焦洪超 劉 慧 林 海

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，山東省動(dòng)物生物工程與疾病防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，泰安 271018)

通過(guò)在蛋雞和肉雞飼糧中合理添加氨基酸和酶制劑，并根據(jù)氨基酸平衡模式理論配制的低蛋白質(zhì)飼糧，不僅可以高效利用其中的蛋白質(zhì)，減少蛋白質(zhì)飼料原料的使用量和養(yǎng)殖飼料成本，實(shí)現(xiàn)源頭節(jié)糧；而且還可以降低排泄物中氮含量，有效改善養(yǎng)殖環(huán)境?！懂a(chǎn)蛋雞和肉雞配合飼料》(GB/T 5916—2020)[1]標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施有效地推進(jìn)了低蛋白質(zhì)飼糧在養(yǎng)殖生產(chǎn)中的應(yīng)用。

動(dòng)物的腸道是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的場(chǎng)所，其依賴于腸黏膜最外層的黏蛋白與底部細(xì)胞膜之間的相互作用形成一個(gè)屏障，從而對(duì)吸收過(guò)程中潛在的危害起到抵抗作用[2]。小腸中的黏蛋白會(huì)因飲食和腸道微生物群的變化而發(fā)生動(dòng)態(tài)變化[3]。已有的研究表明，仔豬需要一定水平的腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入量，用于維持腸黏膜的生長(zhǎng)和黏膜蛋白的合成[4]。低蛋白質(zhì)飼糧盡管補(bǔ)充了晶體必需氨基酸，但降低飼糧粗蛋白質(zhì)水平會(huì)導(dǎo)致豬中后段腸道的蛋白質(zhì)代謝改變，這可能會(huì)損害外周組織對(duì)氨基酸的利用，因此在補(bǔ)充晶體氨基酸的低蛋白質(zhì)飼糧中，用于腸黏膜的氨基酸減少對(duì)腸道形態(tài)維持的長(zhǎng)期影響值得進(jìn)一步研究[5]。豬腸道對(duì)氨基酸的消化、吸收與其菌群構(gòu)成[6]和黏膜功能[5]等有重要的相關(guān)性，而飼糧氮水平和氨基酸組成對(duì)腸道菌群結(jié)構(gòu)、屏障功能及腸道健康等均有明顯的影響[7-8]。家禽與豬等哺乳動(dòng)物相比，在消化系統(tǒng)組成、腸道結(jié)構(gòu)和消化時(shí)間等方面均存在明顯的不同[9]。本文圍繞低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)與屏障功能的作用和影響進(jìn)行了綜述，以期為腸道健康相關(guān)研究和低蛋白質(zhì)飼糧在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1 低蛋白質(zhì)飼糧與應(yīng)用概況

低蛋白質(zhì)飼糧是在平衡氨基酸的基礎(chǔ)上，通過(guò)降低飼糧粗蛋白質(zhì)水平2～4個(gè)百分點(diǎn)，并保證動(dòng)物維持正常的生產(chǎn)性能和健康狀況。養(yǎng)殖生產(chǎn)中，低蛋白質(zhì)飼糧下補(bǔ)充必需氨基酸，可以提高飼糧蛋白質(zhì)的利用效率，減少氮排泄量，而對(duì)其生產(chǎn)性能沒(méi)有影響[10-11]。但是，低蛋白質(zhì)飼糧的應(yīng)用對(duì)蛋雞生產(chǎn)性能影響的研究結(jié)果不一致。Keshavarz等[12]報(bào)道，飼糧13.0%粗蛋白質(zhì)水平并補(bǔ)充必需氨基酸條件下，蛋雞的生產(chǎn)性能與飼糧16.0%～16.5%粗蛋白質(zhì)水平條件下相當(dāng)。而Shim等[13]研究表明，蛋雞飼糧粗蛋白質(zhì)水平降低4個(gè)百分點(diǎn)，即使補(bǔ)充必需氨基酸也會(huì)造成蛋雞生產(chǎn)性能的下降。本實(shí)驗(yàn)室前期研究表明，低蛋白質(zhì)飼糧(9.2%粗蛋白質(zhì))抑制了蛋雞食欲和載脂蛋白合成，并與其生產(chǎn)性能的改變有關(guān)[14]。此外，低蛋白質(zhì)飼糧條件下，蛋雞適宜氨基酸的比例變化也可能是生產(chǎn)性能改變的原因。Parenteau等[15]研究表明，20～46周齡蛋雞的飼糧粗蛋白質(zhì)水平降低2個(gè)百分點(diǎn)，獲得最佳生產(chǎn)性能的異亮氨酸∶賴氨酸從80%增加至82%～84%。本實(shí)驗(yàn)室最近的研究也表明，蛋雞飼糧粗蛋白質(zhì)水平從16%降至14%，精氨酸不足(0.80%)會(huì)導(dǎo)致腸黏膜氧化損傷加劇，33～40周齡海蘭褐蛋雞在飼糧14%粗蛋白質(zhì)條件下獲得最優(yōu)生產(chǎn)性能的精氨酸水平為0.86%[16]。

