豬腸道炎癥反應發生的分子機制及日糧纖維在調控腸道健康上的應用

趙金波 ，趙淑俠 ，趙文江 ，李 偉 ，付 龍 ，高圣玥 ，唐玲玲 ，宋 巖 ，宋雪瑩 ，王佳輝 ，于德剛

（1.黑龍江省農業科學院畜牧獸醫分院，黑龍江 齊齊哈爾 161005；2.黑龍江省依安縣三興鎮人民政府鄉村經濟發展中心，黑龍江 齊齊哈爾 161005；3. 黑龍江省甘南縣職業教育中心學校，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

膳食纖維是豬腸道微生物的重要底物之一，它主要通過腸道菌群的交互作用，進而對腸道健康產生影響。根據相關研究，通過提高日糧中纖維比例可以增加豬腸道中分解纖維素、半纖維素以及木質素活性的細菌，同時促進豬腸道中有益菌的數量上升，有害菌的數量下降。例如添加純纖維素可以抑制腸道中金黃色葡萄球菌的生長。蛋白質也是腸道微生物的重要發酵底物之一，其中一部分被降解為支鏈氨基酸和一些有害物質，這些有害物質大多由細菌形成如鏈球菌屬和梭菌屬等，另一部分蛋白質在腸道中被分解為小肽和氨基酸，所以日糧中的蛋白質水平對腸道微生物有重要影響。研究表明，通過在日糧中添加酪蛋白可使得腸道內乳酸桿菌、雙歧桿菌以及芽孢桿菌區系得到顯著改善，使腸道菌群的活性得以增加。高通量測序結果顯示，用棉籽粕作為主要蛋白來源飼養豬只，能夠使微生物有益菌比例得到提升。研究表明，不同脂含量還會對動物的腸道微生物的組成類型和數目產生影響，熒光定量PCR 結果表明，高脂日糧飼喂豬的腸道微生物中，擬桿菌屬和腸桿菌屬的數量有顯著升高的現象，雙歧桿菌和乳酸桿菌的數量則有顯著降低的現象。低脂高纖維日糧對有益菌和短鏈脂肪酸的產生存在促進作用，特別是丁酸鹽，而高脂低纖維日糧則對健康有負面影響的菌群有促進作用。不同來源的脂肪酸也會影響腸道微生物。研究椰子油、豬油和魚油對盲腸的微生物數量影響時發現，和豬油相比較，椰子油和魚油可降低盲腸內容物中的大腸桿菌數量，使大腸桿菌對豬的影響作用減小，并使乳酸桿菌和雙歧桿菌數量上升。

在過去一段時間里，全國主要畜產品的增長速度遠遠超過飼料用量的增長速度，這是非常大的進步。這種進步主要是因為隨著飼料工業的發展與配（混）合飼料喂養技術的普及，畜禽對飼料特別是飼料糧轉化效率有所提高。然而飼料供不應求也變成了現在的主流問題，再加上豬的腸道炎癥這一老生常談的問題。國家采取了發展節約型畜牧業的方式來面對畜牧業的這些問題，即充分利用牧草、農副產品、輕工業副產品等非糧資源優勢，在達到高效產出畜牧產品的同時減少糧食消耗，為未來畜牧業的發展指明了方向。因此，不僅要從根源上弄清楚豬腸道炎癥反應產生的分子機制，更要對如何用日糧纖維修復腸道健康這一問題做出思考。

現如今的科技已經證實，有一種實用且經濟的方法可以有效治療斷奶仔豬因體內大腸桿菌導致的腸道炎癥，那就是在仔豬日糧中添加一定量的刺五加多糖。在日糧中添加丁酸鈉具有防治腹瀉、抑制腸道炎癥發生、誘導動物采食和促進動物生長等多重功效，在斷奶仔豬生產中有廣泛應用。由以上信息可知日糧類型是導致動物體內腸道炎癥的一項重要因素，因此如果在養殖動物時使用一種量多且質量高的高纖維日糧既能節約糧食又能夠把豬養好，這也符合現階段節糧型畜牧業的要求。

