饲料禁抗条件下仔猪肠道健康的营养干预手段

谭碧娥

（湖南农业大学 动物科技学院，湖南 长沙 410128；中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南 长沙，410125）

肠道健康问题依然是制约我国生猪养殖优质高效发展的重要因素，因肠道健康问题导致的仔猪死亡率达15%～20%。尤其仔猪在断奶后的死亡率为6%，但有时可能上升到20%[1]。动物营养学家努力优化饲料配方，以满足断奶仔猪的需求，探索不同的营养因素或管理，以促进断奶仔猪的整体健康。抗生素一直是保护断奶仔猪健康的一项重要措施，其可以增强肠道微生物的活性，改善肠道菌群，从而预防疾病，促进生长[1]。然而，随着抗生素引起的耐药性和药物残留问题越来越严重，引起了消费者的广泛关注。我国已经开始实施严格的饲料禁抗、限抗、无抗政策，2020年1月1日起退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种。因此，在仔猪生产中迫切需要制定不妨碍动物生产的情况下抗生素替代的策略。遗传、管理和健康的调控在保护动物健康和提高其生产性能方面都发挥着重要作用，文章主要关注仔猪肠道健康的营养干预策略。

1 肠道健康的涵义

肠道生长是机体生长发育的核心和快速生长的基础，是营养物质消化、吸收场所，还具有防御功能。健康的肠道对仔猪的整体代谢、生理、疾病防御和生长性能至关重要。“肠道健康”一词虽然在人类医学和动物健康中反复出现，但在科学文献中缺乏明确的定义。Kogut和Arsenault[2]定义肠道健康为“动物没有疾病，能够发挥正常生理功能，以应对外源和内源性应激源”。对于农场动物，没有疾病症状的情况下动物生长性能也可能受到损害。因此，Pluske等提出肠道健康应描述为胃肠道的稳衡状态，一种微生物群和肠道处于共生平衡状态的稳定状态，动物的福利和性能不受到影响[3]。动物肠道健康更强调胃肠道结构和屏障功能、正常稳定的微生物、有效的消化吸收功能以及有效的免疫状态[4]。

2 仔猪断奶应激诱导的肠道健康问题

仔猪肠道健康问题主要出现在断奶阶段。从解剖学和功能上看，仔猪小肠发育不成熟，对断奶敏感。断奶应激使小肠发生绒毛缩短、隐窝加深、消化酶活性降低和营养转运受损，导致小肠消化能力和防御功能下降。仔猪断奶后第2天，肠黏膜的相对重量将下降20%～30%，需要5～10 d才能完全恢复。绒毛高度在断奶后21 d可降低至断奶前的75%。随着肠绒毛萎缩和隐窝增生，进一步影响仔猪的消化吸收能力和生产性能。在断奶后3～5 d，刷状缘酶活性，如乳糖酶、蔗糖酶、麦芽酶等显著降低。仔猪在28 d断奶后，蔗糖酶、异麦芽糖酶和乳糖酶的特异性活动在5 d内至少下降15%。不过，断奶对肠道酶活性的影响似乎依赖于断奶时仔猪的年龄，这种年龄依赖性变化可能是由于细胞更新率和蛋白质合成的变化引起的。最近的研究揭示了断奶应激对仔猪肠上皮细胞中蛋白质和代谢物表达的影响[5-6]。早期断奶仔猪空肠绒毛中上部位参与三羧酸循环、β氧化和糖酵解途径的蛋白表达明显下调，而隐窝细胞中参与糖酵解的蛋白表达上调[6]。断奶后仔猪空肠顶端绒毛上皮细胞中能量代谢、蛋白氨基酸糖基化、离子转运、mTOR信号通路、细胞分化、凋亡等各种细胞代谢或生物学过程相关蛋白表达减少。空肠中段绒毛中参与呼吸电子传递链、高尔基体小泡运输、蛋白质糖基化的蛋白质以及脂质、单糖和核苷酸的代谢也被抑制[6]。这些结果表明，断奶影响仔猪能量代谢、细胞大分子组织和定位以及蛋白质代谢，从而进一步影响断奶仔猪肠上皮细胞的增殖。作为细胞生长和损伤修复的指征，仔猪断奶后多胺代谢和鸟氨酸脱羧酶表达也发生了改变。断奶仔猪肠道通透性增加，紧密连接蛋白表达降低，疾病易感性增加。最近研究发现，早期断奶应激引起细胞连接蛋白和离子通道基因和蛋白E-cadherin和occludin mRNA以及claudin-3、occludin和ZO-1蛋白表达下降。断奶应激引起的肠屏障损伤在断奶后第7天没有恢复到断奶前的水平[7]。

