鐘榮珍 王在森 向 海,3

(1.中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，吉林省草地畜牧重點實驗室，長春 130102；2.美國蘭斯頓大學(xué)，美國山羊研究所，蘭斯頓 73050；3.中國科學(xué)院大學(xué)，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院，北京 100049)

反芻動物胃腸道棲息著大量細菌、真菌和原蟲，同時也寄生著大量寄生蟲。我國放牧牛、羊胃腸道線蟲感染率達30%～100%，已成為限制反芻動物生產(chǎn)性能提高的重要因素。受反芻動物生理代謝的復(fù)雜性和技術(shù)手段的限制，反芻動物胃腸道線蟲感染理論及其防治策略尚不十分完善，本文對反芻動物胃腸道線蟲研究的必要性及其防治措施的研究現(xiàn)狀進行了綜述，旨在明確反芻動物與胃腸道線蟲之間的相互作用及其重要意義，為反芻動物抗蟲機理提供理論依據(jù)。

1 寄生線蟲及其危害概述

在反芻動物養(yǎng)殖生產(chǎn)中，內(nèi)寄生蟲是最令人擔(dān)憂的。據(jù)估算，寄生線蟲造成的經(jīng)濟損失可達到每頭羊每年24元，甚至更多[1-2]。根據(jù)美國動物健康監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)查，寄生蟲感染是動物死亡的第三大常見原因，因寄生蟲感染導(dǎo)致的綿羊死亡數(shù)占綿羊死亡總數(shù)的9.6%，因寄生蟲感染導(dǎo)致的山羊死亡數(shù)占山羊死亡總數(shù)的22.7%[3]。為方便不同領(lǐng)域讀者的理解，本節(jié)簡要概述寄生線蟲的分類、生活史及其對動物的危害。

寄生線蟲屬于蛻皮動物，外形呈圓形或紡錘形，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的線蟲種類可能超過100萬種。線蟲主要分為三大類：刺嘴綱、矛線綱以及色矛綱。其中，色矛綱包含了脊椎動物中絕大多數(shù)的寄生線蟲，主要種類包括糞類圓線蟲、捻轉(zhuǎn)血矛線蟲、人蛔蟲、環(huán)紋背帶線蟲、毛圓線蟲屬以及奧斯特亞屬等，常見反芻動物胃腸道線蟲種類見表1。

大多數(shù)線蟲為卵生型。不同種類線蟲具有不同的生活史，并且感染時期明顯不同。矛線綱線蟲在L1期便具備感染宿主的能力，而色矛綱線蟲則必須到達L3期才具有感染能力。以反芻動物體內(nèi)常見的捻轉(zhuǎn)血矛線蟲為例：蟲卵在桑椹期由成年雌蟲產(chǎn)出后，隨糞便排出到外環(huán)境中發(fā)育。蟲卵經(jīng)過L1～L4期，便開始出現(xiàn)性別分化，發(fā)育為成蟲。

不同寄生線蟲導(dǎo)致的臨床癥狀各異。有時受感染的動物可能沒有明顯的外部臨床異常。然而，那些幼畜或者身處逆境、免疫系統(tǒng)受損、感染有大量寄生蟲的宿主動物會呈現(xiàn)出相應(yīng)的臨床癥狀。這些癥狀可能包括：生長不良或體重減輕、產(chǎn)奶量或產(chǎn)毛量減少、腹瀉、黏膜蒼白(貧血)、水腫等。由于胃腸道線蟲導(dǎo)致宿主胃腸道形態(tài)和生理生化環(huán)境的改變，宿主動物還可能會出現(xiàn)厭食或者挑食[5]。因此，寄生蟲的防治是反芻動物生產(chǎn)管理中不可或缺的一環(huán)。

表1 反芻動物中主要的胃腸道線蟲種類Table 1 Major gastrointestinal nematodes species in ruminants[4]

2 胃腸道線蟲防治方法

市場銷售的驅(qū)蟲藥苯并咪唑類和大環(huán)內(nèi)酯類在治療胃腸道線蟲感染方面一直很有效。但在很多地方由于其大量使用致使寄生蟲產(chǎn)生了耐藥性，這些化學(xué)驅(qū)蟲劑正在逐漸失去效力[6]。另外，隨著人們對食品安全和食品中化學(xué)物質(zhì)殘留問題的關(guān)注日益增強，新的無公害的抗蟲方法急需突破[7-8]。目前除了化學(xué)驅(qū)蟲劑外，其他防治胃腸道線蟲的手段也具備一定的抗蟲效果。

