氧化应激及肠道菌群对母猪繁殖泌乳性能的调控研究进展

崔家杰，王 浩

（1.华南农业大学动物科学学院，广东 广州 510642；2.新希望六和饲料研究院，四川 成都 610000）

母猪年生产力（Pig weaned per sows per year, PSY）是衡量母猪生产力的基准指标。目前，中国的母猪PSY 已从原来9 头提升至约18头（王舫 et al，2018），但距离丹麦等养殖业发达国家的PSY（28头）相比仍有较大差距（Koketsu et al，2017），这 意 味 着 我 国 母猪繁殖性能还存在较大的提升空间。目前，母猪的总产仔数不断接近其繁殖潜力，但高达20%的仔猪断奶前死亡率严重制约母猪年生产力，其中，约6%的仔猪为死 胎（Kraeling and Webel，2015；Marantidis et al，2013；Muns et al，2016）。需要提醒注意的是，死胎率随母猪的总产仔数的提高而急剧升高（Canario et al，2006），较 高 的死胎率已成为制约母猪年生产力亟需解决的技术难题。

同时，伴随着母猪的总产仔数及活产仔数的升高，出现仔猪平均初生重降低、活力不足的问题，其难以摄取足够的初乳维持机体生长需要，最终导致仔猪的断奶前存活率降低，以及较差的断奶后生长性能（Declerck et al，2016）。研究报道，高产母猪在围产期也更易发生氧化应激，不仅影响母猪分娩过程，还可通过抑制乳腺细胞增殖等多种途径，导致母猪泌乳力降低（Berchieri-Ronchi et al，2011）。同时母猪较高的带仔数也使仔猪在哺乳期面临更高的竞争压力，因此，提高母猪泌乳力，是降低仔猪断奶前死亡率，提高仔猪断奶性能及母猪年生产力的必要措施。

最近几年随着测序技术以及代谢组学等高通量分析技术的不断发展，机体自身的代谢状况得以被深入地研究。机体肠道菌群的相关研究更是爆发式增长，多篇的重磅研究揭示了肠道菌群在调控机体代谢及各种生理疾病中发挥着关键的调控作用。也有研究发现肠道菌群在调控机体氧化应激、母猪繁殖周期代谢方面作用显著（谭成全， 2016）。因此，本综述结合目前的母猪繁殖泌乳性能研究现状，介绍肠道菌群对母猪氧化应激及繁殖泌乳性能的国内外研究进展，以期未来通过营养调控技术，靶向调控母猪肠道菌群结构，从而缓解母猪氧化应激，改善母猪繁殖泌乳性能，发挥其繁殖潜力。

1 母猪繁殖泌乳性能现状

1.1 母猪死胎率的影响因素

仔猪在分娩及哺乳期有较高的死亡率，造成了养猪业巨大的经济损失。目前，死胎数占总产仔数的3%～8%。死胎主要包括两种类型：1）死于妊娠结束前，此种类型通常由母猪被病原菌感染造成；2）分娩过程中死亡，此种一般由非感染性病因造成，如宫内窒息及难产（Vanderhaeghe et al，2010）。

影响母猪死胎率的非感染因素主要分为四大类，包括遗传、母猪、仔猪及环境因素。遗传因素对母猪死胎率可产生较大影响，Canario 等的研究报道表明，大白，长白及杜长二元杂母猪的死胎率均随总产仔数的提高呈明显的二次曲线变化，当窝总产仔数大于12头后，死胎率持续升高，但梅山猪的死胎率受总产仔数影响极小（Canario et al，2006）。

母猪自身的体况、总产仔数、胎次及产程是影响死胎率的关键因素。目前，一般通过在妊娠期多次测定母猪背膘，调整母猪妊娠期采食量，从而控制母猪体况（背膘 保 持 在17 ～23 mm 范 围 内），降 低 死 胎 率（Vanderhaeghe et al，2010）。母猪的总产仔数与死胎率也有较强的相关性，当总产仔数为6 ～12 头时，仔猪的死胎率最 小（Canario et al，2006）， 总产仔数升高时，会伴发产程的延长，从而导致仔猪窒息的几率增加（Herpin et al，2001）；而 低 于6 头的产仔数一般为病理现象，因此导致活仔率降低。胎次对死胎率也有一定的影响，一般母猪第一胎的死胎率均较高，2 ～6 胎母猪的胎次对死胎率的影响在多个报道中的结果并不一致，但研究发现产程对死胎率的影响远大于胎次（Oliviero et al，2010）。多篇研究发现，母猪产程的时长与死胎率显著正相关（Canario et al，2006；Dijk et al，2005），当产程从3 h 延长至8 h 后，死胎率会从2.4%增长至10.5%，主要原因是胎盘或脐带的断裂，从而导致仔猪的窒息（Alonso-Spilsbury et al，2005）。但目前存在问题是，现在仍然无法证明，是产程过长导致的死胎率上升，还是死胎阻塞产道，从而导致产程的延长。

