嘔吐毒素對畜禽腸道的損傷及營養干預

劉 壯

（華南農業大學，廣州 510642）

飼料源性嘔吐毒素污染一直是畜禽營養的難點與重點，受到業內廣泛關注。嘔吐毒素通常污染小麥、玉米、大麥等谷物作物，被動物體采食后可以產生廣泛的毒性效應，常見的中毒效應有厭食、嘔吐、腹瀉、發燒、站立不穩、反應遲鈍、體重下降、神經-內分泌改變以及免疫功能受損等[1]。而腸道是集消化、吸收、內分泌、免疫和防御功能于一體的器官，易于受到毒素、細菌、抗營養因子等有害物質的損傷。近年來，國內外針對嘔吐毒素損傷腸道的研究層出不窮，深入地解析嘔吐毒素的致病機制，以期減少嘔吐毒素造成的腸道損傷，有利于提高飼料利用效率，改善畜產品品質。

1 嘔吐毒素的污染概況

嘔吐毒素（DON）是鐮刀菌屬代謝產生的次級產物，化學名3a，7a，15-三羥基-12，13-環氧單端孢酶-9-烯18酮，是一種B型單端孢酶烯族化合物，易于污染小麥、玉米、大麥等谷物作物，特別是在溫熱天氣，不僅降低谷物的產量與品質，也對食品和飼料安全構成嚴重威脅[2]。我國規定嘔吐毒素的含量在豬配合料中≤1 mg·kg-1，犢牛、羔羊、泌乳期精料補充料≤1 mg·kg-1，植物性飼料原料≤1 mg·kg-1。計成等對北京市15個代表性養豬場所用飼料原料和全價配合飼料（131份）霉菌毒素污染情況進行調研，發現玉米、DDGS和部分配合飼料嘔吐毒素超標率很高，分別為57.1%、88.2%、15.8%。隨著全球變暖與農業系統的變化，嘔吐毒素蔓延至高緯度地區，Zha等從中國陜西省、寧夏回族自治區、甘肅省和新疆維吾爾自治區等地收獲的小麥中檢測DON的濃度時發現，82.9%小麥樣品被DON污染，平均DON濃度為500 μg·kg-1[4]。此外，在食品的生產加工中存在類似的情況，Jiang等研究分析了100種商業面包和餅干中脫氧雪腐鐮刀菌烯醇的含量，發現95%測試樣品中DON超過聯合國糧食及農業組織設定的1.0 μg·kg-1體重每天的每日臨時耐受攝入量[5]。

2 嘔吐毒素對畜禽的危害

個體水平上，嘔吐毒素主要通過干擾動物體的采食量和生長水平影響牲畜，而在分子水平上，其通過與核糖體結合抑制蛋白質合成并激活涉及與增殖，分化和細胞凋亡有關的信號轉導的關鍵細胞激酶來破壞正常細胞功能。動物體采食被嘔吐毒素污染的飼糧后嚴重時造血系統受到損傷，甚至死亡[6]。嘔吐毒素的吸收主要發生在小腸的近端部分，能夠誘發畜禽腸上皮的損傷，主要表現為細胞裂解和水腫，絨毛長度與深度改變，腸上皮吸收細胞功能紊亂，營養素的吸收受阻，最終降低動物體的生長性能與產品品質[7-8]。而嘔吐毒素毒性效應的強度取決于劑量、種類、消耗時間、毒素純度和給藥途徑等。低至中等劑量急性口服嘔吐毒素會導致嘔吐，腹瀉，胃腸炎，厭食，體重增加減少，葡萄糖吸收不良，食管穿孔，循環休克等癥狀，而高劑量促進白細胞凋亡，伴隨免疫抑制，嚴重損害胃腸黏膜的淋巴和上皮細胞，導致內毒素敗血癥和休克。此外，微量嘔吐毒素引起的食欲下降、生長遲緩、產品質量下降，免疫毒性以及母體毒性導致的生殖和發育受損等慢性危害，因其長期潛伏在動物體內，給養豬業造成的損失更是難以測算，已成為困擾全球的難題[9]。

