猪肠道炎症反应发生的分子机制及日粮纤维在调控肠道健康上的应用

赵金波 ，赵淑侠 ，赵文江 ，李 伟 ，付 龙 ，高圣玥 ，唐玲玲 ，宋 岩 ，宋雪莹 ，王佳辉 ，于德刚

（1.黑龙江省农业科学院畜牧兽医分院，黑龙江 齐齐哈尔 161005；2.黑龙江省依安县三兴镇人民政府乡村经济发展中心，黑龙江 齐齐哈尔 161005；3. 黑龙江省甘南县职业教育中心学校，黑龙江 齐齐哈尔 161005）

膳食纤维是猪肠道微生物的重要底物之一，它主要通过肠道菌群的交互作用，进而对肠道健康产生影响。根据相关研究，通过提高日粮中纤维比例可以增加猪肠道中分解纤维素、半纤维素以及木质素活性的细菌，同时促进猪肠道中有益菌的数量上升，有害菌的数量下降。例如添加纯纤维素可以抑制肠道中金黄色葡萄球菌的生长。蛋白质也是肠道微生物的重要发酵底物之一，其中一部分被降解为支链氨基酸和一些有害物质，这些有害物质大多由细菌形成如链球菌属和梭菌属等，另一部分蛋白质在肠道中被分解为小肽和氨基酸，所以日粮中的蛋白质水平对肠道微生物有重要影响。研究表明，通过在日粮中添加酪蛋白可使得肠道内乳酸杆菌、双歧杆菌以及芽孢杆菌区系得到显著改善，使肠道菌群的活性得以增加。高通量测序结果显示，用棉籽粕作为主要蛋白来源饲养猪只，能够使微生物有益菌比例得到提升。研究表明，不同脂含量还会对动物的肠道微生物的组成类型和数目产生影响，荧光定量PCR 结果表明，高脂日粮饲喂猪的肠道微生物中，拟杆菌属和肠杆菌属的数量有显著升高的现象，双歧杆菌和乳酸杆菌的数量则有显著降低的现象。低脂高纤维日粮对有益菌和短链脂肪酸的产生存在促进作用，特别是丁酸盐，而高脂低纤维日粮则对健康有负面影响的菌群有促进作用。不同来源的脂肪酸也会影响肠道微生物。研究椰子油、猪油和鱼油对盲肠的微生物数量影响时发现，和猪油相比较，椰子油和鱼油可降低盲肠内容物中的大肠杆菌数量，使大肠杆菌对猪的影响作用减小，并使乳酸杆菌和双歧杆菌数量上升。

在过去一段时间里，全国主要畜产品的增长速度远远超过饲料用量的增长速度，这是非常大的进步。这种进步主要是因为随着饲料工业的发展与配（混）合饲料喂养技术的普及，畜禽对饲料特别是饲料粮转化效率有所提高。然而饲料供不应求也变成了现在的主流问题，再加上猪的肠道炎症这一老生常谈的问题。国家采取了发展节约型畜牧业的方式来面对畜牧业的这些问题，即充分利用牧草、农副产品、轻工业副产品等非粮资源优势，在达到高效产出畜牧产品的同时减少粮食消耗，为未来畜牧业的发展指明了方向。因此，不仅要从根源上弄清楚猪肠道炎症反应产生的分子机制，更要对如何用日粮纤维修复肠道健康这一问题做出思考。

现如今的科技已经证实，有一种实用且经济的方法可以有效治疗断奶仔猪因体内大肠杆菌导致的肠道炎症，那就是在仔猪日粮中添加一定量的刺五加多糖。在日粮中添加丁酸钠具有防治腹泻、抑制肠道炎症发生、诱导动物采食和促进动物生长等多重功效，在断奶仔猪生产中有广泛应用。由以上信息可知日粮类型是导致动物体内肠道炎症的一项重要因素，因此如果在养殖动物时使用一种量多且质量高的高纤维日粮既能节约粮食又能够把猪养好，这也符合现阶段节粮型畜牧业的要求。