1 豬腸道疾病發生現狀及原因

常見的豬腸道疾病類型有：豬流行性腹瀉、豬傳染性胃腸炎、豬大腸桿菌病、豬梭菌性腸炎、豬密螺旋體痢疾。腸道是動物體內微生物種類最豐富、聚集數量最多的場所，定植在腸道區域的數以萬計的細菌群統稱為腸道菌群。腸道菌群與其宿主會產生相互作用，一方面動物體內為腸道菌群提供適宜生存的環境，并為其提供相應的營養；另一方面，這些腸道菌群對動物本身有著有益的作用，其中的糖苷水解酶或其他一些無法解析的酶會幫助將腸道內難以消化的食物分解為多糖形式，且大量研究表明腸道菌群在腸道免疫和疾病中起著至關重要的作用。腸道作為消化吸收的主要器官，因有大量淋巴細胞存在于腸道中，腸道還是機體重要的免疫器官，這些免疫細胞組成一個系統統稱為腸道免疫系統，在動物體內起著腸道正常菌群的免疫監視和對外來細菌的防御功能，起到生物屏障作用。

除了生物屏障，腸道還擁有以下三種屏障，分別為免疫屏障、化學屏障、上皮屏障。腸道健康和腸道上皮屏障的完整性和腸道屏障功能的正常與否有關，化學屏障又是維持腸道健康非常重要的屏障，主要包括黏液、抗菌肽、IgA 等；上皮屏障又叫物理屏障，是隔絕內外部的屏障，尤為重要。一旦上皮屏障被破壞，外界的大分子物質就會“趁虛而入”，并且上皮屏障修復時間極長。這些屏障功能相互協作，維持腸道的結構和功能。而在動物養殖中，常會因為多種問題導致這些屏障遭到破壞，常見的有：飼料質量問題，如飼喂霉變飼料或冰凍飼料；管理問題，如豬舍內的溫度不穩定，通風換氣不良，而且相對濕度又過大，容易讓各種致病微生物滋生；豬只抵抗力問題，由于各方面的誘因，使豬的抗病力下降，細菌或病毒趁機進入，豬腸道內將會發生病理變化，導致豬只腹瀉。

2 豬腸道炎癥反應產生的分子機制

2.1 非特異性免疫

豬腸道對于炎癥的非特異性免疫是上文中的生物屏障（免疫屏障、化學屏障、上皮屏障）起到作用。在食物進入腸道時，除了各種大分子營養物質其中還蘊含了病原菌、毒素以及一些應激因子，這些非營養物質進入腸道后會破壞整個腸道系統。腸道通過各種信號傳遞產生炎性因子，而大部分的炎性因子又作為信號，腸道感受到菌群的變化后，外界的抗原以遞呈途徑誘導淋巴細胞產生大量炎性因子，炎性因子又會引發自由基的反應，在腸道會導致局部的炎癥，而由于自由基的反應是短暫的，所以較容易恢復。淋巴細胞持續大量產生自由基就會嚴重破壞腸道，甚至導致上皮細胞的死亡。炎癥反應是非常普遍的，但又有程度之分，嚴重的腸道炎癥不僅破壞上皮屏障，還會形成“腸漏”和潰瘍，更嚴重時會導致全身性炎癥和感染，波及其他組織和器官。

2.2 特異性免疫

動物體在應對腸道炎癥中，特異性免疫也發揮著重要作用，如：細胞免疫、體液免疫還有一些免疫因子 如TNF-α，IL-10、IFN-γ 等，還包括一些免疫球蛋白等。

一些早期的研究資料表明，在種種動物機體特異性免疫之中細胞免疫是腸道炎癥的重要因素，相關研究結果顯示細胞免疫中的T 細胞是主要免疫細胞。由于細胞免疫通常發生在腸道，細胞免疫反應的分子機制也一直被作為腸道炎癥疾病和結腸腫瘤發生的治療靶點。有研究表明，T 淋巴細胞可根據其表面抗原不同分為兩種細胞：CD4+細胞和CD8+細胞，其中CD4+細胞是一種輔助型T 細胞，通過分泌合成細胞因子來協助免疫作用；CD8+細胞稱細胞毒性T 細胞，可直接對感染病原體的靶細胞產生殺傷作用。CD4+與CD8+兩種細胞數量上升，有效地緩解了患病動物結腸炎的癥狀。

