張 薇 牛軍龍 郭永鵬 王志祥

(河南農(nóng)業(yè)大學動物科技學院，鄭州 450046)

嘔吐毒素(deoxynivalenol，DON)，又稱作脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，屬于霉菌毒素中的B類單端孢霉烯類毒素，由鐮刀菌產(chǎn)生。這種B類單端孢霉烯類毒素是黃色鐮刀菌(F.culmorum)和禾谷鐮刀菌(F.graminearum)的主要次生代謝產(chǎn)物[1]。嘔吐毒素主要通過污染的飼料進入動物腸道，并對其造成不同程度的損傷。

腸道屏障可分為生物屏障、化學屏障、物理屏障和免疫屏障4個部分[2]。嘔吐毒素被動物攝入后，腸道是其攻擊的第1個靶器官，并對腸道屏障造成不同程度的破壞[3]。營養(yǎng)物質(zhì)具有提供能量和參與機體生理功能的雙重作用[4]。因此，通過營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控，緩解嘔吐毒素對腸道屏障功能的損傷是一種有效的途徑。本文通過總結(jié)嘔吐毒素對豬腸道生物屏障、化學屏障、物理屏障和化學屏障功能的損傷及植物提取物和不同營養(yǎng)物質(zhì)對該損傷的緩解效果，以期為減少嘔吐毒素對豬的危害、保護豬腸道健康、促進養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展提供參考。

1 嘔吐毒素污染現(xiàn)狀

植物是霉菌的良好宿主，霉菌的生長和毒素的產(chǎn)生是從田間開始的。霉菌及霉菌毒素污染谷物存在于收割、干燥、儲存、運輸和加工等各個過程。外界條件一旦得到滿足，霉菌便可以對食物、飼料原料及飼料等造成污染。其中玉米和小麥在田間最容易受到鐮刀菌屬的污染，因此玉米和小麥常含有較高濃度的嘔吐毒素[5-6]。

霉菌的存在范圍廣泛，全球的谷物及飼料原料都面臨著霉菌及霉菌毒素的污染問題。Palacios等[7]對在阿根廷3個不同地方采集的84個小麥樣品進行了嘔吐毒素檢測，結(jié)果顯示，所有小麥樣品嘔吐毒素均為陽性，嘔吐毒素最高濃度為9 480 μg/kg，平均濃度為1 750 μg/kg，超出歐盟對谷物類嘔吐毒素濃度限量標準(500～1 750 μg/kg)[8]。Pleadin等[9]對306份克羅地亞地區(qū)未加工的玉米和大豆樣品的嘔吐毒素濃度進行了測定，結(jié)果顯示，玉米嘔吐毒素陽性率最高，達到了89%，大豆陽性率為32%。同樣，我國嘔吐毒素的污染也十分嚴重。丁燕玲等[10]報道，我國大部分地區(qū)存在霉菌毒素污染，其中華東地區(qū)最為嚴重；2015—2020年對谷物嘔吐毒素濃度的檢測結(jié)果，顯示玉米檢出率均高于80%，濃度在100～900 μg/kg，小麥檢出率均高于90%，濃度均在800 μg/kg；2020年玉米嘔吐毒素檢出率達到100%，2017、2018、2020年小麥嘔吐毒素檢出率均為100%；相比玉米和小麥，豆粕的嘔吐毒素檢出率稍低，但是2018年也達到了70%，且濃度在3年中最高，在1 100 μg/kg左右，高出我國對谷物及其制品中嘔吐毒素濃度的限量(1 000 μg/kg)[11]。綜上所述，谷物及飼料原料中的嘔吐毒素污染是全球性問題，是畜牧業(yè)領(lǐng)域需要重點解決的問題之一。

