周敏敏 齊智利 MOHAMMED Khaled Abouelezz Fouad 陳 偉

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院、動(dòng)物醫(yī)學(xué)院,武漢 430070;2.艾斯尤特大學(xué)農(nóng)學(xué)院,艾斯尤特 71526;3.廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院動(dòng)物科學(xué)研究所,畜禽育種國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華南動(dòng)物營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東省畜禽育種與營養(yǎng)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣州 510640)

近年來全球氣候變暖,夏季高溫環(huán)境下的熱應(yīng)激是引起養(yǎng)殖業(yè)經(jīng)濟(jì)損失的主要原因。畜禽是恒溫動(dòng)物,現(xiàn)代商業(yè)養(yǎng)殖畜禽生長快、基礎(chǔ)代謝產(chǎn)熱量高,在高溫環(huán)境下易造成產(chǎn)熱與散熱失衡,從而引起熱應(yīng)激,影響畜禽健康,并降低畜禽生產(chǎn)力和畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。色氨酸(tryptophan,Trp)是畜禽的必需氨基酸,參與多種生理過程,包括調(diào)控采食、促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收、提高免疫力,并能在應(yīng)激條件下維持腸道穩(wěn)態(tài)[1]。本文綜述了熱應(yīng)激對畜禽腸道屏障及免疫功能的影響和Trp代謝對腸道屏障及免疫功能的調(diào)控作用,并探討了Trp及其代謝物調(diào)控畜禽熱應(yīng)激的作用機(jī)制,為生產(chǎn)中合理應(yīng)用Trp緩解畜禽熱應(yīng)激提供參考。

1 熱應(yīng)激對畜禽生產(chǎn)性能、腸道屏障及免疫功能的影響

1.1 熱應(yīng)激的產(chǎn)生

反芻動(dòng)物、豬和家禽屬于恒溫動(dòng)物,當(dāng)環(huán)境溫度高于體溫調(diào)節(jié)上限時(shí),動(dòng)物體溫和代謝產(chǎn)熱上升,并伴隨著出現(xiàn)呼吸頻率和出汗率增加、飲水增多等熱應(yīng)激反應(yīng),以緩解高溫產(chǎn)生的熱應(yīng)激[2]。熱應(yīng)激進(jìn)一步通過激活下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis,HPA)促進(jìn)皮質(zhì)酮分泌,參與動(dòng)物體溫和代謝調(diào)節(jié)[3]。皮質(zhì)酮作為一種應(yīng)激激素可抑制白細(xì)胞介素-4(interleukin-4,IL-4)的產(chǎn)生,而IL-4是參與炎癥反應(yīng)的重要抗炎細(xì)胞因子,抑制IL-4產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的加劇。

1.2 熱應(yīng)激對畜禽生產(chǎn)性能的影響

高溫環(huán)境引起的熱應(yīng)激降低畜禽生產(chǎn)性能。研究表明,熱應(yīng)激通過損傷蛋雞排卵前卵泡顆粒細(xì)胞,降低蛋雞的生長性能、繁殖性能和產(chǎn)蛋性能[4]。家禽生長代謝快,但汗腺不發(fā)達(dá),體溫高于其他動(dòng)物,在熱應(yīng)激條件下通過降低采食量適應(yīng)高溫環(huán)境。持續(xù)的能量攝入量減少導(dǎo)致營養(yǎng)失衡,影響卵巢功能、精液質(zhì)量和胚胎發(fā)育,最終降低家禽的繁殖性能和產(chǎn)蛋率[5]。在奶牛中的研究中發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)奶量下降,并造成乳腺上皮細(xì)胞凋亡,破壞血乳屏障,大量病原微生物進(jìn)入乳腺腺泡內(nèi),引起奶牛乳腺炎[6]。Kim等[7]對肉牛展開的研究發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激條件下肉牛的干物質(zhì)采食量和平均日增重顯著下降。豬的皮下脂肪較厚,且汗腺發(fā)育不全,在高溫環(huán)境下也易發(fā)生熱應(yīng)激。Da Fonseca De Oliveira等[8]用Meta分析評估了高溫(29～35 ℃)與常溫(18～25 ℃)對生長肥育豬生產(chǎn)性能的影響,結(jié)果顯示,與常溫相比,高溫會(huì)降低生長肥育豬的平均日增重和平均日采食量,從而導(dǎo)致生長性能下降。綜上可知,熱應(yīng)激通過降低畜禽采食量,危害畜禽健康,最終降低畜禽產(chǎn)品質(zhì)量。

