唐鎮(zhèn)海 袁建敏

（中國農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，動物營養(yǎng)國家重點實驗室，北京100193）

抗生素作為一種生長促進劑在畜禽業(yè)中廣泛應用多年，但由于長期亞治療添加量導致細菌耐藥性的產(chǎn)生，給畜禽生產(chǎn)和人類健康帶來了嚴重威脅，因此，自2020年7月1日起，中國禁止使用除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑。全面禁抗容易導致畜禽腸道疾病高發(fā)，造成死亡率增加，降低養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)水平和效益，不利于養(yǎng)殖業(yè)健康發(fā)展，所以尋求安全高效的替抗藥物刻不容緩。

要開發(fā)新的替抗物質，一個重要的思路就是了解AGP(antibiotic growth promoter)的生理功能和所涉及的機制，再尋找與AGP在動物體內(nèi)生理反應相近的替抗物質。近年來的研究表明，AGP可能是通過直接或間接調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)來發(fā)揮促生長作用。植物精油(essential oil，EO)是植物次生代謝產(chǎn)物，具有抗氧化、緩解炎癥和促進動物生長發(fā)育的作用，這是一類具有良好替抗?jié)摿Φ奶烊痪G色添加劑。因此，本文就AGP 的促生長作用機制和植物精油對家禽腸道消化生理、黏膜形態(tài)、屏障功能等方面的影響及其替抗?jié)摿M行綜述，為家禽腸道健康調(diào)控及無抗生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 抗生素生長促進劑對動物健康的影響及作用機制

AGP又稱飼料藥物添加劑或飼用抗生素，在飼料中長期添加用于改善動物健康、減少疾病，研究表明抗生素在促進生長、改善飼料效率和降低臨床疾病死亡率方面具有良好效用。

1.1 抗生素生長促進劑對腸道健康的影響

腸道是營養(yǎng)物質消化吸收的主要場所，是家禽免疫和內(nèi)分泌系統(tǒng)的重要組成部分。腸道健康涵蓋了許多生理和功能特征，包括營養(yǎng)物質的高效消化吸收、穩(wěn)定的微生物群落、有效的免疫狀態(tài)、完整的屏障功能等，是一種維持腸道正常生理功能和穩(wěn)態(tài)、抵抗感染和非傳染性疾病的能力[1]。

1.1.1 對腸道形態(tài)的影響

腸道黏膜是形成腸道營養(yǎng)功能和屏障保護功能的組織學基礎，在營養(yǎng)物質吸收和防止微生物、毒素侵入機體方面有著非常重要的作用。腸道黏膜形態(tài)結構主要由腸道黏膜上皮細胞及其緊密的連接組成，腸道黏膜上皮細胞主要與營養(yǎng)吸收、腸道內(nèi)分泌有關，而緊密連接與腸道機械屏障關系密切。AGP的使用能夠改善腸道黏膜形態(tài)、促進黏膜發(fā)育，例如黏桿菌素的補充能增大空腸絨毛面積，降低黏膜肌層厚度，泰樂菌素則能夠降低空腸隱窩深度[2]。

1.1.2 對消化吸收功能的影響

AGP 的促生長作用與其對腸道消化生理的改善有密切關聯(lián)，AGP能夠顯著提高動物腸道消化酶的活性，增強對養(yǎng)分的消化能力。肽菌素（BMD）能顯著提高肉雞脂肪酶活性和淀粉酶活性，提高粗蛋白和粗脂肪的表觀消化率[3]。養(yǎng)分的吸收依賴于腸道營養(yǎng)轉運載體。禽類腸道中的葡萄糖吸收主要是由鈉依賴性葡萄糖轉運蛋白1（SGLT-1）和葡萄糖轉運蛋白2（GLUT-2）負責[4]。飼料中添加BMD能顯著提高肉雞空腸的葡萄糖轉運蛋白5（GLUT-5）、SGLT-1、二肽和三肽轉運蛋白（PepT1）的表達[2]。AGP 能提高腸道營養(yǎng)物質轉運蛋白的合成，提高養(yǎng)分利用率，從而促進動物生長。