1 猪肠道疾病发生现状及原因

常见的猪肠道疾病类型有：猪流行性腹泻、猪传染性胃肠炎、猪大肠杆菌病、猪梭菌性肠炎、猪密螺旋体痢疾。肠道是动物体内微生物种类最丰富、聚集数量最多的场所，定植在肠道区域的数以万计的细菌群统称为肠道菌群。肠道菌群与其宿主会产生相互作用，一方面动物体内为肠道菌群提供适宜生存的环境，并为其提供相应的营养；另一方面，这些肠道菌群对动物本身有着有益的作用，其中的糖苷水解酶或其他一些无法解析的酶会帮助将肠道内难以消化的食物分解为多糖形式，且大量研究表明肠道菌群在肠道免疫和疾病中起着至关重要的作用。肠道作为消化吸收的主要器官，因有大量淋巴细胞存在于肠道中，肠道还是机体重要的免疫器官，这些免疫细胞组成一个系统统称为肠道免疫系统，在动物体内起着肠道正常菌群的免疫监视和对外来细菌的防御功能，起到生物屏障作用。

除了生物屏障，肠道还拥有以下三种屏障，分别为免疫屏障、化学屏障、上皮屏障。肠道健康和肠道上皮屏障的完整性和肠道屏障功能的正常与否有关，化学屏障又是维持肠道健康非常重要的屏障，主要包括黏液、抗菌肽、IgA 等；上皮屏障又叫物理屏障，是隔绝内外部的屏障，尤为重要。一旦上皮屏障被破坏，外界的大分子物质就会“趁虚而入”，并且上皮屏障修复时间极长。这些屏障功能相互协作，维持肠道的结构和功能。而在动物养殖中，常会因为多种问题导致这些屏障遭到破坏，常见的有：饲料质量问题，如饲喂霉变饲料或冰冻饲料；管理问题，如猪舍内的温度不稳定，通风换气不良，而且相对湿度又过大，容易让各种致病微生物滋生；猪只抵抗力问题，由于各方面的诱因，使猪的抗病力下降，细菌或病毒趁机进入，猪肠道内将会发生病理变化，导致猪只腹泻。

2 猪肠道炎症反应产生的分子机制

2.1 非特异性免疫

猪肠道对于炎症的非特异性免疫是上文中的生物屏障（免疫屏障、化学屏障、上皮屏障）起到作用。在食物进入肠道时，除了各种大分子营养物质其中还蕴含了病原菌、毒素以及一些应激因子，这些非营养物质进入肠道后会破坏整个肠道系统。肠道通过各种信号传递产生炎性因子，而大部分的炎性因子又作为信号，肠道感受到菌群的变化后，外界的抗原以递呈途径诱导淋巴细胞产生大量炎性因子，炎性因子又会引发自由基的反应，在肠道会导致局部的炎症，而由于自由基的反应是短暂的，所以较容易恢复。淋巴细胞持续大量产生自由基就会严重破坏肠道，甚至导致上皮细胞的死亡。炎症反应是非常普遍的，但又有程度之分，严重的肠道炎症不仅破坏上皮屏障，还会形成“肠漏”和溃疡，更严重时会导致全身性炎症和感染，波及其他组织和器官。

2.2 特异性免疫

动物体在应对肠道炎症中，特异性免疫也发挥着重要作用，如：细胞免疫、体液免疫还有一些免疫因子 如TNF-α，IL-10、IFN-γ 等，还包括一些免疫球蛋白等。

一些早期的研究资料表明，在种种动物机体特异性免疫之中细胞免疫是肠道炎症的重要因素，相关研究结果显示细胞免疫中的T 细胞是主要免疫细胞。由于细胞免疫通常发生在肠道，细胞免疫反应的分子机制也一直被作为肠道炎症疾病和结肠肿瘤发生的治疗靶点。有研究表明，T 淋巴细胞可根据其表面抗原不同分为两种细胞：CD4+细胞和CD8+细胞，其中CD4+细胞是一种辅助型T 细胞，通过分泌合成细胞因子来协助免疫作用；CD8+细胞称细胞毒性T 细胞，可直接对感染病原体的靶细胞产生杀伤作用。CD4+与CD8+两种细胞数量上升，有效地缓解了患病动物结肠炎的症状。