1.3 熱應(yīng)激對畜禽腸道屏障及免疫功能的影響

腸道負(fù)責(zé)營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),也是重要的防御屏障。腸上皮細(xì)胞由黏附連接蛋白(adherens junction protein,AJ)、緊密連接蛋白(tight junction protein,TJ)和橋粒連接成腸黏膜上皮,構(gòu)成腸道黏膜屏障[9]。熱應(yīng)激可破壞腸道黏膜屏障的完整性,增加腸黏膜的通透性。在肉雞上的研究發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激條件下肉雞腸道黏膜封閉蛋白-1(Claudin-1)、閉合蛋白(Occludin)、閉鎖小帶蛋白-1(zonula occludens-1,ZO-1)和E-鈣黏蛋白(E-cadherin,E-Cad)的mRNA表達(dá)水平降低[10]。在奶牛的研究中發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激引起奶牛腸黏膜的通透性增加,同時(shí)大量病原微生物進(jìn)入腸道,觸發(fā)腸道免疫防御機(jī)制[11]。Smith等[12]的研究顯示,腸道黏膜屏障的完整性受損時(shí),血液單核細(xì)胞被分化為腸道固有層的巨噬細(xì)胞,吞噬入侵的有害微生物,同時(shí)清除凋亡細(xì)胞。Hu等[13]的研究發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激誘導(dǎo)豬結(jié)腸機(jī)會(huì)性致病菌彎曲桿菌的相對豐度增加,打破了結(jié)腸的微生物穩(wěn)態(tài),進(jìn)而誘發(fā)腸道炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激。綜上可知,熱應(yīng)激破壞畜禽腸道黏膜屏障的完整性,隨后導(dǎo)致腸腔內(nèi)致病菌的滲透,進(jìn)一步降低腸道免疫防御功能。

2 Trp對畜禽生產(chǎn)性能、腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

2.1 Trp對畜禽生產(chǎn)性能的調(diào)控

Trp是畜禽的必需氨基酸,主要參與體蛋白質(zhì)和生物活性分子的合成。研究發(fā)現(xiàn),在熱應(yīng)激條件下對7日齡雛雞腹膜內(nèi)注射Trp可提高雛雞采食量,降低熱應(yīng)激期間雛雞的直腸溫度和血清皮質(zhì)酮水平,減少熱應(yīng)激引起的生長性能下降[14]。而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加0.5%Trp可顯著增加7～21日齡肉雞的體增重和飼料轉(zhuǎn)化率[15]。由此可見,不論是注射還是口服,Trp對肉雞的生長都有一定的促進(jìn)作用。Ma等[16]研究表明,在荷斯坦奶牛飼糧中添加Trp可提高產(chǎn)奶量和乳蛋白含量。而Liu等[17]在豬上的研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加Trp提高了生長肥育豬的飼料利用率。以上研究結(jié)果表明,Trp可不同程度緩解畜禽熱應(yīng)激,提高畜禽生產(chǎn)性能。

2.2 Trp對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

動(dòng)物機(jī)體中的Trp可被宿主細(xì)胞或腸道微生物代謝,產(chǎn)生不同類型的代謝物,進(jìn)而參與炎癥反應(yīng)、免疫應(yīng)答和共生菌群調(diào)節(jié)等生理功能[18]。犬尿氨酸(kynurenine,Kyn)、犬尿酸(kynuric acid,KA)和吲哚是Trp的代謝物,并可作為芳烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AhR)信號(hào)的激動(dòng)劑調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)[19]。Kyn代謝途徑、5-羥色胺(5-hydroxytryptamine,5-HT)代謝途徑和微生物代謝途徑是動(dòng)物腸道中負(fù)責(zé)Trp代謝的3條主要途徑,其中Kyn代謝途徑和5-HT代謝途徑屬于宿主代謝途徑。Trp代謝的3條主要途徑的具體代謝過程如圖1所示。

