飼料中的營養物質對動物腸道功能和健康的調控作用

劉曉娜，孟小林，李澤宇

（新疆農業職業技術學院，新疆昌吉 831100）

腸上皮最重要的作用之一是消化、吸收飼料營養，其中上皮細胞為病原體、毒素和變應原從腔體擴散到黏膜組織提供了生化-物理屏障。屏障完整性的缺陷會強烈激活免疫細胞，導致腸道組織的慢性炎癥。當屏障受損時，內毒素等炎癥分子可通過循環到達不同器官，在非腸道疾病如糖尿病、肥胖、慢性腎病等發病機制中發揮作用。腸道功能和健康的完整性依賴于多種屏障成分之間的相互作用，包括黏附黏液凝膠層、免疫球蛋白A、抗菌肽和細胞間緊密連接，在這些成分中，緊密連接構成了腸道物理屏障的主要決定因素（高志光和秦環龍，2005）。腸道的緊密連接是由位于上皮細胞外側膜頂端的多個蛋白組裝而成，其通路大致可分為雙細胞和三細胞連接，其中雙細胞緊密鏈是由兩個相鄰的上皮細胞形成的，而三細胞緊密連接鏈是在3個細胞的交匯點形成（鈕凌穎和李寧，2009）。由于腸道緊密連接屏障的損傷導致全身和腸道炎癥，在各種疾病發病機制中發揮重要作用，因此，利用營養調控措施來維持和保護緊密連接可有效保障腸道健康和功能。在此背景下，本文綜述了飼料中營養物質對腸道緊密連接屏障和細胞旁通透性的調節作用，旨在為腸道功能和健康的完整性提供理論基礎。

1 碳水化合物和蛋白質

碳水化合物和糖類是動物主要的能量來源之一，通常在飼料營養物質中的含量占比最高。但它們在腸道屏障調節中作用至今尚未被闡明。由于糖尿病和肥胖與內毒素血癥和全身炎癥密切相關，高碳水化物日糧對小鼠腸道屏障的影響已在小鼠中進行了研究，如給小鼠喂食高碳水化合物飼料，其中85%來自葡萄糖或果糖，15%來自蔗糖，持續12周會誘發內毒素血癥，并增加腸道對異硫氰酸熒光素（FITC）標記右旋糖酐的滲透性，結果發現，日糧導致結腸中ZO-1和occludin水平降低，炎性細胞因子水平升高（Do等，2018），由此作者認為，高碳水化合物日糧誘導的腸道菌群失調似乎起到一定作用。

蛋白質對身體生長、修復和保持健康必不可少，并參與廣泛的代謝作用。但蛋白質在腸道屏障調節中的作用迄今尚未得到廣泛研究。值得注意的是，一些日糧蛋白質被酶消化后產生的肽可增強或保護腸道屏障，并可能用于緩解腸道疾病。此外，氨基酸（如谷氨酰胺和色氨酸）在腸道屏障中也會起保護作用。Zhu等（2018）對飼喂不同蛋白質含量日糧的大鼠進行2、4和10周空腸緊密連接蛋白檢測，結果發現，與對照組（19.3%蛋白）相比，低蛋白質日糧（12%）組大鼠2周后可降低空腸中ZO-1和occludin的表達，同時低蛋白質日糧組4周后空腸和結腸ZO-1和occludin水平及10周后occludin水平均高于對照組。雖然這些觀察結果背后的確切機制尚不清楚，但限制日糧蛋白質對腸道菌群的改變可能與所觀察到的效果有關。

Tanabe等（2006）研究發現，來自牛的酪蛋白的五肽NPWDQ增強了腸道Caco-2細胞的屏障完整性，導致抑制卵清蛋白的滲透，這種肽最初是從奶酪酶解物中分離出來的，因此，occludin的上調被認為是其潛在的調控機制。雖然該肽的主要結構尚未被描述，但該肽通過抑制核因子κB（NF-κB）和細胞外信號調節激酶途徑可減弱occludin和ZO-1水平。