3 不同種類動物體對嘔吐毒素的敏感性

嘔吐毒素是廣泛存在于谷物作物中的霉菌毒素之一，能夠破壞腸道黏膜屏障，進入機體內被谷胱甘肽、氨基酸、多肽等物質修飾，增強親水性，潛在于畜禽體內，誘發細胞毒性及腸道損傷[10]。而不同動物體對嘔吐毒素的敏感性不同，反芻動物具有復雜的瘤胃微生物，對嘔吐毒素的耐受力最強，家禽、嚙齒動物次之，而豬是對嘔吐毒素最敏感的動物。研究發現，生長豬一次性攝入嘔吐毒素0.05～0.1 mg·kg-1BW或日糧含嘔吐毒素2～20 mg·kg-1即可引起嘔吐，對小麥及其副產物來源嘔吐毒素吸收率較高，采食15～30 min就有82%的嘔吐毒素被吸收進入血液，達到血藥峰濃度[11-12]。

4 嘔吐毒素對腸上皮屏障的影響

4.1 黏膜屏障

腸上皮屏障是抵御外界病原菌、病毒、飼料源性毒素的最初防線。上皮屏障的完整性對于腸道功能的維持和保護是至關重要的。緊密連接為腸上皮細胞建立復雜的網絡關系，不僅能夠調節細胞極性、小分子物質轉運、腸上皮細胞通透性，還保護黏膜細胞免受有毒有害物質的侵襲。當細胞暴露于嘔吐毒素后，嘔吐毒素結合到核糖體RNA肽基轉移酶位點，干擾轉錄過程與相關蛋白質的合成，破壞腸上皮細胞的形態與緊密連接結構[13]。閉合小環蛋白（ZO）是緊密連接支持結構基礎，閉合蛋白（claudins）為緊密連接的結構骨架[14]。Pinton等發現，IPEC-1細胞系暴露于10 μm嘔吐毒素48 h時，claudin-3和claudin-4表達量減少[15]。相似的研究發現，100 μg·kg-1BW嘔吐毒素顯著降低ZO-1蛋白的表達量[16]。伴隨著緊密連接結構的改變，MAPKs信號通路被激活，暗示著嘔吐毒素可能是MAPKs的信號分子，調控相關基因的表達，發揮毒性效應。其次，腸上皮細胞選擇性地轉運營養素、毒素等，其絨毛的高度與深度與物質的吸收速率密切相關，一般而言，絨毛高度越高，表面積越大消化吸收能力越強；而絨毛的深度反映腸上皮細胞的更新速度，分泌功能。Awad等報道，嘔吐毒素能夠顯著改變小腸的形態結構，降低空腸絨毛的高度與表面積，減少對營養物質的吸收[17]。Xie等發現，高濃度嘔吐毒素飼喂蝦時，蝦的體重增加減少，存活率降低[18]。

4.2 免疫屏障

人和鼠腸上皮細胞暴露于嘔吐毒素時，能夠通過各種信號機制誘導促炎細胞因子和趨化因子的產生，抵御嘔吐毒素的損傷效應。Park等發現，促炎細胞因子IL-8隨著腸上皮細胞中嘔吐毒素誘導的化學核糖核酸應激而增強[19]。Cano等也有類似的發現，嘔吐毒素處理豬上皮細胞IPEC-1和空腸外植體時，IL-8、IL-1α和IL-1β、TNF-α的mRNA豐度顯著增加，誘導促炎反應的發生[20]。此外，腸上皮細胞表面覆蓋著一層黏液，能夠稀釋毒素，減弱細胞的毒性效應。而嘔吐毒素可通過抑制腸上皮粘蛋白基因的表達和粘蛋白單糖的組成影響十二指腸粘液層，從而使腸上皮細胞暴露出來，易受到毒素與病菌的侵襲與干擾[21]。

4.3 微生物屏障

除了調控蛋白質的合成與各種靶基因的表達，腸上皮細胞還能夠通過接觸共生細菌維持免疫穩態。嘔吐毒素是鐮刀菌屬代謝產生的毒性物質，主要在消化道的前端部分（胃至空腸近端）被吸收，能夠抑制腸上皮細胞的增殖與分化，改變腸道的通透性。而當腸上皮屏障被破壞時，微生物就會快速定植，增加腸道感染與炎癥反應的風險[22-23]。然而，目前關于通過改變活體內腸道菌群的成分緩解嘔吐毒素損傷的研究甚少，主要集中于體外研究微生物脫毒的方法。Pierron等發現細菌能夠通過去環氧化或差向異構化作用降低嘔吐毒素的毒性[24]。Gang等也有類似的發現，土壤中分離的某些細菌對DON及其衍生物（包括3-乙酰基-DON和15-乙酰基-DON）具有有效的生物降解能力。通過羥基氧化作用霉菌毒素轉化為無毒或毒性較低的化合物[25]。此外，利用反芻動物瘤胃微生物具有多樣性與復雜性的特點，Fuchs等從牛的瘤胃中分離提取微生物，與嘔吐毒素共培養，發現瘤胃微生物具有很好的脫毒效果[26]。值得關注的是，近期大量的研究報道表明，土壤、沼氣池等來源的微生物也具有良好的脫毒效果[27]。