2.2.1 Kyn代謝途徑對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

機(jī)體攝入的Trp只有不到1%的部分用于合成蛋白質(zhì),其余被動(dòng)物細(xì)胞代謝[20],其中超過90%的Trp通過Kyn代謝途徑代謝,該途徑主要發(fā)生在肝臟,其次是大腦和小腸,代謝限速酶主要為色氨酸-2,3-雙加氧酶(tryptophan-2,3-dioxygenase,TDO)和吲哚胺-2,3-雙加氧酶(indoleamine-2,3-dioxygenase,IDO)[21]。IDO廣泛存在于女性胎盤上皮細(xì)胞和肺內(nèi)皮細(xì)胞等各種細(xì)胞中[22],而TDO主要存在于肝細(xì)胞中[23]。Trp被TDO或IDO催化產(chǎn)生3-羥基犬尿氨酸、喹啉酸、黃尿酸等多種代謝產(chǎn)物,經(jīng)系列生化反應(yīng)后最終分解為CO2和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(nicotinamide adenine dinucleotide,NAD+),這些代謝產(chǎn)物可參與調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道屏障和免疫功能[24]。Kyn以NAD+的形式為細(xì)胞提供能量,從而滿足細(xì)胞免疫反應(yīng)過程中能量的需求,因此Kyn是免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[25]。NAD+是一種參與DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞生長和新陳代謝的基本輔酶,在腸道黏膜免疫和慢性炎癥中也起著關(guān)鍵作用。研究表明,NAD+可提高衰老和炎癥中巨噬細(xì)胞的免疫功能,降低炎癥易感性[26]。Kuc等[27]研究發(fā)現(xiàn),大腸桿菌能通過Kyn代謝途徑產(chǎn)生KA,而KA可以改善胃腸道功能,維持腸道屏障完整性。Deng等[28]在慢性束縛應(yīng)激(chronic restraint stress,CRS)小鼠模型中的研究表明,擬桿菌屬可抑制Kyn代謝途徑,而其他微生物產(chǎn)生的IDO1則可激活腸道免疫細(xì)胞和上皮細(xì)胞中Kyn代謝途徑。綜上所述,Trp經(jīng)Kyn代謝途徑代謝產(chǎn)生的KA維持腸道屏障完整性,Kyn代謝途徑產(chǎn)生的終產(chǎn)物NAD+為免疫細(xì)胞供能,而Kyn代謝途徑雖然是宿主代謝途徑,但受到腸道微生物的影響。

TDO:色氨酸-2,3-雙加氧酶 tryptophan-2,3-dioxygenase;IDO:吲哚胺-2,3-雙加氧酶 indoleamine-2,3-dioxygenase;AFMID:犬尿氨酸甲酰胺酶 kynurenine formamidase;KAT:犬尿氨酸轉(zhuǎn)氨酶 kynurenine transaminase;KYNU:2-氨基-4-[3-羥基苯基]-4-羥基丁酸 2-amino-4-[3-hydroxyphenyl]-4-hydroxybutyric acid;KMO:犬尿氨酸3-單加氧酶 kynurenine 3-monooxygenase;NAD+:煙酰胺腺嘌呤二核苷酸 nicotinamide adenine dinucleotide;5-HT:5-羥色胺 5-hydroxytryptamine;Kyn:犬尿氨酸 kynurenine;MAO-A:單胺氧化酶-A monoamine oxidase-A;ALDH:乙醛脫氫酶 acetaldehyde dehydrogenase;TPH:色氨酸羥化酶 tryptophan hydroxylase;tnAa:色氨酸酶 tryptophanase。