2 氨基酸和脂肪

谷氨酰胺是人體最豐富的游離氨基酸，是腸細胞的主要底物。越來越多的基礎和臨床研究表明，其在腸道屏障維護和保護中發揮重要作用。在臨床研究中，口服后尿液中的乳果糖與甘露醇比值通常被評估為腸道通透性測試，而補充谷氨酰胺可降低健康和營養不良兒童、腸易激綜合征、克羅恩病和嚴重燒傷患者的腸道高滲透性，這表明這些患者的乳果糖與甘露醇比低于對照組（Benjamin等，2012）。谷氨酰胺對腸道緊密連接結構的保護作用也在不同疾病的嚙齒動物模型中得到證實，如酒精性肝病、炎癥性腸病、移植物抗宿主病和感染（Beutheu等，2014）。一些研究通過細胞培養方法來檢查谷氨酰胺對腸道緊密連接結構的維持、促進和保護作用。因此，由無谷氨酰胺培養基和谷氨酰胺合成酶抑制引起的谷氨酰胺消耗增加了腸道通透性，降低了Caco-2細胞洗滌劑不溶部分中的ZO-1、occludin和claudin-1水平（Li和 Neu，2009）。在豬腸上皮細胞（IPEC）-1中，谷氨酰胺通過鈣/鈣調素依賴的激酶2-amp激活蛋白激酶途徑提高屏障完整性和緊密連接蛋白質水平，如ZO、occludin、claudin和JAM-A蛋白質水平（崔巍等，2008）。

色氨酸也支持腸道緊密連接屏障，但過量的色氨酸可能會產生不良影響。在非酒精性脂肪肝小鼠模型中，色氨酸補充逆轉空腸中occludin的表達，改善了疾病相關的肝臟參數（Ritze等，2014）。飼喂4周0.2%和0.4%色氨酸日糧可提高斷奶仔豬空腸中ZO-1、ZO-3和claudin-3水平，但飼喂3周0.75%色氨酸日糧后，斷奶仔豬occludin和ZO-1 mRNA水平降低，而0.15%色氨組occludin和ZO-1 mRNA水平有升高趨勢（顏瑩莉，2018）。此外，Wang等（2015）報道了色氨酸可通過激活ppec-1細胞中哺乳動物雷帕霉素靶點上調緊密連接蛋白質水平，如occludin、claudin-4和 ZO-1水 平，而 不 是 claudin-1或ZO-3水平。

越來越多的證據表明，攝入大量脂肪會引起腸道高滲透性，在代謝紊亂發病機制中起關鍵作用。此外，一些脂肪酸以鏈長和結構依賴的方式影響腸道功能和健康調節。代謝內毒素血癥可導致全身炎癥，并在肥胖、2型糖尿病和代謝綜合征的發病機制中發揮重要作用，如脂多糖通過腸上皮細胞旁擴散進入循環。Ji等（2011）報道，高脂日糧會破壞嚙齒動物的緊密連接結構，引起小腸和大腸的高滲透性，通過吸收脂肪激活黏膜免疫細胞，包括淋巴細胞和肥大細胞，似乎是高滲透性的潛在機制之一。從日糧脂肪中提取的長鏈脂肪酸可激活免疫細胞，釋放多種炎癥介質，包括干擾素-γ、TNF-α、IL-1β、IL-6和蛋白酶，這些介質通過下調緊密連接蛋白質水平和上調肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）來削弱腸道屏障功能，而高脂也會引起膽汁酸分泌過多，對腸道緊密連接屏障具有負調控作用（鄧波波等，2020）。長鏈脂肪酸是日糧脂肪的主要成分，在細胞功能中發揮重要作用，包括作為細胞膜成分和能量來源，并參與二十烷類化合物的合成，同時，已有學者對部分長鏈脂肪酸（如花生四烯酸、亞油酸、二十碳五烯酸、二十二碳六烯酸和γ-亞麻酸）對緊密連接通透性的生理調節進行了研究，但一些觀察結果存在爭議，如在Caco-2細胞中，在正常情況下這些脂肪酸似乎增加了緊密連接的通透性（Usami等，2003）。Xiao等（2013）報道了一些長鏈脂肪酸可以保護屏障免受有害刺激，如熱應激破壞了Caco-2細胞中的腸屏障和結構，但二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸降低了熱應激下這些細胞的高滲透性，并恢復了occludin和ZO-1的表達。

