家禽壞死性腸炎的發病機制及控制措施

文│孫海洋（山東省博興縣純化鎮畜牧獸醫站）

祁秀梅（山東省博興縣城東街道畜牧獸醫站）

壞死性腸炎是一種復雜、多因素的流行病，表現為急性臨床或亞臨床疾病。關于家禽中壞死性腸炎的第一份報告發表于20世紀60年代初。肉雞行業對使用亞治療劑量的抗菌藥物作為抗生素生長促進劑的限制導致了壞死性腸炎等腸道疾病的再次流行。傳統養殖肉雞中壞死性腸炎的發生率為0，而27.4%的無生長促進藥物添加的肉雞經歷了臨床壞死性腸炎，49%經歷了亞臨床壞死性腸炎。壞死性腸炎主要影響2周至6個月大的肉雞，全球壞死性腸炎的年損失估計達60億美元，巨大的經濟損失與生產性能下降、死亡率增加和疾病治療成本有關。壞死性腸炎的病原產氣莢膜梭狀芽孢桿菌能感染人類，美國發生的病例中有92%可以追溯到家禽產品。

一、病原學和毒力因子

產氣莢膜梭狀芽孢桿菌（A型和C型）以前被稱為Clostridium

welchii，是家禽中與壞死性腸炎相關的主要病原體。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌是一種箱狀、革蘭氏陽性、囊封、厭氧孢子細菌，是土壤和哺乳動物腸道中的常見微生物。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌耐高溫、干燥和輻射，適宜的生長溫度為6～50℃，最佳值為43～47℃，生長的最適pH為6～7.2。能發酵葡萄糖、乳糖、果糖、麥芽糖、甘露糖、半乳糖、蔗糖、肌醇和淀粉，產生乙酸和丁酸，可能含有或不含丁醇。如果沒有合適的營養基質，產氣莢膜梭狀芽孢桿菌會形成休眠孢子，可以長期存活。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌在各種環境條件下的生存能力和大量的毒力因子有助于其在宿主中成功感染活組織，導致壞死。透明質酸酶、唾液酸酶、NetB毒素、催化酶和轉運蛋白等毒素的分泌是壞死性腸炎的標志性體征。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌由于其快速的生長代謝在腸道中的競爭力超過其他細菌。

產氣莢膜梭狀芽孢桿菌缺乏與氨基酸生物合成相關的基因，表明該細菌不能在氨基酸缺乏的環境中生長。為了克服這一弊端，產氣莢膜梭狀芽孢桿菌擁有一系列毒力因子，這些毒力因子有助于宿主組織的降解和提取細菌在宿主體內生存的必需營養素。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌分離株產生毒素的能力各不相同，根據毒素類型分類，產氣莢膜梭狀芽孢桿菌可分為6種類型，分別為A～G型，其中與壞死性腸炎相關的是A型和C型。毒力因子主要包括毒素和酶，包括α-毒素、β-毒素、β2-毒素、δ-毒素、腸毒素、ε毒素、NetB毒素、NetE毒素、NetF毒素、NetG毒素和TpeL毒素等。可根據作用機制分為膜破壞酶、造孔毒素、細胞內毒素和水解酶。所有的產氣莢膜梭狀芽孢桿菌分離株都含有α-毒素基因，α-毒素是一種鋅依賴性酶，具有水解真核細胞膜中的磷脂酶C的活性。β-毒素是B型和C型產氣莢膜梭狀芽孢桿菌產生的最有效的毒素之一，細胞毒性是通過細胞膜上形成的孔介導的，孔的存在允許靶細胞與其環境之間不受控制的離子交換，導致細胞穩態破壞，最終導致細胞死亡。腸毒素基因可以攜帶在質粒或染色體上，在A型產氣莢膜梭狀芽孢桿菌中最為常見，腸毒素與受體結合蛋白相互作用形成小的復合物作用于細胞膜形成孔，增加細胞內鈣的流入，最終導致細胞死亡。NetB毒素與位于細胞膜上的膽固醇相互作用，介導了細胞孔的形成和低聚化孔的形成，破壞了細胞膜，增加了離子流入，從而導致細胞死亡。TpeL毒素于2007年首次在C型產氣莢膜梭狀芽孢桿菌的培養上清液中被發現，后經研究發現，TpeL毒素基因在A型、B型和C型的質粒上，TpeL毒素分解后介導不同gtpase糖基化，而gtpase本在蛋白調控和形成中發揮作用，必需蛋白被阻斷導致細胞形態和細胞間連接的喪失，最終導致細胞凋亡。