潰瘍性結腸炎是一種由輔助型T 細胞2 介導體液免疫所產生的炎癥，不僅細胞免疫會促使炎癥的發生，體液免疫在豬發生腸道炎癥反應時也發揮著重要的作用。研究表明，降低機體內腸道所固有的體液免疫也會加重腸道炎癥。其致病機理是腸上皮細胞的屏障功能減弱或腸通透性增加，腸道菌群刺激上皮細胞分泌各種炎癥介質，引發免疫細胞與腸上皮細胞之間的異常作用，最終導致腸道免疫功能障礙，病原體和毒素侵染腸道細胞引起腸道炎癥。

動物體內的各種免疫因子可以說是與整體病情變化也存在著一定聯系。雖然對于腸道炎癥的真正發病機制目前還尚不得知，但是已經有研究發現炎癥指標和免疫球蛋白水平與患有腸道炎癥的動物的腸道菌群分布存在著一定的關系，如其酶體亞基β1和β2增加，這也表明，通過對特定的免疫蛋白的調節可以讓腸道癥狀得到改善。免疫蛋白對改善腸道炎癥的癥狀有著一定的作用。

3 日糧纖維對腸道健康的作用

3.1 日糧纖維理化特性

日糧纖維，最早被定義為植物細胞的細胞壁中的不可被動物消化分解的成分，包含纖維素、半纖維素、木質素等。但是隨著科研的不斷進步，研究發現，日糧纖維的添加比例可能是影響腸道健康的重要因素之一。這與其理化性質密不可分，包括其水合作用、黏性和可發酵性。就水合作用而言，將纖維分為可溶性纖維和不可溶性纖維兩種，前者易被腸道中的微生物分解利用，增加消化液與食糜的接觸時間促進徹底消化；后者不會被消化，但可以增加消化物通過率。黏性則主要和纖維的多糖分子量、側鏈結構及纖維溶解性存在聯系。至于可發酵性，由于日糧纖維無法被單胃動物直接利用，其主要依賴腸道微生物群的降解發酵，所以日糧纖維的可發酵性對單胃動物是否能夠利用日糧纖維起了決定性作用，纖維木質化程度越低，可發酵性越高，則消化率越高，反之則越低。

據相關的研究，發現在豬飼糧中添加日糧纖維能夠通過影響腸道微生物群的組成，從而使有益菌與潛在致病微生物的比例得到改變，使腸道環境的pH 降低，加強黏膜屏障，最終達到改善豬腸道健康，并加強其免疫性能的作用。然而不同來源和理化性質的日糧纖維對腸道健康的影響及作用機理并不一致。以前的觀點主要認為日糧纖維在豬飼糧上的應用會對包括腸道微生物群落組成和發酵終產物的生成產生決定影響，從而影響豬后腸對營養物質的消化吸收，會降低其他營養物質消化率，降低攝入能量等，從而使豬的飼料利用率下降。然而，并不是所有的纖維都具有這種負面作用。來源不同、含量水平不同的纖維由于其自身理化性質的差異，對營養物質的消化率及能量攝取的影響也存在一些差異。化學結構中含有羧基、羥基類側鏈基團的日糧纖維可產生類似弱酸性陽離子交換樹脂，能夠與陽離子，尤其是有機陽離子進行交換，且交換可逆。纖維對陽離子的可逆交換會對消化道的滲透壓以及氧化還原電位等產生影響，并形成有利于消化吸收的環境。日糧纖維在動物腸道內被腸道微生物群發酵利用，從而提供部分單胃動物生長發育所需的能量。日糧纖維具有非常強的持水性，因此可增加排便速度和糞便體積，并對直腸以及泌尿系統釋壓。

3.2 豬腸道健康的評價標準

腸道是動物體重要的消化器官，其不僅讓食物與動物機體的內環境分開，在機體有效地消化、吸收營養物質的同時又阻止有害物質進入腸腔。所以腸道健康決定了整體的機能和生產力水平，對生產和科研有至關重要的作用。腸道健康與腸道微生物組成、代謝物底物和腸道的結構發育有關。

