宋明明 黨丹岐 趙佳楠 張立陽

(河南農(nóng)業(yè)大學動物科技學院,河南省家畜營養(yǎng)調(diào)控與生態(tài)養(yǎng)殖國際聯(lián)合實驗室,鄭州 450046)

幼齡反芻動物胃腸道健康及免疫系統(tǒng)的成熟是保證其成年后發(fā)揮正常生產(chǎn)性能的基石。反芻動物早期胃腸道功能發(fā)育不全,免疫功能也相對薄弱,病原菌入侵或其他因素干擾極易造成胃腸道微生態(tài)失衡,引發(fā)腹瀉等疾病[1]。反芻動物胃腸道內(nèi)存在眾多且復(fù)雜的微生物群落,不僅具有消化功能,還在免疫系統(tǒng)發(fā)育過程中扮演重要角色。因此,明晰幼齡反芻動物胃腸道及微生物群落和免疫系統(tǒng)如何發(fā)育、演變、調(diào)控等關(guān)鍵問題,能夠進一步拓展對機體、微生態(tài)環(huán)境和免疫系統(tǒng)的相互作用的認知,對預(yù)防疾病的發(fā)生及維護動物健康尤為重要。

1 幼齡反芻動物胃腸道免疫系統(tǒng)的建立和發(fā)育

1.1 幼齡反芻動物胃腸道發(fā)育及其免疫系統(tǒng)的組成和功能

瘤胃及腸道的發(fā)育對幼齡反芻動物的生長和健康至關(guān)重要,不僅直接影響其對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和代謝,同時也是機體自身免疫系統(tǒng)發(fā)揮功能的基礎(chǔ)。瘤胃的發(fā)育主要發(fā)生在反芻動物斷奶前,除了重量和容積的增加外,還包括瘤胃壁的生長發(fā)育以及瘤胃微生物的定植。這個發(fā)育過程主要依賴于飼糧成分、物理形態(tài)的變化、消化系統(tǒng)菌群的建立以及消化和吸收的機制等,飼糧中開食料及粗飼料分別主導對瘤胃乳頭和瘤胃肌肉層發(fā)育的調(diào)控[2]。瘤胃微生物群對瘤胃結(jié)構(gòu)和生理發(fā)育也表現(xiàn)出較大的影響,微生物在瘤胃內(nèi)定植也隨著消化系統(tǒng)的發(fā)育而發(fā)展。腸道的發(fā)育對斷奶前反芻動物的營養(yǎng)吸收和代謝是非常重要的,同時腸道也代表機體最大的免疫器官,發(fā)揮著重要的免疫調(diào)節(jié)功能。腸道的發(fā)育圍繞飼料形態(tài)的轉(zhuǎn)變可以分為2個階段:一是腸道消化吸收液體飼料提供營養(yǎng)階段;二是腸道消化吸收固體食物提供營養(yǎng)階段[3]。在此期間,除了腸道的整體形態(tài)變化外,腸道微生態(tài)系統(tǒng)組成也發(fā)生著劇烈變化。腸道中的微生物群除了直接構(gòu)建屏障結(jié)構(gòu)協(xié)助宿主抵御疾病,維護腸道健康外,也間接地通過促進機體免疫系統(tǒng)的發(fā)育完善來發(fā)揮作用。

