仔豬十二指腸、空腸和回腸小腸黏膜細胞增殖率顯著降低（P＜0.05）；十二指腸、空腸的隱窩深度顯著加深（P＜0.05）；十二指腸、空腸和回腸的絨毛高度與隱窩深度比值也顯著降低（P＜0.05），說明LPS刺激阻礙仔豬腸道黏膜發育[10]。朱惠玲等研究結果表明，LPS刺激能增加仔豬小腸各段肥大細胞數，降低十二指腸、回腸上皮間淋巴細胞數，差異均極顯著（P＜0.01）；顯著增加回腸集合淋巴結凋亡細胞數（P＜0.05），對增殖細胞數和小腸杯狀細胞數影響不顯著（P＞0.05），表明LPS刺激可引起腸黏膜免疫屏障功能改變，進而加重機體出現急性感染癥狀[11]。李永塘等在研究AKG對免疫應激下斷奶仔豬肝損傷影響的試驗表明，LPS刺激導致肝臟丙二醛（MDA）活性升高59.61%，谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性降低23.21%，差異均顯著（P＜0.05）；血清谷丙轉氨酶（GPT）/谷草轉氨酶（GOT）升高，但差異不顯著（P＞0.05）[12]。

2 AKG的生物學功能

AKG是生物體三羧酸循環（TCA）中重要的中間產物，也是生物體內谷氨酸、谷氨酰胺和精氨酸等的生物合成前體物，參與體內多種生化反應和代謝過程，對維持機體組織功能完整性和調節代謝方面發揮積極作用。

2.1 維護腸道組織結構功能的完整性

腸黏膜代謝所需要的能量主要來自日糧蛋白質的降解產物（氨基酸），AKG可以通過谷氨酸進一步轉化為谷氨酰胺或直接進入TCA循環，為上皮細胞的增殖分化提供能量，保障腸道屏障功能的完整性和正常的吸收功能。Wiren等研究表明，在手術后早期的恢復階段，AKG有助于腸道結構完整性的恢復，從而降低術后感染[13]。Junghans等報道，經腸營養給予AKG能節約其他營養素作為能源的氧化消耗，并能增加腸道γ-谷氨?；D移酶（GGT）活力，增強腸黏膜代謝活動[14]。胡泉舟等研究AKG對仔豬小腸組織學形態與功能影響的結果顯示，添加AKG可使仔豬十二指腸、空腸、回腸絨毛高度增加，但差異不顯著（P＞0.05），隱窩深度均顯著下降（P＜0.05），絨毛高度/隱窩深度均顯著升高（P＜0.05）[15]。

2.2 調節機體代謝

Jeevanandam等研究表明，日糧中添加AKG后能提高循環血液中的胰島素、生長激素（GH）和類胰島素生長因子（IGF-Ⅰ）水平，通過神經激素調節機體的代謝[16]。AKG在機體與組織的蛋白質合成中起重要作用，既能運載氮，也能貯存氮，同時合成Gln。在蛋白質降解大于合成、組織中游離Gln較低時更有意義。Buddington等報道，AKG可以改善燒傷病人的負氮平衡，促進短暫性局部缺血或放療病人受損小腸的恢復，還能影響透析病人機體的氨基酸代謝狀況[17]。Sliwa等在懷孕母豬分娩前45 d灌服AKG 0.4 g·kg-1，能夠改善地塞米松刺激導致的初生仔豬血漿膽固醇和甘油三酯升高，調節肝臟功能[18]。

2.3 增強機體免疫功能

夏利寧等報道，AKG與中草藥結合可以增加小腸上皮淋巴集結面積和腸道IgA的分泌，改善腸道的生長和發育及黏膜免疫功能，增加血漿中免疫球蛋白含量，提高機體的細胞免疫、體液免疫和非特異性免疫水平，促進斷奶大鼠免疫系統功能的提高[19]。王鳳英等研究結果與此一致[20]。夏利寧等亦有報道，AKG和中草藥的聯合使用要比單純添加中草藥的效果顯著和迅速[21]。

2.4 提高機體抗氧化能力

胡泉舟等研究表明，在斷奶仔豬日糧中分別添加AKG 0.5%、1.0%、2.0%，血漿超氧化物歧化酶（SOD）活性升高，MDA含量降低，但差異均不顯著（P＞0.05），表明日糧中添加AKG可提高機體清除氧自由基能力，增加仔豬機體抗氧化能力[22]。Tulsawani等研究發現，大鼠口服AKG可以保護氰化物誘導產生的細胞色素氧化酶和谷胱甘肽的降低[23]。

3 AKG對LPS免疫應激仔豬生長抑制的緩解作用

試驗研究表明，AKG能在一定程度上緩解LPS應激導致的生長受阻、機體代謝和組織結構功能改變。

3.1 炎性細胞因子和激素方面的交互作用

王蕾等研究報道，LPS刺激提高了仔豬第10天 TNF-α（P＜0.05）和 IL-6 水平（P＞0.05），添加AKG顯著緩解LPS刺激，第10天AKG水平組與LPS組相比下降顯著（P＜0.05）[24]。劉堅等研究顯示，與空白對照組相比，試驗第10天，首次LPS刺激，應激組比對照組血漿IGF-Ⅰ水平降低22.7%，差異顯著（P＜0.05），AKG組無顯著變化（P＞0.05）；試驗第16天，多次LPS刺激后，與空白對照組比較，應激組的IGF-Ⅰ和胰島素（INS）水平分別比對照組降低21.2%和25.7%，差異顯著（P＜0.05），而AKG組亦無顯著變化（P＞0.05）[25]。王蕾等報道與此一致[26]。