4.4 ABC轉運蛋白

ATP結合盒蛋白在古細菌、真細菌和真核生物中形成了超大型的主動運輸系統，通常由兩個整合的膜結構域組成，該膜結構域包含形成易位路徑的六個跨膜α-螺旋和將ATP結合偶聯至底物易位的兩個胞質核苷酸結合域。ABC轉運蛋白主要功能是利用ATP水解產生的能量將底物進行逆濃度梯度跨膜運輸，將各種分子轉運穿過不同的細胞膜，其轉運的底物有多肽、蛋白質、寡核苷酸、細胞代謝產物和藥物等[28]。其參與許多重要的生理過程，如營養攝入、細胞解毒、脂質轉運、信號轉導、病毒防御以及抗原呈遞等[29-30]。研究表明，ABCB1（P-gp）和ABCC2（MRP2）在功能上具有一定的相似性，都能夠將嘔吐毒素，伏馬菌素B1和赭曲霉毒素A轉運至細胞外，從而起到減輕霉菌毒素損傷的作用[31-32]。Videmann等也有相似的發現，以Caco-2細胞為模型，不同濃度嘔吐毒素處理細胞時，發現嘔吐毒素從底膜到頂膜的轉運量明顯高于底膜到頂膜的轉運量，意味著嘔吐毒素的外排增加，減弱對細胞的毒性。再分別用ABCB1、ABCC2抑制劑處理細胞時，發現抑制劑明顯地減少了嘔吐毒素的外排，證明了ABCB1、ABCC2能夠調控嘔吐毒素的轉運過程[33]。

5 緩解嘔吐毒素損傷的營養調控

嘔吐毒素不僅降低谷物作物的品質，也給畜牧業的生產帶來了嚴重的損失，成為一個困擾全球性的難題，因此尋求緩解嘔吐毒素損傷的措施極為重要。目前的營養調控措施主要集中在寡糖、氨基酸等方面。

低聚半乳糖是乳糖經β-半乳糖苷酶發酵產生的混合物，包含2～8個糖單位（聚合度），其中一個單位是末端葡萄糖，剩余的糖單位是半乳糖和2單位半乳糖的構成二糖。而CXCL8是人腸上皮細胞在炎癥過程早期分泌的細胞因子，能夠有效地誘發嗜中性粒細胞內的化學反應。研究表明，1%和2%的GOS可以顯著抑制Caco-2細胞中嘔吐毒素誘導的CXCL8 mRNA表達豐度，加速緊密連接結構的恢復。小鼠活體試驗中，日糧中補充1%GOS可以緩解嘔吐毒素造成的腸道絨毛損傷[34]。Miaomiao等發現，日糧中添加谷氨酸，可以緩解嘔吐毒素誘發的腸道損傷與氧化應激[35]。相關研究結果也表明，嘔吐毒素可以增強腸道的通透性，破壞絨毛形態結構，引起上皮細胞凋亡，抑制蛋白質合成，而日糧中添加復合抗菌肽時可以明顯地改善腸道形態，修復嘔吐毒素誘導的腸道損傷，保護腸道絨毛的結構與功能[36]。此外，蛋氨酸作為重要的甲基供體，參與DNA、蛋白質的甲基化以及精胺的合成，調節免疫相關基因的表達，進而可能在一定程度上緩解嘔吐毒素造成的機體炎癥反應[37]。同時作為合成谷胱甘肽的前體物質，可減弱氧化應激對腸上皮細胞的破壞作用，保護動物體腸上皮屏障結構與功能的完整性。研究指出，補充Met可減少小腸黏膜蛋白質羰基化和丙二醛水平，改善小腸絨毛發育[38]。

6 小 結

嘔吐毒素自身及其代謝產物干擾動物體的生理機能與健康水平，對于動物體的生長發育水平與產品品質構成嚴重的威脅。研究嘔吐毒素在體內的代謝與相應的防御機制，對于揭示宿主腸道穩態和功能的調控機制，開發營養性調控技術具有重要的意義，將有利于提升動物體的生產性能和健康水平，防控相關疾病。隨著科學技術的進步和研究水平的不斷提高，更多營養干預的措施將會被發現與應用，促進畜牧業的進步與發展。