動物福利會受健康特別是免疫功能和炎癥的影響（續(xù)）

王晶晶

中圖分類號：S815 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2018）05-0056-05

● 植物次生代謝產(chǎn)物對動物免疫調(diào)節(jié)的影響

植物次生代謝產(chǎn)物（Plant Secondary Metabolites，PSM）屬于有機化合物，它們在植物的生長和繁殖中沒有明確的功能。Acamovic和Brooker（2005）介紹了80 000多種不同的PSM化合物，不過這些化合物在所有植物中含量都較低，只有在少數(shù)植物種類中有較高的濃度（Gershenzon，2002）。皂苷、生物堿、內(nèi)酯、糖苷和多酚都是PSM。據(jù)報道，一些PSM有免疫調(diào)節(jié)作用，例如，咖啡因是一種眾所周知的生物堿，可以減少嗜中性粒細胞和單核細胞的趨化性，抑制促炎細胞因子、腫瘤壞死因子α（TNF-α）的產(chǎn)生（Horrigan等，2006）；類似地，地高辛是一種強心苷，也會抑制TNF-α的產(chǎn)生，并在調(diào)節(jié)核因子NF-κB通路中發(fā)揮一定的作用，核因子是炎癥的一個重要調(diào)節(jié)因子（Yang等，2005）；相反，皂苷因其具有免疫原性功能而為人們所熟知；Quil A就是一個例子，多年來它一直被用作各種獸用疫苗的免疫佐劑（Potter等，2008）。

多酚是PSM中的一類特殊物質(zhì)，它是人類膳食中含量最豐富的抗氧化劑，并且因其具有免疫調(diào)節(jié)活性而為人們熟知（Spears和Weiss，2008）。這與免疫細胞有很大的關系，因為它們對氧化應激特別敏感（Neyestani，2008）。多酚中的一類特殊物質(zhì)是凝縮類丹寧（Condensed Tannins，CT），它們是類黃酮化合物的聚合物。綿羊和山羊攝入CT，可以降低其胃腸道中線蟲的寄生水平（Athanasiadou等，2000，2001；Paolini等，2003a，2005；Marley等，2006；Niezen等，2002）。給受線蟲感染的山羊服用CT提取物，可以增加其小腸黏膜肥大細胞的數(shù)量（Paolini等，2003a），該細胞能夠促使胃腸道中的線蟲排出體外（Huntley等，1992；Harrison等，1999）。這種作用在腸道的其他部位可能不明顯；相同的CT提取物并不會影響受線蟲感染的綿羊皺胃（真胃）肥大細胞的數(shù)量（Paolini等，2003b）或消化道中寄生蟲的負荷（Athanasiadou等，2001）。這可能與CT的生物利用率下降有關，因為CT會與皺胃中的日糧蛋白或其他大分子形成復合物（Mueller-Harvey，2006）。小腸中適宜的pH和其他條件可能會使CT從這些復合物中分解出來，且可能會使它們發(fā)揮出抗寄生蟲的作用。

研究人員研究了CT在放牧條件下的作用。與以常規(guī)牧草放牧的綿羊相比，以富含CT的豆科植物（雞血藤）為牧草放牧的受寄生蟲感染的綿羊其皺胃黏膜肥大細胞和球狀白細胞的數(shù)量會增多（Tzamaloukas等，2006）。與以傳統(tǒng)豆科植物為牧草放牧的綿羊相比，以冠狀巖黃芪為牧草放牧的綿羊具有更高的抗特異性寄生蟲抗原的抗體滴度（Niezen等，2002）。此外，Ri'os-de Alvarez等（2008）報道，與以傳統(tǒng)牧草放牧的綿羊相比，以富含CT的紅豆草（Onobrychis viciifolia）為牧草放牧的綿羊其小腸有較高濃度的黏膜嗜酸性粒細胞、肥大細胞和潘氏細胞。然而，這種免疫調(diào)節(jié)作用可能不一定歸因于CT的直接活性。如前文所述，CT與日糧蛋白形成穩(wěn)定的復合物并保護其免遭瘤胃降解，從而導致小腸中有更多的可供吸收的蛋白質(zhì)（Min和Hart，2003）。因此，采食CT能夠提高宿主蛋白質(zhì)的供應量，并且觀察到的免疫原性效應至少部分是由前文所述的蛋白質(zhì)營養(yǎng)提高產(chǎn)生的，而不是CT本身。