仔猪自身也会影响其死胎率，如仔猪的娩出顺序及初生重。研究表明， 正常仔猪的分娩间隔为12 ～18 min，而死胎的分娩间隔可长达28 min （Dijk et al，2005）。此外研究表明，仔猪出生间隔的决定因素为胎膜厚度，而非仔猪初生重（Rens and Lende，2004），仔猪必须挣破胎膜，才可进入产道，开始娩出。仔猪的初生重也会影响其死胎率，研究发现仔猪初生均重低于0.8 kg 时，死胎率较高。较低的体重导致分娩过程中仔猪活力过低，其脐带也更易断裂（Curtis，1974）。但仔猪体积与母猪骨盆相比过大时，也会导致其排出困难，从而导致缺氧和死亡。因此，降低同窝仔猪的体重变异度，使仔猪不过大或过小，是降低死胎率的有效策略。

环境因素也是影响死胎率的关键因素，如养殖场分娩舍的管理，围产期应激，热应激，以及分娩舍的有毒有害气体。而动物营养学可通过对母猪机体营养及代谢的调控，缓解其围产期应激，从而降低死胎率。由于应激母猪的动物模型建模困难，目前没有过多的文献直接证明应激与死胎的联系。但有文献报道其他方面的应激对死胎的影响，较早的文献报道为1989年，Baxter 和Petherick 的 研 究 发现，通过定位栏限制母猪分娩前的正常行为，会导致母猪应激及内分泌系统的变化，最终导致仔猪的娩出速度大幅降低，最终导致死胎增多（Curtis et al，1989）。后续也有研究发现，在妊娠晚期（114 d），将母猪转入限位栏中，也会严重影响母猪产程，导致死胎率升高（Pedersen and Jensen, 2008）。

1.2 母猪泌乳性能的影响因素

相较于40 年前，现在的母猪带仔数更多，因此，母猪需要更大的泌乳量才能满足仔猪的生长需要，事实上，从1935 至2010 年，母猪的泌乳量增加了4 倍。但由于品种筛选，目前的母猪大多为高瘦型，从而导致其采食量不高（Kanis，1990）。这说明目前的乳腺组织已适应了母猪的泌乳需要，但如果不进行合适的营养调整及管理，将使母猪处于严重的分解代谢状态，影响母猪的繁殖及泌乳性能。

母猪必须有足够的泌乳量，才能满足仔猪生长需要，以获得较高的断奶仔猪数及断奶窝重。母猪的泌乳期采食量是决定母猪泌乳量的 关 键 因 素（Kruse et al，2011；Strathe et al，2017）。妊 娠 后 期 背膘在17 ～21 mm 的母猪，具有较高的泌乳期采食量，当分娩背膘高于21 mm 后，母猪的背膘与泌乳期采食量负相关，可能是由于较为肥胖的母猪在围产期更易发生胰岛 素 抵 抗（Mosnier et al，2010；Young et al，2004）。母猪在妊娠后期及泌乳期易发生氧化应激，氧化应激也可介导炎症因子信号通路调控胰岛素的释放（Rains and Jain，2011），胰岛素可直接作用于机体下丘脑的食欲调控神经元，调控机体的采食行为（Silvana et al，2002）。近几年的研究发现，机体的肠道菌群也可通过分泌ClpB 等食欲调控蛋白，或介导肠脑轴等多种途径调控机体的采食。

