養(yǎng)殖環(huán)境對(duì)畜禽自身免疫的影響

□張宏福（生產(chǎn)與環(huán)境控制研究室）

養(yǎng)殖環(huán)境對(duì)畜禽自身免疫的影響

□張宏福（生產(chǎn)與環(huán)境控制研究室）

（接上期）

1.3 環(huán)境粉塵

規(guī)模化集約化養(yǎng)殖使舍內(nèi)粉塵產(chǎn)生量增多，嚴(yán)重影響飼養(yǎng)員呼吸系統(tǒng)健康。

目前，粉塵對(duì)動(dòng)物健康影響的研究較為缺乏。有研究表明，環(huán)境粉塵能夠抑制IgG和IgA產(chǎn)生，降低雞對(duì)新城疫的抵抗力。由于環(huán)境粉塵的化學(xué)組成、重量、大小（nm－μm）、數(shù)量、形狀、表面積均有所不同，這些均會(huì)影響粉塵的毒性作用，因此針對(duì)環(huán)境粉塵開展相關(guān)研究面臨諸多挑戰(zhàn)。與城市空氣粉塵不同，畜禽舍內(nèi)的粉塵主要由灰塵、微生物、內(nèi)毒素、空氣致敏原組成，其中內(nèi)毒素是粉塵致炎作用的主要因子。以不影響飼養(yǎng)員肺功能為原則，Donham等提出禽舍內(nèi)粉塵應(yīng)控制在總灰塵 2.4毫克/立方米、可吸入灰塵0.16毫克/立方米、內(nèi)毒素614 EU/立方米和氨氣12 ppm。

粉塵影響動(dòng)物健康及其機(jī)制研究非常少，人類及模式動(dòng)物的相關(guān)研究可為畜禽研究提供一定的思路。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物表明，細(xì)粉塵（PM2.5）顯著增加肺部炎癥因子浸潤(rùn)和巨噬細(xì)胞數(shù)量，引起肺部局部和全身炎癥反應(yīng)。體外研究表明，氧化應(yīng)激是粉塵造成呼吸道和心血管系統(tǒng)疾病的主要作用機(jī)制。細(xì)粉塵造成支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生炎癥和免疫反應(yīng)、氧化應(yīng)激、DNA損傷。因此，一些學(xué)者把 TNF－α、IL－6、IL－8、TBARs、8－OHdG等作為粉塵影響畜禽健康和疾病的指標(biāo)。此外，環(huán)境粉塵直接作用于呼吸道黏膜屏障，降低黏膜抗菌肽防御素－2和防御素－3的表達(dá)，消除對(duì)病原微生物的抑制。粉塵在呼吸系統(tǒng)的分布以及能夠到達(dá)的深度與粉塵顆粒大小緊密相關(guān)。家禽研究表明，顆粒大的粉塵主要分布在上呼吸道，只有細(xì)顆粒物能深入到肺泡組織。粉塵顆粒大小不同對(duì)免疫系統(tǒng)作用的機(jī)制也不同，細(xì)顆粒物（PM2.5）主要通過Toll樣受體－2（TLR2）引起巨噬細(xì)胞表達(dá)TNF－α和IL－6，粗顆粒物主要通過TLR4引起炎癥反應(yīng)。

2 環(huán)境生理基礎(chǔ)研究未來發(fā)展方向

隨著動(dòng)物抗病育種和相關(guān)檢測(cè)技術(shù)的加強(qiáng)，早期研究結(jié)果不能完全滿足現(xiàn)代畜禽健康養(yǎng)殖的需求，環(huán)境生理基礎(chǔ)研究應(yīng)從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)。

2.1 拓寬環(huán)境參數(shù)的研究，加重環(huán)境因素影響

畜禽免疫的研究與人和模式動(dòng)物相比，環(huán)境與畜禽生理學(xué)的研究在內(nèi)容和深度上還相當(dāng)缺乏，僅限于生長(zhǎng)、生產(chǎn)性能等，對(duì)于畜禽健康和免疫等方面的研究還很淺顯，還停留在免疫蛋白、細(xì)胞因子等的測(cè)定。由于不同的免疫系統(tǒng)在保證畜禽健康有著不同的功能和作用機(jī)制，免疫蛋白和細(xì)胞因子并不能全面評(píng)價(jià)畜禽免疫功能和健康水平。應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境－生理－免疫－健康的寬度、深度（作用機(jī)制）和系統(tǒng)性。