● 意義和未來的研究方向

盡管人們已經(jīng)認識到宿主的營養(yǎng)環(huán)境會影響免疫系統(tǒng)對病原的表現(xiàn)，但在許多情況下，人們尚不清楚這種情況是如何進行調(diào)控的。至今為止的大部分證據(jù)支持營養(yǎng)與免疫之間存在一種定量關系。宿主的目標是滿足其維持、生長和繁殖的營養(yǎng)需求，并通過營養(yǎng)滿足其有效的免疫反應。因此，在營養(yǎng)缺乏的情況下，免疫力可能會受到影響，補充營養(yǎng)可能會提高免疫力（Coop和Kyriazakis，1999）。然而，也可能涉及某些營養(yǎng)和免疫的效應因子武器之間更多的定性關系，即特定的營養(yǎng)或其缺乏可能會影響負責特定免疫性狀的基因表達。例如，支鏈氨基酸通過調(diào)節(jié)mRNA轉(zhuǎn)錄的起始階段可以作為基因表達的調(diào)節(jié)劑（Kimball和Jefferson，2006）。此外，補充蛋白質(zhì)會導致被寄生的宿主中促炎通路出現(xiàn)下調(diào)，這有助于寄生蟲的排出（Athanasiadou等，2011）。雖然目前還不清楚這是如何介導的，但營養(yǎng)的可利用率與免疫應答某些組分的合成之間似乎存在著聯(lián)系，這可能會導致機體增強對寄生蟲的免疫應答反應。

上述證據(jù)說明了在寄生蟲慢性感染期間營養(yǎng)供應與免疫應答反應之間的關系；目前尚不清楚在急性感染期間是否存在相同的情況。有關營養(yǎng)對基因表達的影響已經(jīng)有充足的證據(jù)，而且這種研究通過利用高通量技術已經(jīng)取得了重大的進展（Athanasiadou和Huntley，2008）。基因表達分析已經(jīng)揭示了與衰老、代謝疾病和可能受到宿主營養(yǎng)影響的糖尿病相關的標準途徑。類似的進展將能夠使人們可以研究負責免疫應答的基因表達的營養(yǎng)調(diào)控策略以控制哺乳動物的疾病，這最終能使我們獲得可以有效預防疾病的日糧干預方法。通過把基礎免疫學和營養(yǎng)學（以營養(yǎng)補充和缺乏兩方面表示）結合起來，并且通過探索可以保證一種公正方法的新技術，我們可以提高自己對營養(yǎng)免疫調(diào)節(jié)效應的理解（Athanasiadou和Huntley，2008）。這些進展僅對營養(yǎng)的建議就有望做出重大貢獻，或者當營養(yǎng)與其他治療方法聯(lián)合使用時，在預防或治療水平上有望改善對傳染病的預防。

5.2.2營養(yǎng)與健康（福利）：代謝疾病和胃腸道疾病

如前文所述，營養(yǎng)不良和營養(yǎng)素缺乏會影響動物的先天性、獲得性和細胞免疫反應，抑制免疫功能，導致宿主對感染的協(xié)調(diào)一致反應出現(xiàn)負調(diào)節(jié)，從而增強病原體的毒力（Wintergerst等，2007），因此會危害動物的健康（和福利）。然而，根據(jù)Calder和Jackson （2000）的研究結果，日糧攝入不足和疾病本身都是造成動物營養(yǎng)不良的直接原因，并且它們會協(xié)同地增強彼此的作用（Scrimshaw等，1968）。事實上，營養(yǎng)不良使個體更容易受到感染，并會降低對入侵病原體的免疫防御能力。反過來，病原體會影響動物的營養(yǎng)狀況，通過日糧攝入、吸收和營養(yǎng)需求的改變以及內(nèi)源性營養(yǎng)的損失來調(diào)節(jié)。營養(yǎng)不良有幾種形式，常常以組合方式出現(xiàn)，如蛋白質(zhì)-能量營養(yǎng)不良和維生素A、鐵、鋅和碘等微量營養(yǎng)缺乏（Calder和Jackson，2000）。盡管如此，我們的研究重點在于營養(yǎng)不良對組織損傷、代謝疾病和消化系統(tǒng)疾病的影響：這些都是導致細胞因子釋放以及由此引發(fā)炎癥和福利受損的原因（圖1）。如果僅僅是為了大致了解它們，我們建議在兩種主要的反芻動物飼養(yǎng)系統(tǒng)中選擇一些例子：粗放型和集約型。從理論上說，這兩種飼養(yǎng)系統(tǒng)都能保證反芻動物獲得滿意的營養(yǎng)狀況；不過，似乎有理由認為：

