斷奶仔豬腸道健康及功能：使用營養(yǎng)策略而非抗菌化合物控制斷奶后仔豬腹瀉（綜述）（續(xù)）

中圖分類號：S815 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2017）09-0096-06

4 斷奶仔豬日糧中添加抗菌化合物替代品，通過日糧干預預防仔豬斷奶后的腹瀉

抗生素生長促進劑（Antibiotic Growth Promoters，AGP）已經(jīng)長期用于商品化養(yǎng)豬行業(yè)，它不僅僅可以消除致病菌或減少致病菌的數(shù)量，同時也可以提高動物的生長性能（Moore等，1946；Jukes等，1950）。盡管AGP的作用機制尚未完全搞清楚（Pluske等，2007），但是它具有改變腸道微生物菌群組成（Rettedal等，2009）和（或）活性的能力是眾所周知的，受影響的腸道細菌包括致病菌和共生菌（Castillo等，2006），它們會與宿主動物競爭營養(yǎng)物質(zhì)。的確，AGP提高動物生產(chǎn)性能可歸因于腸道微生物總量減少和有害菌群被消滅兩者相結合的作用（Dibner和Richards，2005）。

禁止在飼料中添加AGP的首個禁令分別于1986年和1998年由瑞典和丹麥頒布。這使得仔豬斷奶后腹瀉（Post-Weaning Diarrhoea，PWD）的發(fā)病率和斷奶后死亡率顯著提高。例如，法令頒布后的3年中，仔豬達到25 kg的日齡較頒布前延長了5 d～6 d（Wierup，2001）。丹麥還發(fā)現(xiàn)，治療用抗生素的使用量較禁令頒布前增加了25%（DANMAP 2001）。歐盟采取了“預防原則”方法，并在2006年禁止了某些飼用AGP的使用，以減少細菌在人上對這些抗生素產(chǎn)生耐藥性的風險。為了解決因?qū)嵤┻@一禁令而導致動物死亡率和發(fā)病率大幅度提高的問題，許多抗生素替代物（例如飼料添加劑）和日糧干預物應運而生（表5）。

4.1 ZnO作為豬的生長促進劑

鋅（Zinc，Zn）是豬的一種必需礦物質(zhì)（微量元素）。Zn缺乏會導致豬的生長遲緩和組織中所有活性酶消耗殆盡，不過Zn的缺乏有時很難診斷（Prasad等，1969；Prasad和Oberleas，1971）。Zn可作為金屬酶的組分，例如DNA和RNA合成酶、轉(zhuǎn)移酶、許多消化酶，并且與胰島素的有效功能相關。另外，Zn在脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和碳水化合物的代謝中也起著重要的作用（Li等，2006）。

雖然斷奶仔豬日糧的Zn推薦添加量為 100 mg/kg（NRC，1998），但是Zn的藥理學水平（高達3 000 mg/kg）一直被用作改善和（或）防止PWD發(fā)生的一個有效的日糧工具（Katouli等，1999；H?jberg等，2005）；因此，在仔豬斷奶后使用，Zn可作為一種生長促進劑（Poulsen，1995；Hill等，2000，2001；Case和Carlson，2002）。Zn的這些作用的確切作用機理目前尚未完全清楚；報道的作用包括：提高小腸內(nèi)抗菌多肽的基因表達水平（Wang等，2004）；對微生物菌群的穩(wěn)定性和多樣性有積極效應，特別是對大腸桿菌群而言（Katouli等，1999）；提高小腸黏膜中胰島素樣生長因子-I和胰島素樣生長因子-II的表達水平（Li等，2006）；殺菌效應（Jensen-Waern等，1998）；減少腸細胞的電解質(zhì)分泌（Carlson等，2006）。Hedemann等（2006）發(fā)現(xiàn)，在豬的日糧中添加2 500 mg/kg ZnO后，某些胰腺酶和黏蛋白染色會發(fā)生改變，但是結論是仍然無法確定日糧中高水平Zn的生長促進作用和降低腹瀉作用的作用機理。此外，H?jberg等（2005）發(fā)現(xiàn)，與日糧中添加100 mg/kg ZnO的仔豬相比，添加2 500 mg/kg ZnO的剛斷奶仔豬胃腸道食糜中的細菌活性減弱。當日糧含有高水平的ZnO時，腸道中產(chǎn)乳酸的細菌和乳酸桿菌的數(shù)量減少，而大腸桿菌和腸球菌的數(shù)量增多。這些作者推測，ZnO對胃腸道菌群的作用類似于一些生長促進抗生素的作用機理，即可抑制革蘭氏陽性共生菌，而不是潛在致病的革蘭氏陰性菌。H?jberg等（2005）提出，胃腸道近端可消化營養(yǎng)物質(zhì)的發(fā)酵程度降低可能會向宿主提供更多的能量，并且促進宿主的生長性能，這都得益于日糧中的ZnO。因此，以藥理學水平在日糧中添加ZnO可作為控制PWD的一個策略，不過由于人們對環(huán)境污染的擔憂日益增長，ZnO如此高的添加水平在一些國家受到限制（Carlson等，2004）。

