饲料污染物呕吐毒素对单胃动物家禽和猪肠道的影响

张　 江 译自J. Appl. Toxicol，2015，35：327～337



饲料污染物呕吐毒素对单胃动物家禽和猪肠道的影响

张 江 译自J. Appl. Toxicol，2015，35：327～337

食品和饲料安全是世界性的重大课题，它提升了人们对控制食品和饲料霉菌毒素污染的关注，因为霉菌毒素污染会影响动物和人类的健康。呕吐毒素(DON)是镰刀霉菌毒素中的一种，对人体和多种动物有毒，猪对这种毒素最为敏感，鸡的耐受性最高。在欧洲，谷物通常含有呕吐毒素，因此是镰刀菌毒素污染的指标之一。人和动物摄入呕吐毒素通常会产生多种中毒症状，如肠道黏膜刺激或坏死、腹泻、呕吐及、食量下降、增重下降和免疫功能改变。根据污染的速度和时间，呕吐毒素中毒可导致机体免疫抑制或作为一种免疫刺激剂导致易感性增加，或刺激肠道上皮局部炎症。

肠道是防止摄入饲料污染物的主要屏障，也是防止肠道感染的第一道防线。肠道上皮还是运输各种营养素包括铁的选择性屏障，并能够阻止肠道细菌及其毒素或其他天然污染物如呕吐毒素的侵入机体内部。肠道可提供物理、化学和免疫屏障的保护性机制，对保持体内正常生理功能所需的平衡意义重大。某些潜在病原微生物及其所产生的毒素或饲料污染物如呕吐毒素可改变屏障功能，从而导致动物患病。

摄入污染的食物或饲料后，肠道上皮可能会接触更高浓度的呕吐毒素。因此，了解呕吐毒素对肠道上皮的影响很重要。有多篇文献指出，呕吐毒素可改变肠道形态，破坏肠道屏障功能，降低营养成分吸收，影响紧密连接蛋白claudin的表达，并进而增加肠道通透性，降低肠道屏障功能。此外，呕吐毒素可增加猪肠道上皮细胞(IPEC)-1中白细胞介素(IL)-8、IL-1ß、IL-1α、肿瘤坏死因子(TNF)-α等多种局部促炎症细胞因子mRNA的转录表达，表明呕吐毒素可诱导肠道相关免疫的调节，提高肠道细胞对炎症的易感性。鸡摄入呕吐毒素5周后，空肠内IL-1β、转化生长因子β-受体I(TGFBR1)及干扰素(IFN)-γ的mRNA水平显著下降，但未观察到TNF-α、IL-8和NF-kB的变化。呕吐毒素通过改变肠道相关免疫系统的活性及肠道细胞的吸收功能和屏障功能，可能激活其产毒潜能。

本文阐述迄今为止呕吐毒素影响鸡和猪肠道组织关键生理功能、屏障功能和黏膜免疫应答的已知分子机理。猪和鸡均为单胃动物，并是呕吐毒素毒性的重要模型。鸡对呕吐毒素耐受性很强，而猪对通过谷物型日粮接触呕吐毒素非常敏感。这可能是家禽饲料呕吐毒素推荐限量 (5 mg/kg)比猪(0.9 mg/kg)大约高出5倍的原因。两种动物均是人类肉类食品的重要来源，因此也是食物链中污染物转移的潜在风险因素。本综述重点介绍呕吐毒素毒性对鸡和猪肠道细胞和功能的影响。

1　猪禽对呕吐毒素毒性的易感性

人们早已认识到，猪比家禽对呕吐毒素更为敏感，禽对呕吐毒素耐受性通常更强。这两类动物对接触呕吐毒素的不同敏感性是由于在呕吐毒素的吸收、代谢和清除方面存在差异。据认为，家禽对呕吐毒素的耐受性是由于其吸收到循环系统中的呕吐毒素较少，因而在血液和组织中的分布也较低；而猪对呕吐毒素的吸收非常快，在摄入后30 min内血液中即可检出，4 h后血液中的水平达到峰值。猪摄入的大部分呕吐毒素在小肠近端被快速吸收。后续研究还表明，猪肠道中少量呕吐毒素被肠道菌群转化为DOM-1(无毒性形式)，这使得猪肠道细胞对呕吐毒素非常敏感。但在鸡血液中转化为DOM-1的呕吐毒素量极少，大部分通过被动扩散通过鸡肠道上皮，似乎以剂量依赖方式通过旁路途径进行。据报道，在家禽中呕吐毒素吸收有限，并在血液中被快速清除，且不会在组织和鸡蛋中累积。此外，家禽具有保护性肾首通效应。这种首通效应受肠道和肝脏中导致毒素氧化、还原或水解(第一阶段反应)和/或共轭(第二阶段反应)的酶控制，从而导致血液吸收的呕吐毒素量减少。

呕吐毒素中毒的第一阶段与其与肠道黏膜直接接触有关，可能受到菌群代谢的影响。在不同动物品种之间肠道呕吐毒素吸收和代谢效率差异显著，可能是微生物定植、日粮及其相互作用不同所致。

