劉玉蘭

（武漢輕工大學動物營養(yǎng)與飼料科學湖北省重點實驗室，湖北武漢 430023）

仔豬免疫應激及其營養(yǎng)調控研究進展

劉玉蘭

（武漢輕工大學動物營養(yǎng)與飼料科學湖北省重點實驗室，湖北武漢 430023）

編者按

2017年《中國畜牧雜志》全面改版。為更好展示畜牧學領域的科技前沿，促進學術交流，本刊特別邀請不同領域的專家或青年骨干，圍繞各自的研究領域，介紹自己、團隊或國際研究機構近幾年的研究成果、存在問題及研究展望，或就當前的研究熱點問題進行討論和評論。2017年第一期自副主編開始，將為讀者帶來相關綜述，希望能引發(fā)讀者對相關熱點、難點的思考，并進行深入探討。

“免疫應激”在養(yǎng)豬生產(chǎn)中普遍存在，是導致豬生長抑制的重要因素之一，給養(yǎng)豬生產(chǎn)造成很大的經(jīng)濟損失。免疫應激是由于飼養(yǎng)環(huán)境中的病原體或非病原體（如細菌、病毒和內(nèi)毒素等）、疫苗接種等刺激豬的免疫系統(tǒng)所致[1]。

適度的免疫反應對動物抵抗疾病、維持健康是有益的，然而當機體受到病原體或非病原體刺激時，免疫系統(tǒng)常處于一種高度激活狀態(tài)，導致炎性細胞因子，如白細胞介素（IL）-1β、IL-6和腫瘤壞死因子（TNF）-α等過量分泌，從而產(chǎn)生免疫應激問題。傳統(tǒng)的觀點認為，炎性細胞因子主要由免疫系統(tǒng)產(chǎn)生。然而近十年的研究發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)、胃腸道、肝臟、肌肉和脂肪等組織也能分泌炎性細胞因子[1]。這些細胞因子通過對靶組織（如胃腸道、肝臟、肌肉和脂肪）的直接作用或通過作用于神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，引起動物一系列行為和代謝上的改變。行為上改變的典型特征是動物發(fā)燒、厭食；代謝上的改變是機體將用于生長和骨骼肌沉積的營養(yǎng)物質轉向于維持高度激活的免疫系統(tǒng)，造成生長速度下降、飼料轉化率降低、骨骼肌分解加速、合成減慢，最終導致動物生長遲緩和胴體品質下降[1]。因此，采取一定措施適度調節(jié)應激動物過度的免疫反應，尤其是炎性細胞因子的過量產(chǎn)生對緩解免疫應激有重要作用。目前，通過營養(yǎng)調控來緩解免疫應激已成為動物營養(yǎng)學的重要研究方向。

本文主要綜述了本實驗室的最新研究進展，包括仔豬免疫應激模型、免疫應激與炎癥/抗炎信號通路的關系，并闡述了不同營養(yǎng)素對仔豬免疫應激的調控作用。

1 仔豬免疫應激模型

免疫應激包括復雜的神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫反應，建立合適的免疫應激模型，準確模擬免疫應激的生理過程，對進一步研究免疫應激的機制及其營養(yǎng)調控措施具有重要意義。

造成豬免疫應激的因素很多，如病原性或非病原性微生物、疫苗、內(nèi)毒素和異源蛋白等。因此，國內(nèi)外研究者建立了多種免疫應激模型。目前模擬免疫應激經(jīng)典的方式是從豬腹膜或靜脈注射一定劑量的大腸桿菌脂多糖（LPS）。本實驗室研究發(fā)現(xiàn)，給仔豬腹膜注射100 μg/kg體重LPS，可誘導豬產(chǎn)生急性細菌感染癥狀（如發(fā)燒、嘔吐、嗜睡等），導致血漿和組織炎性細胞因子，如TNF-α、IL-1和IL-6的含量或表達量顯著上升，導致下丘腦-垂體-腎上腺（HPA）軸激活，生長軸抑制，從而導致仔豬生長抑制[2]。此外，LPS刺激也會導致組織損傷。實驗室研究發(fā)現(xiàn)，LPS可導致仔豬腸道結構及消化、吸收和屏障功能受損[3-4]。LPS可刺激肝臟枯否細胞分泌大量TNF-α，造成肝臟結構和功能損傷[5]。此外，LPS也可以抑制肌肉蛋白質的合成，促進肌肉蛋白質降解，降低肌肉量[6]。該研究為揭示豬免疫應激的機制和營養(yǎng)調控的研究提供了良好的模型。

