精油在断奶仔猪肠道健康中的作用：新一代精油和新思维

■徐慧君 张仲奇 阳成波

（1.杭州昊垦农牧科技有限公司，浙江杭州310023；2.加拿大曼尼托巴大学动物科学系，加拿大曼尼托巴省温尼伯市R3T 2N2）

近年来，人们对动物食品的需求迅速增加[1]。猪 肉是世界上消耗最多的陆生动物食品[2]。为提高猪肉的生产效率，现代养猪生产中常采用早期断奶技术来提高母猪的繁殖利用率。然而，早期断奶会改变肠道形态和功能，并引起肠道炎症和肠道菌群紊乱，导致仔猪腹泻和生长缓慢，造成严重的经济损失[3-4]。为解决早期断奶带来的一系列问题，饲料中通常需要添加抗生素[5]。据统计，2010年全球抗生素消耗量为63 151 t，预计到2030年会增加67%，增加到105 596 t[6]。加拿大2014年猪生产使用的抗生素中，仅15%用于疾病治疗，其他47%和38%分别用于预防疾病和促生长[7]。抗生素的不规范使用造成了细菌耐药性和畜产品药物残留等一系列问题[8]。基于此，我国农业农村部要求自2020年7月1日起饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂的商品饲料。植物精油是从植物中提取的一种绿色、高效、安全的饲料添加剂[9]。植物精油作为抗生素替代物的出版物数量逐年增多（见图1）。研究表明，植物精油能够维持肠道健康，缓解早期断奶应激对仔猪的不良影响，降低腹泻率，提高日增重[9-11]。本文从植物精油改善肠道形态，提高消化吸收功能，抑制肠道炎症和调节肠道微生物等方面，阐述了植物精油对断奶仔猪肠道健康的影响。

图1 与植物精油和抗生素相关的出版物数量

1 断奶对仔猪肠道健康的影响

肠道不但是营养物质消化吸收的主要场所,还是机体内防御的第一道屏障，其健康水平关系着动物整体健康和生产效率[12]。因此，肠道健康对于维持猪的生产性能至关重要。Hu等[13]研究指出，断奶会导致空肠绒毛高度、绒毛高度与隐窝深度比降低，紧密连接蛋白Occludin、Claudin-1和ZO-1相对表达量降低，促炎细胞因子α肿瘤坏死因子（TNF-α）、γ干扰素（IFNγ）和白细胞介素6（IL-6）相对表达量升高。Hede⁃mann等[14]研究发现，仔猪断奶一周内，淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶、脂肪酶的活性均会显著降低。Urubsch⁃urov等[15]研究指出，早期断奶会影响肠道菌群的建立过程，造成细菌移位、菌群失调，从而引起肠道疾病的发生。Li等[16]研究发现，仔猪在断奶阶段对病原菌易感，会增加腹泻、肠炎等疾病的发病概率。综上所述，断奶应激使仔猪肠道结构受损，消化吸收功能下降，肠道菌群紊乱，并引发肠道炎症和腹泻。同时，早期断奶等生长早期应激会改变肠道发展轨迹，增加仔猪终生疾病风险[17]。Gresse等[2]对断奶导致肠道受损的生理过程进行了总结（见图2）：断奶不仅会使肠道结构受损，导致肠道通透性增加，使肠腔抗原、毒素和微生物进入体内造成感染，引发炎症；同时，断奶过渡期采食量下降、环境和生理应激、日粮类型的改变和饲料长期添加抗生素也会引发炎症。一方面，在炎症条件下肠腔内活性氧自由基和活性氮自由基增加，并能够迅速转化为硝酸盐，富含硝酸盐的组织环境会通过硝酸盐呼吸促进肠杆菌增殖，导致肠道菌群失衡。另一方面，炎症肠道的环境中更高的血流量和血红素会引起肠腔有氧微环境，其会抑制专性厌氧菌，比如乳酸菌、纤维分解菌的增殖，进一步引发肠道菌群失衡。