在反芻動物幼齡階段,腸道黏膜免疫是機體免疫的重要組成部分,并且在結(jié)構(gòu)和功能上與其他哺乳動物相差無異,主要由物理屏障、化學屏障、模式識別受體(pattern recognition receptors,PRRs)以及多種有助于宿主防御的免疫細胞等組成[4-5]。腸上皮細胞(intestinal epithelial cells,IECs)通過緊密連接在身體和腸腔內(nèi)容物之間形成不可滲透的屏障,并負責導入管腔營養(yǎng)素以及將免疫球蛋白A(immunoglobulin A,IgA)釋放到管腔中[6]。腸道杯狀細胞合成和分泌黏蛋白,在IECs表面聚集形成黏性涂層即黏液層,抵御絕大多數(shù)病原體入侵[7-8]。先天免疫系統(tǒng)在宿主抵抗感染的第1道防線中起著關(guān)鍵作用,并配備了識別病原相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)、損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)和微生物相關(guān)分子模式(metabolism-associated molecular patterns,MAMPs)的PRRs,直接激活免疫細胞[9]。腸道固有層中的T細胞、B細胞、先天淋巴樣細胞(innate lymphoid cell,ILC)、樹突狀細胞(dendritic cells,DCs)等免疫細胞,能夠吞噬并呈遞和清除抗原、分泌細胞因子、調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答。另外,腸道相關(guān)的淋巴組織(gut associated lymphoid tissues,GALT),也是腸道免疫系統(tǒng)的重要組成部分。組織型的GALT負責免疫反應(yīng)的誘導部位,彌漫型的GALT構(gòu)成免疫反應(yīng)的效應(yīng)部位,其能夠監(jiān)測腸道內(nèi)抗原并激活免疫反應(yīng),介導免疫應(yīng)答[10]。

1.2 被動免疫轉(zhuǎn)移為幼齡反芻動物胃腸道免疫系統(tǒng)發(fā)育筑基

反芻動物生命早期,免疫系統(tǒng)的發(fā)育并不是孤立的,而是受到母體免疫功能的強烈影響。妊娠期間,母體胎盤的特殊結(jié)構(gòu)阻止了免疫球蛋白從母體循環(huán)系統(tǒng)到胎兒的傳遞[11]。出生以后,反芻動物必須依靠攝入初乳以克服低丙種球蛋白(先天性或獲得性血清免疫球蛋白濃度低)的狀態(tài),實現(xiàn)被動免疫,減少或避免初生環(huán)境中各種細菌或病毒的感染[5,12-13]。研究表明,犢牛接受初乳后血清葡萄糖、總蛋白和免疫球蛋白G(immune globulin G,IgG)等濃度均顯著升高[12]。而且國外調(diào)查研究顯示,被動免疫失敗犢牛的患病率和死亡率均會有所提高[14]。初乳除了為高度敏感的新生反芻動物提供被動免疫的轉(zhuǎn)移外,還影響新生反芻動物胃腸道菌群的定植和穩(wěn)態(tài)。Stabel等[15]的研究表明,初乳缺乏可能會對犢牛在總微生物種群中建立平衡的能力產(chǎn)生重大影響并將導致生物失調(diào)和發(fā)病率的增加。但幼齡反芻動物僅在出生24 h內(nèi)腸道通透性較高,這對促進免疫球蛋白通過非選擇性大分子轉(zhuǎn)運系統(tǒng)從初乳轉(zhuǎn)移至機體血液中至關(guān)重要,隨著出生時間的增加,腸道發(fā)生閉鎖,IgG等大分子再無法通過[16]。此外,新生反芻動物依靠初乳獲得的IgG的半衰期僅為11.5～19.9 d,而內(nèi)源IgG在出生后8～16 d才開始產(chǎn)生。因而,幼齡反芻動物被動免疫的轉(zhuǎn)移可以為自身免疫系統(tǒng)的發(fā)育筑基,對其快速建立至關(guān)重要。