2.2.2 5-HT代謝途徑對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

5-HT是重要的胃腸道信號(hào)分子,5-HT代謝途徑的限速酶為色氨酸羥化酶(tryptophan hydroxylase,TPH)。有1%～2%的膳食Trp通過5-HT代謝途徑轉(zhuǎn)化為5-HT,5-HT可進(jìn)一步代謝形成褪黑素,或被單胺氧化酶-A(monoamine oxidase-A,MAO-A)氧化脫氨基,產(chǎn)生5‐羥基吲哚乙醛,并被乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase,ALDH)進(jìn)一步代謝,生成5-羥基吲哚乙酸,主要通過尿液排泄。5-HT主要存在于人和動(dòng)物的胃腸道、血小板和中樞神經(jīng)系統(tǒng),而體內(nèi)大約95%的5-HT存在于胃腸道的腸嗜鉻細(xì)胞(enterochromaffin cell,EC)中[29]。5-HT在調(diào)節(jié)腸道炎癥中發(fā)揮著重要作用,Margolis等[30]在小鼠腸道中的研究發(fā)現(xiàn),用外周TPH抑制劑抑制腸道黏膜5-HT過量產(chǎn)生有利于緩解三硝基苯磺酸(trinitrobenzene sulfonic acid,TNBS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎。Shi等[31]研究發(fā)現(xiàn),TPH抑制劑可以治愈由5-HT代謝途徑失調(diào)引起的胃腸道疾病。因此,胃腸道中適宜的5-HT濃度對維持腸道健康至關(guān)重要。此外,5-HT可通過5-羥色胺受體(5-HT receptors,5-HTR)激活T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞,誘導(dǎo)免疫應(yīng)答[32]。Yano等[33]報(bào)道,來自小鼠和人類腸道的本地孢子形成細(xì)菌促進(jìn)結(jié)腸嗜鉻細(xì)胞內(nèi)5-HT的合成,改善胃腸道運(yùn)動(dòng)。此外,Reigstad等[34]研究發(fā)現(xiàn),腸道微生物代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFAs)能刺激結(jié)腸中5-HT的產(chǎn)生并促進(jìn)腸道蠕動(dòng)。5-HT進(jìn)一步代謝生成褪黑素,且在腸道中產(chǎn)生的褪黑素遠(yuǎn)高于松果體中,褪黑素對緩解腸黏膜損傷引起的腸黏膜通透性增加起著重要作用。已有研究表明,褪黑素可抑制小鼠氧化應(yīng)激,減輕睡眠剝奪引起的小腸黏膜損傷[35]。由此可見,5-HT通過激活免疫細(xì)胞觸發(fā)機(jī)體免疫應(yīng)答,其代謝產(chǎn)生的褪黑素可以保護(hù)腸道機(jī)械屏障,特定的腸道微生物及其代謝產(chǎn)物促進(jìn)5-HT的生物合成。

2.2.3 微生物代謝途徑對畜禽腸道屏障及免疫功能的調(diào)控

膳食中5%的Trp通過腸道微生物代謝為吲哚及吲哚酸衍生物。大腸桿菌、霍亂弧菌等眾多細(xì)菌通過色氨酸酶(tryptophanase,tnAa)代謝Trp生成吲哚。研究發(fā)現(xiàn),吲哚可促進(jìn)人小腸和大腸交界處腸上皮細(xì)胞中Claudin和ZO-1的表達(dá),進(jìn)而維持腸道黏膜屏障的完整性[36]。此外,吲哚是一種重要的天然免疫調(diào)節(jié)劑,可促進(jìn)吲哚并[3,2-b]咔唑(indolo [3,2-b] carbazole,ICZ)的產(chǎn)生。ICZ是一種葡糖蕓苔素衍生的化合物,與AhR具有較強(qiáng)的親和力[37]。AhR呈螺旋-環(huán)-螺旋形狀,是一種可結(jié)合配體的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子,在腸道上皮細(xì)胞和免疫細(xì)胞中廣泛表達(dá)。因此,吲哚在微生物與宿主免疫系統(tǒng)之間信號(hào)傳遞中發(fā)揮著重要作用。研究發(fā)現(xiàn),吲哚-3-乳酸(indole-3-lactic acid,ILA)可由羅伊氏乳桿菌代謝Trp生成,并可作為AhR配體誘導(dǎo)CD4+T淋巴細(xì)胞分化為CD4+CD8αα+TCRαβT細(xì)胞[稱為雙陽性上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(double positive intraepithelial lymphocytes,DPIEL)][38]。研究表明,腸上皮由于血流不暢氧飽和度較低,而DPIEL可通過調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子快速適應(yīng)轉(zhuǎn)基因小鼠腸道組織的缺氧環(huán)境,維持腸道健康[39]。吲哚-3-丙酸(indole 3 propanoic acid,IPA)可由梭狀芽胞桿菌代謝Trp合成[40],Li等[41]采用Caco-2/HT29細(xì)胞共培養(yǎng)模型評價(jià)了IPA對腸道屏障的影響,發(fā)現(xiàn)IPA不僅增加了跨上皮電阻,降低了細(xì)胞旁通透性,而且降低了脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)炎癥因子的表達(dá)。此外,吲哚-3-醛(indole-3-aldehyde,IAld)通過激活A(yù)hR分泌白細(xì)胞介素-22(interleukin-22,IL-22)發(fā)揮抗炎活性[42]。綜上可知,Trp微生物代謝物通過促進(jìn)腸上皮細(xì)胞中TJ的基因表達(dá)維持腸道黏膜屏障的完整性,并通過激活A(yù)hR調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的分化和下游細(xì)胞因子的分泌,進(jìn)一步調(diào)控腸道免疫功能。除以上吲哚酸衍生物之外,近年來的研究還發(fā)現(xiàn)吲哚-3-乙酸、色胺等也在維持腸道穩(wěn)態(tài)和改善腸道免疫健康方面發(fā)揮作用,但具體機(jī)制還有待深入探究。