1.1.3 對腸道屏障功能的影響

腸道屏障是指腸道能夠防止腸腔內(nèi)的有害物質(如細菌和各種毒素)穿過腸黏膜進入體內(nèi)其他組織器官和血液循環(huán)的結構和功能的總和，由機械屏障、化學屏障、微生物屏障和免疫屏障組成。當腸道屏障被破壞時，腸道微生物和毒素等便可進入血液循環(huán)，從而引起細菌和毒素的移位，易引發(fā)腸源性感染，甚至導致全身性炎癥反應或多器官功能的衰竭[5]。

以亞臨床劑量添加在飼料中的AGP 對腸道屏障功能的主要影響集中在免疫屏障和腸道菌群方面。AGP 具有良好的抗炎效果，例如多西環(huán)素[6]和達托霉素[7]可以降低脂多糖（LPS）誘導的炎癥反應強度。部分AGP 對于盲腸的部分低豐度細菌具有較強的影響，例如恩拉霉素和阿維霉素能引起盲腸菌群成員的顯著變化，但菌群結構卻沒有顯著變化[8]。莫能菌素和沙利諾霉素能夠顯著減少很多低豐度細菌，從而導致盲腸菌群的豐富度顯著降低，均勻度隨之提高[9]。有的AGP會降低腸道菌群多樣性，并具有提高產(chǎn)生丁酸和乳酸的細菌豐度和減少產(chǎn)生膽鹽水解酶（BSH）的細菌（部分乳酸桿菌[10]）的強烈趨勢。例如飼料中添加阿維霉素的肉雞盲腸中α多樣性顯著下降[11]，恩拉霉素[12]和桿菌肽[13]導致的乳酸桿菌、雙歧桿菌數(shù)量減少。維吉尼亞霉素能夠促進回腸丙酸桿菌屬和棒狀桿菌豐度的增加，并提高盲腸中乙酸和丙酸鹽的濃度[9]。乳桿菌數(shù)量的減少，將提高結合膽汁酸鹽的相對豐度，增強脂質代謝和能量利用[14]，雖然這類改變有利于生產(chǎn)性能的提高，但卻使腸道菌群朝著脆弱和不健康的方向發(fā)展，降低了微生態(tài)的穩(wěn)定性，容易導致腸道中潛在性病原體的定植和入侵。

1.2 抗生素生長促進劑的作用機制

1.2.1 免疫調(diào)節(jié)假說

炎癥是宿主對組織穩(wěn)態(tài)變化的反應中最主要的防御表現(xiàn)，是先天性免疫的重要組成部分，同時也是一種適應特定環(huán)境條件的適應性反應[15]，例如組織損傷、營養(yǎng)代謝失衡、毒素或感染等導致大范圍的炎癥反應。炎癥的發(fā)生指導許多免疫細胞和分子的產(chǎn)生，這對于動物機體健康意義重大。營養(yǎng)和生理成本與免疫反應有關，維持免疫系統(tǒng)機能和增強免疫應答需要大量營養(yǎng)，因此必須在競爭的營養(yǎng)需求之間進行權衡，以進行生長、繁殖、溫度調(diào)節(jié)以及其他生命活動。Jiang 等[16]給肉雞注射LPS 后，14～21 d 的體增重顯著降低了22%，其中生長抑制的41%主要歸因于免疫應答反應，因此必須限制免疫炎癥介質產(chǎn)生和炎癥反應強度。

免疫調(diào)節(jié)假說認為由于畜禽的生活環(huán)境中存在大量病原微生物和環(huán)境應激源，所以腸道持續(xù)處于病理性炎癥狀態(tài)，活性氧（ROS）以及大量促炎因子的產(chǎn)生會加劇炎癥反應，隨即發(fā)生免疫級聯(lián)反應產(chǎn)生全身性免疫反應。炎癥反應必須由大量營養(yǎng)素支持，營養(yǎng)必須從生產(chǎn)目的轉移以支持免疫反應，而炎癥介質會抑制食欲，進一步導致生產(chǎn)所需營養(yǎng)成分減少，并誘導宿主組織分解代謝，從而導致生產(chǎn)性能的下降[17]。AGP 能夠在免疫細胞中富集并直接作用于免疫細胞，降低吞噬細胞的活性，降低炎癥反應并減少炎癥反應誘導產(chǎn)生的促炎細胞因子，限制免疫級聯(lián)反應，減少免疫反應的能量消耗，并將其引導到生產(chǎn)中[18]。該理論回答了為什么亞治療劑量（Sub-MIC）的AGP 在不具備抑菌能力的情況下卻能夠對腸道微生物、腸道形態(tài)和生產(chǎn)性能產(chǎn)生影響，且不與以往菌群理論所觀察到的現(xiàn)象相沖突，因此具有較高可信度。

