【分享】 综述：家禽肠道健康及其他（上）
【摘要】肠道健康对营养物质的消化和吸收至关重要，因此是决定家禽生产性能的关键因素。肠道健康问题在家禽生产中十分常见，因为高饲料摄入量会给消化系统的生理机能带来压力。未在小肠中消化和吸收的过量营养物质可能会引发微生态失调，即肠道中微生物群组成的变化。生物失调和其他应激源会引发炎症反应，并失去上皮细胞之间紧密连接的完整性，导致肠道渗漏。本文综述了决定肠道健康的关键因素以及支持肠道健康的最重要营养工具。1. 背景介绍
2006年1月1日，欧盟全面禁止在动物饲料中使用抗生素（AGP）（第1831号法规/2003/EC）。它标志着世界各地许多不同国家开始采取类似举措。在这项禁令之后，肠道健康问题，统称为菌群失调或生物失调，此类问题变得明显，尤其是在肉鸡中。
事后看来，即使在使用了几十年后，人们对AGP的作用模式仍然没有达成共识。因此提出了不同的、有时相互矛盾的假设，但其中大多数都没有实验证据支持。尽管如此，人们一致认为AGP似乎在某种程度上抑制了肠道炎症，减少了胆盐的去结合，从而掩盖了肠道健康问题。
AGP禁令引发了人们对动物肠道健康的新一轮研究兴趣。而在过去，肠道健康研究的重点几乎完全集中在病原体侵入肠道和/或肠道组织（蠕虫、原生动物、细菌和病毒）的治疗方面，和对宿主粘膜造成严重损伤并导致疾病的临床症状。目前的焦点是宿主粘膜、肠道内容物和肠道中所有生物体之间众多复杂而微妙的相互作用的基本方面。
通过研究肠道健康的机制，人们已经意识到从现在起只有考虑到饲料配方和/或加工的变化对肠道健康产生的影响，才能在家禽营养方面取得进展。在不到20年的时间里，这一新的研究领域已经发展成为自己的科学领域：肠道生态系统科学。全新和先进的研究工具的出现，特别是所谓的组学技术，推动了它的发展。
肠道健康是一个极其复杂的话题，有许多不同的方面。本综述因此不旨在涵盖所有这些方面，而是强调与营养直接相关并可能受到营养影响的一些最重要的领域。因此，本综述的重点是饲料配方对肠道生态系统的可能影响。首先，重点介绍了家禽肠道生理学和免疫学的一些基本原理，这些原理在维持肠道健康方面发挥着作用。然后，将解决现代肉鸡肠道健康为什么以及如何受到压力的问题，特别强调影响肠道健康的三个主要且相互关联的驱动因素，即微生态失调、粘膜屏障渗漏和炎症。
2. 肠道健康生理学
现代肉鸡养殖具有饲料转化率高、生长速度快的特点。这样的性能需要大量的饲料摄入，这给胃肠道的生理机能带来了巨大的压力。通过进化，家禽胃肠道的生理学并不是为了应对大量饲料的连续流动，而是为了从有限数量的劣质饲料中提取最大数量的营养物质。事实上，自然界中不断有物种选择那些能在饥饿中幸存下来的个体。幸存者是那些能够从通常不易消化的饲料中有效提取最高含量营养素的个体。数百万年的选择压力导致了消化过程中不同步骤的整合，其特征是饲料的初始保湿和酸化，以及饲料颗粒的尺寸减小。然后，一系列酶负责将营养物质逐步分解为小分子，这些小分子成为小肠上皮细胞选择性受体介导摄取的合适配体。最后，不易消化的部分由后肠中的宿主适应微生物群部分发酵（反刍动物除外，反刍动物的前胃中也有重要的发酵微生物组）。
当关注胃肠道的不同部分时，值得注意的是，家禽的第一部分，即口腔，仅被设计为将饲料颗粒从喙传递到咽部，并进一步向下传递到食道，而哺乳动物则相反，在哺乳动物中，更发达的舌头必须在牙齿之间推动饲料，以进行机械化减小颗粒。吞咽后，相当一部分饲料被暂时储存在鸟类的嗉囊中，在那里它被乳酸杆菌滋润、酸化和轻微发酵。通过进入前胃和砂囊可确保前胃中饲料蛋白的进一步酸化和初始酶促分解，并减少砂囊中颗粒的大小。饲料中不溶性纤维的存在增强了砂囊的发育和功能。整个胃肠道近端部分的功能，统称为前肠，可以不同的喂养策略来控制。