2 植物精油的分类、性质和吸收部位

植物精油是植物重要的次生代谢产物，分子质量较小，有特殊芳香味，常温下多为油状液体，具有一定挥发性[18]。植物精油主要包括萜烯类（如香芹酚和百里香酚）和苯丙烯类（如肉桂醛和丁香酚）。根据异戊二烯的5碳组成单元的数目，萜烯类又被细分为单萜（C10H6）、倍半萜（C15H24）和二萜（C20H32）。猪饲料中常用的植物精油有香芹酚、百里香酚、柠檬醛、丁香酚和肉桂醛等，化学性质[19]见表1。

Michiels等[20]研究指出，在断奶仔猪日粮中添加的香芹酚、百里香酚和丁香酚主要在胃和小肠前端被吸收，血浆中香芹酚、百里香酚和丁香酚的浓度分别在采食后1.39、1.35 h和0.83 h即达到高峰，最后随尿液排出体外。Choi等[21]研究发现，在断奶仔猪日粮中添加脂质微囊包被植物精油加有机酸，经过脂质微囊包被缓释技术处理的百里香酚仅15.5%在胃中释放，41.85%在空肠中段释放，14.36%、14.92%和14.35%分别在回肠、盲肠和结肠释放，粪便中回收率仅为2.21%。以上结果表明，在未包被的条件下植物精油能快速被仔猪胃和小肠前端吸收，而脂质微囊包被缓释技术可以实现植物精油在全消化道中缓释。

图2 断奶对仔猪肠道健康的影响

表1 猪饲料中常用精油的化学性质[19]

3 植物精油对断奶仔猪肠道健康的影响

3.1 植物精油对断奶仔猪肠道结构的影响

肠道形态是反映猪肠道健康和功能的重要因素，断奶可引起仔猪小肠绒毛缩短和隐窝深度增加，对小肠结构造成损伤[22]。研究发现百里香酚和肉桂醛复合植物精油可以显著提高断奶仔猪十二指肠绒毛高度以及空肠和回肠绒毛高度与隐窝深度的比值[23-24]。肉桂醛、百里香酚和香芹酚复合植物精油以及肉桂醛、百里香酚和丁香酚复合植物精油均能提高早期断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度以及绒毛高度与隐窝深度比值[11]。茶树精油可以通过提高断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠的绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度比，维持肠道结构完整性[25]。脂质微囊包被植物精油加有机酸能通过提高空肠中部绒毛高度来缓解猪肠毒素大肠杆菌F4（ETEC F4）造成的断奶仔猪肠道损伤[26]。血浆中D-乳酸含量和二胺氧化酶活性能够反应肠道通透性[27]。包被肉桂醛和百里香酚复合植物精油显著降低了猪血浆中D-乳酸含量和二胺氧化酶活性，说明植物精油有利于维持肠道通透性[27]。日粮中添加25 mg/kg铜和200 mg/kg复合植物精油能显著缓解猪流行性腹泻病毒（PEDV）攻毒导致的仔猪血清二胺氧化酶活性的升高[9]。另外，单层细胞跨膜电阻（TEER）是反映细胞完整性和通透性的重要指标，TEER值的降低代表细胞通透性增加[28]。Omonijo等[29]体外研究发现，百里香酚可以通过提高猪小肠上皮细胞TEER值来缓解脂多糖诱导造成的细胞通透性的增加。肠上皮细胞通透性与细胞间紧密连接密切相关，当肠上皮细胞间紧密连接的数量减少或缺失时，肠上皮细胞的选择通透性就会被破坏[28]。Hui等[30]体外研究指出，丁香酚可通过提高Occludin的mRNA相对表达量来缓解脂多糖诱导的炎症反应对猪小肠上皮细胞间紧密连接的破坏。王亚男[27]研究发现，包被肉桂醛和百里香酚复合植物精油可以通过提高断奶仔猪空肠Occludin的mRNA相对表达量，从而改善断奶仔猪肠道的渗透性，维持肠道结构完整性。王淑楠[25]研究发现，茶树精油可以显著提高断奶仔猪空肠和回肠Occludin基因表达。Xu等[31]研究指出，脂质微囊包被植物精油加有机酸可以通过提高空肠和回肠膜紧密连接蛋白Occludin和胞质蛋白ZO-1的mRNA相对表达量来增强肠道结构完整性。综上所述，植物精油通过促进肠上皮细胞间紧密连接蛋白Occludin和ZO等相关基因的表达，从而维持肠道结构完整性，降低肠道的通透性。