二、發病機制

細菌感染的發病機制大致可分為六個階段，即靶部位的定植，生長和增殖，營養物質的獲取，宿主防御機制的逃避，對宿主組織的損傷以及傳播。在快速生長的病原體（如產氣莢膜梭狀芽孢桿菌）發病機制中，這些階段是動態的，幾乎同時發生，目前尚不完全清楚。腸上皮細胞分泌黏蛋白，黏蛋白形成物理屏障，防止病原體進入，在黏液層的定植對產氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染和發展為壞死性腸炎至關重要。黏蛋白中心糖基化區域上的寡糖為細菌黏附提供了潛在的結合位點，產氣莢膜梭狀芽孢桿菌具有能利用寡糖作為能量來源的糖苷水解酶和能降解黏蛋白的幾丁質酶。降解的黏液可能是產氣莢膜梭狀芽孢桿菌的營養來源，并促進病菌能在黏膜上定植。球蟲感染刺激了T細胞介導的炎癥反應，導致宿主腸上皮細胞增加黏液生成，并通過組織損傷釋放必需氨基酸，而這些必需氨基酸能促進病菌的生長和定殖。

黏液層降解后，產氣莢膜梭狀芽孢桿菌分泌的造孔毒素進入上皮細胞，破壞上皮的基底結構域，向細胞間連接發展，并擴散到固有層，由此腸上皮壞死并脫落。完整的腸上皮對吸收、利用營養物質以及防止病原體進入至關重要，腸上皮的相鄰細胞通過緊密連接在一起，通過密封細胞旁間隙來維持腸道的完整性。但緊密連接蛋白特別是claudin-3和claudin-4，作為產氣莢膜梭狀芽孢桿菌分泌的腸毒素的功能受體。腸毒素與claudin蛋白結合形成小的復合物，小復合物聚集插入細胞膜，形成的孔隙允許鈣流入，導致細胞死亡。

壞死性腸炎的大體病變通常局限于空腸和回腸，但也可能發生在十二指腸和盲腸。小腸通常很薄，易破，并充滿氣體。亞臨床壞死性腸炎、肝炎、膽管性肝炎和膽囊被絮凝物堵塞有關。膽汁酸能促進產氣莢膜梭狀芽孢桿菌產孢和腸毒素，說明小腸、十二指腸和空腸上部壞死病變的發生率較高。

三、宿主免疫反應

宿主的免疫反應在壞死性腸炎的研究中差異很大，這種差異可能歸因于使用的不同菌株、壞死性腸炎模型及誘發因素等。

腸道黏膜免疫系統在壞死性腸炎的先天免疫反應中發揮著重要作用，腸細胞、上皮內淋巴細胞和先天免疫細胞表達病原體識別受體。先天免疫系統細胞上的病原體識別受體識別與病原體相關的分子基序，如鞭毛蛋白、脂多糖、肽聚糖和細菌遺傳物質，并啟動對病原體的先天免疫反應。Toll樣受體（TLR）是參與非特異性免疫的一類重要蛋白質分子，革蘭氏陰性菌的細胞壁肽聚糖被TLR2b識別，TLR4識別革蘭氏陽性菌細胞膜的脂多糖組分，TLR5識別革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的鞭毛蛋白。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染增加了脾臟和回腸中TLR1.2、TLR2.1、TLR4、TLR7和TLR15的表達，壞死性腸炎的發生上調了十二指腸中TLR2和TLR15 mRNA的表達，這些表明TLR在產氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染的先天免疫反應中的重要性。

活化的巨噬細胞會分泌IL-12，刺激IFN-γ 的產生，從而誘導T細胞分化，啟動細胞介導的免疫反應。產氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染可誘導IL-1β、IL-2、IL-12、IL-13、IL-17、IFN-α、IFN-γ和TGF-β的表達。

四、控制策略

飼料中抗生素的幾種替代品（如益生菌、益生元和植物提取物等）已被用于控制壞死性腸炎的發病，但這些方法依賴于宿主免疫反應的積極調節、營養操作和病原體減少。此外，應在養殖場制定生物安全措施和疫苗接種策略，限制家禽接觸病原生物。益生菌可以由單一菌株或不同菌株的組合組成，黏附在宿主胃腸道黏膜上，競爭性地抑制病原菌定植，積極調節宿主免疫功能。刺激腸道黏膜免疫系統、抑制病原體定植和產生短鏈脂肪酸是益生元（如甘露果糖、低聚果糖）對宿主腸道健康發揮有益作用的機制。植物提取物是次生植物代謝產物，通常屬于硫代葡萄糖苷、異戊二烯衍生物和類黃酮類，這些化合物具有抗菌、抗氧化、抗炎、免疫調節和抗寄生蟲等功能，在家禽日糧中補充植物提取物可以刺激內分泌系統，改善小腸消化，并維持腸道微生物穩態。

接種疫苗是預防細菌性疾病在家禽中流行的有效策略，當前針對家禽中大多數產氣莢膜梭狀芽孢桿菌的疫苗是基于參與特定發病機制的毒素開發的，但目前開發一種有效的保護家禽免受壞死性腸炎的疫苗的進展仍然有限。