一旦经过前胃和胃的复合体，饲料就会到达十二指肠，在那里与胆汁和胰酶混合，进一步为吸收营养物质做准备。在上皮表面附近，上皮细胞分泌的酶，包括氨基肽酶，确保营养物质的最终准备以供吸收。氨基肽酶Ey最近被证明是一种潜在的肠道健康标志物，可以在肉鸡的肠道内容物和粪便中检测到。
小肠中的上皮细胞形成一个连续的皮层，细胞之间的空间紧密的连接密封（图1）。这些紧密连接部分是肠道屏障的关键组成，由上皮细胞以高能量成本来维持。紧密连接部分的表达水平和功能的变化会导致肠道渗漏，其特征是体液泄漏到肠腔中，最终可能导致粪便潮湿。
图1肠道上皮细胞是肠道健康的协调器。（A） 准备由消化酶吸收的营养物质通过受体介导的（黄色三角形）过程通过跨细胞途径（绿色箭头）吸收，而细胞间则通过紧密连接（黑色箭头）密封。（B） 肠道渗漏是由于紧密连接缺失甚至完全上皮细胞缺失后细胞间通路（红色箭头）的开放。随之而来的由内而外和由外而外的不受控制的允许潜在有害的肠道内容物与Toll样受体和其他引发炎症的受体接触。
小肠上皮细胞对营养物质的吸收是一个跨细胞、受体介导的过程，其特征是不同营养物质的不同受体在绒毛上皮细胞质膜的管腔侧表达。同时，一个统称为ABC转运蛋白的受体家族负责排除潜在有害小分子通过肠道屏障从肠腔的被动扩散，其中P-糖蛋白是最重要的成员。P-糖蛋白在鸡的胃肠道中的表达已得到证实，其中在小肠中的表达最高。在鸡体内，某些药物可下调和抑制其表达和功能；在人体内，葡萄柚柚苷可下调和抑制其表达和功能，从而导致粘膜屏障丧失完整性。这可能解释了在肉鸡日粮中，葡萄柚皮与橘子皮相比作为饲料成分的劣势原因。
谷氨酰胺是不同动物物种小肠绒毛上皮高代谢活性细胞的主要燃料来源。在激发条件下，可用的谷氨酰胺（内源性和来自饲料）不足，导致肠上皮细胞能量不足，正如多年前在大鼠模型中所显示的那样。因此，没有足够的能量来维持上皮细胞之间的紧密连接，导致肠道渗漏。在鸡中，谷氨酰胺补充已被证明在肠道应激条件下（如坏死性肠炎）可以保护肠粘膜形态和功能。有报道称，在第17天孵化的卵中注射谷氨酰胺刺激小肠成熟。
如上所述，高性能商品鸡的特点是饲料摄入量极高。这给整个胃肠道的生理学带来了很大的压力，尤其是小肠的吸收上皮细胞。为了应对压力和损伤，这种细胞群需要不断更新。新的肠上皮细胞是通过细胞在隐窝中的快速分裂形成的，然后新形成的细胞沿着绒毛向上移动，同时成熟并表达这项工作所需的受体和酶。在成熟过程结束时，由不同的应激源触发，位于绒毛尖端的上皮细胞发生凋亡，并释放到肠腔中。增加的损伤将导致绒毛上更高的细胞损失，并导致绒毛缩短和隐窝延长，试图通过增加隐窝中细胞的增殖来补偿细胞损失，因此测量绒毛与隐窝的比率作为肠道健康标准的价值。例如，我们发现用锌-氨基酸复合物代替肉鸡日粮中的无机硫酸锌会增加绒毛长度和绒毛与隐窝的比例，这表明即使是无机锌也可能增加上皮细胞的（氧化）应激。
家禽的回肠是梅克尔憩室和盲肠之间的小肠段。绒毛较小。来自回肠、结肠和泄殖腔的内容物通过回肠和结肠的蠕动和反蠕动运动间歇性地输送到盲肠中。盲肠的发育和运动受饲料纤维含量的影响。盲肠构成了鸟类胃肠道的真正发酵容器，管腔中约有10的11次方cfu/mL的细菌。因此，胃肠道这一部分的肠道健康受到微生物与宿主相互作用的强烈影响。在发酵过程结束时，盲肠内容物作为盲肠排泄物直接排放到环境中。盲肠也是非宿主特异性血清型沙门氏菌所在的生态位，因此盲肠粪便采样策略是检测家禽携带非宿主特性沙门氏菌的最敏感方法。然而，肠炎沙门氏菌等非宿主特异性沙门氏菌血清型对肠道健康造成的损害通常非常有限。