● 粗放型飼養(yǎng)系統(tǒng)中的反芻動物通常會受到營養(yǎng)無規(guī)律缺乏的影響：主要是能量和蛋白質(zhì)的缺乏。由于采食量低，這些問題會出現(xiàn)在干熱季節(jié)或寒冷季節(jié)，因為在此期間動物無法獲得飼料或只能獲得低質(zhì)量的飼料。在粗放型飼養(yǎng)系統(tǒng)中，維生素缺乏可能是一個小問題；另外，如果飼養(yǎng)系統(tǒng)不能供應充足的土地，或成熟的牧草腐爛以及難以提供礦物質(zhì)添加劑，（常量和微量）礦物質(zhì)缺乏可能會很嚴重。此外，粗放型飼養(yǎng)系統(tǒng)不排除過量問題（即某些地區(qū)的礦物質(zhì)）或有害物質(zhì)（即三葉草中的植物雌激素；在真菌感染的牧草尤其是羊茅中，由麥角菌產(chǎn)生的霉菌毒素；或在牧草短缺的某些情況下，攝入有毒的雜草）。

一個眾所周知的案例是“羊茅中毒”，因為羊茅可以感染能夠產(chǎn)麥角胺的內(nèi)生菌。這種感染的草料不僅會降低動物的產(chǎn)奶量和干物質(zhì)攝入量（Dry Matter Intake，DMI），而且還會加快動物的呼吸頻率，并抑制免疫系統(tǒng)。組織損傷、代謝病或傳染性疾病以及營養(yǎng)不良的后果造成動物的疼痛和苦惱（Yates，1962；Thompson和Stuedemann，1993）。在粗放型飼養(yǎng)系統(tǒng)中，某些不同的代謝疾病或傳染病也可能會發(fā)生，具體取決于動物物種（羊或牛）、動物的用途（肉或牛奶）和產(chǎn)量水平。由能量不足引發(fā)的一種特殊代謝疾病是懷孕的母羊和山羊由于缺乏精料或高質(zhì)量的牧草在妊娠后期出現(xiàn)毒血癥（特別是懷雙胞胎和三胞胎時）（LeValley，2010）。根據(jù)我們的經(jīng)驗，至少在妊娠后期，山羊在發(fā)生高酮血癥前其炎癥血液指數(shù)會有變化（Trevisi等，2005），這表明由細胞因子誘發(fā)的無臨床癥狀的采食下降可能會引起機體的能量不足，從而發(fā)生代謝疾病。在牛上特別是用放牧方式飼養(yǎng)的泌乳早期的高產(chǎn)奶牛，牧草較低的營養(yǎng)物質(zhì)供應量會導致動物體況評分大幅降低（Roche等，2006）和繁殖力降低（Horan等，2006）。

在粗放型飼養(yǎng)系統(tǒng)中，礦物質(zhì)代謝紊亂會更頻繁地發(fā)生，因為飼料主要依賴當?shù)氐哪敛萆a(chǎn)而沒有適當?shù)难a充。我們要區(qū)分：

○ 原發(fā)性缺乏癥：例如在低鈷（維生素B12缺乏伴隨貧血和較低的丙酸利用率）、低硒（白肌病）或低磷（異食癖和骨骼疾病）的地區(qū)；

○ 在少數(shù)情況下過量可能引起中毒現(xiàn)象（例如鉬污染），但更多時候會影響其他礦物質(zhì)的利用，從而導致繼發(fā)性缺乏癥。例如，鉀（和氨）的過量會降低鎂的吸收，導致反芻動物出現(xiàn)代謝疾病（缺鎂癥）。硫和鉬的過量會引發(fā)銅的繼發(fā)性缺乏，其后果不僅包括貧血、骨骼疾病、新生兒共濟失調(diào)、心血管疾病和腹瀉，而且會使動物對感染有較高的敏感性（Underwood和Suttle，1999）。

因此，能夠避免出現(xiàn)營養(yǎng)不良對動物健康產(chǎn)生負面影響的任何努力（特別是在粗放型飼養(yǎng)系統(tǒng)中）對于改善動物福利來說都是有價值的。

