家禽壞死性腸炎的發(fā)病機(jī)制及控制措施

文│孫海洋（山東省博興縣純化鎮(zhèn)畜牧獸醫(yī)站）

祁秀梅（山東省博興縣城東街道畜牧獸醫(yī)站）

壞死性腸炎是一種復(fù)雜、多因素的流行病，表現(xiàn)為急性臨床或亞臨床疾病。關(guān)于家禽中壞死性腸炎的第一份報(bào)告發(fā)表于20世紀(jì)60年代初。肉雞行業(yè)對(duì)使用亞治療劑量的抗菌藥物作為抗生素生長(zhǎng)促進(jìn)劑的限制導(dǎo)致了壞死性腸炎等腸道疾病的再次流行。傳統(tǒng)養(yǎng)殖肉雞中壞死性腸炎的發(fā)生率為0，而27.4%的無(wú)生長(zhǎng)促進(jìn)藥物添加的肉雞經(jīng)歷了臨床壞死性腸炎，49%經(jīng)歷了亞臨床壞死性腸炎。壞死性腸炎主要影響2周至6個(gè)月大的肉雞，全球壞死性腸炎的年損失估計(jì)達(dá)60億美元，巨大的經(jīng)濟(jì)損失與生產(chǎn)性能下降、死亡率增加和疾病治療成本有關(guān)。壞死性腸炎的病原產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌能感染人類(lèi)，美國(guó)發(fā)生的病例中有92%可以追溯到家禽產(chǎn)品。

一、病原學(xué)和毒力因子

產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌（A型和C型）以前被稱(chēng)為Clostridium

welchii，是家禽中與壞死性腸炎相關(guān)的主要病原體。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌是一種箱狀、革蘭氏陽(yáng)性、囊封、厭氧孢子細(xì)菌，是土壤和哺乳動(dòng)物腸道中的常見(jiàn)微生物。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌耐高溫、干燥和輻射，適宜的生長(zhǎng)溫度為6～50℃，最佳值為43～47℃，生長(zhǎng)的最適pH為6～7.2。能發(fā)酵葡萄糖、乳糖、果糖、麥芽糖、甘露糖、半乳糖、蔗糖、肌醇和淀粉，產(chǎn)生乙酸和丁酸，可能含有或不含丁醇。如果沒(méi)有合適的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌會(huì)形成休眠孢子，可以長(zhǎng)期存活。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌在各種環(huán)境條件下的生存能力和大量的毒力因子有助于其在宿主中成功感染活組織，導(dǎo)致壞死。透明質(zhì)酸酶、唾液酸酶、NetB毒素、催化酶和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等毒素的分泌是壞死性腸炎的標(biāo)志性體征。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌由于其快速的生長(zhǎng)代謝在腸道中的競(jìng)爭(zhēng)力超過(guò)其他細(xì)菌。