2 嘔吐毒素對豬腸道屏障的影響

2.1 嘔吐毒素對豬腸道生物屏障的影響

豬腸道中的微生物分成有益菌、中性菌和有害菌三大類，前2類微生物構(gòu)成了腸道的生物屏障[12]。腸道中有益微生物主要通過競爭抑制有害微生物、發(fā)酵產(chǎn)生有益代謝產(chǎn)物等途徑發(fā)揮其屏障功能。研究表明，腸道微生物是嘔吐毒素攻擊目標之一[13]。嘔吐毒素主要通過改變腸道微生物區(qū)系的豐度和組成，對動物機體造成危害。張聰[14]報道，仔豬采食添加嘔吐毒素的飼糧后，其盲腸和結(jié)腸物生物區(qū)系的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；其中，norank_f_Muribaculaceae和未分類的厚壁菌門(unclassified_p_Firmicutes)這2種菌的變化最為顯著，添加嘔吐毒素顯著增加了其豐度；而這2種菌的豐度與血清中二胺氧化酶(DAO)的活性呈正相關(guān)，推測norank_f_Muribaculaceae和unclassified_p_Firmicutes豐度的增加可能介導了嘔吐毒素感染對豬腸道通透性的增加。但是，仔豬采食嘔吐毒素污染的飼糧后，對其盲腸和結(jié)腸微生物區(qū)系的豐度沒有顯著影響。Jia等[15]也有類似的結(jié)果，即嘔吐毒素不改變豬腸道微生物區(qū)系的豐度，但影響其結(jié)構(gòu)。另有文獻顯示，嘔吐毒素能夠顯著降低仔豬盲腸未分類的毛螺菌科(unclassified_f_Lachnospiraceae)和考拉桿菌屬(Phascolarctobacterium)的數(shù)量[16]。相關(guān)報道指出，毛螺菌科(Lachnospiraceae)的數(shù)量與動物的采食量成正比[17]，Phascolarctobacterium與人的情緒相關(guān)，與患病個體相比，健康個體中這2種菌更豐富[18]。因此，推測嘔吐毒素感染誘導的仔豬采食量下降可能與這2種菌的數(shù)量降低相關(guān)。另外，腸道微生物代謝產(chǎn)物對腸道生物屏障功能也有重要的保護作用。研究表明，短鏈脂肪酸具有為腸細胞提供能量、保護腸黏膜、參與腸道免疫等功能[19]。Zheng等[20]報道，嘔吐毒素降低了豬結(jié)腸丙酸、丁酸、戊酸和總揮發(fā)性脂肪酸的濃度。綜上所述，嘔吐毒素通過調(diào)節(jié)腸道中微生物區(qū)系的組成和微生物代謝產(chǎn)物，影響豬腸道生物屏障。

2.2 嘔吐毒素對豬腸道化學屏障的影響

腸黏液層發(fā)揮化學屏障作用。腸黏液由水(90%～95%)、多種電解質(zhì)類和蛋白質(zhì)等物質(zhì)組成，其中黏蛋白是腸黏液中的主要結(jié)構(gòu)和功能成分[21]。腸黏液在腸道中發(fā)揮著多種重要的生理作用：一是保濕、潤滑作用，腸黏液保護腸道上皮細胞在管腔內(nèi)容物移動和腸蠕動過程中免受脫水和機械力損傷；二是表面清潔劑作用，腸黏液通過結(jié)合、收集并通過在腸道流動將殘留物和細菌沖走；三是擴散作用，營養(yǎng)物質(zhì)、礦物質(zhì)元素、水等小分子物質(zhì)通過腸黏液擴散到腸上皮細胞；四是免疫協(xié)同作用，這是腸黏液發(fā)揮腸道保護功能的主要原因，它可以有效地減少腸上皮細胞與抗原和細菌的接觸，從而發(fā)揮其屏障功能[22]。

腸杯狀細胞是腸黏液的主要分泌細胞，黏液中的主要功能物質(zhì)是黏蛋白[23]。Bracarense等[24]報道，嘔吐毒素感染(2.89 mg/kg飼糧)導致仔豬空腸中杯狀細胞數(shù)量顯著減少。然而，Lewczuk等[25]報道，仔豬采食嘔吐毒素(12 μg/kg BW)污染飼糧，對十二指腸杯狀細胞數(shù)量無顯著影響，推測低劑量(12 μg/kg BW)嘔吐毒素對仔豬十二指腸杯狀細胞不造成負面影響。體外試驗結(jié)果顯示，嘔吐毒素感染導致人類黏液分泌細胞系(HT29-16E)和豬空腸外植體黏蛋白mRNA和黏蛋白1、2、3的表達量降低[26]。綜上所述，一定劑量的嘔吐毒素感染能夠通過破壞腸黏液層，誘導腸道黏液功能紊亂，影響豬腸道化學屏障。

2.3 嘔吐毒素對豬腸道物理屏障的影響

豬腸道物理屏障由腸道上皮細胞和細胞間的緊密連接共同組成[27]。緊密連接是由黏附分子、閉鎖蛋白(occludin)、橋粒、閉合蛋白(claudins)和閉鎖小帶蛋白(zonula occludens，ZO)共同組成，通過調(diào)節(jié)細胞間水離子和大分子物質(zhì)旁細胞通透性，阻止小分子有毒有害物質(zhì)進入機體[28]，因此腸道物理屏障功能的減弱或喪失往往伴隨著緊密連接損傷。Liao等[29]報道，嘔吐毒素感染仔豬腸道通透性顯著增加，緊密連接蛋白ZO-1、claudin-1和claudin-3的表達量顯著降低。Pinton等[30]報道，嘔吐毒素通過調(diào)節(jié)claudins的表達，降低腸上皮的屏障功能。Kolf-Clauw等[31]發(fā)現(xiàn)，4～5周齡豬空腸外植體嘔吐毒素感染4 h后，腸上皮細胞發(fā)生溶解現(xiàn)象。綜上所述，嘔吐毒素能夠通過調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達和破壞腸上皮細胞，損傷腸道物理屏障功能。