3.2 植物精油对断奶仔猪肠道消化吸收的影响

表观消化率是评定猪对饲料的转化率及猪生产性能的重要指标[32]。复合植物精油能够显著提高断奶仔猪回肠粗蛋白质和氨基酸的表观消化率[32]。百里香酚和肉桂醛复合植物精油显著提高了断奶仔猪钙和磷表观消化率，而对干物质、有机物、纤维素和粗蛋白质表观消化率无显著影响[24]。营养物质在仔猪体内的分解、消化与吸收过程与消化酶的活性密切相关[33]。在断奶过渡期，消化酶分泌不足限制了肠道的消化和吸收能力以及仔猪的生长性能[34]。Xu等[35]研究表明，在日粮中添加30 mg/kg含25%百里香酚和25%香芹酚的复合植物精油能够显著提高断奶仔猪十二指肠、空肠和回肠内胰蛋白酶和糜蛋白酶活性。百里香酚和苯甲酸显著提高了断奶仔猪回肠胰蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶、麦芽糖酶、乳糖酶和蔗糖酶活性[36]。此外，小肠还是营养物质吸收的主要器官。营养物质转运载体是营养物质吸收所必需的物质[29]。Hui等[30]体外研究发现，丁香酚可通过提高肽转运载体1（PepT1）、B0-系统中性氨基酸转运载体1（B0AT1）、ASC系统钠依赖的中性氨基酸转运载体2（ASCT2）、钠-葡萄糖协调转运载体1（SGLT1）和兴奋性氨基酸转运载体1（EAAC1）的mRNA相对表达量来缓解脂多糖诱导的炎症反应对猪小肠上皮细胞营养物质吸收功能的破坏。然而，Omonijo等[29]体外研究指出，百里香酚对猪小肠上皮细胞PepT1、B0AT1、ASCT2、SGLT1和EAAC1无显著影响。Su等[37]动物试验发现，在断奶仔猪日粮中添加200 mg/kg含13.5%百里香酚和4.5%肉桂醛的复合植物精油显著提高了十二指肠、空肠和回肠葡萄糖转运载体2（GLUT2）和十二指肠SGLT1的mRNA相对表达量。综上所述，植物精油通过提高消化酶活力和营养物质转运载体表达量，进而提高仔猪肠道对营养物质的消化和吸收能力。

3.3 植物精油对断奶仔猪肠道炎症的影响

肠道不仅是动物体消化吸收的主要场所，也是动物体中最大的免疫器官[38]。Omonijo等[29]体外研究发现，百里香酚可减少脂多糖诱导的猪小肠上皮细胞中促炎细胞因子IL-8和TNF-α的基因表达。Hui等[30]体外研究指出，丁香酚可通过降低猪小肠上皮细胞中促炎细胞因子IL-8的浓度和TNF-α的基因表达来抑制脂多糖诱导的炎症。Kroismayr等[39]试验发现，日粮复合植物精油显著下调了断奶仔猪空肠TNF-α的基因表达。王亚男[27]研究指出，包被肉桂醛和百里香酚复合植物精油能显著降低断奶仔猪空肠TNF-α的IL-1相对表达量，抑制肠道炎症反应。王淑楠[25]研究发现，茶树精油可通过显著提高断奶仔猪空肠和回肠抗炎细胞因子IL-10含量以及空肠IL-10基因表达，显著降低回肠促炎细胞因子IL-12、TNF-α和IFN-γ含量，从而抑制肠道炎症。核因子κB（NF-κB）是一种调节炎症的转录因子，抑制NF-κB活化可起到抗炎的作用[21]。Zou等[40]研究指出，在日粮中添加25 mg/kg牛至油可通过下调空肠NF-κB p65蛋白表达，进而降低空肠促炎细胞因子IL-1β、IL-6、TNF-α、单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）和IFN-γ蛋白表达。复合植物精油能够通过下调断奶仔猪回肠和结肠NF-κB基因表达抑制肠道炎症[39]。由此可见，植物精油可能通过NF-κB信号通路影响炎症细胞因子的表达抑制肠道炎症。