乳汁合成发生在乳腺上皮细胞内，乳腺的发育决定了母猪的泌乳量（Kim et al., 2013）。母猪的乳腺发育主要包括3 个阶段， 90 日龄至性成熟，妊娠期的最后1/3 阶段，泌乳期。在90 日龄至性成熟阶段，母猪乳腺组织及DNA 增加了4 至6 倍，但在交配时仍然较小。在妊娠前中期，乳腺依然极缓慢的发育，在妊娠后期，乳腺快速发育，并发生组织学改变，乳腺组织的脂肪和基质组织被小叶泡状组织取代，成为泌乳器。在泌乳期，母猪乳腺继续发育增重约57%（Kim et al，1999）。因此，妊娠后期及泌乳期，是影响母猪乳腺发育的关键阶段。妊娠后期的营养摄入量过高，会导致乳腺的脂质异位沉积，抑制乳腺的 发 育（Farmer and Sørensen，2001）。妊娠后期较为肥胖的母猪还易发生胰岛素抵抗，破坏泌乳过程中葡萄糖向乳腺组织的转运，最终导致乳腺上皮细胞的生长及乳糖合成被抑制（Lin et al，2016；M-C and Etienne，2007）。母猪在泌乳期易发生氧化应激，较高水平的活性氧（Reactive oxygen species，ROS）不仅会导致乳腺上皮细胞的凋亡，还会抑制其增殖，导致母猪的泌乳性能降低（State et al，2015；Zhao et al，2013）。

2 氧化应激及肠道菌群对繁殖泌乳性能的影响

2.1 氧化应激对繁殖泌乳性能的影响

氧化应激是指机体遭遇外界刺激，或自身代谢异常，导致细胞线粒体的氧化代谢提高，产生大量ROS，机体的抗氧化系统不能对其清除，造成机体的细胞损伤及生理代谢异常以及机体因此发生的病理反 应（Fabiana et al，2010）。动 物在妊娠过程中，机体会产生适量的ROS，以满足自身代谢及胎盘、胎儿发育的需要，但随着妊娠中后期胎盘组织及胎儿的逐渐增大，母体的代谢强度急剧增加，以及泌乳期的分解代谢加强，导致体内的ROS出现进程性增加并蓄积的现象，被称为进程性氧化应激（敖江涛，等，2016）。

事实上，母猪被认为在妊娠期一直都处于氧化应激状态（S. et al，1991）。妊娠前期，激素使母体处于被动应激状态，妊娠后期，胎盘及胎儿快速发育，子宫张力与宫内环境进一步引起宫内应激（Lixin and YUAN，2009）。母 猪 的 氧化应激水平与其所处生理阶段极为相关，在整个妊娠及泌乳期，母猪的DNA 氧化损伤水平持续升高，机体淋巴细胞的DNA 损伤从妊娠中期直至断奶均处于较高水平，血清的硒水平在妊娠60 d 左右开始下降，在围产期下降幅度更大，与此同时，谷胱甘肽过氧化物酶（Glutathione peroxidase，GSHPx）活性也逐渐下降（Mahan et al，2007）。母猪在妊娠后期及泌乳期分解代谢加强，机体血清维生素E等抗氧化物质含量反而降低，导致机体氧化-抗氧化系统平衡被破坏，ROS 在体内蓄积，导致机体极易发生氧化应激 （Berchieri-Ronchi et al，2011）。除自身代谢产生的应激外，外界因素对母猪也会造成应激，如腿部疾病、妊娠期对母猪的限饲造成的饥饿、育怀舍至分娩舍环境的改变以及对人类的恐惧等，都会造成母猪的应激（D'Eath et al，2009；Spoolder et al，2009）。

母猪的氧化损伤会降低母猪产仔性能、泌乳性能及生产年限（Berchieri-Ronchi et al，2011）。 母猪在妊娠期间的蛋白羰基化水平与仔猪初生重显著负相关，母体妊娠期间的应激还会抑制胎儿出生后免疫系统的成熟（Merlot et al，2008；Zhao et al， 2013）。母 猪 在 妊 娠 后期的应激对初乳中免疫球蛋白G（Immunoglobulin G，IgG）的水平没有影响，但显著降低了仔猪血液内的IgG 含量，抑制仔猪的被动免疫，其可能机制是抑制了仔代的肠道功能，降低了其对IgG 的吸收（Tuchscherer et al，2002）。妊娠后期发生应激的母体，其雌性仔代的炎症反应也更为剧烈，血清IL-6 及SAA 水平显著较高（Collier et al，2011）。母猪妊娠末期及泌乳期的蛋白羰基化、MDA 及8-OHdG 水平均与仔猪的断奶窝重及仔猪ADG显著负相关，其原因可能是氧化应激造成母猪乳腺上皮细胞的脂质及DNA 损失，导致乳腺细胞凋亡，抑制乳腺发育，最终导致母猪的泌乳力降低（Zhao，2011）。母猪围产期的氧化应激还可介导胰岛素抵抗，导致母猪泌乳期采食量降低，这也是氧化应激抑制母猪泌乳性能的可能原因（Tan et al，2015，王浩，等，2017）。母猪的氧化应激引起机体皮质醇及儿茶酚胺浓度的急剧升高，导致胎儿血液皮质醇浓度随之升高，对仔猪的生长可产生长期的不利影响（Mack et al，2014）。