1.3 微生物定植促進幼齡反芻動物胃腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育

幼齡反芻動物胃腸道微生物的定植對宿主免疫系統(tǒng)的建立、發(fā)育和成熟非常關(guān)鍵。胃腸道微生物在免疫系統(tǒng)的建立和發(fā)育過程中扮演重要角色,而微生物的定植又直接或間接影響胃腸道免疫系統(tǒng)的成熟。新生反芻動物獲取母體和環(huán)境中的微生物,并經(jīng)過選擇和適應(yīng)后在胃腸道中存活、增殖形成穩(wěn)定的微生物區(qū)系,定植的微生物通過刺激腸上皮黏膜免疫系統(tǒng)的功能促進先天性免疫和適應(yīng)性免疫的發(fā)育。由IECs中的腸道杯狀細胞分泌的黏蛋白組成的腸黏膜可有效阻止細菌的移位,而微生物的存在又可刺激杯狀細胞合成和分泌黏蛋白,維持組織屏障的完整性[17]。腸道微生物的定植催動了腸黏膜和GALT的成熟,促進了免疫系統(tǒng)的發(fā)育。雖然派氏淋巴結(jié)(Peyer’s patch,PP)和腸系膜淋巴結(jié)(mesenteric lymph node,MLN)在妊娠時就已經(jīng)發(fā)育,但每一個淋巴組織都需要來自腸道菌群感應(yīng)的信號來刺激其發(fā)育成熟[18];并且無菌動物GALT的發(fā)育會出現(xiàn)缺陷,造成PP和MLN的減小[19]。細菌及其代謝產(chǎn)物被DCs攝取和呈遞從而刺激GALT的發(fā)育:DCs被細菌活化后能夠誘導PP生發(fā)中心T細胞的增殖,使B細胞分泌IgA,繼而誘導MLN中效應(yīng)T細胞的增殖,推動MLN的發(fā)育成熟[17]。

2 幼齡反芻動物胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)與免疫功能的互作

2.1 胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)對幼齡反芻動物腸道免疫功能的影響

胃腸道微生物、代謝物及其與宿主共代謝物組成的復(fù)雜環(huán)境是幼齡反芻動物機體最大的微生態(tài)系統(tǒng),其形成和發(fā)展為幼齡反芻動物胃腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能提供了關(guān)鍵信號,同時胃腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育和功能又受到微生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控[20]。胃腸道微生物群能夠指導宿主先天性和適應(yīng)性免疫功能的成熟,包括丁酸梭菌、雙歧桿菌、脆弱擬桿菌、干酪乳桿菌以及鼠李糖乳桿菌等均表現(xiàn)出腸道免疫調(diào)節(jié)作用[21-22]。微生物可通過識別IECs表面的MAMPs,激活腸道中的Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)或NOD樣受體(NOD-like receptors,NLRs)等來區(qū)分病原體和共生菌以及識別不同的微生物成分并直接激活免疫細胞調(diào)控宿主免疫應(yīng)答。髓樣分化因子88(MyD88)等信號通路能夠感知細菌成分,并誘導信號轉(zhuǎn)導,產(chǎn)生抗菌分子和細胞因子等并清除細菌,如圖1所示[23]。并且小腸上皮細胞中MyD88缺陷會導致IECs產(chǎn)生的抗菌凝集素RegⅢγ減少,從而導致腸上皮表面有害菌定植增加,影響腸道健康[24]。

Lumen:腸腔;Lamina propria:固有層;Microbiota:微生物群;C.butyricum:丁酸梭菌 Clostridium butyricum;B.fragilis:脆弱擬桿菌 Bacteroides fragilis;B.breve:短雙歧桿菌 Bifidobacterium breve;TLR2:Toll樣受體2 Toll-like receptor 2 ;TLR4:Toll樣受體4 Toll-like receptor 4;Stat3:信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3 signal transducer and activator of transcription 3;PSA:多糖A polysaccharide A;IL-10:白細胞介素-10 interleukin-10;IL-27:白細胞介素-27 interleukin-27;IL-10 receptor:IL-10受體interleukin-10 receptor;IL-10+Treg:IL-10+調(diào)節(jié)性T細胞 IL-10+ regulatory T cells;Foxp3+Treg:Foxp3+調(diào)節(jié)性T細胞 Foxp3+ regulatory T cells;NOD2:核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白2 nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2;Mφ:巨噬細胞 macrophages;CX3CR1high phagocytes:CX3C趨化因子受體1高表達吞噬細胞 CX3C chemokine receptor 1high phagocytes;DC:樹突狀細胞 dendritic cell;pDC:漿細胞樣樹突狀細胞 plasmacytoid dendritic cell;CD103+DC:CD103+樹突狀細胞 CD103+ dendritic cell;Tr1:1型調(diào)節(jié)型T細胞 type 1 regulatory T cells;Cytokines:細胞因子。圖1 腸道菌群調(diào)控宿主腸道免疫屏障功能Fig.1 Intestinal flora regulates host intestinal immune barrier function[23]

