α-酮戊二酸对脂多糖免疫应激仔猪生长抑制的缓解作用

陈 罡，陈立祥

（湖南农业大学动物科技学院动物营养研究所，长沙 410128）

在畜禽的养殖生产过程中，环境中存在大量的病原体、非病原体、疫苗及异源蛋白等，从而使机体内环境发生改变。引起食欲下降、精神萎靡和嗜睡等，畜禽处于免疫应激状态，日粮营养物质由维持生长转向用于维持免疫应激反应，进而导致畜禽生长受阻[1]。从猪腹膜或静脉注射一定量的脂多糖（LPS）是目前建立猪免疫应激模型的常用方法[2-3]。LPS是一种存在于革兰氏阴性菌细胞壁的多糖，易被胃肠道吸收入循环系统。LPS刺激会导致畜禽机体炎症性反应，具体表现为动物厌食、发烧、生长受阻等[4]。研究表明，在日粮中添加Gln可以显著改善仔猪应激造成的损害，但Gln具有热不稳定性、溶解度低、吸收率低及在水溶液或酸性条件下易形成对机体有害的焦谷氨酸和氨等缺点，限制了其在动物生产中的应用。近年来，作为Gln合成前体的α-酮戊二酸（AKG），由于其稳定性较好，并且进入机体后能迅速为肠道供能而引起动物营养学者的广泛关注。研究结果表明，AKG在肠道营养与免疫作用中具有替代Gln的功效，可能成为Gln最佳替代物[5]。

1 脂多糖的免疫应激作用

脂多糖刺激主要是使机体单核-巨噬细胞产生和释放多种炎性细胞因子（IL-1、IL-6、TNF-α等），其具有与激素类似的作用，能局部作用于免疫细胞，增强细胞免疫反应，也能系统作用于某些非免疫组织（如肝脏、脂肪组织、骨骼肌等），外周免疫细胞产生的细胞因子也可能与神经系统联系，引起全身性反应，表现在生长、行为、内分泌、机体代谢、免疫状态等的改变。

鲁晶等研究报道，仔猪注射LPS 100μg·kg-1可导致血浆白细胞介素-6（IL-6）含量显著升高（P＜0.05），肿瘤坏死因子α（TNF-α）和皮质醇含量极显著升高（P＜0.01）；极显著降低血清胰岛素、类胰岛素生长因子（IGF-Ⅰ）、葡萄糖、总蛋白、球蛋白含量（P＜0.01）；显著增加脾脏、胸腺和白细胞PPAR-γ蛋白表达水平（P＜0.05）[6]。石君霞等报道结果与此类似[7]。Chen等对断奶仔猪注射200μg·kg-1LPS 1 mL，结果表明，LPS刺激极显著降低了断奶仔猪平均日增重（ADG）、采食量（ADFI）以及饲料转化率（P＜0.01）；极显著降低氮的沉积和利用效率（P＜0.01）；显著增加蛋白质降解（P＜0.05）[8]。Orellana等以LPS 10μg·kg－1·h－1的剂量连续8 h对新生仔猪进行灌注，引起脓毒性症状，使血浆中的TNF-α、IL-1、皮质醇浓度上升，而血糖和AA浓度降低；背最长肌和腓肠肌的蛋白质合成分别降低11%和15%，差异均显著（P＜0.05），心肌和咬肌则差异不显著（P＞0.05）[9]。此外，脂多糖是革兰氏阴性细菌激发宿主免疫应答、导致机体损伤的重要因素。肠道是动物机体聚集革兰氏阴性菌最丰富的部位，其产生的LPS经吸收首先到达肝脏，而肝脏是机体主要的解毒器官，因此肠道和肝脏是受免疫损伤最严重的器官。

范伟等研究报道，对断奶仔猪按体重注射LPS 100μg·kg－1，结果表明，仔猪十二指肠、空肠和回肠小肠黏膜细胞增殖率显著降低（P＜0.05）；十二指肠、空肠的隐窝深度显著加深（P＜0.05）；十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度与隐窝深度比值也显著降低（P＜0.05），说明LPS刺激阻碍仔猪肠道黏膜发育[10]。朱惠玲等研究结果表明，LPS刺激能增加仔猪小肠各段肥大细胞数，降低十二指肠、回肠上皮间淋巴细胞数，差异均极显著（P＜0.01）；显著增加回肠集合淋巴结凋亡细胞数（P＜0.05），对增殖细胞数和小肠杯状细胞数影响不显著（P＞0.05），表明LPS刺激可引起肠黏膜免疫屏障功能改变，进而加重机体出现急性感染症状[11]。李永塘等在研究AKG对免疫应激下断奶仔猪肝损伤影响的试验表明，LPS刺激导致肝脏丙二醛（MDA）活性升高59.61%，谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性降低23.21%，差异均显著（P＜0.05）；血清谷丙转氨酶（GPT）/谷草转氨酶（GOT）升高，但差异不显著（P＞0.05）[12]。

