□張宏福(生產(chǎn)與環(huán)境控制研究室)
養(yǎng)殖環(huán)境對畜禽自身免疫的影響
□張宏福(生產(chǎn)與環(huán)境控制研究室)
(接上期)
1.3 環(huán)境粉塵
規(guī)?;s化養(yǎng)殖使舍內(nèi)粉塵產(chǎn)生量增多,嚴(yán)重影響飼養(yǎng)員呼吸系統(tǒng)健康。
目前,粉塵對動物健康影響的研究較為缺乏。有研究表明,環(huán)境粉塵能夠抑制IgG和IgA產(chǎn)生,降低雞對新城疫的抵抗力。由于環(huán)境粉塵的化學(xué)組成、重量、大?。╪m-μm)、數(shù)量、形狀、表面積均有所不同,這些均會影響粉塵的毒性作用,因此針對環(huán)境粉塵開展相關(guān)研究面臨諸多挑戰(zhàn)。與城市空氣粉塵不同,畜禽舍內(nèi)的粉塵主要由灰塵、微生物、內(nèi)毒素、空氣致敏原組成,其中內(nèi)毒素是粉塵致炎作用的主要因子。以不影響飼養(yǎng)員肺功能為原則,Donham等提出禽舍內(nèi)粉塵應(yīng)控制在總灰塵 2.4毫克/立方米、可吸入灰塵0.16毫克/立方米、內(nèi)毒素614 EU/立方米和氨氣12 ppm。
粉塵影響動物健康及其機(jī)制研究非常少,人類及模式動物的相關(guān)研究可為畜禽研究提供一定的思路。實驗動物表明,細(xì)粉塵(PM2.5)顯著增加肺部炎癥因子浸潤和巨噬細(xì)胞數(shù)量,引起肺部局部和全身炎癥反應(yīng)。體外研究表明,氧化應(yīng)激是粉塵造成呼吸道和心血管系統(tǒng)疾病的主要作用機(jī)制。細(xì)粉塵造成支氣管上皮細(xì)胞發(fā)生炎癥和免疫反應(yīng)、氧化應(yīng)激、DNA損傷。因此,一些學(xué)者把 TNF-α、IL-6、IL-8、TBARs、8-OHdG等作為粉塵影響畜禽健康和疾病的指標(biāo)。此外,環(huán)境粉塵直接作用于呼吸道黏膜屏障,降低黏膜抗菌肽防御素-2和防御素-3的表達(dá),消除對病原微生物的抑制。粉塵在呼吸系統(tǒng)的分布以及能夠到達(dá)的深度與粉塵顆粒大小緊密相關(guān)。家禽研究表明,顆粒大的粉塵主要分布在上呼吸道,只有細(xì)顆粒物能深入到肺泡組織。粉塵顆粒大小不同對免疫系統(tǒng)作用的機(jī)制也不同,細(xì)顆粒物(PM2.5)主要通過Toll樣受體-2(TLR2)引起巨噬細(xì)胞表達(dá)TNF-α和IL-6,粗顆粒物主要通過TLR4引起炎癥反應(yīng)。
隨著動物抗病育種和相關(guān)檢測技術(shù)的加強(qiáng),早期研究結(jié)果不能完全滿足現(xiàn)代畜禽健康養(yǎng)殖的需求,環(huán)境生理基礎(chǔ)研究應(yīng)從以下幾個方面加強(qiáng)。
2.1 拓寬環(huán)境參數(shù)的研究,加重環(huán)境因素影響
畜禽免疫的研究與人和模式動物相比,環(huán)境與畜禽生理學(xué)的研究在內(nèi)容和深度上還相當(dāng)缺乏,僅限于生長、生產(chǎn)性能等,對于畜禽健康和免疫等方面的研究還很淺顯,還停留在免疫蛋白、細(xì)胞因子等的測定。由于不同的免疫系統(tǒng)在保證畜禽健康有著不同的功能和作用機(jī)制,免疫蛋白和細(xì)胞因子并不能全面評價畜禽免疫功能和健康水平。應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境-生理-免疫-健康的寬度、深度(作用機(jī)制)和系統(tǒng)性。