3. 肠道健康的免疫学
肠道免疫系统有两项不同且似乎相互冲突的任务：建立对病原入侵者的防御免疫反应，以及建立对共生微生物和饲料中含有的外来抗原的耐受性。后者被称为“口腔耐受”。
口腔耐受被定义为对由胃相关淋巴组织介导的摄入可溶性抗原的免疫反应的主动抑制状态。免疫系统与这些存在于肠腔中的抗原的接触是通过抗原呈递细胞来确保的，抗原呈递细胞通过肠粘膜屏障进行采样。这些抗原随后在哺乳动物的肠系膜淋巴结和家禽的脾脏中呈递给免疫系统。口腔耐受在这些器官中启动，即通过白细胞介素10和特定的淋巴细胞亚群，即哺乳动物中的调节性T淋巴细胞。最近对T细胞谱系的研究证实，Th17细胞和调节性T细胞在维持鸡的口腔耐受性和肠道稳态中发挥作用，从而强调了这些机制在动物物种中的高度保守性。在哺乳动物中，这些调节性T细胞是由肠道内产生丁酸的瘤胃菌和毛螺菌诱导产生的。这两个严格厌氧、产丁酸盐的革兰氏阳性细菌家族也构成了居住在鸡盲肠中的大部分微生物群。因此，假设它们也参与了鸡的口腔耐受诱导。此外，存在于肠上皮细胞之间的组织驻留T淋巴细胞群，即所谓的上皮内淋巴细胞，被认为在人类和其他哺乳动物的肠道健康和体内平衡中发挥着重要作用。我们最近发现，通过在饲料中添加肽聚糖降解酶，可以刺激鸡小肠黏膜上皮内淋巴细胞群。酶降解细菌肽聚糖已被证明产生核苷酸结合寡聚结构域(NOD)激活的二肽。在人类中，已经确定NOD2对肠道微生物群的识别对于上皮内淋巴细胞群的稳态是必要的。
先天免疫防线共同构成了所谓的“肠道屏障”。粘液是第一道防线，它在很大程度上阻止了微生物和毒素通过肠道屏障的粘附和渗透，从而防止了炎症的发展。然而，在下肠(鸡的盲肠)中，分泌更多的粘液，并为微生物群提供食物。
黏液层下的上皮细胞与上皮内淋巴细胞群形成第二道防线。分节丝状菌是另一组生物，至少在小鼠模型中已被证明是肠道免疫系统的有效诱导剂。分节丝状菌呈分节状和丝状，附着在回肠上皮上。这些微生物也存在于鸡的回肠中。
先天免疫机制在小肠中特别发达。它们不仅是为了防止潜在的有害和入侵的病原体，而且还为了防止任何与上皮细胞或底层固有层密切接触的细菌。随着饲料的快速通过和胆汁盐和消化酶的存在，先天免疫有助于十二指肠和空肠中微生物群的密度显著降低。先天免疫机制包括保护性黏液层、分泌IgA、宿主防御肽如β-防御素和抗菌肽和溶菌酶，所有这些都是为了抵御入侵的微生物。向宿主发出即将入侵警报的传感器-toll样受体，在鸡身上甚至比在人类身上更复杂。很明显，在肠道应激或入侵者压倒性存在的条件下，这些先天免疫防御机制是不够的。在这些条件下，使用外源性补充剂支持这些内源性机制可能是有益的。在肉鸡的实验性坏死性肠炎中已记录了这种有益作用。
存在于盲肠管腔内并定植于盲肠黏液层的丰富而复杂的微生物群在肠道适应性免疫的整体发展中起着关键作用，其特征是对饲料和肠道微生物抗原的耐受性以及对病原微生物的保护性反应。
未完待续......
来源：打捞微世界，翻译作者：云力之星孟阳译
R.Ducatelle, E. Goossens, V. Eeckhaut et al . Animal Nutrition 13 (2023) 240-248.
https://doi.org/10.1016/j.aninu.2023.03.005
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