3 Trp及其代謝產(chǎn)物調(diào)控?zé)釕?yīng)激條件下畜禽腸道屏障及免疫功能的作用機(jī)制

3.1 Trp調(diào)控?zé)釕?yīng)激條件下畜禽腸道屏障的作用機(jī)制

相鄰腸上皮細(xì)胞通過蛋白質(zhì)間互作連接在一起形成腸黏膜,其中TJ和AJ是參與維持細(xì)胞極性的關(guān)鍵蛋白。Liu等[43]研究結(jié)果表明,Trp能增加豬腸上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cell,IEC)關(guān)鍵緊密連接蛋白ZO-1、Occludin以及Claudins的含量,降低白細(xì)胞介素-8(interleukin-8,IL-8)和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)的含量,維持腸道屏障的完整性。同時(shí),在LPS誘導(dǎo)的Caco-2細(xì)胞單層模型中發(fā)現(xiàn),Trp可通過抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)-肌球蛋白輕鏈激酶(myosin light chain kinase,MLCK)信號(hào)通路的傳導(dǎo)減輕LPS誘導(dǎo)的TJ損傷,從而保護(hù)腸道屏障[44]。劉延祥等[45]研究發(fā)現(xiàn),熱應(yīng)激引起雞腸道內(nèi)乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌相對豐度減少,而有害菌相對豐度增加,破壞腸道菌群穩(wěn)態(tài)。而Liang等[46]的研究發(fā)現(xiàn),在斷奶仔豬飼糧中補(bǔ)充Trp可降低仔豬小腸病原菌(如梭菌)的相對豐度,并提高Trp代謝細(xì)菌(如乳酸桿菌)的相對豐度;該研究還發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充0.2%～0.4%Trp可提高仔豬空腸中分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,sIgA)的含量,提高β防御素2和3的mRNA表達(dá)水平。sIgA和β防御素可有效抵抗病原微生物的入侵,表明Trp可改善腸道微環(huán)境,提高腸黏膜免疫力。以上研究表明,Trp可能通過調(diào)節(jié)腸道TJ含量和腸道菌群組成緩解熱應(yīng)激引起的畜禽腸道黏膜通透性增加,進(jìn)而影響腸道免疫防御功能。