2.2 肠道菌群与机体氧化应激的关联

肠道菌群通过多种途径与机体氧化应激互作，肠道的氧化环境是维系肠道菌群稳态，促进菌群之间信号传导的重要因素（Mone et al，2014）。而肠道菌群也可通过促进肠道中性粒细胞聚集，诱导ROS的 产 生（Schwab et al，2014）；肠上皮细胞或天然免疫细胞，介导NADPH 氧化酶系统，产生的ROS，又在抵御病原菌的肠道定殖方面发挥作用（Pircalabioru et al，2016）。

对断奶应激仔猪的肠道菌群结构研究发现，其空肠及结肠乳酸杆菌Lactobacillus 及双歧杆菌Bifidobacterium 丰度显著降低，大肠杆菌E.coli 丰度显著升高，使用抗氧化剂处理后，此现象随即扭转（Xu et al，2014）。大肠杆菌自身具有多种方式适应氧化应激，如一些氧依赖蛋白，如AhpF、Dps 和Fur，其在大肠杆菌适应氧化应激环境中起主要作用（Monique et al，2012）。一些乳酸杆菌和双歧杆菌也具有一定的清除自由基功能（Man et al，2011），但大多数乳酸杆菌缺乏最常规的抗氧化防御系统（SOD 系统），这可能是大多数乳酸杆菌对氧化应激高度敏感的原因（Roy et al., 1993）。研究发现使用高脂建模的氧化应激小鼠，其肠道菌群的变化也与机体的抗氧化能力及氧化损伤标志物水平显著相关（Yi et al，2013）。应激不仅可通过免疫系统影响肠道菌群，还会引起儿茶酚胺水平的变化，这对肠道菌群稳态也有显著影响（Lyte et al，2011）。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（Nicotinamide adenine dinucleotide，NADPH）氧 化 酶 系 统（NOX 及DUOX）介导的信号通路在调控机体抵御病原菌定殖过程中发挥作用，在中性粒细胞吞噬病原体后，释放裂解的病原菌组分，可触发NOX2产生抑菌浓度的H2O2，调控活性氧耐受菌的增殖，并清除致病菌，从而维系肠道菌群稳态（Ha et al，2009）。当宿主肠道组织ROS 生成机制受损时，肠道菌群代偿性的适应，导致乳酸杆菌及其他多个益生菌菌种大量增殖（Pircalabioru et al，2016）。黏 液 层的乳酸杆菌通过依赖黄素还原酶的NADPH 系统，产生H2O2等抑菌成分（Rosanne et al., 2014）。虽然刺激甲酰基肽受体生成ROS 是中性粒细胞对致病菌或共生菌细胞反应的一个重要特征，但研究发现其他类型的肠道细胞，如肠上皮细胞，也会经微生物信号诱导产生ROS，此外ROS 在促炎因子和生长因子刺激的多种信号转导通路中还起着重要的第二信使作用（Jones et al，2012）。人类共生肠道细菌能在人类肠上皮细胞内快速诱导，产生生理水平的ROS（Amrita et al，2014）。如沙门氏 菌Salmonella typhimurium 通 过刺激肠道产生ROS，其与肠道内的硫代硫酸盐反应产生四硫酸盐，其作为呼吸电子受体，作用于沙门氏菌，使其相对去其他菌种在肠道菌群中更具生长优势（Winter et al，2010）。