2 低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響

腸道是家禽消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的場(chǎng)所，在致病菌感染家禽或腸道內(nèi)條件性致病菌大量增殖的情況下，腸道內(nèi)微生物和抗原等容易突破腸道屏障，造成家禽腸道疾病、生產(chǎn)性能下降和經(jīng)濟(jì)效益損失。腸道健康的標(biāo)準(zhǔn)就是腸道結(jié)構(gòu)和功能完整、能夠快速消化和吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及腸道微生物菌群和免疫系統(tǒng)保持穩(wěn)定[17]。所以，腸道既是病原微生物和毒素等入侵機(jī)體的主要部位，又是阻止腸道致病性微生物感染的重要屏障[18-20]。

腸道黏膜的完整性是確保營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的生理基礎(chǔ)，是影響畜禽的腸道健康和正常生長(zhǎng)發(fā)育的保障。腸黏膜絨毛高度、隱窩深度是反映腸道形態(tài)、功能和健康的重要指標(biāo)[21]。腸絨毛高度越高，腸道的吸收面積就越大，促進(jìn)消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)就更加充分；隱窩深度代表腸上皮細(xì)胞生成速率，腸道健康與隱窩深度呈負(fù)相關(guān)[22]。已有的研究表明，低蛋白質(zhì)飼糧能夠增加腸道黏膜絨毛高度，從而增加消化吸收的表面積；能夠降低隱窩深度，從而提高腸道的消化吸收能力[23-25]。但是，低蛋白質(zhì)飼糧在家禽上對(duì)腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的改善作用與飼糧粗蛋白質(zhì)水平的降低程度有關(guān)。Zaefarian等[26]研究表明，飼糧粗蛋白質(zhì)水平降低1.5個(gè)百分點(diǎn)，并通過(guò)補(bǔ)充合成氨基酸并不影響小腸黏膜形態(tài)；但粗蛋白質(zhì)水平降低3.0個(gè)百分點(diǎn)時(shí)，就會(huì)顯著減少小腸吸收面積，改變小腸黏膜形態(tài)，不利于機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收。

3 低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道屏障功能的影響

動(dòng)物腸道屏障功能主要依靠腸黏膜、腸道細(xì)胞和分泌物以及微生物等實(shí)現(xiàn)，且包括物理屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障[27]。腸道屏障形成了動(dòng)物機(jī)體內(nèi)環(huán)境與外界環(huán)境之間連通的界面，腸道屏障功能的發(fā)揮保障了飼糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的正常吸收，同時(shí)也有效阻止了諸如內(nèi)毒素、微生物等有害物質(zhì)通過(guò)腸上皮進(jìn)入機(jī)體內(nèi)部組織[28]。

3.1 低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道物理屏障的影響

將腸道外部的環(huán)境因子與內(nèi)部宿主環(huán)境分隔開(kāi)的物理屏障，是由腸黏膜表面的黏液層、腸上皮細(xì)胞、細(xì)胞間的緊密連接以及上皮下固有層共同組成。黏液層在腸上皮細(xì)胞表面形成了緊密的保護(hù)層，以保護(hù)上皮細(xì)胞免受有毒和有害物質(zhì)的侵害[28-29]。腸上皮由幾種不同類型細(xì)胞組成，包括上皮細(xì)胞、潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞等。這些細(xì)胞及其不同的功能在腸腔內(nèi)部形成了緊密的屏障[30]。腸上皮細(xì)胞間存在緊密連接(tight junction,TJ)、黏附連接(adherens junction,AJ)、縫隙連接(gap junction,GJ)和橋粒(desmosome)等多種連接形式，使得相鄰的細(xì)胞能緊密結(jié)合，防止腸道內(nèi)的物質(zhì)從細(xì)胞間隙穿過(guò)膜上皮，對(duì)細(xì)胞旁路的通透性起決定作用[31]。緊密連接不僅可以有效阻止病原微生物的入侵，而且可以調(diào)節(jié)腸黏膜對(duì)離子和分子的通透性，通過(guò)調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)能夠增強(qiáng)腸黏膜物理屏障功能[32-34]。Azzam等[35]在產(chǎn)蛋高峰期蛋雞上的研究表明，14.16%粗蛋白質(zhì)水平飼糧條件下，隨著可消化蘇氨酸水平的提高，回腸黏膜緊密連接蛋白——閉合蛋白(occludin)的相對(duì)表達(dá)量顯著增加，并以0.57%可消化蘇氨酸條件下最高。Dong等[36]研究了在14%粗蛋白質(zhì)水平飼糧中添加不同水平的異亮氨酸，但其對(duì)蛋雞回腸緊密連接蛋白——封閉蛋白-1(claudin-1)和occludin均無(wú)顯著的影響。