近50年，畜禽環(huán)境生理的研究主要側(cè)重于溫度等易控制因素，這種研究因素的不平衡制約了畜禽健康養(yǎng)殖體系的建立。畜禽健康養(yǎng)殖體系是一個(gè)高度整合的生態(tài)系統(tǒng)，不能僅靠某單一因素來衡量。環(huán)境因數(shù)之間存在著相互影響和作用。以舍內(nèi)有害氣體為例，增加通風(fēng)能夠降低舍內(nèi)有害氣體，但同時(shí)對(duì)舍內(nèi)溫度、濕度、粉塵產(chǎn)生顯著的影響。在研究環(huán)境因素對(duì)畜禽健康影響較為淺顯的基礎(chǔ)上，很難均衡地考慮各環(huán)境因素對(duì)畜禽健康的綜合影響。

2.2 利用標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)條件開展畜禽環(huán)境參數(shù)精細(xì)化研究

研究環(huán)境－畜禽生理的難點(diǎn)之一是環(huán)境因素的精細(xì)控制，需要使用人工環(huán)境控制艙。人工環(huán)控艙即能準(zhǔn)確測(cè)定環(huán)境因素的變化，同時(shí)也能從技術(shù)精密度的層面定量分析環(huán)境處理因子對(duì)畜禽健康和免疫的影響。在研究氨氣影響肉雞的過程中發(fā)現(xiàn)，不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)體現(xiàn)出不同的敏感性。當(dāng)環(huán)境氨氣濃度達(dá)到 75 ppm時(shí)，肉雞體重、日增重、采食量、死亡率等生產(chǎn)性能受到顯著影響；當(dāng)氨氣濃度達(dá)到 50 ppm時(shí)，肉雞發(fā)生喘息加快等行為學(xué)改變；超過50 ppm氨氣破壞呼吸道黏膜屏障，引起呼吸道上皮細(xì)胞凋亡、粘蛋白表達(dá)量減少，顯著刺激全身和氣管黏膜中致炎因子的表達(dá)；當(dāng)氨氣濃度達(dá) 50 ppm時(shí)，肉品質(zhì)發(fā)生改變，肝臟和胸肌中脂肪含量降低，而腹脂率有所提高。定量分析環(huán)境因子與評(píng)價(jià)指標(biāo)的相互關(guān)系，才能為畜禽健康養(yǎng)殖體系提供科學(xué)證據(jù)。

2.3 引入高通量技術(shù)鑒別綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

畜禽無法表達(dá)主觀感受，評(píng)價(jià)健康和福利需要某些客觀生理指標(biāo)，如呼吸頻率、直腸溫度、生產(chǎn)性能等。如何選擇和決定合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)是環(huán)境生理基礎(chǔ)研究的另一大挑戰(zhàn)。已有的研究多采用點(diǎn)將式的手法對(duì)已知指標(biāo)逐一分析。這種研究思路高度依賴前人研究結(jié)果，對(duì)新的領(lǐng)域和途徑缺乏探究，有一定局限性。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、代謝組學(xué)等高通量技術(shù)的應(yīng)用，環(huán)境生理研究將進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。通過標(biāo)記的蛋白質(zhì)組學(xué)i-TRAQ技術(shù)，Zhang等發(fā)現(xiàn)肉雞暴露于高水平氨氣（75 ppm），肝臟的能量、脂質(zhì)和氨基酸代謝、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、免疫調(diào)節(jié)和應(yīng)激反應(yīng)都發(fā)生了顯著變化。高通量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)不僅驗(yàn)證了環(huán)境高濃度氨氣對(duì)動(dòng)物造成的應(yīng)激作用，而且首次提出了環(huán)境氨氣可能造成肉雞代謝紊亂。此外研究中發(fā)現(xiàn)氨氣引起的脂肪代謝相關(guān)因子的變化，在相關(guān)試驗(yàn)中也得到了驗(yàn)證。邢煥發(fā)現(xiàn)氨氣影響脂肪在肉雞肝臟、腹脂、背脂間的分布。因此，引入高通量技術(shù)，不僅能夠可靠地篩選出動(dòng)物健康評(píng)價(jià)指標(biāo)，還可以進(jìn)行新指標(biāo)的探索和發(fā)現(xiàn)。