反芻動物宿主和腸道微生物群相互作用,產(chǎn)生廣泛的代謝產(chǎn)物或化合物,如外源性未消化膳食成分厭氧發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs),內(nèi)源性微生物和宿主反應(yīng)產(chǎn)生膽汁酸(bile acids,BAs)代謝產(chǎn)物等,均是參與免疫系統(tǒng)調(diào)控的重要代謝產(chǎn)物[25]。SCFAs不僅能作為宿主的能量來源,也通過增加緊密連接蛋白相關(guān)基因的表達促進IECs的增殖,增強腸道屏障功能,調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[23,26]。其通過激活G蛋白偶聯(lián)受體或抑制組蛋白去乙酰酶(histone deacetylase,HDAC)來促進IECs產(chǎn)生細胞因子清除病原菌,作用機制如圖2所示。另外,膽汁酸,特別是由細菌代謝肝臟中的膽汁酸而產(chǎn)生的次級膽汁酸(secondary bile acids,SBAs),可以調(diào)控腸道炎癥的發(fā)生,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。已有研究的SBAs石膽酸(LCA)和脫氧膽酸(DCA)作為重要的信號分子調(diào)節(jié)輔助性T細胞17(helper T cell 17,Th17)和調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cells,Tregs)的分化[25]。BAs也可通過激活法尼醇X受體(FRX)來調(diào)控腸道菌群的組成,促進或抑制IECs的增殖,調(diào)節(jié)免疫屏障;并通過與TGR5的相互作用抑制核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)信號傳導來降低巨噬細胞促炎癥細胞因子的產(chǎn)生[27]。

Microbiota:微生物群;SCFAs:短鏈脂肪酸 short chain fatty acids;Acetate:乙酸;Propionate:丙酸;Butyrate:丁酸;GPRs:G蛋白偶聯(lián)受體 G protein-coupled receptors;Mucus:黏液;Tuft cell:簇狀細胞;Goblet cell:杯狀細胞;Paneth cell:潘氏細胞;GPR109a:G蛋白偶聯(lián)受體109a G-protein coupled receptor 109a;GPR43:G蛋白偶聯(lián)受體43 G-protein coupled receptor 43;AC:組蛋白乙?；?histone acetylation;HDAC:組蛋白去乙酰酶 histone deacetylase;M?:巨噬細胞 macrophages;DC:樹突狀細胞 dendritic cells;Foxp3+Treg:Foxp3+調(diào)節(jié)性T細胞 Foxp3+ regulatory T cells;IL-10:白細胞介素-10 interleukin-10;Cytokine:細胞因子;Chemokine:趨化因子。圖2 揮發(fā)性脂肪酸調(diào)控腸道免疫屏障功能Fig.2 Volatile fatty acids regulate intestinal immune barrier function[23]

2.2 胃腸道黏膜免疫系統(tǒng)對微生物菌群的調(diào)控作用

胃腸道黏膜免疫系統(tǒng)受微生物菌群的調(diào)控,相反也對微生物菌群的定植和功能發(fā)揮作用。腸道黏膜免疫系統(tǒng)通過物理屏障、化學屏障、微生物屏障以及免疫屏障來調(diào)節(jié)微生物與宿主組織的相互作用以及微生物菌群的組成,控制細菌在宿主組織的暴露,從而減少病理結(jié)果的可能性,這一影響在反芻動物幼齡階段更為重要[5]。不同的腸道菌群黏附于腸道黏膜層上,形成了一個多層次的腸道微生物屏障,是維持腸上皮的完整性和防止病原微生物入侵的天然屏障。先天免疫系統(tǒng)的PRRs能夠誘導腸道潘氏細胞合成抗菌蛋白,并通過與MAMPs互作活化多條信號通路,提高腸道黏膜屏障功能,促進抗菌蛋白以及IgA的分泌抑制有害菌的定植[20]。IECs通過細胞間的緊密連接、黏附鏈接和橋粒等形成不可滲透的物理屏障,有效阻擋細菌、病毒和內(nèi)毒素等的進入。黏液層的免疫效應(yīng)因子IgA、抗菌肽(antimicrobial peptides,AMPs)和防御素等抑菌和殺菌物質(zhì)構(gòu)成了能夠抑制黏膜層致病菌的化學屏障[28]。GALT和各種免疫細胞構(gòu)成了腸道的免疫屏障,在免疫防御中也發(fā)揮了極大的作用[29]。其他免疫細胞群也促進了共生細菌對腸道部位的控制[7]。總之,免疫細胞、免疫效應(yīng)因子和屏障系統(tǒng)共同作用,控制微生物群的定位和群落的組成,并減少細菌與上皮細胞的接觸,維持免疫系統(tǒng)和微生物之間的平衡。