3.2 低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道化學(xué)屏障的影響

腸黏膜化學(xué)屏障有殺滅進(jìn)入機(jī)體的有害微生物、防止毒素被機(jī)體吸收等作用[37]，主要由腸上皮分泌的黏液、消化液、黏蛋白和溶菌酶等物質(zhì)組成。黏蛋白主要是由腸上皮的杯狀細(xì)胞分泌，其中黏蛋白2(MUC2)對(duì)維持腸腔表面黏液層至關(guān)重要[38]，飼糧的變化可能影響?zhàn)ひ簩拥谋磉_(dá)和完整性。研究表明，蛋雞飼糧粗蛋白質(zhì)水平降低2.44個(gè)百分點(diǎn)，補(bǔ)充絲氨酸可以通過(guò)同時(shí)調(diào)節(jié)回腸中MUC2的轉(zhuǎn)錄和修飾來(lái)增強(qiáng)回腸黏膜免疫，改善生產(chǎn)性能[39]。低蛋白質(zhì)飼糧條件下，補(bǔ)充蘇氨酸顯著升高蛋雞回腸MUC2的相對(duì)表達(dá)量[35]，而補(bǔ)充異亮氨酸對(duì)其表達(dá)量沒(méi)有顯著影響[36]。由此提示，低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)腸道屏障功能的影響可能與所補(bǔ)充氨基酸的種類及數(shù)量有關(guān)。此外，腸黏膜化學(xué)屏障對(duì)于維持動(dòng)物腸道適宜的pH環(huán)境有重要作用。正常狀態(tài)下，家禽腸道pH維持在較低水平(酸性)，以保障消化酶的活性和有益微生物的生長(zhǎng)，抑制有害微生物的增殖。有研究指出，家禽體內(nèi)的有益菌和病原菌生長(zhǎng)增值受pH的調(diào)節(jié)，pH呈酸性時(shí)，乳酸菌和鏈球菌等有益菌群是腸道內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌群；腸道環(huán)境為弱堿性時(shí)，大腸桿菌的繁殖顯著增加，進(jìn)而改變腸道內(nèi)菌群的比例[40]。孫小沛等[41]研究表明，肉雞飼喂15.5%粗蛋白質(zhì)水平飼糧與飼喂16.0%和16.5%粗蛋白質(zhì)水平飼糧相比，其十二指腸與空腸pH顯著降低，這有利于腸道組織的生長(zhǎng)發(fā)育。