2　呕吐毒素对肠道上皮细胞的细胞毒性作用

2.1 引言

近年来人们对呕吐毒素影响猪禽肠道上皮细胞的研究兴趣日益增加，主要源于如下原因：(1)肠道细胞不仅具有消化和吸收功能，对摄入的污染物、微生物及其毒素也具有显著的防护作用，当动物拥有更健康的肠道上皮时，健康和福利状况更佳；(2)呕吐毒素是一种蛋白质合成抑制剂，而肠道上皮由快速分裂和活化的细胞组成，具有较高的蛋白质周转率，因此呕吐毒素对肠道上皮影响明显；(3) 呕吐毒素的剂量依赖性肠道快速吸收及代谢表明，肠道上皮通常受到高含量呕吐毒素的影响。

在通过被动扩散进入肠道细胞后，呕吐毒素与活化核糖体结合，这种核糖体是将信号传递到RNA活化蛋白激酶及造血细胞激酶。核糖体毒性应激反应的一个直接后果是丝裂原活化蛋白酶(MAPKs)磷酸化被激活。最近发现，该信号传递途径在局部免疫刺激和肠道细胞屏障功能受损中发挥关键作用。呕吐毒素对鸡和猪肠道组织的主要细胞毒性作用见图1，主要表现在肠道屏障功能受损、通透性增加及肠腔驻留病原体侵入，以及吸收表面积下降和营养成分运输载体基因表达下调，并导致关键营养素吸收下降。此外，图1表明了呕吐毒素对肠道黏膜免疫、黏液产生和氧化应激的影响。所有这些影响均将在后文予以详细讨论。

2.2 呕吐毒素对生理黏膜防御的影响

活化B细胞生成和分泌的黏液、抗菌肽及黏膜IgA是重要的生理黏膜屏障，可减少肠道微生物或毒素与肠道上皮的接触。事实上，在饲喂呕吐毒素(3 mg/kg)5周后的仔猪空肠和回肠中，合成及分泌粘蛋白、参与肠道屏障功能的杯状细胞数量显著减少。同样，饲喂低水平呕吐毒素也发现杯状细胞数量减少。据报道呕吐毒素可调节猪血液IgA水平，虽然这可能间接表明黏膜IgA生成受呕吐毒素抗原的刺激，但还未对呕吐毒素暴露对肠道黏膜部位分泌性IgA生成的影响进行评估。此外，还没有资料表明摄入呕吐毒素对防御素、cathelicidins、血管紧张素肽、溶菌酶和鸡源抗菌肽(fowlicidins)等肠道抗菌肽表达的影响。也没有数据表明呕吐毒素对猪鸡粘蛋白生成基因如MUC1和MUC2的影响。摄入呕吐毒素引起生理黏膜屏障的变化可导致肠道组织局部损伤，并增加病原体侵入肠道上皮的可能性。此外，生理黏膜屏障改变可通过直接与肠道上皮接触或吸收入肠细胞后，触发呕吐毒素自身对肠道的毒性，这反过来会影响黏膜结构，导致肠道完整性丧失。

2.3呕吐毒素对肠道形态完整性的影响

在过去10年中，呕吐毒素对肠道完整性影响得到了全球的显著关注。我们的研究团队报道家禽摄入呕吐毒素(5 mg/kg或10 mg/kg)5周后，小肠特别是十二指肠和空肠的组织形态受到了影响，表现为肠道绒毛更短更薄。在饲喂呕吐毒素天然污染的谷物(1 mg/kg或5 mg/kg)后，观察到空肠绒毛高度、绒毛表面积和肌层厚度显著下降。其他研究人员报道的数据也表明，饲喂呕吐毒素天然污染的谷物(7.54 mg/kg)3周，导致肉鸡十二指肠和空肠绒毛长度和隐窝深度下降。有研究发现，饲喂呕吐毒素等镰刀菌毒素污染的日粮改变了肉种鸡肠道形态。在肉鸡饲喂呕吐毒素后，由于绒毛高度下降，小肠密度呈现剂量和时间依赖性降低，导致营养素吸收减少。

猪摄入呕吐毒素(2.8 mg/kg)5周后，导致空肠和回肠均发生显著的组织学变化，这些变化包括多灶性萎缩和绒毛融合、绒毛根尖坏死、肠细胞浆空泡化、固有层水肿、十二指肠绒毛高度下降。在猪饲喂呕吐毒素污染的饲料(3 mg/kg)5周后，也观察到形态和组织学变化，表现在空肠绒毛萎缩融合、绒毛高度及细胞增殖下降。猪肠道细胞的体外研究表明，呕吐毒素对小肠上皮完整性具有同样的影响。例如，在IPEC-1和IPEC-J2细胞培养物中，呕吐毒素的毒性作用似乎呈时间和剂量依赖性。体外试验结果还表明，呕吐毒素暴露的猪空肠外植体组织形态学呈现剂量依赖性改变，这些变化包括肠道绒毛缩短和聚集以及肠道细胞溶解。猪饲喂2.29 mg呕吐毒素/kg日粮4周也导致空肠绒毛缩短。因此，呕吐毒素诱导的肠道结构改变可导致肠细胞摄入营养素受到损害，从而对能量和营养素供应产生不利影响，影响动物生长和饲料转化效率。□□

(未完，待续)

原题名：Impacts of the feed contaminant deoxynivalenol on the intestine of monogastric animals: poultry and swine(英文)

原作者：Khaled Ghareeb和Wageha A.等

中图分类号：S852

文献标识码：C

文章编号：1001-0769(2016)03-0058-03