3 幼齡反芻動物胃腸道免疫功能的營養(yǎng)調(diào)控

由于腸道微生物的組成和產(chǎn)物對免疫應(yīng)答有很大影響,因此通過微生態(tài)制劑、酶制劑等營養(yǎng)制劑干預(yù)胃腸道菌群影響反芻動物瘤胃及腸道微生態(tài),或直接發(fā)揮免疫作用調(diào)控免疫功能,能夠為免疫系統(tǒng)的調(diào)控提供新的思路和手段。

3.1 益生菌制劑的免疫調(diào)控作用

益生菌對調(diào)控動物腸道健康有著重要意義。許多試驗與實踐證明,乳酸桿菌等益生菌能夠在腸道內(nèi)黏附、定植,通過平衡腸道菌群、穩(wěn)定腸黏膜屏障以及調(diào)節(jié)腸黏膜免疫起到免疫助劑的作用,緩解腸道疾病癥狀[30]。益生菌可以抑制病原菌在腸道的定植,幫助宿主建立健康的腸黏膜保護層,增強宿主免疫力。通過添加外源益生菌調(diào)控腹瀉及腸道炎癥對于維護反芻動物胃腸道微生態(tài)具有重要意義。外源益生菌除了通過SCFAs或誘導抑制物質(zhì)(防御素、細菌素、抗菌肽等)抑制腸道病原體的定植外,還能調(diào)控腸黏膜屏障和免疫刺激促進腸道健康。Izuddin等[31]的研究表明,植物乳桿菌RG14制劑作用于羔羊能夠增加管腔中β-防御素等抗菌肽的分泌量,并通過緊密連接蛋白調(diào)節(jié)腸屏障,進一步提高腸黏膜的健康和完整性,增強其免疫狀態(tài)。據(jù)研究所述,犢牛食用復(fù)合微生態(tài)制劑能顯著提高IgA與IgG以及抗炎細胞因子白細胞介素-4(IL-4)的含量,降低腹瀉率,增強機體免疫功能[32]。另外,體外試驗結(jié)果表明,鼠李糖乳桿菌GG(LactobacillusrhamnosusGG,LGG)作為益生菌能夠極大增強受感染巨噬細胞的免疫應(yīng)答水平[33]。而且,生產(chǎn)中的糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)技術(shù)也可以作為獨特的益生菌制劑改善動物機體腸道健康。有研究將被動免疫成功犢牛的糞菌應(yīng)用于被動免疫失敗的犢牛,結(jié)果表明FMT可以改善腸道上皮緊密連接結(jié)構(gòu),提高腸道屏障完整性,具有促進腸道健康、提高犢牛免疫力的積極作用[20]。此外,FMT還能夠改善羔羊[34]和犢牛[35]的腹瀉情況、重塑腸道菌群,促進腸道微生態(tài)健康,并具有提高生長性能的可能性。