AGP也很可能既對宿主免疫有直接影響，又通過微生物區(qū)系產(chǎn)生間接影響[19]。因為胃腸道中微生物和宿主細胞通過代謝、免疫學和生理過程聯(lián)系在一起，二者的共生關系使得很難將其分離成單獨的實體，彼此的動態(tài)相互作用能夠創(chuàng)造有利于某些細菌種類和宿主反應的微環(huán)境，而這個動態(tài)過程很可能有AGP的參與。

1.2.2 亞抑制理論

該理論認為AGP 的主要作用方式是通過改變腸道微生物組來介導[20]。Broom[21]指出，雖然AGP 在飼料中的濃度低于最小抑菌濃度（MIC），但仍可影響腸道微生物的生長曲線、致病因子的產(chǎn)生以及宿主防御的敏感性，從而對腸道微生物區(qū)系和機體免疫進行調(diào)控。AGP引起的細菌群落變化通過調(diào)節(jié)微生物群來創(chuàng)建更有效的系統(tǒng)，從而導致生長加快，這可能包括改變營養(yǎng)競爭、防止病原體定殖、選擇特定有益菌種[22]。例如Sub-MIC 的頭孢他啶能夠抑制銅綠假單胞菌的運動和生物膜的形成，并降低它的黏附能力和感染能力[23]，非達霉素能夠延緩艱難梭菌的生長[24]。

綜上，免疫調(diào)節(jié)假說和亞抑制理論作為彼此的補充使我們更清楚地認識到AGP 在機體內(nèi)有著復雜的作用方式，但主要的作用點著落在免疫調(diào)節(jié)和菌群調(diào)節(jié)兩個大的方面。所以有效的抗生素替代品，它們應該具有良好的抗炎效果，并能對腸道微生物區(qū)系產(chǎn)生積極影響。

2 植物精油對家禽腸道健康的影響

2.1 對消化生理的影響

添加300～600 mg/kg牛至精油的飼料能顯著降低肉雞空腸的隱窩深度，提高絨毛高度與隱窩深度比[25]。添加200 mg/kg八角精油的飼料顯著提高了肉雞空腸的相對長度、相對重量以及十二指腸和空腸的絨毛高度，從而提高肉雞的體增重和采食量[26]。含有50 mg/kg 精油共混物的日糧可以提高Cobb肉雞小腸中氨肽酶-N（APN）、堿性磷酸酶（IAP）等消化酶的活性，增強碳水化合物和蛋白質的消化活性[27]。可見，植物精油可以通過調(diào)節(jié)腸道相關變量如增加消化道黏液的分泌、提高消化酶（如淀粉酶、蔗糖酶、脂肪酶、蛋白酶等）的活性、促進腸上皮的發(fā)育（絨毛高度、隱窩深度）等方式，促進家禽腸道黏膜發(fā)育，提高腸道對各種養(yǎng)分的消化吸收能力。

2.2 植物精油改善腸道健康機理

2.2.1 抗氧化作用

補充抗氧化劑來提高動物的抗氧化狀態(tài)是改善動物健康和生產(chǎn)力的常用手段，肉雞暴露在眾多的應激原和密集飼養(yǎng)導致的高水平細胞新陳代謝，容易發(fā)生氧化還原失衡（氧化應激），造成氧化損傷，最終導致炎癥反應，甚至腸道疾病，養(yǎng)殖生產(chǎn)中還伴隨有食欲下降、生長速度降低和料重比升高等現(xiàn)象。植物精油是一種很好的抗氧化劑，它含有多種具有抗氧化活性成分，比如植物多酚、黃酮類物質都具有很強的抗氧化能力，能夠有效地清除氧自由基[28]。