3.4 植物精油对断奶仔猪肠道微生物的影响

肠道微生物既能影响宿主的饲料消化、营养物质吸收和能量供应，又能调控宿主正常生理功能及疾病的发生与发展，与宿主的代谢、生理状况以及健康有着密切的联系[41]。健康猪只的消化道内双歧杆菌为最主要的优势菌，其次为乳酸菌、肠杆菌和肠球菌，而且在不同部位有所差异[41]。然而，断奶应激会使产酸菌如乳酸杆菌减少，潜在的致病菌如大肠杆菌显著增加，微生物多样性降低，导致仔猪肠道菌群紊乱，腹泻率增加[2，10]。Li等[10]研究表明，在断奶仔猪日粮中添加100 mg/kg含量为18%的百里香酚和肉桂醛复合植物精油能显著降低盲肠、结肠和直肠内大肠杆菌数量。Xu等[35]研究发现，在日粮中添加30 mg/kg含25%百里香酚和25%香芹酚的复合植物精油显著增加了断奶仔猪粪便中乳酸菌和总厌氧菌的数量。王淑楠[25]研究指出，茶树油可提高肠道微生物群落的物种丰度和多样性，从而维持菌群的均匀性和平衡性。在断奶仔猪日粮中添加1 000 mg/kg脂质微囊包被精油加有机酸可显著提高断奶仔猪盲肠和结肠乳酸菌丰度[31]。然而，关于植物精油对仔猪肠道微生物影响的体内试验研究结果存在一定的差异。Maenner等[32]研究显示，复合植物精油对断奶仔猪胃和回肠内乳酸杆菌、肠球菌和大肠杆菌数量均无显著影响。体内试验不一致的原因可能与所用植物精油的种类、动物的健康状况和微生物检测本身的不稳定性有关。

4 植物精油改善肠道健康的可能作用机制

肠道致病菌会导致断奶仔猪腹泻、生长缓慢、饲料转化率降低甚至死亡，对养猪业带来严重经济损失[42]。税光伟[43]研究发现，在产肠毒素性大肠杆菌（ETEC）攻毒的断奶仔猪日粮中添加200 mg/kg未包被复合植物精油有降低腹泻评分的趋势。Choi等[26]研究指出，2 000 mg/kg脂质微囊包被植物精油加有机酸能够有效控制ETEC F4引起的断奶仔猪腹泻。体外抑菌试验发现，植物精油主要作用于细胞膜，使细胞膜破裂，胞内物质外泄，从而杀灭病原菌[44]。因此，在植物精油的研究初期，学者普遍认为饲料中添加植物精油的作用机制是抗菌[21]。然而，根据植物精油的最低抑菌浓度（MIC）（表2、表3）计算，想要达到抗特定病原体（如大肠杆菌或鼠伤寒沙门氏菌）的抗菌作用，日粮中需要添加1 000～10 000 mg/kg纯植物精油，在生产实践中，日粮中添加如此大剂量的植物精油会产生强烈的气味从而影响日粮的适口性，导致采食量的急剧减少[46]。

表2 不同植物来源的植物精油MIC值[45]