2 AKG的生物学功能

AKG是生物体三羧酸循环（TCA）中重要的中间产物，也是生物体内谷氨酸、谷氨酰胺和精氨酸等的生物合成前体物，参与体内多种生化反应和代谢过程，对维持机体组织功能完整性和调节代谢方面发挥积极作用。

2.1 维护肠道组织结构功能的完整性

肠黏膜代谢所需要的能量主要来自日粮蛋白质的降解产物（氨基酸），AKG可以通过谷氨酸进一步转化为谷氨酰胺或直接进入TCA循环，为上皮细胞的增殖分化提供能量，保障肠道屏障功能的完整性和正常的吸收功能。Wiren等研究表明，在手术后早期的恢复阶段，AKG有助于肠道结构完整性的恢复，从而降低术后感染[13]。Junghans等报道，经肠营养给予AKG能节约其他营养素作为能源的氧化消耗，并能增加肠道γ-谷氨酰基转移酶（GGT）活力，增强肠黏膜代谢活动[14]。胡泉舟等研究AKG对仔猪小肠组织学形态与功能影响的结果显示，添加AKG可使仔猪十二指肠、空肠、回肠绒毛高度增加，但差异不显著（P＞0.05），隐窝深度均显著下降（P＜0.05），绒毛高度/隐窝深度均显著升高（P＜0.05）[15]。

2.2 调节机体代谢

Jeevanandam等研究表明，日粮中添加AKG后能提高循环血液中的胰岛素、生长激素（GH）和类胰岛素生长因子（IGF-Ⅰ）水平，通过神经激素调节机体的代谢[16]。AKG在机体与组织的蛋白质合成中起重要作用，既能运载氮，也能贮存氮，同时合成Gln。在蛋白质降解大于合成、组织中游离Gln较低时更有意义。Buddington等报道，AKG可以改善烧伤病人的负氮平衡，促进短暂性局部缺血或放疗病人受损小肠的恢复，还能影响透析病人机体的氨基酸代谢状况[17]。Sliwa等在怀孕母猪分娩前45 d灌服AKG 0.4 g·kg-1，能够改善地塞米松刺激导致的初生仔猪血浆胆固醇和甘油三酯升高，调节肝脏功能[18]。

2.3 增强机体免疫功能

夏利宁等报道，AKG与中草药结合可以增加小肠上皮淋巴集结面积和肠道IgA的分泌，改善肠道的生长和发育及黏膜免疫功能，增加血浆中免疫球蛋白含量，提高机体的细胞免疫、体液免疫和非特异性免疫水平，促进断奶大鼠免疫系统功能的提高[19]。王凤英等研究结果与此一致[20]。夏利宁等亦有报道，AKG和中草药的联合使用要比单纯添加中草药的效果显著和迅速[21]。

2.4 提高机体抗氧化能力

胡泉舟等研究表明，在断奶仔猪日粮中分别添加AKG 0.5%、1.0%、2.0%，血浆超氧化物歧化酶（SOD）活性升高，MDA含量降低，但差异均不显著（P＞0.05），表明日粮中添加AKG可提高机体清除氧自由基能力，增加仔猪机体抗氧化能力[22]。Tulsawani等研究发现，大鼠口服AKG可以保护氰化物诱导产生的细胞色素氧化酶和谷胱甘肽的降低[23]。

3 AKG对LPS免疫应激仔猪生长抑制的缓解作用

试验研究表明，AKG能在一定程度上缓解LPS应激导致的生长受阻、机体代谢和组织结构功能改变。

3.1 炎性细胞因子和激素方面的交互作用

王蕾等研究报道，LPS刺激提高了仔猪第10天 TNF-α（P＜0.05）和 IL-6 水平（P＞0.05），添加AKG显著缓解LPS刺激，第10天AKG水平组与LPS组相比下降显著（P＜0.05）[24]。刘坚等研究显示，与空白对照组相比，试验第10天，首次LPS刺激，应激组比对照组血浆IGF-Ⅰ水平降低22.7%，差异显著（P＜0.05），AKG组无显著变化（P＞0.05）；试验第16天，多次LPS刺激后，与空白对照组比较，应激组的IGF-Ⅰ和胰岛素（INS）水平分别比对照组降低21.2%和25.7%，差异显著（P＜0.05），而AKG组亦无显著变化（P＞0.05）[25]。王蕾等报道与此一致[26]。