丙二醛(MDA)是脂質過氧化的終產(chǎn)物，其含量高低能反映動物機體氧化損傷程度。飼料中添加EO顯著降低了注射LPS后肝臟MDA 的含量，表明EO可減少脂質過氧化終產(chǎn)物，降低機體氧化損傷程度，提高肝臟的抗氧化力[29]?？寡趸负涂寡趸嚓P通路的變化也可以反映機體抗氧化能力的變化。飼料中添加400 mg/kg的姜黃根精油可顯著提高肉雞血清中谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）及超氧化物歧化酶（SOD）的濃度[30]，添加300 mg/kg肉桂醛可顯著提高肉雞血清中SOD 的活性[31]。Nrf2-ARE 信號通路是動物體內(nèi)重要的抗氧化通路，許多物質都是通過這條來發(fā)揮抗氧化功能，五味子精油能通過激活Nrf2/HO-1途徑增強細胞抗氧化防御能力，從而保護C2C12細胞免受H2O2誘導的氧化細胞毒性損傷[32]。綜上，植物精油能減少脂質過氧化產(chǎn)物，降低動物機體氧化損傷，提高抗氧化酶的含量與活性或調(diào)節(jié)Nrf2/HO-1 途徑控制抗氧化酶的基因表達，提高家禽的機體抗氧化能力。

2.2.2 抗炎作用

炎癥反應的發(fā)生常伴隨著吞噬細胞在炎癥部位大量浸潤，毛細血管炎癥滲出和炎癥介質大量產(chǎn)生，表現(xiàn)為腸壁增厚、腸道內(nèi)容物黏稠、食欲下降、飼料利用率下降等，植物精油可通過多種途徑發(fā)揮抗炎作用來改善腸道健康和生產(chǎn)性能。薰衣草精油處理的巨噬細胞在感染金黃色葡萄球菌后，顯著下調(diào)了IL-1、IL-6、IL-10、TNF-α的mRNA 表達水平，同時提高了上調(diào)了HO-1的表達水平[33]?？诜闱鄯幽軌蛳抡{(diào)羅斯肉雞注射LPS 后TNF-α、IL-1β、IL-6、TLR4、NFκB p65和AVBD-9的表達水平上調(diào)[34]，表明植物精油能通過TLRs/NF-κB 信號通路來抑制促炎因子的表達。孜然精油能夠阻斷LPS 誘導的NF-κB p65 的轉錄表達，同時抑制NF-κB 激酶抑制劑(IKK)的表達來抑制NF-κB-inducingkinase 磷酸化激活，從而抑制巨噬細胞RAW 264.7 中誘導型一氧化氮合酶(iNOS)、環(huán)氧合酶(COX-2)的表達以及IL-1 和IL-6 的產(chǎn)生[35]。百里香酚能阻斷LPS 刺激的小鼠乳腺細胞中IκBα、NF-κB p65、ERK、JNK 和p38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）的磷酸化，從而抑制促炎細胞因子的產(chǎn)生以及iNOS 和COX-2 的表達[36]。綜上，植物精油不僅能直接調(diào)節(jié)炎性因子和炎性介質的產(chǎn)生，還可以通過影響TLRs/NF-κB、IKK/IκBα/NF-κB p65、MAPK 等信號途徑來間接調(diào)控動物的炎癥反應，發(fā)揮良好的抗炎作用。此外，EO 還能作用于免疫細胞和免疫基因來調(diào)節(jié)炎癥反應。例如丁香酚可以抑制前列腺素的合成和嗜中性粒細胞/巨噬細胞的趨化性[37]，降低致病性細菌感染后胃腸道中嗜中性粒細胞和巨噬細胞的聚集，減少胃腸道黏膜的局部炎癥。EO還可能影響與刺激和抗原加工、遞呈相關的基因表達，雖然關于EO調(diào)控相關基因的報道不多，但在油樹脂（oleoresin,OR）的相關實驗結果都發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，辣椒油樹脂能夠下調(diào)仔豬腸道多種免疫調(diào)節(jié)基因（TNFRSF1A、SLADRB1、B2M等）的表達[38]。

2.2.3 對腸道微生物的調(diào)節(jié)

