“肺肠同制”思路对饲料替抗的启示

李马成 ，吴梓纯 ，张运强 ，康建南 ，刘自逵 ＊，，4

（1.湖南微草生物科技饲料有限公司，湖南 湘潭 411228；2.湘阴县畜牧水产服务中心，湖南 岳阳 414600；3.湖南加农正和生物技术有限公司，湖南 浏阳 410300；4.湖南农业大学动物医学院，湖南 长沙 410128）

前言

由于饲用抗生素使用的潜在风险较多，如药物残留、食品安全、环境污染、耐药性、致畸、致癌等负面作用，严重威胁食品安全与人类健康。2020 年作为我国饲料无抗元年，在保证效果的情况下如何生产高性价比的无抗饲料，已成为饲料行业的当务之急。现有的无抗方案大多在“养猪就是养肠道”的理论指导下，主要对抑菌类、肠道菌群和肠道形态调节类、免疫等单一或组合措施开展相关应用研究，并已取得一定成果，如：抗菌肽[1]单独添加或者复配精油[2]，β-葡聚糖[3]，复合酶[4]、中药[5]等在替代抗生素中均表现出较好效果。然而在实际集约化养殖过程中，除了猪只肠道健康问题外，其呼吸道健康亦不能忽视。多项研究显示，呼吸道感染会引发机体腹泻[6-8]，《黄帝内经》中记载：肺与大肠互为表里[9]。表述了大肠与肺脏的关系。文章在现有替抗措施基础上，重点总结了呼吸道和肠道之间的功能关系，以期以“肺肠同制”理念为饲料无抗领域提供新思路。

1 肺部供氧状态与肠道结构功能之间的关系

肺部通过呼吸作用为机体提供源源不断的氧气，以支撑机体各组织器官的新陈代谢。集约化养殖条件下猪群规模比较大，空气流通差，环境恶劣，因此猪只易出现呼吸道疾病，直观表现为喘气与咳嗽等。根据猪只肺部生理特点，喘气是肺部组织损伤的表现，将引起呼吸系统生理无效腔增加，肺泡通气量减少[10]，红细胞压积增加、血氧饱和度下降[11]和血液黏稠度增加。此外，缺氧还可上调肺动脉平滑肌细胞周期蛋白表达量[12]、引发肺血管重构[13]、血管腔面积显著降低[14]和血压上升[10]，肺部向外周器官输氧能力降低。

机体供氧能力降低会导致消化道线粒体呼吸链NADH 脱氢酶、琥珀酸脱氢酶、细胞色素C 氧化酶等活性显著降低，导致ATP 生成减少，肠道收缩能力减弱，抗氧化能力下降，促炎性因子TNF-α[15]和炎症转录因子NF-B 表达显著增加[15]，引发肠黏膜损伤。此外，在缺氧状态下糖无氧酵解反应增加，引起细胞H+蓄积，激活细胞膜上pH 依赖的Ca2+通道，导致细胞内游离Ca2+增加而损伤细胞紧密连接[16]，肠黏膜屏障受损、肠壁通透性增加。肠壁通透性增加将促使细菌移位使肠道微生物与宿主免疫失衡[17]，同时也伴随脂多糖（LPS）等内毒素入血引发肠源性内毒素血症[18]，进而引发氧化应激产生更多的炎性细胞因子和炎性介质[19]，引起更大的危害。

2 肺部功能与肠道微生物、肠道炎症之间的关系

肺部除了给肠道提供O2而与之产生关联外，其功能变化也会影响肠道功能。正常情况下，肺部组织微生物含量约为103～105个/g[20]，而每天经呼吸道进入消化道的微生物数量高达1011个[21]，可见两者联系紧密。Wang J.等[22]发现，向小鼠鼻腔注射感染流感病毒，可引起肺部和肠道组织形态恶化、结肠变短。深入研究发现，感染后，小鼠肠道分段丝状真菌、乳杆菌属和乳球菌属等原有有益菌丰度显著降低，大肠杆菌丰度显著提高；而向小鼠胃肠道注射流感病毒则不会出现机体受损，可见小鼠肺部损伤会直接引发肠道菌群的紊乱。同样，小鼠气管接种肺孢子虫后，肠道乳杆菌属、颤螺菌属、瘤胃球菌属以及毛螺菌科的丰度较对照组显著降低[23]。经肠道菌群16S rRNA 宏基因组推定分析发现，肺部炎症不仅引起肠道菌群紊乱，损害宿主肠道微生物平衡，还可显著降低机体对碳水化合物、能量、脂质以及异物的代谢和降解能力[23]，不利于机体健康。

