李馬成 ，吳梓純 ，張運(yùn)強(qiáng) ，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(chǎn)服務(wù)中心，湖南 岳陽 414600；3.湖南加農(nóng)正和生物技術(shù)有限公司，湖南 瀏陽 410300；4.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物醫(yī)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

前言

由于飼用抗生素使用的潛在風(fēng)險(xiǎn)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(fù)面作用，嚴(yán)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(chǎn)高性價(jià)比的無抗飼料，已成為飼料行業(yè)的當(dāng)務(wù)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(dǎo)下，主要對抑菌類、腸道菌群和腸道形態(tài)調(diào)節(jié)類、免疫等單一或組合措施開展相關(guān)應(yīng)用研究，并已取得一定成果，如：抗菌肽[1]單獨(dú)添加或者復(fù)配精油[2]，β-葡聚糖[3]，復(fù)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(shí)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(xiàng)研究顯示，呼吸道感染會引發(fā)機(jī)體腹瀉[6-8]，《黃帝內(nèi)經(jīng)》中記載：肺與大腸互為表里[9]。表述了大腸與肺臟的關(guān)系。文章在現(xiàn)有替抗措施基礎(chǔ)上，重點(diǎn)總結(jié)了呼吸道和腸道之間的功能關(guān)系，以期以“肺腸同制”理念為飼料無抗領(lǐng)域提供新思路。

1 肺部供氧狀態(tài)與腸道結(jié)構(gòu)功能之間的關(guān)系

肺部通過呼吸作用為機(jī)體提供源源不斷的氧氣，以支撐機(jī)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(diǎn)，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(xì)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(diào)肺動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞周期蛋白表達(dá)量[12]、引發(fā)肺血管重構(gòu)[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(jī)體供氧能力降低會導(dǎo)致消化道線粒體呼吸鏈NADH 脫氫酶、琥珀酸脫氫酶、細(xì)胞色素C 氧化酶等活性顯著降低，導(dǎo)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(zhuǎn)錄因子NF-B 表達(dá)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(yīng)增加，引起細(xì)胞H+蓄積，激活細(xì)胞膜上pH 依賴的Ca2+通道，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+增加而損傷細(xì)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(xì)菌移位使腸道微生物與宿主免疫失衡[17]，同時(shí)也伴隨脂多糖（LPS）等內(nèi)毒素入血引發(fā)腸源性內(nèi)毒素血癥[18]，進(jìn)而引發(fā)氧化應(yīng)激產(chǎn)生更多的炎性細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)[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(guān)系

肺部除了給腸道提供O2而與之產(chǎn)生關(guān)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(gè)/g[20]，而每天經(jīng)呼吸道進(jìn)入消化道的微生物數(shù)量高達(dá)1011個(gè)[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(jié)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(jī)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(jīng)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(jī)體對碳水化合物、能量、脂質(zhì)以及異物的代謝和降解能力[23]，不利于機(jī)體健康。

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

3 腸道微生物及其代謝產(chǎn)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(diào)節(jié)作用。醫(yī)學(xué)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(yù)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(xì)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(xì)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(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs）相關(guān)的微生物豐度減少，盲腸丁酸含量減低，肺部炎性細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)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(jīng)SCFAs 緩解肺部炎癥的機(jī)理在于SCFAs 可弱化肺部樹突狀細(xì)胞（DCs）對趨化因子CCL19 的趨化作用，抑制DCs向肺部縱膈淋巴結(jié)聚集，同時(shí)其表面MHC Ⅱ以及共刺激分子CD40、CD80 和CD86 的表達(dá)量降低，弱化炎癥部位抗原提呈作用，進(jìn)而降低CD4+T 細(xì)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(jīng)G蛋白偶聯(lián)受體途徑提高單核巨噬細(xì)胞前體-骨髓Ly6c-單核細(xì)胞在骨髓、血液以及肺部中的含量，經(jīng)過特異性轉(zhuǎn)錄降低趨化因子CXCL1的表達(dá)，抑制嗜中性粒細(xì)胞浸潤。SCFAs 還可促進(jìn)抗病毒CD8+T 細(xì)胞活性，上調(diào)脫粒標(biāo)記物CD107α 和顆粒酶B 表達(dá)，提高抗病毒能力[30]。

另外，腸道梭狀芽胞桿菌的代謝產(chǎn)物去氨基酪氨酸（DAT）可在機(jī)體感染流感病毒前促進(jìn)肺部骨髓源巨噬細(xì)胞I 型IFN 擴(kuò)增基因Oas2 和Mx2 轉(zhuǎn)錄，提高機(jī)體I 型IFN 表達(dá)量，能及時(shí)減少感染后肺部流感病毒RNA 表達(dá)量，進(jìn)而減少因病毒感染造成的肺部上皮細(xì)胞凋亡[31]。

4 腸道神經(jīng)與肺部的關(guān)系

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

Krzyzaniak 等[35]發(fā)現(xiàn)，在機(jī)體損傷情況下，刺激迷走神經(jīng)可減少肺部趨化因子濃度和中性粒細(xì)胞浸潤，降低肺部損傷；而切斷腹部迷走神經(jīng)后則不表現(xiàn)出對肺部的保護(hù)效應(yīng)。Levy等[36]刺激頸部迷走神經(jīng)，可有效下調(diào)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(jīng)可抑制腸系膜淋巴的活性，抑制肺部NF-?B 活化，下調(diào)介導(dǎo)炎癥反應(yīng)的黏附分子ICAM-1 表達(dá)，減少中性粒細(xì)胞、白細(xì)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(jié)

由上述可知，豬只肺與腸道在供氧狀態(tài)、菌群及其代謝產(chǎn)物以及神經(jīng)之間均存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，二者之一存在功能障礙會影響另一器官功能進(jìn)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(hù)胃腸道與肺部的結(jié)構(gòu)與功能完整實(shí)現(xiàn)菌群平衡、建立共同黏膜免疫屏障與完善神經(jīng)體液調(diào)節(jié)（神經(jīng)調(diào)節(jié)與激素分泌）功能來調(diào)節(jié)代謝活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)豬只胃腸道功能和肺部功能的統(tǒng)一，將為替抗領(lǐng)域提供新的解決思路。