腸道菌群是腸道黏膜屏障的重要組成部分，腸道菌群失調(diào)會引起家禽腹瀉、免疫力低下，甚至引發(fā)全身炎性反應綜合癥。植物精油對于腸道微生物區(qū)系有著復雜的調(diào)節(jié)作用，腸道菌群也是植物精油的重要作用對象。添加4 mL/L 薰衣草精油的飼料使肉雞腸道中的大腸桿菌數(shù)量顯著下降，同時提高了乳酸菌、雙歧桿菌等益生菌的數(shù)量[39]；飼料中添加300 mg/kg 的精油共混物，可增加肉雞回腸中卷曲乳桿菌和能動乳桿菌的數(shù)量，減少唾液乳桿菌和約氏乳酸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的數(shù)量，降低壞死性腸炎帶來的腸道損傷[40]；肉雞飼料中添加Enviva精油或牛至精油都可以不同程度上降低盲腸大腸桿菌、總需氧菌群和乳糖陰性腸桿菌等有害菌的數(shù)量[41]。綜上，植物精油能通過促進腸道有益菌生長、抑制有害菌生長，改善腸道菌群平衡，維持腸道功能和穩(wěn)態(tài)。

2.3 植物精油使用效果的影響因素

近年來，植物精油在畜禽生產(chǎn)上的應用研究取得了一定的進展，但在動物生產(chǎn)上的應用效果還未有定論，這主要是由于不同的研究中所采用的實驗條件有一定差異，其中影響植物精油使用效果的主要因素是植物精油的組成和植物精油的添加劑量。不僅不同種類的精油其組分差異很大，即使同種植物精油的組分也具有高度可變性，不同植物部位、不同季節(jié)、產(chǎn)地的植物精油其組分都大不相同[37]。目前已知牛至精油的主要活性物質是香芹酚和百里香酚，二者占牛至精油總成分的80%[42]，肉桂醛精油的主要成分肉桂醛占其總精油的75%[43]。雖然百里香酚、香芹酚和肉桂醛的主要抑菌機制都是干擾細菌酶系統(tǒng)、損傷細胞結構，導致胞質成分大量泄露[44]，但根據(jù)柴向華等[45]的研究，肉桂精油對于食品中常見有害微生物的抑菌活性要顯著高于牛至精油。Han 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，牛至根莖部分的精油中香芹酚和百里香酚很少（4.35%），遠低于地上的葉-花部分(49.54%)，然而兩部分精油的抗氧化能力相近，這表明根油的抗氧化能力不僅僅取決于酚類化合物的含量，還與其他成分相關。

精油的添加劑量不僅是影響其使用效果的重要因素，也是重要的經(jīng)濟參數(shù)。香芹酚對肉雞的生長性能和腸屏障功能的積極作用與劑量有關，300 μL 或400 μL的給藥量比200 μL的給藥量更有效[47]。而添加劑量也并非越高效果越好，添加150 mg/kg 植物精油對蛋雞的蛋重及蛋白品質的改善作用顯著高于添加75 mg/kg 或225 mg/kg 的植物精油[48]。因此，探究合理的添加劑量對于精油的應用是十分重要的。

3 展望

綜上所述，植物精油種類豐富、含有多種活性成分，對于家禽的腸道發(fā)育、消化生理、腸道免疫和微生物區(qū)系調(diào)節(jié)方面都具有良好的改善作用，在以腸道健康為主題的后抗生素時代，是一種潛力巨大的抗生素替代品。近年來，國內(nèi)外關于植物精油的研究成果快速增長，人們在如何將植物精油應用在動物生產(chǎn)上做了很多工作，也獲得了很多成果。但隨著研究的深入也發(fā)現(xiàn)，由于植物精油的組分具有高度變化性，因此對于涉及實際應用和產(chǎn)品穩(wěn)定的飼料添加劑開發(fā)而言，迫切需要對其進行標準化，而人工合成或提取天然物質中的特定活性成分是比較理想的選擇。因此，未來應加大對植物精油特定活性成分功能及其協(xié)同作用的研究，從分子和細胞角度闡明其作用機制，為產(chǎn)業(yè)化應用提供理論依據(jù)。