4.2 益生菌

益生菌是一類活的微生物飼料添加劑。根據(jù)Schrezenmeir和de Vrese （2001）的觀點，益生菌可定義為“一種包含足夠數(shù)量的特定微生物的產(chǎn)品或制劑，其可改變宿主動物組織（腸道）內(nèi)的微生物（可通過移植或定植）組成，并且由此對宿主動物的健康產(chǎn)生有益的作用”。用作益生菌的微生物必須能夠在胃的酸性環(huán)境和膽汁鹽環(huán)境中存活。一般被稱為益生菌的細菌有三大類：桿菌、酵母和產(chǎn)乳酸的細菌（如乳酸菌、雙歧桿菌和腸球菌）（Stein和Kil，2006）。通過動物試驗來評估益生菌作為抗生素替代品的功效，所得結果多變。如，一些研究表明，使用產(chǎn)乳酸的細菌作為益生菌，在促進生長和控制PWD方面均有積極的效應（Lessard和Brisson，1987；Shu等，2001；Taras等，2006），但是在另一些研究中卻沒有這種效應（Walsh等，2007）。同樣的，一些研究發(fā)現(xiàn)，在剛斷奶仔豬日糧中添加酵母培養(yǎng)物，會對仔豬腸道健康和生長性能產(chǎn)生有利的影響（Mathew等，1998；Bontempo等，2006；van der Peet-Schwering等，2007），但在其他研究中卻未被證實（Kornegay等，1995；van Heugten等，2003）。結果的不一致主要是由于益生菌的添加量、菌種類型、環(huán)境清潔度和日糧類型的不同所致（Bontempo等，2006）。進一步的研究應將重點放在益生菌的識別以及能夠持續(xù)促進仔豬斷奶后腸道健康和生產(chǎn)性能的劑量上。

Pieper等（2010）最近研究了益生菌（植物乳桿菌）的添加時機。目前，每周多次服用的方法很不現(xiàn)實。研究發(fā)現(xiàn)，與在斷奶前3 d進行服用的仔豬相比，仔豬在斷奶時一次性服用5×109 cfu植物乳桿菌，回腸中乳酸濃度和結腸中產(chǎn)丁酸菌的濃度得到了提高。隨后使用大腸桿菌（O149：K91：F4ac）進行攻毒，發(fā)現(xiàn)與不服用或服用3×109 cfu植物乳桿菌的仔豬相比，在斷奶時一次性服用3×109 cfu植物乳桿菌，能夠顯著減輕仔豬在攻毒后11 d內(nèi)的PWD臨床癥狀（分別為15%、40%和25%）。這項研究說明，在實際的商品豬生產(chǎn)系統(tǒng)中掌握合理的應用時機和使用劑量是非常重要的。

雖然益生菌提高仔豬生產(chǎn)性能和改善腸道健康的作用機理尚未完全搞清楚，但是有關其作用機理的多個假設已經(jīng)被提出。益生菌可通過位阻作用或競爭性排斥作用抑制致病菌對腸上皮的黏附（Li等，2003；Roselli等，2005）。Jin等（2000）報道，屎腸球菌的一個菌株可抑制產(chǎn)腸毒性大腸桿菌（Enterotoxigenic E. coli，ETEC））K88黏附于仔豬小腸的黏膜。Blomberg等（1993）進行的類似體外研究發(fā)現(xiàn)，乳酸酵母菌104R株可減少50%的ETEC K88對回腸黏膜的黏附。

益生菌的有益作用還可通過產(chǎn)生殺菌物質(zhì)來進行調(diào)節(jié)，例如可對抗病原體的細菌素和有機酸（Juven等，1991；Gibson和Wang，1994b；Li等，2003）。Setia等（2009）報道，產(chǎn)大腸桿菌素的大腸桿菌能夠在體外試驗中抑制ETEC的活性。益生菌能夠在體外試驗中增加短鏈脂肪酸的生成（Sakata等，2003），這可能有助于降低食糜pH，隨后抑制致病菌的生長（Gibson，1999）。