3.2 在能量代谢方面的交互作用

ATP是机体各种生命活动所需能量的直接来源，当代谢底物所产生ATP的速度低于机体ATP的利用速度，细胞内ADP的浓度就会下降。在腺苷酸激酶作用下，两分子ADP转化成一分子ATP和一分子AMP。能荷（EC）反映了高能磷酸键在ATP、ADP、AMP之间的相互转换，EC的正常维持取决于细胞高能化合物合成和分解之间的动态平衡，细胞能量产生不足或消耗增加时，均会影响EC水平[27-28]。付大波等研究报道，仔猪日粮中添加AKG 1%，腓肠肌ADP水平显著提高（P＜0.05），对LPS刺激引起的AMP水平和AMP/ATP升高、ADP和能荷（EC）降低得到有效缓解（P＜0.05），研究认为，日粮添加AKG通过调控乙酰CoA羧化酶（ACC）的活性与表达影响肌肉能量代谢；AKG可能通过ACC信号影响肌肉能量代谢，进而改善LPS刺激下机体能量代谢状态[29]。刘坚等研究了日粮添加AKG 1%对多次LPS刺激仔猪肠黏膜能量代谢的影响，试验结果显示，日粮中添加AKG可明显改善肠道能量代谢状况，十二指肠黏膜ADP水平显著提高（P＜0.05），LPS刺激导致的十二指肠和空肠黏膜ATP和腺苷酸池水平的降低得到有效缓解，空肠和回肠能荷水平提高，表明仔猪日粮添加AKG可以缓解LPS应激引起的肠黏膜能量代谢障碍，有利于肠黏膜屏障保护[30]。

3.3 机体抗氧化能力及组织结构功能完整性

李永塘等研究表明，LPS刺激导致肝脏丙二醛（MDA）活性显著升高了59.61%（P＜0.05）以及谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性显著降低23.21%（P＜0.05），而日粮添加AKG 1%肝脏MDA活性较LPS组降低了13.70%（P＞0.05）、GSH-Px活性则升高了17.16%（P＞0.05）；SOD及过氧化氢酶（CAT）各组间变化差异不显著（P＞0.05）[12]。刘坚等试验结果表明，LPS刺激显著降低断奶仔猪空肠黏膜SOD活性（P＜0.05），显著升高MDA含量（P＜0.05）[31]。王蕾等研究结果表明，LPS应激组十二指肠、空肠和回肠黏膜绒毛高度/隐窝深度与对照组相比显著降低（P＜0.05）；AKG组十二指肠、空肠和回肠黏膜绒毛高度/隐窝深度与LPS应激组相比显著升高（P＜0.05）；表明日粮中添加AKG 1%对仔猪的小肠黏膜发育和吸收功能有积极作用，对LPS慢性应激导致的仔猪小肠黏膜损伤有缓解作用[32]。

3.4 对生长性能的交互作用

王友炜等在试验的第10、13、15天对应激组的猪腹腔注射LPS 100μg·kg－1，结果表明，试验第10～15天，日粮添加AKG 1.0%显著增加了多次LPS刺激的猪平均日增重（P＜0.05），试验全期，日粮添加AKG1.0%可显著增加多次LPS刺激的猪平均日增重（P＜0.05）和平均采食量（P＜0.05）[33]。刘坚等报道，在试验第10、12、14、16天分别在应激对照组和AKG组仔猪的腹膜注射LPS 80μg·kg－1，试验第10～16天应激对照组与空白对照组相比平均日增重降低 28.8%（P＜0.05），料重比升高 16.8%（P＜0.05），但AKG组的平均日增重和料重比与空白对照组相比无显著性差异（P＞0.05），表明AKG对LPS导致的应激有一定的缓解作用[25]。李军等在小鼠中的试验证明，AKG是谷氨酰胺的前体，并能作为胃肠道细胞的能源物质，诱导肠黏膜细胞的增殖，促进肠道细胞生长，且谷氨酰胺能降低LPS应激下肠道炎性因子表达[34]。此外，AKG与LPS在机体蛋白质代谢、肝脏的组织结构及代谢等方面也有一定的交互作用[35-36]。

4 小结

AKG在断奶仔猪上的应用研究还不深入，要想取得良好的应用效果，必须研究AKG在胃肠道和内脏组织中的代谢，外源性AKG对机体内源AKG代谢的影响，AKG在仔猪日粮中的最适添加水平及最佳添加时间，AKG与其他物质（如Gln、中草药、维生素等）协同作用效果及机制等。

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