產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌缺乏與氨基酸生物合成相關(guān)的基因，表明該細(xì)菌不能在氨基酸缺乏的環(huán)境中生長(zhǎng)。為了克服這一弊端，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌擁有一系列毒力因子，這些毒力因子有助于宿主組織的降解和提取細(xì)菌在宿主體內(nèi)生存的必需營(yíng)養(yǎng)素。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌分離株產(chǎn)生毒素的能力各不相同，根據(jù)毒素類(lèi)型分類(lèi)，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌可分為6種類(lèi)型，分別為A～G型，其中與壞死性腸炎相關(guān)的是A型和C型。毒力因子主要包括毒素和酶，包括α-毒素、β-毒素、β2-毒素、δ-毒素、腸毒素、ε毒素、NetB毒素、NetE毒素、NetF毒素、NetG毒素和TpeL毒素等?？筛鶕?jù)作用機(jī)制分為膜破壞酶、造孔毒素、細(xì)胞內(nèi)毒素和水解酶。所有的產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌分離株都含有α-毒素基因，α-毒素是一種鋅依賴(lài)性酶，具有水解真核細(xì)胞膜中的磷脂酶C的活性。β-毒素是B型和C型產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌產(chǎn)生的最有效的毒素之一，細(xì)胞毒性是通過(guò)細(xì)胞膜上形成的孔介導(dǎo)的，孔的存在允許靶細(xì)胞與其環(huán)境之間不受控制的離子交換，導(dǎo)致細(xì)胞穩(wěn)態(tài)破壞，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。腸毒素基因可以攜帶在質(zhì)?；蛉旧w上，在A型產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌中最為常見(jiàn)，腸毒素與受體結(jié)合蛋白相互作用形成小的復(fù)合物作用于細(xì)胞膜形成孔，增加細(xì)胞內(nèi)鈣的流入，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。NetB毒素與位于細(xì)胞膜上的膽固醇相互作用，介導(dǎo)了細(xì)胞孔的形成和低聚化孔的形成，破壞了細(xì)胞膜，增加了離子流入，從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。TpeL毒素于2007年首次在C型產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌的培養(yǎng)上清液中被發(fā)現(xiàn)，后經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，TpeL毒素基因在A型、B型和C型的質(zhì)粒上，TpeL毒素分解后介導(dǎo)不同gtpase糖基化，而gtpase本在蛋白調(diào)控和形成中發(fā)揮作用，必需蛋白被阻斷導(dǎo)致細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞間連接的喪失，最終導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。

二、發(fā)病機(jī)制

細(xì)菌感染的發(fā)病機(jī)制大致可分為六個(gè)階段，即靶部位的定植，生長(zhǎng)和增殖，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的獲取，宿主防御機(jī)制的逃避，對(duì)宿主組織的損傷以及傳播。在快速生長(zhǎng)的病原體（如產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌）發(fā)病機(jī)制中，這些階段是動(dòng)態(tài)的，幾乎同時(shí)發(fā)生，目前尚不完全清楚。腸上皮細(xì)胞分泌黏蛋白，黏蛋白形成物理屏障，防止病原體進(jìn)入，在黏液層的定植對(duì)產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染和發(fā)展為壞死性腸炎至關(guān)重要。黏蛋白中心糖基化區(qū)域上的寡糖為細(xì)菌黏附提供了潛在的結(jié)合位點(diǎn)，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌具有能利用寡糖作為能量來(lái)源的糖苷水解酶和能降解黏蛋白的幾丁質(zhì)酶。降解的黏液可能是產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源，并促進(jìn)病菌能在黏膜上定植。球蟲(chóng)感染刺激了T細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致宿主腸上皮細(xì)胞增加黏液生成，并通過(guò)組織損傷釋放必需氨基酸，而這些必需氨基酸能促進(jìn)病菌的生長(zhǎng)和定殖。

黏液層降解后，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌分泌的造孔毒素進(jìn)入上皮細(xì)胞，破壞上皮的基底結(jié)構(gòu)域，向細(xì)胞間連接發(fā)展，并擴(kuò)散到固有層，由此腸上皮壞死并脫落。完整的腸上皮對(duì)吸收、利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及防止病原體進(jìn)入至關(guān)重要，腸上皮的相鄰細(xì)胞通過(guò)緊密連接在一起，通過(guò)密封細(xì)胞旁間隙來(lái)維持腸道的完整性。但緊密連接蛋白特別是claudin-3和claudin-4，作為產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌分泌的腸毒素的功能受體。腸毒素與claudin蛋白結(jié)合形成小的復(fù)合物，小復(fù)合物聚集插入細(xì)胞膜，形成的孔隙允許鈣流入，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

壞死性腸炎的大體病變通常局限于空腸和回腸，但也可能發(fā)生在十二指腸和盲腸。小腸通常很薄，易破，并充滿(mǎn)氣體。亞臨床壞死性腸炎、肝炎、膽管性肝炎和膽囊被絮凝物堵塞有關(guān)。膽汁酸能促進(jìn)產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌產(chǎn)孢和腸毒素，說(shuō)明小腸、十二指腸和空腸上部壞死病變的發(fā)生率較高。