宿主免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)是益生菌的另一種可能的作用機制（Bontempo等，2006；Roselli等，2007；Sauerwein等，2007）。

斷奶仔豬日糧中添加乳酸雙歧桿菌HN019株可增強細胞免疫反應，例如吞噬作用和淋巴組織增殖應答反應升高，胃腸道特定病原體的抗體滴度上升（Shu等，2001）。動物雙歧桿菌MB5和乳酸桿菌鼠李糖GG能夠保護腸道培養(yǎng)的Caco-2細胞免受炎癥相關反應的影響，例如通過抑制嗜中性粒細胞轉(zhuǎn)移和阻止TNF-α和IL-1β的ETEC誘導型的表達，趨化因子和細胞因子基因表達來對ETEC做出響應（Roselli等，2006）。

4.3 益生元

益生元的概念由Gibson和Roberfroid（1995）提出，其定義為“一種會對胃腸道菌群的組成和（或）活性有特定影響進而造福宿主健康和福利的選擇性發(fā)酵成分”。根據(jù)益生元的選擇標準，只有低聚果糖（Fructooligosaccharides，F(xiàn)OS）和轉(zhuǎn)低聚半乳糖（Transgalactooligosaccharides，TOS）符合標準：（i） 對胃酸、哺乳動物的水解作用和胃腸道的吸收均有抵抗作用；（ii） 可被腸道微生物發(fā)酵；（iii） 可選擇性地刺激腸道中與動物福利和健康有關的微生物的生長和（或）活性（Gibson，1999；Roberfroid，2007）。其他作者提出，日糧纖維和抗性淀粉具有潛在的益生元作用（Bird，1999；Verstegen和Williams，2002；Topping等，2003）。在仔豬前期日糧中添加非淀粉多糖（Non-Starch Polysaccharide，NSP）水解產(chǎn)品可降低用ETEC K88攻毒的仔豬腸炎嚴重性（Kiarie等，2008a）。同樣，Bhandari等（2009）證實，豬喂給含生馬鈴薯淀粉的日糧后，所產(chǎn)糞便的黏度評分與喂給添加抗生素的日糧的豬腸道糞便黏度評分結果相似。Kiarie等（2008b）利用仔豬小腸灌流方法進行研究后發(fā)現(xiàn)，豆粕和菜籽粕的NSP水解產(chǎn)品可預防ETEC引起的液體和電解質(zhì)的損失，這表明這些產(chǎn)品能夠維持腸道的屏障功能。

益生元的有益作用被認為主要是通過它們選擇性地促進與腸道健康相關的細菌的增殖和活性來實現(xiàn)介導的，例如雙歧桿菌、乳酸桿菌和真細菌。在體外研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)OS可促進雙歧桿菌的增殖（Gibson和Wang，1994a），提高糞便中FOS降解細菌與仔豬體內(nèi)糖分解細菌的比例（Mikkelsen等，2003b）。然而，在使用16S rRNA基因測定方法來確定結腸內(nèi)容物中細菌組成的試驗中，Mikkelsen和Jensen（2004）發(fā)現(xiàn)FOS和TOS不會影響結腸中雙歧桿菌的含量。Houdijk等（2002）報道，F(xiàn)OS和TOS能夠降低斷奶仔豬回腸內(nèi)容物pH和群落總數(shù)，但是對糞便中的這些指標沒有影響，因此作者認為，F(xiàn)OS和TOS在盲腸之前的腸道中具有益生元效應。類似的，F(xiàn)OS和TOS不會影響糞便pH、有機酸濃度、可培養(yǎng)細菌的數(shù)量或動物生長性能（Mikkelsen等，2003a）。另一方面，斷奶仔豬日糧中添加低聚糖可提高小腸和大腸中酵母的濃度（Mikkelsen等，2003b；Mikkelsen和Jensen，2004）和大腸中丁酸濃度（Shim等，2005），改善仔豬生長性能、養(yǎng)分消化率和小腸腸道形態(tài)（Liu等，2008）。不同試驗結果上的差異可能是由于腸道微生物的評估方法、用作應答標準的微生物類型、低聚糖的類型和添加量、動物的年齡及試驗日糧的不同所導致的。