3.2 酶制劑的免疫調(diào)控作用

作為同時具有營養(yǎng)性添加劑和功能性添加劑雙重特性的飼料添加劑,酶制劑除了具有基本的營養(yǎng)功能外,還對腸道健康、免疫調(diào)節(jié)、殺菌抑菌等均有益處,已經(jīng)成為動物的常規(guī)飼料添加劑。但目前酶制劑相關(guān)研究主要集中在其對反芻動物的營養(yǎng)調(diào)控,而對胃腸道免疫屏障功能的調(diào)節(jié)研究較少[36]。由于幼齡反芻動物瘤胃發(fā)育不全,其消化吸收方式與單胃動物較為相似,外源酶能夠逃脫瘤胃微生物及其酶的分解破壞,進入瘤胃后段的真胃和小腸部位,因此酶制劑在幼齡反芻動物生產(chǎn)及胃腸道功能調(diào)控中作用更為明顯。酶制劑的主要功能包括輔助瘤胃微生物發(fā)揮消化功能,調(diào)節(jié)瘤胃的理化環(huán)境,產(chǎn)生微生物需要的益生元,進而間接對幼齡反芻動物胃腸道微生態(tài)環(huán)境,免疫系統(tǒng)方面發(fā)揮調(diào)控作用。隨著日齡的增加,反芻動物瘤胃及腸道系統(tǒng)發(fā)育不斷完善,瘤胃的功能逐漸成熟,酶制劑的應(yīng)用將區(qū)別于普通豬、禽等單胃動物用酶制劑的傳統(tǒng)思路,建立反芻動物酶制劑改善瘤胃及腸道的酶菌協(xié)同生態(tài)體系[37]。

3.3 植物提取物的免疫調(diào)控作用

近年來,植物提取物作為天然飼料添加劑代替抗生素受到廣泛關(guān)注,如黃芩苷、植物精油以及中草藥提取物等。它們在改善動物胃腸道微生態(tài)環(huán)境,促進免疫細胞的活性,改善機體免疫狀態(tài)方面發(fā)揮了積極作用。研究發(fā)現(xiàn),黃酮類物質(zhì)黃芩苷能夠改善斷奶前犢牛血液抗氧化、抗炎和免疫功能,并降低犢牛腹瀉的嚴重程度和發(fā)生率,起到調(diào)節(jié)免疫平衡的作用[38]。Oh等[39]研究發(fā)現(xiàn),植物提取物大蒜油、姜黃油樹脂和辣椒素可通過激活和誘導CD4細胞的擴張而具有免疫刺激作用。另外,中藥大黃是自古以來傳統(tǒng)中醫(yī)治療消化不良、便秘等疾病的常用草藥,除了具有抗菌和抗腫瘤等的特性外還能發(fā)揮一定的免疫調(diào)節(jié)作用。Jiao等[40]的研究表明,在反芻動物發(fā)育早期,補充大黃可通過調(diào)節(jié)腸道上皮微生物群來增強宿主黏膜固有免疫穩(wěn)態(tài)。此外,絲蘭(Yuccaschidigera,YS)是一種富含抗微生物、抗氧化劑和免疫調(diào)節(jié)劑的植物,其作為飼料添加劑能提高斷奶前犢牛的生長發(fā)育、飼料效率和免疫力,降低糞便評分和腹瀉率[41]。同樣,海藻提取物被用作飼料補充劑,以改善幼年動物的腸道微生物群。有研究報道,牛奶中添加海藻提取物在一定程度上能夠增加先天免疫系統(tǒng)的活性,調(diào)控免疫功能[42]。

