“肺腸同制”思路對飼料替抗的啟示

李馬成 ，吳梓純 ，張運強 ，康建南 ，劉自逵 ＊，，4

（1.湖南微草生物科技飼料有限公司，湖南 湘潭 411228；2.湘陰縣畜牧水產服務中心，湖南 岳陽 414600；3.湖南加農正和生物技術有限公司，湖南 瀏陽 410300；4.湖南農業(yè)大學動物醫(yī)學院，湖南 長沙 410128）

前言

由于飼用抗生素使用的潛在風險較多，如藥物殘留、食品安全、環(huán)境污染、耐藥性、致畸、致癌等負面作用，嚴重威脅食品安全與人類健康。2020 年作為我國飼料無抗元年，在保證效果的情況下如何生產高性價比的無抗飼料，已成為飼料行業(yè)的當務之急?，F(xiàn)有的無抗方案大多在“養(yǎng)豬就是養(yǎng)腸道”的理論指導下，主要對抑菌類、腸道菌群和腸道形態(tài)調節(jié)類、免疫等單一或組合措施開展相關應用研究，并已取得一定成果，如：抗菌肽[1]單獨添加或者復配精油[2]，β-葡聚糖[3]，復合酶[4]、中藥[5]等在替代抗生素中均表現(xiàn)出較好效果。然而在實際集約化養(yǎng)殖過程中，除了豬只腸道健康問題外，其呼吸道健康亦不能忽視。多項研究顯示，呼吸道感染會引發(fā)機體腹瀉[6-8]，《黃帝內經》中記載：肺與大腸互為表里[9]。表述了大腸與肺臟的關系。文章在現(xiàn)有替抗措施基礎上，重點總結了呼吸道和腸道之間的功能關系，以期以“肺腸同制”理念為飼料無抗領域提供新思路。

1 肺部供氧狀態(tài)與腸道結構功能之間的關系

肺部通過呼吸作用為機體提供源源不斷的氧氣，以支撐機體各組織器官的新陳代謝。集約化養(yǎng)殖條件下豬群規(guī)模比較大，空氣流通差，環(huán)境惡劣，因此豬只易出現(xiàn)呼吸道疾病，直觀表現(xiàn)為喘氣與咳嗽等。根據(jù)豬只肺部生理特點，喘氣是肺部組織損傷的表現(xiàn)，將引起呼吸系統(tǒng)生理無效腔增加，肺泡通氣量減少[10]，紅細胞壓積增加、血氧飽和度下降[11]和血液黏稠度增加。此外，缺氧還可上調肺動脈平滑肌細胞周期蛋白表達量[12]、引發(fā)肺血管重構[13]、血管腔面積顯著降低[14]和血壓上升[10]，肺部向外周器官輸氧能力降低。

機體供氧能力降低會導致消化道線粒體呼吸鏈NADH 脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細胞色素C 氧化酶等活性顯著降低，導致ATP 生成減少，腸道收縮能力減弱，抗氧化能力下降，促炎性因子TNF-α[15]和炎癥轉錄因子NF-B 表達顯著增加[15]，引發(fā)腸黏膜損傷。此外，在缺氧狀態(tài)下糖無氧酵解反應增加，引起細胞H+蓄積，激活細胞膜上pH 依賴的Ca2+通道，導致細胞內游離Ca2+增加而損傷細胞緊密連接[16]，腸黏膜屏障受損、腸壁通透性增加。腸壁通透性增加將促使細菌移位使腸道微生物與宿主免疫失衡[17]，同時也伴隨脂多糖（LPS）等內毒素入血引發(fā)腸源性內毒素血癥[18]，進而引發(fā)氧化應激產生更多的炎性細胞因子和炎性介質[19]，引起更大的危害。

2 肺部功能與腸道微生物、腸道炎癥之間的關系

肺部除了給腸道提供O2而與之產生關聯(lián)外，其功能變化也會影響腸道功能。正常情況下，肺部組織微生物含量約為103～105個/g[20]，而每天經呼吸道進入消化道的微生物數(shù)量高達1011個[21]，可見兩者聯(lián)系緊密。Wang J.等[22]發(fā)現(xiàn)，向小鼠鼻腔注射感染流感病毒，可引起肺部和腸道組織形態(tài)惡化、結腸變短。深入研究發(fā)現(xiàn)，感染后，小鼠腸道分段絲狀真菌、乳桿菌屬和乳球菌屬等原有有益菌豐度顯著降低，大腸桿菌豐度顯著提高；而向小鼠胃腸道注射流感病毒則不會出現(xiàn)機體受損，可見小鼠肺部損傷會直接引發(fā)腸道菌群的紊亂。同樣，小鼠氣管接種肺孢子蟲后，腸道乳桿菌屬、顫螺菌屬、瘤胃球菌屬以及毛螺菌科的豐度較對照組顯著降低[23]。經腸道菌群16S rRNA 宏基因組推定分析發(fā)現(xiàn)，肺部炎癥不僅引起腸道菌群紊亂，損害宿主腸道微生物平衡，還可顯著降低機體對碳水化合物、能量、脂質以及異物的代謝和降解能力[23]，不利于機體健康。