益生元和益生菌合在一起被稱為合生素，它們的協(xié)同作用已有報道（Bird，1999）。FOS和動物雙歧桿菌聯(lián)合使用可增加斷奶仔豬回盲腸淋巴結中toll樣受體2的表達，因此，在增強先天免疫應答方面起著一定的作用（Trevisi等，2008）。在另一項研究中，Bhandari等（2007）報道，產(chǎn)大腸桿菌素的大腸桿菌和生馬鈴薯淀粉在提高仔豬生長性能、減少ETEC K88攻毒的仔豬腹瀉發(fā)病率上具有協(xié)同作用。然而，Krause等（2010）認為，產(chǎn)大腸桿菌素的益生菌和馬鈴薯淀粉不會影響仔豬的生長性能，但是可改善ETEC K88攻毒的仔豬糞便黏度評分。

4.4 有機酸

斷奶時，胃中通過分泌HCl產(chǎn)生的天然酸化作用會減弱，這是由消化系統(tǒng)發(fā)育的不成熟和日糧從乳汁向固體日糧的突然轉(zhuǎn)變導致的。與胃pH 2.0～3.0的成年豬相比，哺乳和剛斷奶仔豬胃內(nèi)容物的pH介于2.6～5.0（Ravindran和Kornegay，1993；Owusu-Asiedu等，2003a，b）。然而，哺乳仔豬可通過微生物將乳汁中的乳糖發(fā)酵為乳酸來維持胃內(nèi)容物的酸度（Cranwell等，1976）。維持胃內(nèi)較低的pH對優(yōu)化營養(yǎng)的消化和防止致病菌過度增殖十分重要。斷奶仔豬日糧中添加有機酸（如檸檬酸、延胡索酸、乳酸和甲酸），可以提高仔豬生長性能和健康狀態(tài)（Edmonds等，1985；Giesting和Easter，1985；Tsiloyiannis等，2001），這是由于胃內(nèi)容物pH的下降及其具有殺菌效應所產(chǎn)生的結果（Roselli等，2005；Pettigrew，2006）。

日糧中添加甲酸和乳酸可降低仔豬胃中pH（Thomlinson和Lawrence，1981；Bolduan等，1988），因此，有人指出胃中pH的下降可能會提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率，改變胃和胃腸道其他部位微生物的菌群組成（Pettigrew，2006）。日糧中添加延胡索酸對仔豬營養(yǎng)物質(zhì)的回腸表觀消化率沒有影響（Giesting和Easter，1991）。然而，Blank等（1999）報道指出，在低緩沖力而非高緩沖力的日糧中添加2%延胡索酸，可提高能量、粗蛋白和氨基酸的回腸消化率。這一結果證實了日糧緩沖能力、動物年齡以及所用有機酸的類型和劑量等因素會影響日糧的酸化能力，進而可改善仔豬的生長性能和腸道健康（Ravindran和Kornegay，1993）。

添加自由的有機酸（75%甲酸和25%丙酸）可減少實驗性感染的仔豬胃中沙門氏菌和大腸桿菌的數(shù)量（Taube等，2009）。另一項研究發(fā)現(xiàn)，有機酸（二甲酸鉀和0.5%干有機酸混合物）往往會降低感染ETEC的豬胃腸道中大腸桿菌數(shù)量、增加乳酸桿菌數(shù)量的趨勢，但對胃腸道pH無任何影響（Li等，2008）。Owusu-Asiedu等（2003b）還認為，延胡索酸能夠使ETEC誘發(fā)型PWD的發(fā)病率降低最小。因此，胃中pH的下降似乎并不是調(diào)節(jié)腸道菌群數(shù)量最重要的作用機理，而有機酸本身似乎具有抗菌活性（Cherrington等，1991；Risley等，1992）。如，有機酸能夠借助擴散方式通過細菌細胞膜，一旦進入細菌細胞內(nèi)，它們會分解并產(chǎn)生質(zhì)子（H+）和陰離子（RCOO-），破壞細菌細胞質(zhì)的pH平衡和陰離子池（Warnecke和Gill，2005）。較高的細胞質(zhì)pH可通過影響嘌呤堿基的完整性和使重要的酶變性對細菌細胞產(chǎn)生致命的后果。細菌細胞內(nèi)高濃度的陰離子同樣會通過提高細胞內(nèi)的膨壓而抑制細胞的生長和削弱其存活力（Warnecke和Gill，2005）。□□

未完，待續(xù)。

原題名：Gastrointestinal health and function in weaned pigs： a review of feeding strategies to control post-weaning diarrhoea without using in-feed antimicrobial compounds（英文）

原作者：J. M. Heo等