断奶应激对肠道免疫屏障的影响主要体现在：断奶引起肠道CD4+和CD8+ T淋巴细胞显著增加，在断奶后第2天增加了空肠中段炎症细胞因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8）的mRNA表达；激活固有层的免疫细胞，上调基质金属蛋白酶表达，导致绒毛萎缩；下调猪空肠黏膜中MHC I的表达。对于肠道菌群，断奶应激降低了乳酸菌群的相对丰度，增加了梭菌属、普氏杆菌属、变形杆菌科和大肠杆菌属的相对丰度[1]。断奶导致仔猪的采食量往往急剧下降，细菌生存和增殖的营养有限。而致病菌能够利用特殊的营养物质，不能被共生菌分解代谢，从而增强其毒力因子的表达。例如，沙门氏菌和肠出血性大肠杆菌都可以利用乙醇胺作为碳源或氮源，在与其他微生物群的竞争中获得营养优势[8]。肠出血性大肠杆菌也可以利用岩藻糖激活III型分泌系统，促进病原菌与宿主肠上皮细胞的黏附。因此，断奶仔猪更容易出现肠道炎症和断奶后腹泻，这是由于致病菌的快速增殖和微生物多样性的丧失造成的[1]。

3 调控仔猪肠道健康的营养干预手段

已经有很多营养策略应用于仔猪健康的调控，并最大可能地提高仔猪生产性能。包括优化饲料配方，在断奶后利用低蛋白日粮，改善饲料的加工和生产以及添加不同的饲料添加剂等。这些营养干预手段的目的均在于：改善仔猪营养物质的消化和吸收；改善肠道微生物组成；免疫调节以增强仔猪的抗病能力。以下重点阐述功能氨基酸、抗菌肽、植物提取物、短链脂肪酸近年来在仔猪肠道健康研究中的进展。

3.1 功能性氨基酸

氨基酸是维持肠道生长发育的关键营养物质。仔猪肠道组织利用了每天摄入的氨基酸将近50%，利用的必需氨基酸占其摄入氨基酸的50%。氨基酸的利用对调节细胞生理学功能非常重要，对肠黏膜细胞更新和黏膜屏障功能具有重要的生理意义。氨基酸尤其是功能性氨基酸在黏膜代谢中具有关键作用，可维护猪肠道屏障的完整性和功能。例如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸在基因表达、细胞内信号传导、营养物质代谢和氧化防御的调控中发挥重要作用[9]。

精氨酸是近十几年来在仔猪肠道功能方面研究最广泛的氨基酸。笔者所在团队大量的研究，揭示了精氨酸家族类物质（包括精氨酸、N-氨甲酰谷氨酸、谷氨酰胺二肽、α-酮戊二酸、精胺等）通过Arg-NO-Hsp70、mTOR、TLR4-NFκB、PPARγ、VEGF等信号通路促进仔猪肠黏膜上皮细胞蛋白合成，促进细胞增殖与生长、缓解了断奶应激和炎症反应，维持黏膜结构和功能[9]。在早期断奶仔猪日粮添加0.2%～1%的L-精氨酸能显著提高其生长性能，促进肠道生长，缓解不同应激因素对肠道的损伤。在断奶前灌服脯氨酸可使仔猪肠道成熟，促进断奶后肠黏膜增殖以及紧密连接和钾通道蛋白表达，从而缓解断奶应激。断奶仔猪添加1%的谷氨酰胺可显著提高其肠道抗氧化能力，谷胱甘肽浓度增加29%，防止空肠萎缩，小肠生长增加12%，日增重提高19%。断奶仔猪日粮添加芳香族氨基酸（0.16% 色氨酸、0.41%苯丙氨酸 、0.22%酪氨酸）能缓解脂多糖（LPS）诱导的黏膜组织病理学损伤，激活CaSR信号通路和抑制NF-κB信号通路，缓解LPS诱导的仔猪肠道炎症[9]。

3.2 抗菌肽

抗菌肽是由不同生物自然产生的多肽，可以直接从细菌、昆虫、植物和脊椎动物中分离得到，或者通过重组分子合成。抗菌肽带正电，包含疏水区和亲水区。抗菌肽对革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌、真菌、寄生虫和病毒具有强大的广谱活性。与传统抗生素相比，抗菌肽显著的优点是可以杀死P. aeruginosa和Staphylococcus aureus等对特定抗生素具有耐药性的致病菌[10]。抗菌肽可通过与细菌细胞膜结合，破坏细胞膜结构，渗透入细胞，调节细胞内途径，引起细胞死亡。也可能与抗菌肽的抗菌特性有关，例如抑制细胞壁合成，抑制蛋白质和核酸合成以及抑制细菌中的酶活性[11]。