三、宿主免疫反應(yīng)

宿主的免疫反應(yīng)在壞死性腸炎的研究中差異很大，這種差異可能歸因于使用的不同菌株、壞死性腸炎模型及誘發(fā)因素等。

腸道黏膜免疫系統(tǒng)在壞死性腸炎的先天免疫反應(yīng)中發(fā)揮著重要作用，腸細(xì)胞、上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞和先天免疫細(xì)胞表達(dá)病原體識(shí)別受體。先天免疫系統(tǒng)細(xì)胞上的病原體識(shí)別受體識(shí)別與病原體相關(guān)的分子基序，如鞭毛蛋白、脂多糖、肽聚糖和細(xì)菌遺傳物質(zhì)，并啟動(dòng)對(duì)病原體的先天免疫反應(yīng)。Toll樣受體（TLR）是參與非特異性免疫的一類(lèi)重要蛋白質(zhì)分子，革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁肽聚糖被TLR2b識(shí)別，TLR4識(shí)別革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞膜的脂多糖組分，TLR5識(shí)別革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性細(xì)菌的鞭毛蛋白。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染增加了脾臟和回腸中TLR1.2、TLR2.1、TLR4、TLR7和TLR15的表達(dá)，壞死性腸炎的發(fā)生上調(diào)了十二指腸中TLR2和TLR15 mRNA的表達(dá)，這些表明TLR在產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染的先天免疫反應(yīng)中的重要性。

活化的巨噬細(xì)胞會(huì)分泌IL-12，刺激IFN-γ 的產(chǎn)生，從而誘導(dǎo)T細(xì)胞分化，啟動(dòng)細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌感染可誘導(dǎo)IL-1β、IL-2、IL-12、IL-13、IL-17、IFN-α、IFN-γ和TGF-β的表達(dá)。

四、控制策略

飼料中抗生素的幾種替代品（如益生菌、益生元和植物提取物等）已被用于控制壞死性腸炎的發(fā)病，但這些方法依賴(lài)于宿主免疫反應(yīng)的積極調(diào)節(jié)、營(yíng)養(yǎng)操作和病原體減少。此外，應(yīng)在養(yǎng)殖場(chǎng)制定生物安全措施和疫苗接種策略，限制家禽接觸病原生物。益生菌可以由單一菌株或不同菌株的組合組成，黏附在宿主胃腸道黏膜上，競(jìng)爭(zhēng)性地抑制病原菌定植，積極調(diào)節(jié)宿主免疫功能。刺激腸道黏膜免疫系統(tǒng)、抑制病原體定植和產(chǎn)生短鏈脂肪酸是益生元（如甘露果糖、低聚果糖）對(duì)宿主腸道健康發(fā)揮有益作用的機(jī)制。植物提取物是次生植物代謝產(chǎn)物，通常屬于硫代葡萄糖苷、異戊二烯衍生物和類(lèi)黃酮類(lèi)，這些化合物具有抗菌、抗氧化、抗炎、免疫調(diào)節(jié)和抗寄生蟲(chóng)等功能，在家禽日糧中補(bǔ)充植物提取物可以刺激內(nèi)分泌系統(tǒng)，改善小腸消化，并維持腸道微生物穩(wěn)態(tài)。

接種疫苗是預(yù)防細(xì)菌性疾病在家禽中流行的有效策略，當(dāng)前針對(duì)家禽中大多數(shù)產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌的疫苗是基于參與特定發(fā)病機(jī)制的毒素開(kāi)發(fā)的，但目前開(kāi)發(fā)一種有效的保護(hù)家禽免受壞死性腸炎的疫苗的進(jìn)展仍然有限。