3 礦物質

礦物質是存在身體所有組織和液體中的無機物，是維持基本生物過程所必需的。在礦物質中，鋅在腸道屏障中的促進和保護作用已在動物和細胞培養中進行了研究。事實上，補充鋅可減少營養不良、結腸炎和感染引起的腸道屏障缺損，但鋅介導的腸緊密連接屏障保護可能涉及不同的機制。在Caco-2細胞中，鋅激活GPR39后上調蛋白激酶可抑制腸道沙門菌血清鼠傷寒所致的occludin和ZO-1水平下降，而在T84細胞中，細胞外鈣補充誘導的緊密連接結構重組是由gpr39-磷脂酶c-鈣/鈣調素依賴的蛋白激酶激酶β-AMPK通路促進的（Shao等，2017）。此外，補充鋅可通過磷酸肌醇3-激酶/Akt/雷帕霉素途徑的哺乳動物靶點增加ZO-1的表達，導致Caco-2細胞中TJ屏障增強。腸上皮細胞內的鋅在維持緊密連接屏障中發揮著重要作用，細胞內鋅的耗盡會誘導occludin蛋白水解，下調claudin-3基因轉錄，導致腸屏障遭到破壞（Miyoshi等，2016）。

4 維生素

維生素是一組有機化合物，在生長代謝中必不可少。脂溶性維生素A、維生素D和水溶性維生素C在調節腸道屏障方面發揮重要作用，如Xiao等（2013）報道，在大鼠日糧中限制維生素A飼喂4周后會損害小腸結構和緊密連接屏障，表現為絨毛損傷和ZO-1、occludin和claudin-1蛋白質水平降低，而補充維生素A可逆轉這些異常。Li等（2017）也報道，補充全反式維甲酸可分別上調人類腸道類器官和Caco-2細胞中的ZO-1和ZO-2水平。同樣，在豬pecc-j2細胞中也觀察到維生素A對脂多糖毒性的保護作用（He等，2019）。

同樣，維生素D在維持和保護腸道緊密連接屏障方面發揮了重要作用。服用維生素D可減少結腸炎、腹腔疾病、肝硬化和嚴重燒傷小鼠模型中腸屏障的損傷（Dong等，2018）。日糧中限制維生素D會加劇嚙齒檸檬酸桿菌誘導的結腸小鼠緊密連接屏障缺陷，補充維生素可觀察到claudin-1和claudin-2水平的上調和claudin-4和claudin-7水平的下調。維生素D通常通過維生素D受體發揮生物學功能，其屬于類固醇/甲狀腺激素受體核受體超家族。維生素D受體在包括腸上皮在內的大多數器官中表達，并轉錄調控基因表達，Du等（2015）報道，雖然在Vdr基因敲除小鼠中除了claudin-2水平下調外，緊密連接屏障沒有明顯缺陷，但基因敲除小鼠比野生型小鼠更容易患DSS-和三硝基苯誘導的實驗性結腸炎，而在結腸模型中，Vdr基因敲除小鼠比野生型小鼠更早出現腸道高滲和結腸緊密連接蛋白質水平下降現象。

5 總結

基礎研究和臨床研究表明，腸外疾病中存在腸通透性高和緊密連接結構受損情況，飼料中的營養物質對腸道屏障的促進和保護具有重要作用。但一些問題還有待進一步研究，如日糧對腸道屏障調控的確切機制尚不清楚。此外，在許多情況下，體內研究包括臨床研究的數據有限。因此，后續的科學研究應加大這方面的工作，這對進一步了解飼料中營養物質對腸道功能和健康的調節作用具有重要意義。