高通量技術(shù)的應(yīng)用拓寬了環(huán)境生理學(xué)研究的寬度，增加了相關(guān)研究的深度。

大量研究表明，環(huán)境高溫造成畜禽熱應(yīng)激，上調(diào)熱休克蛋白，增加組織氧化損傷，降低采食量等。通過SWATH蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，唐湘方發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)激可以引起肝臟的能量、蛋白、脂肪代謝的改變，上調(diào)熱應(yīng)激蛋白以及應(yīng)激激素兒茶酚胺的表達(dá)，挖掘出 14個(gè)與ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)的差異蛋白。ERK1/2信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)了細(xì)胞增殖和凋亡，該通路的變化揭示了機(jī)體細(xì)胞在熱應(yīng)激條件下具有一定調(diào)節(jié)保護(hù)作用，維持細(xì)胞存活。

2.4 采用薈萃分析加強(qiáng)環(huán)境因素交互作用的分析

薈萃分析（meta analysis）是近年來興起的一種對(duì)以往試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)性“綜述”的研究方法，用統(tǒng)計(jì)的概念與方法，收集、整理與分析針對(duì)某個(gè)主題所做的眾多研究結(jié)果，尋找變量之間的明確關(guān)系模式。檢索薈萃分析在畜禽方面的研究報(bào)道有150篇，包括營(yíng)養(yǎng)因素（益生菌、脂肪酸、植酸酶）、微生物、環(huán)境因素等的研究。養(yǎng)殖環(huán)境因素眾多，各個(gè)因素之間互相作用，增加了環(huán)境生理學(xué)研究的難度，相似的研究結(jié)果往往不一致，可能主要源于不同環(huán)境因素的互作。如何從大量的類似試驗(yàn)研究，綜合考慮各因素的互作，得出準(zhǔn)確結(jié)論是環(huán)境生理學(xué)研究的第三大挑戰(zhàn)。薈萃分析利用已有的研究?jī)?nèi)容，綜合考慮各因素的互作，得出更為可靠的環(huán)境參數(shù)，為健康養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)。

利用薈萃分析，Renaudeau等發(fā)現(xiàn)環(huán)境高溫與日均采食量和日增重呈現(xiàn)曲線下降的關(guān)系，體重對(duì)這個(gè)關(guān)系有顯著影響。由于溫度與生產(chǎn)性能回歸的截距和回歸系數(shù)與開展試驗(yàn)的時(shí)間密切相關(guān)，提示現(xiàn)代品質(zhì)對(duì)熱應(yīng)激越來越敏感。Mignon－Grasteau等成功分析了熱應(yīng)激對(duì)蛋雞生產(chǎn)性能（采食量、產(chǎn)蛋率、死淘率、蛋重、蛋殼強(qiáng)度等）的影響，發(fā)現(xiàn)年齡和品種是影響蛋雞熱反應(yīng)性的重要因素，蛋殼強(qiáng)度、蛋重、產(chǎn)蛋率是評(píng)價(jià)蛋雞熱穩(wěn)定的適宜指標(biāo)。上述兩個(gè)研究充分體現(xiàn)了薈萃分析的強(qiáng)大“綜述”能力，將其應(yīng)用在環(huán)境生理研究，能夠更好地解析環(huán)境因素間的互作。

3 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)環(huán)境生理的基礎(chǔ)研究，為飼養(yǎng)工藝和設(shè)施設(shè)備的改進(jìn)提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)，從提高動(dòng)物福利和自身免疫力入手，真正建立“養(yǎng)重于防、防勝于治”的健康養(yǎng)殖基礎(chǔ)路線，才能提高我國(guó)畜牧生產(chǎn)效率、減少疫苗和藥物使用，保證畜產(chǎn)品質(zhì)量安全，切實(shí)減少畜牧養(yǎng)殖對(duì)環(huán)境的污染。

（全文完）