2.1 放牧管理

合適的放牧管理可以有效降低放牧動物胃腸道線蟲感染幾率。一般而言，每一種放牧動物都有自己專屬的胃腸道線蟲種群。利用這一規(guī)律，在同一片牧場上可以放牧擁有不同胃腸道線蟲的動物種群，從而幫助牧場清理胃腸道線蟲。放牧過程中應(yīng)將共享同種種類胃腸道線蟲的動物分開[9]。

除了規(guī)劃不同種類的動物放牧區(qū)域外，還可通過調(diào)整草地輪作方式來降低放牧動物胃腸道線蟲感染幾率。草地輪作休眠時間一般為30 d，但這恰巧與多數(shù)胃腸道線蟲的發(fā)育時間一致，在休整后的草地進行放牧，將會使得放牧動物更容易感染胃腸道線蟲，結(jié)果適得其反。因此，如果要創(chuàng)造更干凈的牧場草地，應(yīng)根據(jù)感染情況，至少休牧3個月以上[9]。如果采用草地輪作，最好結(jié)合適當(dāng)?shù)钠渌椒ㄒ黄饒?zhí)行，如可以考慮在以前養(yǎng)過綿羊、山羊或鹿科動物的牧場上放牧馬，以幫助新的宿主動物清理牧場。

2.2 營養(yǎng)調(diào)控

營養(yǎng)調(diào)控在胃腸道線蟲控制過程中的重要性是毋庸置疑的[10]，營養(yǎng)良好的動物往往能夠更好地抵抗胃腸道線蟲帶來的負(fù)面作用。一方面，宿主動物攝入足夠的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)可以保持其健全的免疫系統(tǒng)，降低糞便中蟲卵數(shù)[11]，提高宿主動物對營養(yǎng)的消化與利用，使得宿主動物具有更強的胃腸道線蟲抵抗力和恢復(fù)力[12]。同時，增加宿主飼糧的蛋白質(zhì)水平會大幅增加宿主的生產(chǎn)性能并改善宿主肌肉品質(zhì)[13-14]；另一方面，給宿主動物補充適當(dāng)?shù)木S生素、礦物質(zhì)以及能量也能增強宿主的抵抗力，特別是宿主動物營養(yǎng)需求增加的時期(如妊娠后期到哺乳期早期)[15]。綜上可知，目前的所謂營養(yǎng)調(diào)控就是為宿主動物提供足夠的營養(yǎng)，使其保持良好的體況，以增強對寄生蟲危害的抵抗力。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、試驗數(shù)據(jù)的積累以及對宿主動物抗蟲機制的清晰認(rèn)識，通過特定的營養(yǎng)素進行精準(zhǔn)的抗蟲調(diào)控就可成為現(xiàn)實。

2.3 飼喂含有鞣質(zhì)的植物

研究表明，植物中的鞣質(zhì)(單寧)似乎具備抗蟲活性。當(dāng)放牧動物感染胃腸道線蟲后，它們會增加采食富含縮合單寧的植物(如菊苣、黃芪、胡枝子、紅豆草、金合歡等)[16]。一方面，這些含有單寧的植物往往富含蛋白質(zhì)和其他營養(yǎng)物質(zhì)，能在一定程度上減少胃腸道線蟲帶來的負(fù)面作用[17];另一方面，單寧具備像化學(xué)驅(qū)蟲劑一樣的驅(qū)蟲活性，能直接作用于線蟲，使得線蟲的超微結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，透射電鏡檢查發(fā)現(xiàn)胃腸道線蟲萎縮，這可能導(dǎo)致幼蟲無法進食，阻斷了線蟲的生理代謝，使其繁殖能力下降，從而達到抗蟲作用[18]。除此之外，單寧能結(jié)合瘤胃中的可溶性蛋白質(zhì)相結(jié)合，此結(jié)合物進入后腸道后，因pH變化而解離。此過程可增加過瘤胃蛋白，從而提高小腸可吸收氨基酸的比例。但單寧的攝入可能是利弊參半的。只有加入適量單寧(<60 g/kg)才能提高動物的蛋白質(zhì)利用效率，并達到驅(qū)蟲效果，如果單寧攝入過多，將導(dǎo)致動物生產(chǎn)力下降[19]。