溃疡性结肠炎是一种由辅助型T 细胞2 介导体液免疫所产生的炎症，不仅细胞免疫会促使炎症的发生，体液免疫在猪发生肠道炎症反应时也发挥着重要的作用。研究表明，降低机体内肠道所固有的体液免疫也会加重肠道炎症。其致病机理是肠上皮细胞的屏障功能减弱或肠通透性增加，肠道菌群刺激上皮细胞分泌各种炎症介质，引发免疫细胞与肠上皮细胞之间的异常作用，最终导致肠道免疫功能障碍，病原体和毒素侵染肠道细胞引起肠道炎症。

动物体内的各种免疫因子可以说是与整体病情变化也存在着一定联系。虽然对于肠道炎症的真正发病机制目前还尚不得知，但是已经有研究发现炎症指标和免疫球蛋白水平与患有肠道炎症的动物的肠道菌群分布存在着一定的关系，如其酶体亚基β1和β2增加，这也表明，通过对特定的免疫蛋白的调节可以让肠道症状得到改善。免疫蛋白对改善肠道炎症的症状有着一定的作用。

3 日粮纤维对肠道健康的作用

3.1 日粮纤维理化特性

日粮纤维，最早被定义为植物细胞的细胞壁中的不可被动物消化分解的成分，包含纤维素、半纤维素、木质素等。但是随着科研的不断进步，研究发现，日粮纤维的添加比例可能是影响肠道健康的重要因素之一。这与其理化性质密不可分，包括其水合作用、黏性和可发酵性。就水合作用而言，将纤维分为可溶性纤维和不可溶性纤维两种，前者易被肠道中的微生物分解利用，增加消化液与食糜的接触时间促进彻底消化；后者不会被消化，但可以增加消化物通过率。黏性则主要和纤维的多糖分子量、侧链结构及纤维溶解性存在联系。至于可发酵性，由于日粮纤维无法被单胃动物直接利用，其主要依赖肠道微生物群的降解发酵，所以日粮纤维的可发酵性对单胃动物是否能够利用日粮纤维起了决定性作用，纤维木质化程度越低，可发酵性越高，则消化率越高，反之则越低。

据相关的研究，发现在猪饲粮中添加日粮纤维能够通过影响肠道微生物群的组成，从而使有益菌与潜在致病微生物的比例得到改变，使肠道环境的pH 降低，加强黏膜屏障，最终达到改善猪肠道健康，并加强其免疫性能的作用。然而不同来源和理化性质的日粮纤维对肠道健康的影响及作用机理并不一致。以前的观点主要认为日粮纤维在猪饲粮上的应用会对包括肠道微生物群落组成和发酵终产物的生成产生决定影响，从而影响猪后肠对营养物质的消化吸收，会降低其他营养物质消化率，降低摄入能量等，从而使猪的饲料利用率下降。然而，并不是所有的纤维都具有这种负面作用。来源不同、含量水平不同的纤维由于其自身理化性质的差异，对营养物质的消化率及能量摄取的影响也存在一些差异。化学结构中含有羧基、羟基类侧链基团的日粮纤维可产生类似弱酸性阳离子交换树脂，能够与阳离子，尤其是有机阳离子进行交换，且交换可逆。纤维对阳离子的可逆交换会对消化道的渗透压以及氧化还原电位等产生影响，并形成有利于消化吸收的环境。日粮纤维在动物肠道内被肠道微生物群发酵利用，从而提供部分单胃动物生长发育所需的能量。日粮纤维具有非常强的持水性，因此可增加排便速度和粪便体积，并对直肠以及泌尿系统释压。

3.2 猪肠道健康的评价标准

肠道是动物体重要的消化器官，其不仅让食物与动物机体的内环境分开，在机体有效地消化、吸收营养物质的同时又阻止有害物质进入肠腔。所以肠道健康决定了整体的机能和生产力水平，对生产和科研有至关重要的作用。肠道健康与肠道微生物组成、代谢物底物和肠道的结构发育有关。