3.3 日糧調控豬腸道健康的作用機制

通過有關資料可知，由于我國過去長期依賴“玉米-豆粕”型日糧而導致飼料短缺。新型非糧型飼料中多含有豐富的植物纖維，傳統營養學觀念認為，豬的日糧中若是含有太多纖維，將不利于日糧的消化吸收，這是因為單胃動物無法消化其豐富的纖維成分，從而不利于養殖業的生產與發展。但是通過現代科技的發展，日糧纖維可以幫助豬只維持正常的腸道形態、調節腸道菌群、增強腸道免疫力已經得到證明。日糧纖維對豬腸道的調控可謂是多個方面的，首先日糧纖維可以影響單胃動物營養物質的消化與吸收。豬的腸道沒有消化纖維的消化酶，日糧纖維包裹營養物質，營養物質不能與相應的消化酶接觸，導致相應的消化酶無法分解營養物質，消化率下降。但有實驗數據顯示豬體對麥麩類纖維利用效果更好，對機體養分消化率的維持效果更佳。研究表明，日糧纖維對豬營養物質和能量的表觀消化率有負面作用，但是添加日糧纖維可對母豬的行為福利、繁殖性能的提高產生積極作用。除了消化率，日糧纖維還可通過調節仔豬體內的菌群來防止腹瀉，從而提高了仔豬的存活率。而畜牧業中為保證母豬正常的繁殖性能常常利用飼料中的纖維來維持母豬孕期體重，從而減少哺乳期體重損失，為下一個周期的配種妊娠奠定基礎。日糧纖維經微生物發酵可產生大量短鏈脂肪酸，如乙酸、丁酸、丙酸等，從而導致腸道內pH下降，有利于對腸道內正常的酸性環境的維持，對有益菌乳酸菌、雙歧桿菌增殖和對腸道內環境穩定的維持有一定作用。因此，單胃動物依賴腸道微生物也可以充分利用日糧纖維。最后，日糧纖維還可以調節動物體內的生物屏障，對于豬腸道非特異性免疫對抗腸道炎癥也有很大的幫助。

3.4 豬腸道炎癥反應與日糧纖維調控腸道健康的互作關系

經多種資料證實，日糧纖維在對抗豬腸道炎癥的反應中有著不可或缺的作用。豬只能通過腸道微生物來利用日糧纖維，而日糧纖維發揮著益生元的作用，通過調節豬腸道內環境，如生成有機酸降低腸道內pH 改善內環境，對病原菌滋生產生抑制作用的同時促進豬腸道內有益菌的數量增長，而豬腸道對于外來入侵細菌的防衛功能正是依靠這些微生物構成的生物屏障來完成的。生物屏障是腸道的非特異免疫的一道防線，防止外來病原體“趁虛而入”，日糧纖維就是通過調控腸道屏障功能來維持腸道健康豬腸道內的正常的免疫功能。據相關的研究，在豬飼糧中的添加足夠的日糧纖維改變豬腸道內微生物比例，確實可以加強黏膜屏障并最終達到改善豬腸道健康，并加強其免疫性能的作用。而對于特異性免疫而言，日糧纖維也可以通過提高動物體內T 淋巴細胞的比例來起到緩解腸炎病癥的作用；此外，日糧纖維還可以通過調控促炎細胞因子和抗炎細胞因子等有關炎癥細胞因子的釋放來增強豬腸道對于炎癥的免疫功能。

炎癥產生也包括飼料因素，豬只胃腸道難以適應變更速度過快的飼料，例如秋季新玉米收獲后未經熟化就用來飼喂，抗性淀粉含量高難以完全消化會導致營養性腹瀉的發生。但日糧纖維可以通過水合作用，降解利用可溶性纖維，大大增加了消化液與食物殘渣的接觸空間，促進徹底消化。不可溶性纖維則會增強食物的通過率，防止有害物質長時間留在體內，保護豬腸道內環境不被破壞。

總之，作為畜禽飼糧中不可或缺的重要成分之一的日糧纖維，充分發揮著加強腸道免疫功能，調節營養濃度，促進消化等重要作用。

4 小結

日糧纖維可以使有益菌的數量增加，使有害菌的數量降低，從而對腸道微生物環境進行改善；還可以對免疫力的提高產生促進作用，保護生物屏障防止細菌進入，提高T 淋巴細胞的數量；日糧纖維還可以加快腸道消化，避免因飼料變更過快所導致的胃腸道難以完全消化問題，所以日糧纖維對于調控腸道炎癥有著非常重要的作用。