3.4 功能性氨基酸及微量元素等營養(yǎng)制劑的免疫調(diào)控作用

限抗/禁抗背景下,通過飼糧營養(yǎng)調(diào)控宿主腸道免疫,是當前畜禽健康養(yǎng)殖的有效策略。營養(yǎng)免疫學(nutritional immunology)主要研究免疫反應(yīng)的營養(yǎng)調(diào)節(jié)機制及免疫應(yīng)答對動物生長和營養(yǎng)需要的影響、以及用免疫學技術(shù)進行營養(yǎng)調(diào)控等問題[43]。多種因素制約免疫力的強弱,其中營養(yǎng)因素起著相當重要的作用,其不僅維持正常免疫功能和健康的物質(zhì)基礎(chǔ),同時也表現(xiàn)出復(fù)雜的調(diào)控作用[44]。一些研究表明,氨基酸可作為信號分子調(diào)節(jié)動物生長健康和免疫功能。Wu[45]于2010年提出了具有調(diào)節(jié)動物機體關(guān)鍵代謝通路,改善動物體健康、存活、生長、發(fā)育、泌乳和繁殖的“功能性氨基酸”的概念。眾多試驗與實踐證明,功能性氨基酸中尤其是精氨酸、谷氨酰胺等能夠通過平衡腸道菌群、穩(wěn)定腸黏膜屏障以及調(diào)節(jié)免疫細胞的能力和特性起到免疫助劑作用[46]。精氨酸作為先天免疫和適應(yīng)性免疫的重要營養(yǎng)物質(zhì),可以刺激免疫球蛋白M(immune globulin M,IgM)和IgA的產(chǎn)生,從而增強機體的免疫防御能力[47]。而精氨酸的缺乏會抑制T細胞的增殖,影響T細胞受體復(fù)合物的組裝,并且還會影響T細胞的糖酵解功能[48]。谷氨酰胺在腸道完整性和先天免疫系統(tǒng)發(fā)育中具有重要功能,因為它是淋巴細胞和巨噬細胞的重要底物,并在細胞免疫中發(fā)揮重要作用[48]。因此,谷氨酰胺補充劑有助于恢復(fù)腸道屏障,提高免疫水平。

微量元素是指生物體內(nèi)含量極小,但具有強大生物學作用的生命元素,其能夠作用于細胞調(diào)節(jié)、神經(jīng)傳導、機體代謝等生物學過程指導免疫應(yīng)答。微量元素通過直接和間接作用調(diào)控免疫應(yīng)答過程:一是免疫細胞借助微量元素來表達和保障關(guān)鍵金屬蛋白的結(jié)構(gòu)與功能。微量元素缺乏時會直接引起機體內(nèi)免疫器官、免疫細胞等組織的損傷、改變或分化,導致免疫缺陷。二是通過影響機體內(nèi)其他組織的營養(yǎng)、生長和代謝,間接引起免疫功能下降,降低抗病能力。鐵、鋅、銅是反芻動物繁殖、生長和免疫所必需的微量元素。鐵在T細胞的分化和增殖中具有重要作用,并有助于調(diào)節(jié)免疫微環(huán)境中輔助性T細胞和細胞毒性T細胞之間的最佳比例,而且,它在干擾素γ的產(chǎn)生中也有顯著作用[48]。據(jù)了解,鋅能夠通過增強自然免疫系統(tǒng)來增強各種哺乳動物細胞的抗病毒能力[49]。而缺鋅的影響是多方面的,最主要是影響T淋巴細胞的功能,還影響胸腺素的合成與活性、NK細胞和吞噬細胞的功能等。銅對于體內(nèi)很多種酶的功能的正常運作起著至關(guān)重要的作用,缺乏銅會影響免疫活性細胞的銅依賴酶而介導免疫抑制作用?？傊?氨基酸和微量元素與免疫系統(tǒng)的發(fā)展密切相關(guān),了解它們之間的相互作用對未來的免疫療法和藥物開發(fā)意義重大。

4 小 結(jié)

幼齡反芻動物胃腸道功能建立及其免疫系統(tǒng)的成熟是保證機體健康和生產(chǎn)性能的關(guān)鍵。初生階段被動免疫的轉(zhuǎn)移可以為免疫系統(tǒng)的發(fā)育筑基,胃腸道微生物的定植及微生態(tài)系統(tǒng)的建立能夠促進宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育,且胃腸道微生物和代謝物及其與宿主共代謝物與機體免疫功能之間存在緊密的互作。隨著反芻動物綠色生態(tài)養(yǎng)殖的發(fā)展,“減抗/替抗”相關(guān)技術(shù)解決方案需求廣泛,通過微生態(tài)制劑等手段干預(yù)瘤胃及腸道微生態(tài),或直接發(fā)揮免疫功能,能夠為幼齡反芻動物免疫系統(tǒng)的調(diào)控提供新的思路和手段。