猪只肺部功能受损影响肠道的机制在于受感染的肺部CD4+T 细胞被激活并表达IFN-γ，同时醛脱氢酶1A2 表达量增加[22]，视黄酸含量上调[24]，促使CD4+T 细胞上的CCR9 表达，趋化因子CCLR25与CCR9+CD4+T 细胞结合后形成CCLR25-CCR9+CD4+T 细胞，经趋化作用在小肠淋巴结聚集。此时，肠上皮细胞分泌的IL-15 与CC9+CD4+T 上的受体结合，促进小肠Th17 细胞极化并分泌IL-17[22]，此外，肺部功能受损时肠道NF-B表达量显著增加[25]，进而引起肠道发生炎症反应。

3 肠道微生物及其代谢产物对肺部功能的影响

除了肺部功能变化影响肠道微生物外，肠道功能变化亦能影响肺部功能，即两者存在互相影响、互相依存的双向调节作用。医学研究表明，约33%肠易激综合征或50%炎性肠病患者均表现出肺部炎症[26]。Chen 等[27]使 用 抗 生 素预处理小鼠消除肠道共生菌后，采用大肠杆菌感染小鼠，发现其血液和肺部细菌数量分别增加15 倍和3 倍，死亡率增加30%，且肺泡巨噬细胞杀菌活性大大降低。Cait A.等[28]发现，万古霉素引起小鼠肠道梭菌科、毛螺菌科、瘤胃球菌科等产生短链脂肪酸（SCFAs）相关的微生物丰度减少，盲肠丁酸含量减低，肺部炎性细胞、嗜酸性粒细胞以及IgE 含量显著增加，但添加丁酸后有所缓解。同样，在肺部炎症条件下，通过增加肠道拟杆菌和双歧杆菌丰度，升高了盲肠和血清SCFAs 浓度，使肺部炎症得以缓解[29-30]。肠道菌群经SCFAs 缓解肺部炎症的机理在于SCFAs 可弱化肺部树突状细胞（DCs）对趋化因子CCL19 的趋化作用，抑制DCs向肺部纵膈淋巴结聚集，同时其表面MHC Ⅱ以及共刺激分子CD40、CD80 和CD86 的表达量降低，弱化炎症部位抗原提呈作用，进而降低CD4+T 细胞活性，减少肺部IL-4、IL-5、IL-10、IL-13 等Th2 型炎性因子含量[28-29]。此外，SCFAs 经G蛋白偶联受体途径提高单核巨噬细胞前体-骨髓Ly6c-单核细胞在骨髓、血液以及肺部中的含量，经过特异性转录降低趋化因子CXCL1的表达，抑制嗜中性粒细胞浸润。SCFAs 还可促进抗病毒CD8+T 细胞活性，上调脱粒标记物CD107α 和颗粒酶B 表达，提高抗病毒能力[30]。

另外，肠道梭状芽胞杆菌的代谢产物去氨基酪氨酸（DAT）可在机体感染流感病毒前促进肺部骨髓源巨噬细胞I 型IFN 扩增基因Oas2 和Mx2 转录，提高机体I 型IFN 表达量，能及时减少感染后肺部流感病毒RNA 表达量，进而减少因病毒感染造成的肺部上皮细胞凋亡[31]。

4 肠道神经与肺部的关系

猪只肠道中分布众多迷走神经，其对于促进胃肠道消化酶与激素分泌、胃肠蠕动与黏膜屏障功能等至关重要，如经血管活性肠肽途径上调结肠紧密连接蛋白ZO-1 表达，降低上皮细胞渗透性[32]。受刺激的迷走神经可将刺激信号传至大脑，大脑信号经传出迷走神经传导至外周器官和免疫系统并做出相应反应，如抑制组织产生促炎性细胞因子[33]、缓解内毒素血症[34]。

Krzyzaniak 等[35]发现，在机体损伤情况下，刺激迷走神经可减少肺部趋化因子浓度和中性粒细胞浸润，降低肺部损伤；而切断腹部迷走神经后则不表现出对肺部的保护效应。Levy等[36]刺激颈部迷走神经，可有效下调创伤性失血休克引起的肠道屏障受损和肺部炎症增加。主要在于刺激迷走神经可抑制肠系膜淋巴的活性，抑制肺部NF-ĸB 活化，下调介导炎症反应的黏附分子ICAM-1 表达，减少中性粒细胞、白细胞等在炎症部位黏附聚集，降低肠系膜淋巴毒性和肺部炎症[35-37]。

5 小结

由上述可知，猪只肺与肠道在供氧状态、菌群及其代谢产物以及神经之间均存在较强的关联性，二者之一存在功能障碍会影响另一器官功能进而影响猪只健康。因此在替抗中将肠道和呼吸道作为整体，以“肺肠同制”理念采取措施，维护胃肠道与肺部的结构与功能完整实现菌群平衡、建立共同黏膜免疫屏障与完善神经体液调节（神经调节与激素分泌）功能来调节代谢活动，实现猪只胃肠道功能和肺部功能的统一，将为替抗领域提供新的解决思路。