近50年,畜禽環(huán)境生理的研究主要側(cè)重于溫度等易控制因素,這種研究因素的不平衡制約了畜禽健康養(yǎng)殖體系的建立。畜禽健康養(yǎng)殖體系是一個高度整合的生態(tài)系統(tǒng),不能僅靠某單一因素來衡量。環(huán)境因數(shù)之間存在著相互影響和作用。以舍內(nèi)有害氣體為例,增加通風(fēng)能夠降低舍內(nèi)有害氣體,但同時對舍內(nèi)溫度、濕度、粉塵產(chǎn)生顯著的影響。在研究環(huán)境因素對畜禽健康影響較為淺顯的基礎(chǔ)上,很難均衡地考慮各環(huán)境因素對畜禽健康的綜合影響。
2.2 利用標(biāo)準(zhǔn)化試驗條件開展畜禽環(huán)境參數(shù)精細(xì)化研究
研究環(huán)境-畜禽生理的難點之一是環(huán)境因素的精細(xì)控制,需要使用人工環(huán)境控制艙。人工環(huán)控艙即能準(zhǔn)確測定環(huán)境因素的變化,同時也能從技術(shù)精密度的層面定量分析環(huán)境處理因子對畜禽健康和免疫的影響。在研究氨氣影響肉雞的過程中發(fā)現(xiàn),不同的評價指標(biāo)體現(xiàn)出不同的敏感性。當(dāng)環(huán)境氨氣濃度達(dá)到 75 ppm時,肉雞體重、日增重、采食量、死亡率等生產(chǎn)性能受到顯著影響;當(dāng)氨氣濃度達(dá)到 50 ppm時,肉雞發(fā)生喘息加快等行為學(xué)改變;超過50 ppm氨氣破壞呼吸道黏膜屏障,引起呼吸道上皮細(xì)胞凋亡、粘蛋白表達(dá)量減少,顯著刺激全身和氣管黏膜中致炎因子的表達(dá);當(dāng)氨氣濃度達(dá) 50 ppm時,肉品質(zhì)發(fā)生改變,肝臟和胸肌中脂肪含量降低,而腹脂率有所提高。定量分析環(huán)境因子與評價指標(biāo)的相互關(guān)系,才能為畜禽健康養(yǎng)殖體系提供科學(xué)證據(jù)。
2.3 引入高通量技術(shù)鑒別綜合評價指標(biāo)
畜禽無法表達(dá)主觀感受,評價健康和福利需要某些客觀生理指標(biāo),如呼吸頻率、直腸溫度、生產(chǎn)性能等。如何選擇和決定合適的評價指標(biāo)是環(huán)境生理基礎(chǔ)研究的另一大挑戰(zhàn)。已有的研究多采用點將式的手法對已知指標(biāo)逐一分析。這種研究思路高度依賴前人研究結(jié)果,對新的領(lǐng)域和途徑缺乏探究,有一定局限性。隨著蛋白質(zhì)組學(xué)、基因組學(xué)、代謝組學(xué)等高通量技術(shù)的應(yīng)用,環(huán)境生理研究將進(jìn)入一個新的發(fā)展階段。通過標(biāo)記的蛋白質(zhì)組學(xué)i-TRAQ技術(shù),Zhang等發(fā)現(xiàn)肉雞暴露于高水平氨氣(75 ppm),肝臟的能量、脂質(zhì)和氨基酸代謝、轉(zhuǎn)錄調(diào)控、免疫調(diào)節(jié)和應(yīng)激反應(yīng)都發(fā)生了顯著變化。高通量蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)不僅驗證了環(huán)境高濃度氨氣對動物造成的應(yīng)激作用,而且首次提出了環(huán)境氨氣可能造成肉雞代謝紊亂。此外研究中發(fā)現(xiàn)氨氣引起的脂肪代謝相關(guān)因子的變化,在相關(guān)試驗中也得到了驗證。邢煥發(fā)現(xiàn)氨氣影響脂肪在肉雞肝臟、腹脂、背脂間的分布。因此,引入高通量技術(shù),不僅能夠可靠地篩選出動物健康評價指標(biāo),還可以進(jìn)行新指標(biāo)的探索和發(fā)現(xiàn)。
高通量技術(shù)的應(yīng)用拓寬了環(huán)境生理學(xué)研究的寬度,增加了相關(guān)研究的深度。