抗菌肽对断奶仔猪肠道健康的保护作用已有大量的报道。Xiao等发现，日粮添加0.4%的抗菌肽（包括牛乳铁蛋白和植物防御素）和活性酵母的混合物，可通过增加断奶仔猪的肠道完整性和降低肠道通透性来减轻霉菌毒素的负面影响[12]。抗菌肽的作用可能与其调节免疫反应和肠道菌群相关[13]。日粮添加牛乳铁蛋白肽可增加断奶仔猪小肠乳杆菌属和双歧杆菌计数，并降低总大肠杆菌和沙门氏菌。添加天蚕素AD可以提高肠道乳杆菌计数，降低大肠杆菌感染仔猪的腹泻发生率[14]。尽管外源或重组抗菌肽已显示出替代抗生素的潜力，但大多数外源抗菌肽在动物上消化道被消化，而不能到达大多数病原体定植的后肠，其有效性还需要进一步验证。因此，通过使用添加剂刺激宿主分泌内源性抗菌肽可能是一种更好的方法，已经发现丁酸盐和维生素D能促进宿主防御肽的合成。宿主防御肽诱导化合物在无抗养殖中具有广泛的应用前景[15]。

3.3 短链脂肪酸

短链脂肪酸（SCFAs）主要是通过膳食纤维的后肠发酵产生的，除了为宿主提供能量来源，也发挥免疫调节作用[16]。SCFAs通过特定机制促进肠内稳态，包括促进杯状细胞黏液产生、抑制NFκB、促进B细胞sIgA的分泌、降低T细胞活化分子在抗原呈递细胞上的表达、增加调节性T（Treg）细胞的数量和功能等[17]。

丁酸盐已被广泛应用于饲料中抗生素的替代。由于丁酸具有较高的挥发性和腐蚀性，因此在猪日粮中一般丁酸与钙或钠混合使用。已经报道添加0.1%丁酸钠能降低仔猪腹泻，增强肠道的完整性，提高血清IgG含量[18]。丁酸盐的另一种替代形式是三丁酸甘油酯，其主要优点是丁酸的缓释，可在胃中保持完整，在小肠中以丁酸和甘油一丁酸酯的形式缓慢释放。日粮添加饲喂0.1%的三丁酸甘油酯可促进紧密连接的形成和表皮生长因子受体信号的活化，减轻乙酸诱导的肠道损伤[19]。丁酸的免疫调节作用通过与上皮细胞或免疫细胞中表达的G蛋白偶联受体结合，介导免疫调节的级联。丁酸及其衍生物已经显示出非常强的抗革兰氏阳性和阴性菌的活性，可能是通过穿透细菌细胞壁并酸化细胞质，从而导致细菌死亡[44]。此外，丁酸还能诱导宿主防御肽的产生，从而调节宿主免疫系统抵抗病原体，包括对抗生素抗性菌株[15]。

3.4 植物化学物质

植物化学物质是饲料中抗生素替代的重要选择。大多数的植物化学物质表现出对革兰氏阴性和阳性菌的抗菌活性，包括大肠杆菌、沙门氏菌属、梭菌属、分枝杆菌属等。许多植物化学物质也被证实为潜在的抗病毒剂[20]。Lillehoj等全面综述了植物化学物质作为抗生素替代品促进动物生长和健康的作用[20]。在感染猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）的断奶仔猪中，补充10 mg/kg的辣椒素、大蒜素或姜黄素不同程度上通过提高免疫反应，缓解PRRSV的不良反应[21]。植物化学物质增强抗病性和生长性能的作用，可能与其改善肠道结构和功能、促进肠道健康有关[22-24]。大肠杆菌感染仔猪补充植物提取物可提高肠绒毛高度，促进回肠MUC2基因的mRNA表达[23]。

植物化学物质的免疫调节和抗氧化特性也有利于其对仔猪发挥保护作用。杜仲黄酮被证实具有抗炎和抗氧化活性，缓解因敌草快诱导的仔猪肠黏膜氧化损伤[25]。Lang等报道大蒜素可以抑制肠上皮细胞趋化因子的分泌，从而抑制各种循环白细胞进入发炎组织。辣椒素、大蒜素或姜黄素能下调与抗原加工和呈递以及其他免疫应答相关途径的基因表达[23]。几种常用的植物化学物质（牛至、百里香、生姜、茴香、胡椒、丁香、罗勒、肉桂、大蒜、薄荷等的提取物）在体外细胞培养和体内动物模型中都显示出强大的抗氧化活性，植物化学物质的抗氧化性能主要因为具有与过氧自由基有高反应活性[1]。

4 总结与展望

肠道是营养物质的消化吸收器官，也是化学感应器官和最大的免疫器官。维持肠道健康对仔猪生产非常重要，尤其在饲料中禁止使用抗生素的情况下。大量研究已证实功能氨基酸、抗菌肽、脂肪酸以及植物化学物质等对断奶仔猪的肠道发育和健康发挥积极作用，已成为潜在的抗生素替代品。但是，饲料中抗生素的替代是个系统工程，需要综合考虑各种替抗产品的作用方式、基础日粮配方和猪的健康状况。