3.3 日粮调控猪肠道健康的作用机制

通过有关资料可知，由于我国过去长期依赖“玉米-豆粕”型日粮而导致饲料短缺。新型非粮型饲料中多含有丰富的植物纤维，传统营养学观念认为，猪的日粮中若是含有太多纤维，将不利于日粮的消化吸收，这是因为单胃动物无法消化其丰富的纤维成分，从而不利于养殖业的生产与发展。但是通过现代科技的发展，日粮纤维可以帮助猪只维持正常的肠道形态、调节肠道菌群、增强肠道免疫力已经得到证明。日粮纤维对猪肠道的调控可谓是多个方面的，首先日粮纤维可以影响单胃动物营养物质的消化与吸收。猪的肠道没有消化纤维的消化酶，日粮纤维包裹营养物质，营养物质不能与相应的消化酶接触，导致相应的消化酶无法分解营养物质，消化率下降。但有实验数据显示猪体对麦麸类纤维利用效果更好，对机体养分消化率的维持效果更佳。研究表明，日粮纤维对猪营养物质和能量的表观消化率有负面作用，但是添加日粮纤维可对母猪的行为福利、繁殖性能的提高产生积极作用。除了消化率，日粮纤维还可通过调节仔猪体内的菌群来防止腹泻，从而提高了仔猪的存活率。而畜牧业中为保证母猪正常的繁殖性能常常利用饲料中的纤维来维持母猪孕期体重，从而减少哺乳期体重损失，为下一个周期的配种妊娠奠定基础。日粮纤维经微生物发酵可产生大量短链脂肪酸，如乙酸、丁酸、丙酸等，从而导致肠道内pH下降，有利于对肠道内正常的酸性环境的维持，对有益菌乳酸菌、双歧杆菌增殖和对肠道内环境稳定的维持有一定作用。因此，单胃动物依赖肠道微生物也可以充分利用日粮纤维。最后，日粮纤维还可以调节动物体内的生物屏障，对于猪肠道非特异性免疫对抗肠道炎症也有很大的帮助。

3.4 猪肠道炎症反应与日粮纤维调控肠道健康的互作关系

经多种资料证实，日粮纤维在对抗猪肠道炎症的反应中有着不可或缺的作用。猪只能通过肠道微生物来利用日粮纤维，而日粮纤维发挥着益生元的作用，通过调节猪肠道内环境，如生成有机酸降低肠道内pH 改善内环境，对病原菌滋生产生抑制作用的同时促进猪肠道内有益菌的数量增长，而猪肠道对于外来入侵细菌的防卫功能正是依靠这些微生物构成的生物屏障来完成的。生物屏障是肠道的非特异免疫的一道防线，防止外来病原体“趁虚而入”，日粮纤维就是通过调控肠道屏障功能来维持肠道健康猪肠道内的正常的免疫功能。据相关的研究，在猪饲粮中的添加足够的日粮纤维改变猪肠道内微生物比例，确实可以加强黏膜屏障并最终达到改善猪肠道健康，并加强其免疫性能的作用。而对于特异性免疫而言，日粮纤维也可以通过提高动物体内T 淋巴细胞的比例来起到缓解肠炎病症的作用；此外，日粮纤维还可以通过调控促炎细胞因子和抗炎细胞因子等有关炎症细胞因子的释放来增强猪肠道对于炎症的免疫功能。

炎症产生也包括饲料因素，猪只胃肠道难以适应变更速度过快的饲料，例如秋季新玉米收获后未经熟化就用来饲喂，抗性淀粉含量高难以完全消化会导致营养性腹泻的发生。但日粮纤维可以通过水合作用，降解利用可溶性纤维，大大增加了消化液与食物残渣的接触空间，促进彻底消化。不可溶性纤维则会增强食物的通过率，防止有害物质长时间留在体内，保护猪肠道内环境不被破坏。

总之，作为畜禽饲粮中不可或缺的重要成分之一的日粮纤维，充分发挥着加强肠道免疫功能，调节营养浓度，促进消化等重要作用。

4 小结

日粮纤维可以使有益菌的数量增加，使有害菌的数量降低，从而对肠道微生物环境进行改善；还可以对免疫力的提高产生促进作用，保护生物屏障防止细菌进入，提高T 淋巴细胞的数量；日粮纤维还可以加快肠道消化，避免因饲料变更过快所导致的胃肠道难以完全消化问题，所以日粮纤维对于调控肠道炎症有着非常重要的作用。