大量研究表明,環(huán)境高溫造成畜禽熱應(yīng)激,上調(diào)熱休克蛋白,增加組織氧化損傷,降低采食量等。通過SWATH蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù),唐湘方發(fā)現(xiàn)熱應(yīng)激可以引起肝臟的能量、蛋白、脂肪代謝的改變,上調(diào)熱應(yīng)激蛋白以及應(yīng)激激素兒茶酚胺的表達(dá),挖掘出 14個與ERK1/2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)的差異蛋白。ERK1/2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)了細(xì)胞增殖和凋亡,該通路的變化揭示了機(jī)體細(xì)胞在熱應(yīng)激條件下具有一定調(diào)節(jié)保護(hù)作用,維持細(xì)胞存活。
2.4 采用薈萃分析加強(qiáng)環(huán)境因素交互作用的分析
薈萃分析(meta analysis)是近年來興起的一種對以往試驗結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)性“綜述”的研究方法,用統(tǒng)計的概念與方法,收集、整理與分析針對某個主題所做的眾多研究結(jié)果,尋找變量之間的明確關(guān)系模式。檢索薈萃分析在畜禽方面的研究報道有150篇,包括營養(yǎng)因素(益生菌、脂肪酸、植酸酶)、微生物、環(huán)境因素等的研究。養(yǎng)殖環(huán)境因素眾多,各個因素之間互相作用,增加了環(huán)境生理學(xué)研究的難度,相似的研究結(jié)果往往不一致,可能主要源于不同環(huán)境因素的互作。如何從大量的類似試驗研究,綜合考慮各因素的互作,得出準(zhǔn)確結(jié)論是環(huán)境生理學(xué)研究的第三大挑戰(zhàn)。薈萃分析利用已有的研究內(nèi)容,綜合考慮各因素的互作,得出更為可靠的環(huán)境參數(shù),為健康養(yǎng)殖提供科學(xué)依據(jù)。
利用薈萃分析,Renaudeau等發(fā)現(xiàn)環(huán)境高溫與日均采食量和日增重呈現(xiàn)曲線下降的關(guān)系,體重對這個關(guān)系有顯著影響。由于溫度與生產(chǎn)性能回歸的截距和回歸系數(shù)與開展試驗的時間密切相關(guān),提示現(xiàn)代品質(zhì)對熱應(yīng)激越來越敏感。Mignon-Grasteau等成功分析了熱應(yīng)激對蛋雞生產(chǎn)性能(采食量、產(chǎn)蛋率、死淘率、蛋重、蛋殼強(qiáng)度等)的影響,發(fā)現(xiàn)年齡和品種是影響蛋雞熱反應(yīng)性的重要因素,蛋殼強(qiáng)度、蛋重、產(chǎn)蛋率是評價蛋雞熱穩(wěn)定的適宜指標(biāo)。上述兩個研究充分體現(xiàn)了薈萃分析的強(qiáng)大“綜述”能力,將其應(yīng)用在環(huán)境生理研究,能夠更好地解析環(huán)境因素間的互作。
加強(qiáng)環(huán)境生理的基礎(chǔ)研究,為飼養(yǎng)工藝和設(shè)施設(shè)備的改進(jìn)提供準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù),從提高動物福利和自身免疫力入手,真正建立“養(yǎng)重于防、防勝于治”的健康養(yǎng)殖基礎(chǔ)路線,才能提高我國畜牧生產(chǎn)效率、減少疫苗和藥物使用,保證畜產(chǎn)品質(zhì)量安全,切實減少畜牧養(yǎng)殖對環(huán)境的污染。
(全文完)