2 仔豬免疫應激與炎癥/抗炎信號通路的關系

從仔豬免疫應激的特點來看，免疫應激與炎癥具有一定的相關性。目前，在免疫學和生物物理學等學科領域發(fā)現(xiàn)，過氧化物酶體增殖物活化受體γ（PPARγ）、Toll樣受體（TLRs）和核苷酸結合寡聚化結構域（NODs）等信號通路對炎癥具有重要調節(jié)作用。因而，推測這些信號通路可能參與豬免疫應激的調控，并進行了驗證。

2.1 PPARγ信號通路 PPARγ屬II型核受體超家族成員，為一種配體激活的核轉錄因子。在醫(yī)學研究領域發(fā)現(xiàn)，PPARγ為一種重要的抗炎信號分子，在抵抗試驗動物炎性疾病方面發(fā)揮重要作用。鑒于此，推測PPARγ在仔豬的免疫應激中可能具有相似的作用。然而，研究發(fā)現(xiàn)，PPARγ對仔豬免疫應激的調控作用具有組織特異性。在免疫系統(tǒng)，PPARγ激活促進了炎性細胞因子的釋放從而加劇了仔豬免疫應激反應[7]；在腸道，PPARγ激活抑制了腸道炎性細胞因子釋放從而緩解了腸道損傷[8]。這表明，PPARγ作為免疫應激的一種中間調控分子，只能局部而不能全面控制仔豬的免疫應激。

2.2 TLR4和NODs信號通路 TLRs和NODs是近年來剛發(fā)現(xiàn)的與免疫密切相關的受體家族，為一類模式識別受體，通過識別不同病原體的病原相關的分子模式在抗感染天然免疫和炎癥反應中發(fā)揮重要作用。因此，預測TLRs和NODs可能參與仔豬免疫應激的調控。本實驗室研究結果表明，免疫應激使仔豬免疫組織、神經(jīng)內(nèi)分泌組織、肝臟、肌肉、脂肪和腸道中TLR4信號通路（包括TLR4、MyD88、IRAK1、TRAF6、NF-кB、TNF-α等）和NODs信號通路（包括NOD1、NOD2、RIPK等）關鍵基因的表達上調，導致各組織炎性細胞因子過量釋放，從而導致HPA軸激活，腸道和肝臟損傷，肌肉蛋白質降解增強，生產(chǎn)性能下降。采用相應的阻斷劑抑制TLR4、NOD1、NOD2可以緩解這些現(xiàn)象[9-14]。這些研究結果表明，TLR4和NODs信號通路激活可導致仔豬的免疫應激，負調控TLR4和NODs通路成為控制仔豬免疫應激的重要途徑。

進一步探討TLR4負調控因子—細胞因子信號轉導抑制蛋白1（SOCS1）仔豬在免疫應激中的調控作用，發(fā)現(xiàn)免疫應激導致SOCS1在仔豬各組織中mRNA表達量顯著上升（未發(fā)表資料）。在豬小腸上皮細胞系（IPEC1）上進一步研究發(fā)現(xiàn)，SOCS1可以抑制IPEC1細胞炎癥反應，但是對IPEC1細胞損傷無顯著緩解作用[15]。有關SOCS1對豬免疫應激的影響尚需進一步研究。

3 仔豬免疫應激的營養(yǎng)調控

目前，通過營養(yǎng)調控來緩解免疫應激已成為動物營養(yǎng)學的重要研究方向。近十年來，本實驗室系統(tǒng)探討了脂肪酸（如n-3多不飽和脂肪酸（PUFA）、中鏈脂肪酸（MCFA）、短鏈脂肪酸（SCFA））、功能性氨基酸（如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、天冬酰胺、天冬氨酸、甘氨酸、N-乙酰半胱氨酸）、植物提取物（如寡糖、多糖、精油、多酚）對仔豬免疫應激的調控作用。本文僅對脂肪酸對仔豬免疫應激的調控作用進行闡述。