2.3 肠道菌群在母猪生产中的研究进展

随着测序技术的完善，近年来的报道发现，肠道菌群在母猪繁殖周期中，对母猪机体自身的代谢以及哺乳仔猪的正常发育也具有关键的调控作用。

最近的多个研究发现，在不同的母猪品种中，机体的肠道菌群结构随妊娠及泌乳周期，均发生剧烈的改变（Cheng et al，2018；Kong et al，2016；Liu et al，2019）。且研究发现，肠道Escherichia, Coriobacteriaceae和Actinobacteria 三个菌属在妊娠周期的变化趋势在荣昌猪和长白猪两个品种中一致，其中大肠杆菌Escherichia 及科氏杆菌Coriobacteriaceae 的丰度在妊娠期逐渐增加，肠道中SCFA 的含量在泌乳期逐渐增加（Liu et al，2019）。Cheng 等探讨了母猪妊娠30 d，90 d 及 泌 乳 期3 d，14 d 四个阶段的肠道菌群结构变化，此研究发现在泌乳期第3 天，母猪肠道菌群的丰度及多样性最低，此研究也发现Escherichia 在泌乳期第3天时丰度最高，丙酸盐和SCFA 在妊娠末期处于较高水平；同时其发现Bacteroides 和Fusobacterium的丰度在此阶段也处于最高水平，Oscillospira 的丰度在此阶段处于最低水平；但该研究发现丁酸含量却在泌乳期3 d 显著较低，母猪肠道通透性，血浆内毒素及粪便促炎因子水平也在围产期显著升高，且母猪肠道Fusobacterium 的丰度与促炎因子及内毒素等的变化存在显著相关 （Cheng et al，2018）。研究表明，母猪在围产期发生较为严重的代谢综合征及肠道菌群紊乱现象，其中Fusobacterium 及Escherichia等菌在此过程可能发挥关键作用。

母猪正常的肠道消化功能及机体疾病也受肠道菌群的影响。Niu 等的研究中发现，母猪的表观消化率与肠道菌群结构存在显著关联，其结果发现，母猪肠 道Clostridium 及Turicibacter的相对丰度与乙醚提取物的消化率显著正相关，Anaerofustis 和Robinsoniella 的相对丰度与粗纤维消化率显著正相关，Collinsella和Sutterella 的相对丰度与中性洗涤纤维NDF 的消化率显著正相 关，Clostridium，Collinsella，Robinsoniella 和Turicibacter 的 相对丰度与酸性洗涤纤维的消化率显著相关（Niu et al，2019）。研究表明，母猪的呼吸系统疾病及猪圆环病毒感染等疾病，其感染过程及愈后均与肠道菌群稳态存在关联（Niederwerder，2017）。也有研究对比了子宫内膜炎母猪与正常母猪的产道菌群，研究发现，Escherichia-Shigella, Bacteroides, Fusobacterium及Clostridium_sensu_stricto_1 等的相对丰度均存在显著差异，动物产道的多个菌属来源于肠道，粪便等肠道来源的微生物造成下生殖道感染，从而引发母猪的疾病（Danielsson et al，2011；Wang et al，2017）。

母猪肠道菌群还可通过多种途径，影响仔猪的生长以及肠道菌群稳态的成熟。哺乳仔猪初期肠道菌群虽然与产床环境、母乳及乳头的微生物结构较为相似，但在哺乳期，其肠道菌群结构不断成熟，发展至哺乳后期时与母猪肠道菌群结构更为相似（Chen et al，2018）。Larivière-Gauthier 等 人 的研究也发现，母猪妊娠后期的肠道菌群结构与仔猪断奶时的肠道菌群结构存在相关性，其中，母猪肠道沙门氏菌的脱落也是调控仔猪肠道菌群结构的因素之一（Lariviere-Gauthier et al，2019）。通过菌群移植技术处理妊娠母猪发现，其可改变母猪粪便及初乳菌群结构，仔猪的肠道菌群结构及终身生长性能也随之发生改变（McCormack et al，2018）。

3 小结

近年来，在人类及其他动物上的研究表明，肠道菌群在宿主代谢中具有极为重要的调节作用，肠道菌群与机体氧化应激也存在极强的互作关系。且有研究发现，母猪肠道菌群结构在妊娠及泌乳期有极为显著的变化，母猪在繁殖周期内也易发生进程性氧化应激，氧化应激对其繁殖及泌乳性能均有显著影响。但目前的研究大多不够深入，继续挖掘可改善母猪肠道菌群结构，并筛选出可调控母猪繁殖泌乳性能的菌株，可为缓解母猪氧化应激，提高母猪年生产力提供有力帮助。

（参考文献略，如有需要，请与作者联系。）