群体感应（QS）是一种依赖于细菌种群密度的调节系统，当细菌产生的信号分子达到关键的临界值时，细菌开始产生毒力因子（附着因子、菌毛、毒素等），导致宿主暴发疾病[47-48]。抑制QS可降低系统性和局部感染的致病性[49]。大量研究表明，植物精油可以抑制致病菌的QS[49-50]。同时，植物精油抑制QS的浓度远低于其MIC，浓度为15 mg/L和150 mg/L的香芹酚即可分别抑制空肠弯曲杆菌和出血性大肠杆菌QS，而香芹酚对空肠弯曲杆菌和出血性大肠杆菌的MIC分别为75 mg/L和1 000 mg/L[46]。香芹酚和丁香酚可与高丝氨酸内酯合酶/调节蛋白（ExpI/ExpR）直接相互作用，抑制QS信号分子酰基高丝氨酸内酯（AHL）的产生[51]。香芹酚和百里香酚可抑制猪粪便中分离出的大肠杆菌和沙门氏菌生物膜形成，从而抑制QS[52]。艰难梭菌是一种重要的人畜共患病原菌，容易定植在仔猪肠道导致仔猪肠炎，其分泌的艰难梭菌毒素是引起猪腹泻的重要因素[53]。香芹酚和反式肉桂醛能够降低艰难梭菌毒素产生和细胞毒性[54]。

表3 植物精油不同成分的MIC值[45]

炎症反应会导致肠上皮通透性增加[29]。肠道对内毒素等有毒物质的通透性增加也会损伤肠道健康，导致肠道疾病[55]。Omonijo等[29]和Hui等[30]体外研究表明，浓度为50μmol/L（7.5 mg/kg）百里香酚和100μmol/L（16.4 mg/kg）丁香酚即可抑制脂多糖诱导的炎症反应，维持肠道通透性。同时，Wlodarska等[56]体外研究表明，浓度为3 mg/kg的丁香酚即可改善肠道屏障功能。并且，植物精油抑制肠道炎症、维持肠道通透性和改善肠道屏障功能的作用浓度也小于其MIC。

更需要关注的是，肠道需要通过一个由许多神经和受体组成的化学感应系统来感知肠腔内的营养物质、化学物质和微生物，从而调节生理和病理功能[57]。肠道内壁的受体包括营养受体、气味受体、模式识别受体、毒素等外来化学受体和机械受体，这些受体为激素、神经、免疫和组织防御系统提供信息[57]。肠道瞬时感受器电位香草酸受体1（TRPV1）为一种非选择性阳离子通道，参与伤害性感受和渗透压感受[58]。激活TRPV1对抗炎功能具有重要作用[59]。嗅觉受体（OR）是治疗胃肠道疾病和运动障碍的潜在新靶点[60]。内源性大麻素受体（CB）在调节肠功能、摄食行为、疼痛、肠道炎症、免疫功能和神经保护中起重要作用，主要包括CB1和CB2[61]。研究表明，百里酚能够激活TRPV1通道和OR1G1[62-63]。Toschi等[64]研究表明，在断奶仔猪日粮中添加脂质微囊包被百里香酚可显著提高十二指肠和回肠TRPV1、OR1G1、CB1和CB2的mRNA相对表达量。

因此，最开始研究精油的作用机制时，主要集中在精油的直接抑菌作用上，但随着研究的进一步深入，学者们正在转变对植物精油作用机制的认识，饲料中添加的植物精油并不能直接抑制致病菌增殖，而是通过抑制致病菌QS、抑制肠道炎症、维持肠道通透性和调节肠道化学感应系统，从而改善肠道健康状况，目前的科学研究也主要集中在这些方面。

5 结语

综上所述，植物精油能够维持肠道结构完整性、提高消化吸收功能、抑制肠道炎症、调节微生物菌群，在猪生产中具有广阔的应用前景。然而，饲料中添加的植物精油剂量并不能直接抑制细菌的增殖，而是通过抑制致病菌QS、抑制炎症反应、维持肠道屏障功能和调节肠道化学感应系统来改善肠道健康状况的。同时，未包被的植物精油在胃和小肠前端被快速吸收，只能依靠剂量效应到达小肠中后端及大肠，因此脂质微囊包被缓释技术是提高植物精油在猪生产中功效的有效工具。目前，植物精油发挥各种生理功能的具体作用机制尚不完全明确。因此，需要进一步深入系统地研究植物精油的作用机制，以期为植物精油在畜牧生产中的应用提供更有力的科学依据和支持。