2.4 嘔吐毒素對豬腸道免疫屏障的影響

腸道上皮細胞中分布著豐富的免疫細胞，這些細胞共同構(gòu)成腸道免疫系統(tǒng)，并發(fā)揮免疫屏障功能[32]。腸上皮細胞通過識別致病信號分子并調(diào)動腸道免疫反應，分泌具有重要免疫調(diào)節(jié)特性的白細胞介素(interleukins，IL)和生長因子等，以抑制感染和炎癥的進一步擴散。Liao等[29]報道，嘔吐毒素感染仔豬空腸和回腸時，IL-8、IL-1β和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)等相關(guān)炎性細胞因子mRNA相對表達量上調(diào)，同時血清中IL-8、IL-1β和TNF-α等相關(guān)蛋白含量增加?？寡准毎蜃覫L-6、IL-10、IL-11等的基因表達水平與哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)的蛋白表達水平呈正相關(guān)[33]。嘔吐毒素能夠抑制mTOR蛋白表達，下調(diào)腸道抗炎細胞因子IL-6、IL-10、IL-11等基因相對表達量，進而減弱腸道的免疫屏障功能[34]。

3 植物提取物和不同營養(yǎng)物質(zhì)對嘔吐毒素誘導的豬腸道損傷的調(diào)控作用

飼料中的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)過新陳代謝過程，被轉(zhuǎn)化為可被機體直接利用的能量物質(zhì)，為機體供能。同時，它們也是維持生命體的物質(zhì)基礎(chǔ)和生理機能不可缺少的要素，在嘔吐毒素誘導豬腸道損傷的模型中，營養(yǎng)物質(zhì)同樣具有較好的緩解作用(表1)。

3.1 植物提取物

植物提取物是以植物為原料提取或加工而成的物質(zhì)[35]。我國植物提取物的原料主要來源于中草藥，因此國內(nèi)的植物提取物在某種程度上也可以稱為中藥提取物。植物提取物的分類方法有很多種，其中根據(jù)其成分可分為甙類、酸類、多酚類、多糖類、萜類、黃酮類、生物堿類等[36]。由于植物提取物具有不引起細菌產(chǎn)生抗藥性、在動物產(chǎn)品中無有害殘留、無毒害作用等優(yōu)點，被認為是抗生素最佳替代品之一[37]。Liao等[34]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加黃芩苷能夠提高嘔吐毒素感染仔豬的腸免疫力，對腸道免疫屏障功能有顯著的改善作用；Tang等[38]報道，小蘗堿能夠通過增加血清抗氧化酶和T細胞表面抗原的表達，減少小腸內(nèi)細胞炎性因子的釋放來抑制嘔吐毒素誘導的腸損傷；Yang等[39]報道，白藜蘆醇可以通過核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2 related factor 2，Nrf2)信號通路緩解嘔吐毒素對IPEC-J2的損傷，保護豬腸道屏障功能。菜薊葉提取物(cynara scolymus extract)洋薊酸可以通過增加膽汁的分泌，改善豬的腸道屏障功能[40]。另外，甘草酸(甘草提取物)[41]、綠原酸(大豆、咖啡豆、蔬菜和葵花籽等提取物)[42]、落新婦苷(從紫金花和葡萄等提取的黃酮類化合物)[43]等，對腸道屏障功能的改善作用也已經(jīng)得到了證實。綜上所述，植物提取物能夠通過不同的路徑緩解嘔吐毒素誘導的豬腸道屏障功能損傷。有報道表明，大豆異黃酮[44]、藻藍素[45]等對腸道也有較好的保護功效，但是兩者在緩解嘔吐毒素誘導的豬腸道損傷模型中是否同樣有效有待進一步研究。