3.2 Trp體內(nèi)代謝產(chǎn)物調(diào)控?zé)釕?yīng)激條件下畜禽腸道免疫功能的作用機(jī)制

3.2.1 Trp代謝產(chǎn)物調(diào)控?zé)釕?yīng)激條件下畜禽腸道免疫功能的作用機(jī)制

熱應(yīng)激破壞畜禽腸上皮屏障的完整性,降低腸道免疫防御功能。而宿主代謝Trp生成的5-HT和Kyn可通過誘導(dǎo)免疫細(xì)胞分泌下游細(xì)胞因子調(diào)節(jié)免疫功能。5-HT可結(jié)合先天免疫細(xì)胞上的5-HTR,繼而影響細(xì)胞因子的分泌。Mahé等[47]研究發(fā)現(xiàn),5-HT可通過激活人小膠質(zhì)細(xì)胞上的5-羥色胺受體-7(5-HT receptor 7,5-HTR7)分泌白細(xì)胞介素-6(interleukin-6,IL-6)調(diào)節(jié)神經(jīng)炎癥反應(yīng)。Idzko等[48]研究了人樹突狀細(xì)胞上5-HTR的表達(dá)情況,發(fā)現(xiàn)5-HT能通過激活5-HTR家族中的5-HTR4和5-HTR7,促進(jìn)成熟樹突狀細(xì)胞釋放細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)和IL-8,同時(shí)減少白細(xì)胞介素-12(interleukin-12,IL-12)和TNF-α的分泌,這表明5-HT可通過調(diào)控樹突狀細(xì)胞中不同的信號(hào)通路調(diào)節(jié)先天免疫。Zhang等[49]研究表明,Kyn通過促進(jìn)AhR核轉(zhuǎn)位增加調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells,Tregs)標(biāo)志物叉頭框蛋白P3(Forkhead box protein P3,Foxp3)的轉(zhuǎn)錄,其中Tregs是抑制細(xì)胞免疫的一種T細(xì)胞功能亞群,在免疫耐受中發(fā)揮重要作用,而Foxp3在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)中起關(guān)鍵作用。此外,Campesato等[50]發(fā)現(xiàn),Kyn可激活A(yù)hR,上調(diào)CD8+T細(xì)胞中程序性死亡蛋白-1(programmed death protein-1,PD-1)的表達(dá)水平,防止因CD8+T細(xì)胞耗竭而出現(xiàn)免疫失調(diào)。抑制體液免疫的B細(xì)胞,被稱為調(diào)節(jié)性B細(xì)胞(regulatory B cells,Bregs),在抑制炎癥方面起著重要作用。Piper等[51]研究表明,AhR可介導(dǎo)B細(xì)胞分化為Bregs,促進(jìn)抗炎因子白細(xì)胞介素-10(interleukin-10,IL-10)生成。而Masuda等[52]發(fā)現(xiàn)AhR可抑制巨噬細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子IL-6。以上研究表明,5-HT通過結(jié)合5-HTR在神經(jīng)系統(tǒng)和先天免疫系統(tǒng)中起著重要作用,Kyn通過激活A(yù)hR調(diào)節(jié)適應(yīng)性和先天性免疫反應(yīng)。雖然5-HT和Kyn對免疫細(xì)胞的調(diào)節(jié)作用已有一定研究,但腸道作為機(jī)體最大的免疫器官,存在大量免疫細(xì)胞,而目前5-HT和Kyn調(diào)節(jié)腸道免疫細(xì)胞的作用機(jī)制仍是研究空白。本實(shí)驗(yàn)室推測宿主Trp代謝產(chǎn)物可能通過激活A(yù)hR調(diào)節(jié)Tregs、Bregs、CD8+T細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等免疫細(xì)胞的分化和下游因子的釋放,來維持熱應(yīng)激條件下畜禽腸道免疫功能,未來本實(shí)驗(yàn)室將設(shè)計(jì)試驗(yàn)對這一猜想進(jìn)行驗(yàn)證。