● 集約化飼養(yǎng)系統(tǒng)的特點是動物大量攝入營養(yǎng)均衡的日糧。營養(yǎng)缺乏很少見，而且如果日糧經(jīng)過計算后能夠滿足高產(chǎn)動物相應的營養(yǎng)需求，那么營養(yǎng)過量也很少發(fā)生。然而，這并不排除任何不當?shù)娘曃梗号紶柺俏⒘繝I養(yǎng)，但通常與能量和蛋白質(zhì)有關。我們舉幾個關于奶牛的例子，主要關注的是高產(chǎn)奶牛的情況，即盡管哺乳期的頭2～3個月與干乳期相比，DMI幾乎翻了一番，但在能量負平衡（Negative Energy Balance，NEB）上仍能保持幾周，主要是因為腸道大小的生理限制，我們先前說過炎癥也可以降低食欲（Bertoni等，2009）。因此，人們很難對這些動物的福利狀況做出正確的判斷：它們可能已經(jīng)滿足了攝入量（因此飽感中樞是滿足的），所以假設它們沒有遭受饑餓似乎是合理的。然而，營養(yǎng)可能處于不足，因此泌乳早期的特征是暴發(fā)代謝疾病（酮癥）或傳染性疾病（例如乳腺炎）的風險增加，這也是因為營養(yǎng)缺乏或不平衡（Drackley，1999）。

盡管如此，在這種生產(chǎn)系統(tǒng)中，營養(yǎng)-健康-福利之間的關系還有兩個值得注意的地方：

○ 確定干乳期的最佳能量（和營養(yǎng)）水平，以避免過渡期暴發(fā)代謝疾病和容易感染傳染病；

○ 控制妊娠末期和哺乳初期的日糧，以降低日糧高度發(fā)酵的風險，對于避免出現(xiàn)NEB非常有效，但是這可能是引起瘤胃-腸道發(fā)酵紊亂的一個原因。

干乳期與泌乳早期的狀況相反，由于胃腸道依然會過度發(fā)育，需求量低，DMI相對較高。對“補充”儲備以備產(chǎn)犢后使用的假設至少對鈣和磷[正如Martin-Tereso和Vestegen（2011）所建議的那樣，過量會增加發(fā)生乳熱癥的風險]、對蛋白質(zhì)（氨過量），特別是對能量（會導致母牛超重）來說是錯誤的。自從發(fā)現(xiàn)“母牛肥胖綜合征”以來，最后一種情況成了一個常見問題（Morrow，1976）：產(chǎn)犢時肥胖的母牛經(jīng)常會發(fā)生胎盤滯留、乳熱癥、酮癥和皮脂腺病，其死亡率也會增加。最近的研究數(shù)據(jù)顯示，無論肥胖與否，在干乳期飼喂高能量日糧的母牛更容易發(fā)生產(chǎn)后代謝疾病，同時肝臟中的甘油三酯水平很容易升高（Van den Topp等，1995）。此外，Janovick Guretzky等（2007）也發(fā)現(xiàn)這些奶牛經(jīng)常會發(fā)生（臨床或亞臨床的）炎癥。最后的這一發(fā)現(xiàn)傾向于支持反芻動物中，時間相對較長的能量過量可能會引發(fā)代謝綜合征狀態(tài)（類似于人類的超重或肥胖癥，其特征是“低水平”炎癥和胰島素耐受性、2型糖尿病、高血壓、脂肪肝，等等）。因此，在妊娠末期飼喂高能量日糧或在產(chǎn)犢時脂肪過多的母牛將面臨難產(chǎn)、胎盤滯留、酮病等風險，并且更容易感染傳染病（Janovick和Drackley，2010）。

然而，不管是反芻動物還是單胃動物，日糧的高發(fā)酵性風險——早期泌乳奶牛需考慮的風險——是任何類型的集約化畜牧生產(chǎn)的特點。在這兩種情況下，瘤胃中或進入到大腸中的大量發(fā)酵的淀粉（和糖）會導致pH的大幅降低（除了高度修飾的微生物群體外），這往往會造成內(nèi)毒素（脂多糖）水平或微生物易位（Khafipour等，2009a，b）的增加。這些現(xiàn)象尤其會造成肝臟膿腫（Nagaraja和Chengappa，1998）、蹄葉炎和蹄底潰瘍（Nocek，1997）。特別是在馬上，脂多糖可以引起大腸絞痛以及蹄葉炎（Frape，1986）。雖然如此，只要黏膜是健康的，瘤胃和腸中的脂多糖并不總是會引起上述健康問題的出現(xiàn)。由于酸中毒本身（Wannemuehler，1995；Minuti等，2014），或由于“外部”原因[例如缺氧、熱應激、繁重的體力勞動，等等（Alexander，1998）]，或由于這些因素的聯(lián)合作用，黏膜滲透性的提高會引發(fā)前述的微生物易位和隨之而來的炎癥，并會產(chǎn)生一些負面影響（圖2）。

顯而易見的是，疼痛和苦惱與前文所述的所有由能量過剩和隨之而來的臨床或亞臨床炎癥以及消化疾病引發(fā)的健康問題息息相關，因為脂多糖和其他抗原會導致促炎細胞因子的釋放（Klasing，1988）。

未完，待續(xù)。