豬只肺部功能受損影響腸道的機制在于受感染的肺部CD4+T 細胞被激活并表達IFN-γ，同時醛脫氫酶1A2 表達量增加[22]，視黃酸含量上調[24]，促使CD4+T 細胞上的CCR9 表達，趨化因子CCLR25與CCR9+CD4+T 細胞結合后形成CCLR25-CCR9+CD4+T 細胞，經趨化作用在小腸淋巴結聚集。此時，腸上皮細胞分泌的IL-15 與CC9+CD4+T 上的受體結合，促進小腸Th17 細胞極化并分泌IL-17[22]，此外，肺部功能受損時腸道NF-B表達量顯著增加[25]，進而引起腸道發(fā)生炎癥反應。

3 腸道微生物及其代謝產物對肺部功能的影響

除了肺部功能變化影響腸道微生物外，腸道功能變化亦能影響肺部功能，即兩者存在互相影響、互相依存的雙向調節(jié)作用。醫(yī)學研究表明，約33%腸易激綜合征或50%炎性腸病患者均表現(xiàn)出肺部炎癥[26]。Chen 等[27]使 用 抗 生 素預處理小鼠消除腸道共生菌后，采用大腸桿菌感染小鼠，發(fā)現(xiàn)其血液和肺部細菌數(shù)量分別增加15 倍和3 倍，死亡率增加30%，且肺泡巨噬細胞殺菌活性大大降低。Cait A.等[28]發(fā)現(xiàn)，萬古霉素引起小鼠腸道梭菌科、毛螺菌科、瘤胃球菌科等產生短鏈脂肪酸（SCFAs）相關的微生物豐度減少，盲腸丁酸含量減低，肺部炎性細胞、嗜酸性粒細胞以及IgE 含量顯著增加，但添加丁酸后有所緩解。同樣，在肺部炎癥條件下，通過增加腸道擬桿菌和雙歧桿菌豐度，升高了盲腸和血清SCFAs 濃度，使肺部炎癥得以緩解[29-30]。腸道菌群經SCFAs 緩解肺部炎癥的機理在于SCFAs 可弱化肺部樹突狀細胞（DCs）對趨化因子CCL19 的趨化作用，抑制DCs向肺部縱膈淋巴結聚集，同時其表面MHC Ⅱ以及共刺激分子CD40、CD80 和CD86 的表達量降低，弱化炎癥部位抗原提呈作用，進而降低CD4+T 細胞活性，減少肺部IL-4、IL-5、IL-10、IL-13 等Th2 型炎性因子含量[28-29]。此外，SCFAs 經G蛋白偶聯(lián)受體途徑提高單核巨噬細胞前體-骨髓Ly6c-單核細胞在骨髓、血液以及肺部中的含量，經過特異性轉錄降低趨化因子CXCL1的表達，抑制嗜中性粒細胞浸潤。SCFAs 還可促進抗病毒CD8+T 細胞活性，上調脫粒標記物CD107α 和顆粒酶B 表達，提高抗病毒能力[30]。

另外，腸道梭狀芽胞桿菌的代謝產物去氨基酪氨酸（DAT）可在機體感染流感病毒前促進肺部骨髓源巨噬細胞I 型IFN 擴增基因Oas2 和Mx2 轉錄，提高機體I 型IFN 表達量，能及時減少感染后肺部流感病毒RNA 表達量，進而減少因病毒感染造成的肺部上皮細胞凋亡[31]。

4 腸道神經與肺部的關系

豬只腸道中分布眾多迷走神經，其對于促進胃腸道消化酶與激素分泌、胃腸蠕動與黏膜屏障功能等至關重要，如經血管活性腸肽途徑上調結腸緊密連接蛋白ZO-1 表達，降低上皮細胞滲透性[32]。受刺激的迷走神經可將刺激信號傳至大腦，大腦信號經傳出迷走神經傳導至外周器官和免疫系統(tǒng)并做出相應反應，如抑制組織產生促炎性細胞因子[33]、緩解內毒素血癥[34]。

Krzyzaniak 等[35]發(fā)現(xiàn)，在機體損傷情況下，刺激迷走神經可減少肺部趨化因子濃度和中性粒細胞浸潤，降低肺部損傷；而切斷腹部迷走神經后則不表現(xiàn)出對肺部的保護效應。Levy等[36]刺激頸部迷走神經，可有效下調創(chuàng)傷性失血休克引起的腸道屏障受損和肺部炎癥增加。主要在于刺激迷走神經可抑制腸系膜淋巴的活性，抑制肺部NF-?B 活化，下調介導炎癥反應的黏附分子ICAM-1 表達，減少中性粒細胞、白細胞等在炎癥部位黏附聚集，降低腸系膜淋巴毒性和肺部炎癥[35-37]。

5 小結

由上述可知，豬只肺與腸道在供氧狀態(tài)、菌群及其代謝產物以及神經之間均存在較強的關聯(lián)性，二者之一存在功能障礙會影響另一器官功能進而影響豬只健康。因此在替抗中將腸道和呼吸道作為整體，以“肺腸同制”理念采取措施，維護胃腸道與肺部的結構與功能完整實現(xiàn)菌群平衡、建立共同黏膜免疫屏障與完善神經體液調節(jié)（神經調節(jié)與激素分泌）功能來調節(jié)代謝活動，實現(xiàn)豬只胃腸道功能和肺部功能的統(tǒng)一，將為替抗領域提供新的解決思路。