3.2.2 Trp微生物代謝產(chǎn)物調(diào)控?zé)釕?yīng)激條件下畜禽腸道免疫功能的可能作用機(jī)制

熱應(yīng)激導(dǎo)致腸黏膜損傷,隨后腸腔內(nèi)微生物穩(wěn)態(tài)失衡,有益菌相對豐度減少,有害菌相對豐度增加,降低腸道免疫防御功能。Wlodarska等[53]在葡聚糖硫酸鈉(dextran sodium sulfate,DSS)誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎模型研究中發(fā)現(xiàn),消化鏈球菌代謝Trp產(chǎn)生的吲哚丙烯酸(indoleacrylic acid,IA)不僅可通過激活孕烷X受體(pregnane X receptor,PXR)降低腸上皮細(xì)胞中TNF-α的表達(dá)水平,還可激活A(yù)hR并產(chǎn)生IL-10,促進(jìn)黏蛋白2(mucin 2,MUC2)的表達(dá),黏蛋白可以被共生細(xì)菌用作能量來源,IL-10可作為抗炎細(xì)胞因子緩解腸道炎癥,這一結(jié)果表明Trp的微生物代謝產(chǎn)物IA可緩解腸道炎癥,增強(qiáng)腸上皮屏障功能。Venkatesh等[54]的研究結(jié)果顯示,產(chǎn)孢梭菌代謝Trp產(chǎn)生的吲哚3-丙酸(indole 3-propionic acid,IPA)可通過激活PXR下調(diào)腸上皮細(xì)胞中TNF-α的mRNA表達(dá)水平,PXR是核受體超家族成員之一,被配體激活后可調(diào)節(jié)先天免疫反應(yīng)消滅入侵的病原微生物。如前所述,IAld能夠通過激活A(yù)hR誘導(dǎo)3型天然淋巴細(xì)胞(group 3 innate lymphoid cells,ILC3s)產(chǎn)生IL-22[42],ILC3s是一類不同于T細(xì)胞和B細(xì)胞的淋巴細(xì)胞亞群,位于腸道黏膜表面,可增強(qiáng)腸道黏膜免疫,維持腸道黏膜屏障完整性,而IL-22是維持腸道屏障穩(wěn)態(tài)的一種重要細(xì)胞因子。ILA除了可激活A(yù)hR誘導(dǎo)CD4+T淋巴細(xì)胞分化為CD4+CD8αα+TCRαβT細(xì)胞(DPIEL)外,還可抑制CD4+T淋巴細(xì)胞分化為Tregs和Th17[55]。機(jī)體內(nèi)Th17和Tregs的平衡對維持自身免疫至關(guān)重要。以上研究表明,Trp的微生物代謝產(chǎn)物可能通過激活A(yù)hR和PXR并調(diào)節(jié)ILC3s、CD4+T淋巴細(xì)胞和DPIEL等免疫細(xì)胞的分化和下游因子的釋放調(diào)節(jié)熱應(yīng)激條件下畜禽腸道免疫功能(圖2)。

4 小 結(jié)

綜上所述,Trp及其代謝產(chǎn)物可能主要通過以下途徑緩解熱應(yīng)激條件下畜禽腸道黏膜損傷,從而保證熱應(yīng)激條件下動(dòng)物腸道健康,維持動(dòng)物正常生長:1)促進(jìn)腸道緊密連接蛋白表達(dá),維持腸道屏障完整性;2)降低腸道病原菌相對豐度,并提高Trp代謝細(xì)菌相對豐度,改善腸道微生態(tài);3)激活A(yù)hR、5-HTR和PXR等受體并調(diào)節(jié)一系列免疫細(xì)胞的分化和下游細(xì)胞因子的分泌調(diào)控畜禽腸道黏膜免疫功能。

Trp:色氨酸 tryptophan;IAld:吲哚-3-醛 indole-3-aldehyde;ILA:吲哚-3-乳酸 indole-3-lactic acid;IA:吲哚丙烯酸 indoleacrylic acid;IPA:吲哚3-丙酸 indole 3-propionic acid;AhR:芳烴受體 aryl hydrocarbon receptor;ILC3s:3型天然淋巴細(xì)胞 group 3 innate lymphoid cells;MUC2:黏蛋白2 mucin 2;IL-22:白細(xì)胞介素-22 interleukin-22;DPIEL:雙陽性上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞 double positive intraepithelial lymphocytes;PXR:孕烷X受體 pregnane X receptor;TNF-α:腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α;IL-10:白細(xì)胞介素-10 interleukin-10;IEC:腸上皮細(xì)胞 intestinal epithelial cell。

Trp代謝產(chǎn)物通過激活A(yù)hR調(diào)節(jié)腸道免疫,但熱應(yīng)激條件下何種Trp代謝產(chǎn)物對腸道黏膜免疫起主要作用猶未可知。熱應(yīng)激導(dǎo)致畜禽腸道微生物穩(wěn)態(tài)紊亂,盡管目前已明確了部分細(xì)菌可代謝Trp并參與腸道黏膜損傷修復(fù),但由于腸道菌群的多樣性,還有哪些菌參與了Trp代謝,它們調(diào)控畜禽腸道黏膜物理屏障和黏膜免疫功能的具體機(jī)制仍是未來需要深入研究的方向;此外,確定不同動(dòng)物不同生長階段利用Trp緩解熱應(yīng)激時(shí),Trp的最佳劑量對減少熱應(yīng)激帶來的經(jīng)濟(jì)損失也至關(guān)重要。