3.2 在能量代謝方面的交互作用

ATP是機體各種生命活動所需能量的直接來源，當代謝底物所產生ATP的速度低于機體ATP的利用速度，細胞內ADP的濃度就會下降。在腺苷酸激酶作用下，兩分子ADP轉化成一分子ATP和一分子AMP。能荷（EC）反映了高能磷酸鍵在ATP、ADP、AMP之間的相互轉換，EC的正常維持取決于細胞高能化合物合成和分解之間的動態平衡，細胞能量產生不足或消耗增加時，均會影響EC水平[27-28]。付大波等研究報道，仔豬日糧中添加AKG 1%，腓腸肌ADP水平顯著提高（P＜0.05），對LPS刺激引起的AMP水平和AMP/ATP升高、ADP和能荷（EC）降低得到有效緩解（P＜0.05），研究認為，日糧添加AKG通過調控乙酰CoA羧化酶（ACC）的活性與表達影響肌肉能量代謝；AKG可能通過ACC信號影響肌肉能量代謝，進而改善LPS刺激下機體能量代謝狀態[29]。劉堅等研究了日糧添加AKG 1%對多次LPS刺激仔豬腸黏膜能量代謝的影響，試驗結果顯示，日糧中添加AKG可明顯改善腸道能量代謝狀況，十二指腸黏膜ADP水平顯著提高（P＜0.05），LPS刺激導致的十二指腸和空腸黏膜ATP和腺苷酸池水平的降低得到有效緩解，空腸和回腸能荷水平提高，表明仔豬日糧添加AKG可以緩解LPS應激引起的腸黏膜能量代謝障礙，有利于腸黏膜屏障保護[30]。

3.3 機體抗氧化能力及組織結構功能完整性

李永塘等研究表明，LPS刺激導致肝臟丙二醛（MDA）活性顯著升高了59.61%（P＜0.05）以及谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性顯著降低23.21%（P＜0.05），而日糧添加AKG 1%肝臟MDA活性較LPS組降低了13.70%（P＞0.05）、GSH-Px活性則升高了17.16%（P＞0.05）；SOD及過氧化氫酶（CAT）各組間變化差異不顯著（P＞0.05）[12]。劉堅等試驗結果表明，LPS刺激顯著降低斷奶仔豬空腸黏膜SOD活性（P＜0.05），顯著升高MDA含量（P＜0.05）[31]。王蕾等研究結果表明，LPS應激組十二指腸、空腸和回腸黏膜絨毛高度/隱窩深度與對照組相比顯著降低（P＜0.05）；AKG組十二指腸、空腸和回腸黏膜絨毛高度/隱窩深度與LPS應激組相比顯著升高（P＜0.05）；表明日糧中添加AKG 1%對仔豬的小腸黏膜發育和吸收功能有積極作用，對LPS慢性應激導致的仔豬小腸黏膜損傷有緩解作用[32]。

3.4 對生長性能的交互作用

王友煒等在試驗的第10、13、15天對應激組的豬腹腔注射LPS 100μg·kg－1，結果表明，試驗第10～15天，日糧添加AKG 1.0%顯著增加了多次LPS刺激的豬平均日增重（P＜0.05），試驗全期，日糧添加AKG1.0%可顯著增加多次LPS刺激的豬平均日增重（P＜0.05）和平均采食量（P＜0.05）[33]。劉堅等報道，在試驗第10、12、14、16天分別在應激對照組和AKG組仔豬的腹膜注射LPS 80μg·kg－1，試驗第10～16天應激對照組與空白對照組相比平均日增重降低 28.8%（P＜0.05），料重比升高 16.8%（P＜0.05），但AKG組的平均日增重和料重比與空白對照組相比無顯著性差異（P＞0.05），表明AKG對LPS導致的應激有一定的緩解作用[25]。李軍等在小鼠中的試驗證明，AKG是谷氨酰胺的前體，并能作為胃腸道細胞的能源物質，誘導腸黏膜細胞的增殖，促進腸道細胞生長，且谷氨酰胺能降低LPS應激下腸道炎性因子表達[34]。此外，AKG與LPS在機體蛋白質代謝、肝臟的組織結構及代謝等方面也有一定的交互作用[35-36]。

4 小結

AKG在斷奶仔豬上的應用研究還不深入，要想取得良好的應用效果，必須研究AKG在胃腸道和內臟組織中的代謝，外源性AKG對機體內源AKG代謝的影響，AKG在仔豬日糧中的最適添加水平及最佳添加時間，AKG與其他物質（如Gln、中草藥、維生素等）協同作用效果及機制等。

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