2.4 食線蟲真菌

食線蟲真菌作為一種控制胃腸道線蟲的生物方法已經(jīng)用于實踐。食線蟲真菌主要通過菌絲形成菌絲陷阱來捕捉線蟲。為了使真菌能夠有效殺死胃腸道線蟲并最終減少牧草污染，宿主動物糞便中必須含有大量的真菌[20]。這可以通過飼喂反芻動物真菌孢子來實現(xiàn)。這些真菌孢子隨后會在糞便中發(fā)育成長，其菌絲可以纏繞并捕獲糞便中的線蟲幼蟲。在反芻動物中，能成功存活于胃腸道中的真菌是Duddingtoniaflagrans[21]。目前已經(jīng)有食線蟲真菌的商業(yè)化產(chǎn)品BioWorma?在市場出售。由于受季節(jié)和環(huán)境的影響，該產(chǎn)品的有效性范圍為0～100%，平均為80%左右[22-23]。如果這種生物控制方法可以與其他胃腸道線蟲的控制策略一起使用，可創(chuàng)建一個更全面的胃腸道線蟲控制方案。

2.5 胞外囊泡(extracellular vesicles，EVs)

EVs是一種起源于內(nèi)體膜或質(zhì)膜的膜囊泡。關(guān)于EVs的研究現(xiàn)在已經(jīng)擴展到包括寄生蟲在內(nèi)的多種生物[24]。研究表明，部分線蟲(包括Caenorhabditiselegans、Heligmosomoidespolygyrus、Trichurissuis、捻轉(zhuǎn)血矛線蟲、環(huán)紋背帶線蟲等)都能釋放EVs[25]。

EVs已被公認(rèn)在不同生物細胞間通信中發(fā)揮重要作用。它們能夠攜帶蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸。這些分子被宿主受體細胞吸收，進而對宿主動物產(chǎn)生相應(yīng)的影響。大多數(shù)已有的研究表明，胃腸道線蟲的EVs分泌的產(chǎn)物會對宿主動物的免疫系統(tǒng)產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，并有利于新的化學(xué)驅(qū)蟲劑與疫苗的制備，從而解決現(xiàn)有化學(xué)驅(qū)蟲劑的耐藥性問題[26-27]。例如，Heligmosomoidespolygyrus的EVs能夠分泌miRNAs來抑制宿主巨噬細胞和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號[26,28]。同樣，感染豬的蛔蟲的EVs中也存在針對宿主的Th2型免疫反應(yīng)的miRNAs[29]。這些結(jié)果支持了EVs在寄生線蟲-宿主的交流中發(fā)揮作用的假設(shè)，意味著EVs可能成為治療寄生線蟲感染的有效手段。

3 宿主動物對胃腸道線蟲感染的免疫反應(yīng)

胃腸道線蟲感染會引起宿主的免疫反應(yīng)，主要是Th2型免疫(體液免疫)反應(yīng)。Th2細胞產(chǎn)生的多種白細胞介素[白細胞介素-3(IL-3)、白細胞介素-4(IL-4)、白細胞介素-5(IL-5)、白細胞介素-9(IL-9)、白細胞介素-10(IL-10)和白細胞介素-13(IL-13)]參與了多種免疫反應(yīng)的調(diào)控[30-31](表2)，導(dǎo)致B細胞產(chǎn)生不同亞型的免疫球蛋白[免疫球蛋白A(IgA)、免疫球蛋白E(IgE)和免疫球蛋白G(IgG)][32]；Th2細胞因子還將驅(qū)動包括嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞、肥大細胞、巨噬細胞、杯狀細胞在內(nèi)的多種效應(yīng)細胞被激活[33]。

這些觀測到的免疫反應(yīng)，有些對宿主具有保護作用，即可抑制寄生蟲，而有些則無保護作用，即對寄生蟲無明顯損傷作用。這些無保護作用的免疫反應(yīng)可能是寄生蟲為逃逸宿主免疫損傷而產(chǎn)生釋放的類免疫因子，這些類免疫因子觸發(fā)了對寄生蟲無損傷的免疫反應(yīng)。限于篇幅，本文不再展開,讀者可參閱有關(guān)文獻[35-36]。

表2 胃腸道線蟲感染過程中主要的細胞因子及其介導(dǎo)的主要免疫反應(yīng)Table 2 Major cytokines and immune responses during gastrointestinal nematode infection[34]