3.3 低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道生物屏障的影響

腸道內(nèi)大量的共生菌附著在宿主腸道表面的黏膜層上，形成了穩(wěn)定的微生態(tài)環(huán)境，構(gòu)成了腸道的生物屏障，且能與致病菌競(jìng)爭(zhēng)定植，對(duì)腸道黏膜和免疫系統(tǒng)的發(fā)育有促進(jìn)作用[42-43]?，F(xiàn)代研究認(rèn)為，動(dòng)物腸道微生物群可被看作是一個(gè)內(nèi)分泌器官，其產(chǎn)生和分泌的代謝產(chǎn)物能夠與宿主相互作用并在局部和遠(yuǎn)端發(fā)揮相應(yīng)的作用[44]。腸道菌群能夠與機(jī)體的免疫系統(tǒng)間相互作用影響疾病的發(fā)展，在調(diào)節(jié)局部免疫功能和抵御有害菌入侵方面發(fā)揮重要的作用[45-46]。Zaefarian等[26]在肉雞上的研究表明，飼喂低蛋白質(zhì)飼糧能減少氮的攝入，增加糞便中乳酸菌的數(shù)量，進(jìn)而減少有害菌群的增殖，從而促進(jìn)肉雞腸道健康和提高機(jī)體抗熱應(yīng)激的能力。De Cesare等[47]研究也證實(shí)，減少肉雞飼糧粗蛋白質(zhì)攝入量(每只雞飼養(yǎng)全期為82 g)，隨著飼喂時(shí)間的延長(zhǎng)，肉雞盲腸中乳酸桿菌的豐度增加，而且這可能與36～42日齡肉雞飼料轉(zhuǎn)化率提高相關(guān)。蛋雞上的研究也表明，低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充蛋氨酸改變了腸道菌群組成，使得盲腸乳桿菌屬的豐度增加，而糞桿菌屬的比例降低[48]。Dong等[49]研究表明，蛋雞飼喂低蛋白質(zhì)飼糧引起腸道菌群多樣性降低，而補(bǔ)充蘇氨酸使菌群多樣性恢復(fù)，而且顯著增加潛在的腸道有益菌。

3.4 低蛋白質(zhì)飼糧對(duì)家禽腸道免疫屏障的影響

腸道免疫屏障主要由腸相關(guān)淋巴組織(gut associated lymphoid tissue，GALT)和彌散免疫細(xì)胞構(gòu)成。腸道GALT是機(jī)體最大的淋巴器官，包括腸上皮淋巴細(xì)胞、固有層淋巴細(xì)胞、微皺褶細(xì)胞和派伊氏淋巴結(jié)等相關(guān)淋巴組織[50-51]。這些組織能誘導(dǎo)產(chǎn)生全身或局部的免疫應(yīng)答反應(yīng)，對(duì)防御病原菌、毒素等入侵發(fā)揮重要作用。黏蛋白增強(qiáng)黏膜免疫系統(tǒng)的一個(gè)主要途徑是通過(guò)積累分泌型免疫球蛋白A(sIgA)[49]。上皮細(xì)胞分泌的sIgA是腸黏液中的主要免疫球蛋白，是腸道免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵指標(biāo)[52]，可以與抗原特異性結(jié)合，阻止有害病原體與腸黏膜的接觸[53]。研究表明，飼糧中添加蘇氨酸可以提高蛋雞回腸sIgA和MUC2的表達(dá)水平，并可降低回腸中促炎細(xì)胞因子干擾素-γ(IFN-γ)和白細(xì)胞介素-1(IL-1)的表達(dá)量[54-56]。Azzam等[35]在低蛋白質(zhì)飼糧中補(bǔ)充不同梯度的蘇氨酸，回腸黏膜sIgA的表達(dá)量在一定范圍內(nèi)隨可消化蘇氨酸水平的提高而顯著升高，而炎性因子INF-γ、白細(xì)胞介素-2(IL-2)、白細(xì)胞介素-6(IL-6)和白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)的表達(dá)量顯著降低。Zhou等[39]研究表明，低蛋白質(zhì)飼糧中添加0.498%絲氨酸可顯著上調(diào)蛋雞回腸黏膜sIgA表達(dá)，證明回腸黏膜免疫功能得到改善，進(jìn)而增強(qiáng)了腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。而Dong等[36]在低蛋白質(zhì)飼糧中添加異亮氨酸的研究結(jié)果表明，不同水平的異亮氨酸對(duì)蛋雞回腸黏膜sIgA和IL-1β的表達(dá)量均無(wú)顯著影響。

4 小 結(jié)

綜上所述，適當(dāng)降低飼糧粗蛋白質(zhì)水平對(duì)改善家禽腸道屏障功能、維持腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)完整性以及促進(jìn)其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收具有有益作用。低蛋白質(zhì)飼糧添加晶體氨基酸可減少豆粕等蛋白質(zhì)原料的使用量，降低飼料成本和排泄物氮排放，對(duì)從源頭上緩解飼料資源緊張和養(yǎng)殖環(huán)保壓力具有重要意義。但是，飼糧粗蛋白質(zhì)水平降低范圍及補(bǔ)充氨基酸的種類和劑量是影響其維持和改善家禽腸道健康的關(guān)鍵因素；另外，低蛋白質(zhì)飼糧條件下，除了補(bǔ)充必需氨基酸外，一些非必需氨基酸在低蛋白質(zhì)飼糧中的應(yīng)用也應(yīng)得到重視。