3.2 脂肪酸

根據(jù)碳鏈長度的不同脂肪酸分為短鏈脂肪酸、中鏈脂肪酸和長鏈脂肪酸。丁酸屬于短鏈脂肪酸中的一種，主要作為腸上皮細胞的能量底物被利用[46-47]。同時，丁酸的藥用價值也以得到證實。Wang等[48]報道，絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、Janus激酶/信號轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)錄激活因子(JAK/STAT)是嘔吐毒素細胞毒性的2個重要信號通路，而丁酸可以通過改善腸道屏障功能拮抗嘔吐毒素毒性。Lin等[49]表明，鼠李糖乳桿菌GG(L.rhamnosusGG)通過促進小鼠腸道中丁酸的產(chǎn)生，提高黏蛋白2(mucin 2,MUC2)和ZO-1 mRNA在腸道的相對表達量，進而促進腸道屏障功能。雖然丁酸對嘔吐毒素誘導的豬腸道屏障損傷模型的緩解作用未見相關(guān)報道，但是以丁酸為底物形成的丁酸鹽對豬腸道的保護作用已得到證實。研究顯示，丁酸鈉能夠通過調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道通透性、微生物區(qū)系組成和降低腹瀉率等，發(fā)揮腸道保護作用[50]。Wang等[51]報道，丁酸鈉通過降低仔豬體內(nèi)D-乳酸濃度和二胺氧化酶的活性，增加小腸occludin蛋白的相對表達量。此外，Zentek等[52]報道，單不飽和脂肪酸能夠通過增加仔豬腸道中梭菌屬(Clostridium)Ⅳ、ⅩⅣ和真菌數(shù)量，促進丁酸的產(chǎn)生，從而發(fā)揮對豬腸道的保護作用。類似的文獻報道還有，n-3多不飽和脂肪酸可以通過提高腸道上皮跨膜電阻、降低FD4通量和改善緊密連接蛋白分布，抑制嘔吐毒素誘導的IPEC-1壞死[53]。中鏈脂肪酸(己酸、辛酸、葵酸等)在增強腸道免疫功能方面的作用已經(jīng)得到證實[54]。然而，中鏈脂肪酸對嘔吐毒素感染仔豬腸道屏障功能的影響還未見報道。

3.3 微量元素

微量元素在動物體內(nèi)含量雖然極微小，但具有強大的生物學效用[55]。營養(yǎng)學意義的微量元素主要是銅、鐵、錳、鋅等。Wang等[56]報道，硒能夠通過抑制豬脾淋巴細胞中細胞因子和免疫球蛋白mRNA和蛋白的表達，減弱嘔吐毒素的作用等。最新研究報道，微量元素與有機物復合物對嘔吐毒素感染誘導的豬腸道損傷具有較好的保護作用，例如，黃芩苷與鋅的復合物——黃芩苷-鋅能夠緩解嘔吐毒素誘導的仔豬腸道炎癥反應，促進腸道營養(yǎng)物質(zhì)吸收[57]；黃芩苷與銅的復合物——黃芩苷-銅對嘔吐毒素誘導的仔豬腸道損傷也有類似的保護效果[58]。雖然微量元素對腸道保護作用的相關(guān)文獻有較多報道，但是它們對DON感染誘導豬腸道損傷是否同樣具有緩解作用，有待進一步研究。

表1 不同營養(yǎng)物質(zhì)對嘔吐毒素誘導的豬腸道損傷的調(diào)控作用Table 1 Effects of different nutrients on intestinal injury induced by DON in pigs

續(xù)表1研究對象Objectsofstudy模型Model營養(yǎng)物質(zhì)Nutrients干預效果Interventioneffect參考文獻References仔豬PigletsDON(4mg/kg)黃芩苷-銅(5g/kg)通過NF-κB和Nrf2通路激活抗氧化能力[58]

4 小結(jié)與展望

綜上所述，谷物及飼料原料的霉菌毒素污染給全球養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失。畜禽中豬對嘔吐毒素最為敏感，因此嘔吐毒素污染對豬的影響一直是研究的重點方向之一。腸道是吸收營養(yǎng)物質(zhì)和防御有毒有害物質(zhì)的重要場所，腸道健康對動物生長發(fā)育非常重要。嘔吐毒素被豬攝入后，通過破壞腸道的生物屏障、化學屏障、物理屏障和免疫屏障，對機體造成損害，進而影響生產(chǎn)效益。因此，通過營養(yǎng)物質(zhì)調(diào)控增強機體自身耐受性，降低嘔吐毒素對腸道屏障功能的損傷十分有必要。但是目前的研究中，營養(yǎng)素對嘔吐毒素誘導的豬腸道屏障損傷模型僅報道了部分緩解作用，其對嘔吐毒素誘導的腸道其他方面的損傷是否具有緩解作用需進一步研究。在“禁抗限礦”的背景下，對植物提取物的生理功能深入研究有著重要意義。