4 宿主動物營養(yǎng)代謝

大量研究表明，胃腸道線蟲的感染導(dǎo)致宿主胃腸道各部位的蛋白質(zhì)和氨基酸代謝發(fā)生巨大改變。在感染Trichostrongyluscolubriformis的綿羊中，宿主多種組織(包括十二指腸、回腸平滑肌、腸系膜淋巴結(jié)等)的蛋白質(zhì)分?jǐn)?shù)合成率增加。這說明感染胃腸道線蟲的宿主的腸道和腸系膜淋巴結(jié)將吸收更多的蛋白質(zhì)用以受損組織的修補和免疫組織的正常運轉(zhuǎn)[37-38]。然而，宿主動物生產(chǎn)組織(骨骼肌、皮膚與毛纖維)的蛋白質(zhì)利用將有所減少[38-40]。目前有關(guān)于胃腸道線蟲對宿主蛋白質(zhì)和氨基酸代謝的研究仍在不斷豐富。已有研究表明，感染Trichostrongyluscolubriformis的宿主羊小腸中的甲硫氨酸和半胱氨酸等含硫氨基酸的代謝發(fā)生明顯變化[38,41]，但纈氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的代謝未發(fā)生顯著變化[40,41-42]。除此之外，胃腸道線蟲蛋白質(zhì)(主要為脯氨酸)代謝也發(fā)生明顯變化。

在討論宿主營養(yǎng)代謝時，一個密切相關(guān)的領(lǐng)域——胃腸道微生物菌群對宿主健康的作用，已經(jīng)引起多種學(xué)科研究人員的關(guān)注[43]。此外，宿主動物胃腸道微生物菌群的變化與胃腸道線蟲的侵入息息相關(guān)[44]。例如：山羊感染捻轉(zhuǎn)血矛線蟲后，宿主皺胃19%的微生物菌群發(fā)生改變[45]；綿羊感染環(huán)紋背帶線蟲后厭氧細菌豐度改變[46]。這些微生物菌群改變受很多因素的影響：一方面，宿主的內(nèi)環(huán)境變化導(dǎo)致胃腸道微生物菌群的變化[47]；另一方面，宿主動物受胃腸道線蟲感染后免疫反應(yīng)被激活，導(dǎo)致了胃腸道微生物菌群的改變[48-50]。同時，胃腸道微生物的變化還可能是受到胃腸道線蟲分泌產(chǎn)物的影響[51]。目前為止，尚不清楚到底是哪一種原因?qū)е挛⑸锞旱母淖兓蛘吣囊环N原因占主要優(yōu)勢，需要進一步的研究。

胃腸道微生物菌群的結(jié)構(gòu)和組成的變化將導(dǎo)致胃腸道線蟲感染的宿主相關(guān)蛋白質(zhì)和氨基酸代謝明顯改變。其中，變化最明顯的微生物是普雷沃氏菌屬(Prevotella)。Prevotella是反芻動物瘤胃和后腸中最豐富的菌屬之一，它在蛋白質(zhì)和碳水化合物的降解過程中起著至關(guān)重要的作用[52]。當(dāng)捻轉(zhuǎn)血矛線蟲感染綿羊時，其皺胃中Prevotella的平均豐度提升了52.3%[45]。這種增長可能用來彌補胃腸道線蟲感染期間宿主消化不良而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)不足。除此之外，許多促進宿主胃腸道健康的相關(guān)菌群豐度明顯改變，例如，在感染捻轉(zhuǎn)血矛線蟲的山羊中發(fā)現(xiàn)具有抗炎作用的毛螺旋菌屬(Lachnospiraceae)、丁酸弧菌屬(Butyrivibrio)的數(shù)量在其皺胃中大量減少[45]；而具有免疫調(diào)節(jié)作用的擬桿菌屬(Bacteroides)、Candidatusarthromitus(一種分段絲狀細菌)的數(shù)量大量增加[53]。

5 小結(jié)與展望

綜上所述，胃腸道線蟲感染對反芻動物各個方面產(chǎn)生了相應(yīng)的危害，目前而言并沒有很好的策略來應(yīng)對。鑒于反芻動物中寄生線蟲的危害性和普遍性，以及寄生蟲對目前驅(qū)蟲藥的抗藥性，新的有效的防治措施亟需突破。在對宿主抗蟲機理詳細闡明的基礎(chǔ)上，可利用特定營養(yǎng)素或其他活性物質(zhì)進行精準(zhǔn)抗蟲調(diào)控，其中包括：特定免疫調(diào)控，即針對特定免疫因子的增強或抑制調(diào)節(jié)；對人畜無害的特定殺蟲劑的研發(fā)。除此以外，其他防治方法，如長效疫苗的研發(fā)，亦有很好的前景。