n-3 PUFA主要包括α-亞麻酸（ALA，C18:3n-3）、二十碳五烯酸（EPA，C20:5n-3）和二十二碳六烯酸（DHA，C22:6n-3）。ALA主要存在于植物油中，EPA和DHA主要存在于深海魚油中。ALA是EPA和DHA的前體物質，在體內(nèi)可以轉變成EPA和DHA，但是轉化的比例很有限（0.2%～15%）。本實驗室早期研究發(fā)現(xiàn)，魚油（富含EPA和DHA）可有效緩解LPS導致的仔豬日采食量和日增重的下降。魚油的這種效果與其抑制血漿炎性細胞因子的過量釋放，緩解生長軸的抑制和HPA軸的激活密切相關[2]。進一步研究發(fā)現(xiàn)，魚油還可有效緩解LPS導致的仔豬腸道、肝臟損傷和肌肉蛋白質的降解。魚油的這種緩解作用與其抑制TLR4和NODs信號通路密切相關[12-14]。除了魚油之外，也研究了亞麻油（富含ALA）對仔豬免疫應激的調控作用，發(fā)現(xiàn)亞麻油提高了肝臟和腸黏膜中總n-3 PUFA、ALA和EPA的含量，抑制了肝臟和腸道TLR4和NODs信號通路某些基因的表達，對LPS誘導肝臟結構和功能的損傷具有一定的緩解作用，但對腸道功能僅有輕微的保護作用，對腸道結構無改善作用[16]?？傮w而言，亞麻油對免疫應激的緩解作用不如魚油，這可能與ALA在豬體內(nèi)轉化為EPA效率較低有關。綜上所述，在n-3 PUFA中，富含EPA和DHA的魚油是一種有效緩解豬免疫應激的重要營養(yǎng)素。

MCFA指含有6～12個碳原子的脂肪酸，主要包括己酸、辛酸、癸酸和月桂酸，其酯化形式為中鏈甘油三酯（又稱中鏈脂肪）。目前，關于MCFA對豬免疫應激的研究很少見報道。本實驗室研究發(fā)現(xiàn)，辛、葵酸甘油酯可抑制TLR4和NODs/p38信號通路、程序性壞死信號通路（RIP1/RIP3/MLKL）相關基因的mRNA或蛋白表達，進而降低腸道和肝臟炎性介質的表達，緩解LPS對仔豬腸道和肝臟的損傷[17]。

SCFA指碳原子數(shù)少于6的脂肪酸，包括乙酸、丙酸和丁酸，主要由結腸微生物發(fā)酵日糧纖維產(chǎn)生。這些SCFA為結腸細胞的主要能源，可為結腸細胞提供60%～70%的能量。目前，有關SCFA在豬上的研究主要集中在腸道健康方面。本實驗室早期研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加0.5%三丁酸甘油酯可提高早期斷奶仔豬的日增重、日采食量和耗料增重比，降低腹瀉率，改善腸道形態(tài)學，提高腸道二糖酶的活性[18]。此外，近來研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬結腸炎模型中，日糧添加0.1%三丁酸甘油酯可抑制腸細胞凋亡，促進緊密連接蛋白的形成，激活表皮生長因子受體信號，從而緩解腸道損傷[19]。本實驗室與SCFA相關的研究還發(fā)現(xiàn)，仔豬日糧中添加木寡糖、香菇多糖可改變腸道微生物組成，提高腸道SCFA的產(chǎn)生，抑制組蛋白去乙?；富钚裕M而緩解LPS刺激導致的腸道炎癥反應，緩解腸道結構和功能損傷（未發(fā)表資料）。

4 小結與展望

LPS模型為揭示豬免疫應激的機制和營養(yǎng)調控的研究提供了良好的模型。TLR4和NODs等與炎癥密切相關的信號通路參與了豬免疫應激的調控。n-3 PUFA、MCFA、SCFA可有效緩解免疫應激導致的生長抑制或組織損傷等負面影響。這些研究為緩解豬免疫應激進而提高養(yǎng)豬生產(chǎn)水平和效益提供了理論依據(jù)。

目前，在有關豬的免疫應激及其營養(yǎng)調控的研究中，仍需要深入研究以下幾個方面的問題：①LPS免疫應激模型存在不足。在實際豬場環(huán)境中，普遍存在的是慢性免疫應激，而LPS誘導的是急性免疫應激，更為理想的模型還需進一步探索。在探索理想免疫應激模型的過程中，最佳應激源、確定適宜引入方式和劑量、篩選敏感監(jiān)測標識、明確應激持續(xù)時間都十分困難，有待深入研究。②免疫應激的機制尚需進一步探討。除了炎癥/抗炎信號通路參與免疫應激的調控外，其他信號通路（如與細胞死亡或應激相關的信號通路）也可能參與免疫應激的調控。隨著組學、表觀遺傳學等技術手段在該研究領域的應用，將有助于全面揭示免疫應激的分子機制。③不同營養(yǎng)素組合及其互作對免疫應激調控作用的研究很少。④營養(yǎng)素調控免疫應激的定性定量規(guī)律尚未建立。

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10.19556/j.0258-7033.2017-10-001

國家自然科學基金項目（31372318、31422053、31772615）

劉玉蘭（1975-），女，湖北天門人，博士，教授，2014年國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金獲得者，主要從事動物營養(yǎng)與免疫方面的研究，E-mail: yulanflower@126.com