【分享】家禽肠道屏障，有哪些功能？又该如何进行营养调控？

共享精神

呙于明教授系中国农业大学动物科技学院原副院长

肠道具有双重功能，既作为消化和吸收营养物质的重要器官，又是保持机体内环境稳定的先天性屏障。肠道屏障是指肠道能够防止肠腔内的有害物质(如细菌和各种毒素)穿过肠黏膜进入体内其他组织器官和血液循环的结构和功能的总和。当肠道屏障被破坏时，肠道微生物和毒素等便可进入血液循环，从而引起细菌和毒素的移位，易引发肠原性感染，甚至导致全身性炎症反应或多器官功能的衰竭。家禽生长(尤其是早期生长)由于受环境和营养应激等因素的影响，很容易损伤肠道屏障，降低免疫机能，造成的肠道菌群失衡紊乱进而引发各种疾病进而降低其生产性能，甚至导致死亡。

■ 1 家禽肠道屏障组成及其作用

肠道屏障是由机械屏障、化学屏障、微生物屏障和免疫屏障组成。4种屏障通过各自不同的分子调控机制、生物学功能以及信号通路进行有机结合从而来共同对抗体外抗原物质对机体的侵袭。

1.1 机械屏障

机械屏障又称物理屏障，在肠道屏障中尤为重要，它是由肠黏膜上皮细胞及其紧密连接等组成的完整的彼此紧密连接的肠道上皮结构。家禽肠道上皮为单层柱状上皮，包括吸收细胞、杯状细胞和未分化细胞。吸收细胞成高柱状排列，数量最多，相邻细胞间有由紧密连接(tight junction)、黏着连接(adhesion junction)和桥粒(desmosome)等组成的连接复合体，起着主要的机械屏障作用。

1.2 化学屏障

肠道化学屏障主要是由覆盖在肠上皮细胞上的含一定数量微生物的疏松黏液外层和含少量微生物的黏液内层组成。杯状细胞分泌的黏液中含有细菌黏附受体的类似物——糖蛋白和糖脂，它们可改变细菌的进攻位点，使细菌与糖蛋白和糖脂结合后随粪便排出。肠黏膜黏液的分泌、组成以及基因表达会受肠道微生物和宿主炎症介质的影响。此外，肠道分泌的各种物质，如胃酸、胆汁、消化酶、溶菌酶、糖蛋白、黏多糖和糖脂等也起到一定的化学屏障作用。胃酸能杀灭进入胃肠道的细菌，抑制细菌在胃肠道上皮的黏附和定植。胆汁中的胆盐和胆酸能与细菌内毒素结合或直接降解内毒素。溶菌酶可以使细菌细胞壁中的肽聚糖骨架结构断裂，导致细菌裂解。肠道分泌的大量消化液通过稀释毒素和冲洗肠腔使潜在的条件性致病菌难以黏附到肠上皮上。

1.3 微生物屏障

肠道微生物屏障是肠道屏障的重要组成部分，可影响肠上皮的代谢和增殖。肠道微生物屏障是一个由肠道共生菌与宿主的微空间结构形成的微生态系统。当这个微生态系统的稳定性遭到破坏时，就会导致肠道中潜在性病原体(包括条件致病菌)的定植和入侵。肠道常驻菌群通过竞争肠黏膜上的黏附、分泌抗菌物质、增加黏液分泌来抑制致病菌的定植和生长；也可分泌乳酸和短链脂肪酸(如乙酸、丙酸和丁酸等)来降低肠道pH与氧化还原电势；其中，丁酸作为上皮细胞的主要能量物质会影响肠上皮细胞的增殖和分化，有助于加强肠道紧密连接。

1.4 肠道免疫屏障

肠道作为动物体中最大的免疫器官承担着耐受饲粮抗原和免疫防御的双重任务。肠道的免疫防御系统主要由肠道相关淋巴组织(gut-associatedlymphatic tissue，GALT)构成，是机体最大的淋巴器官和重要的黏膜相关淋巴组织，是饲养过程中防御病原体侵入机体的第一道防线。鸡GALT主要由分布于肠道黏膜固有层和黏膜下层的淋巴细胞组成。鸡发达的GALT弥补了其缺乏淋巴结的不足。而肠道免疫应答系统中的主要效应因子是由浆母细胞分泌的分泌型免疫球蛋白A(secretory IgA，sIgA)，它可以强有力地与抗原相结合，阻止病毒、细菌等有害抗原在肠上皮上的黏附并继而促发肠道的体液和细胞免疫，最终有效免疫排斥或清除有害抗原。

■ 2 家禽肠道屏障功能的评价

目前评估动物肠道屏障功能的方法众多，归结起来主要包括测定肠道通透性、血浆内毒素、细菌移位、肠道黏膜组织学观察等方法。

2.1 肠道通透性

肠道通透性作为肠壁的正常功能，既允许营养物质通过肠壁，又起到阻止潜在的有害物质透过肠壁进入机体的屏障作用。肠道通透性的异常说明肠黏膜可能受到了一定程度的损伤和破坏。因此肠道通透性已被认为是反映肠道屏障功能最主要的指标而广泛应用于人体和动物的研究中。

目前常用于肠道通透性的测定方法主要是体外尤斯灌流室(ussing chamber)法，该技术被广泛应用于动物上皮组织的研究，既可以应用于研究肠道上皮的通透性、内毒素和细菌移位的途径及机制，也可用于研究各种添加剂保护肠道屏障功能的机制。运用尤斯灌流室系统检测肠上皮细胞跨膜电阻抗和同位素或荧光素标记的大分子物质通过胃肠道上皮的比例已成为评估肠道通透性的金标准。目前，这一技术在家禽营养吸收和肠道屏障功能研究上的应用已越来越多。

2.2 肠道细菌移位和血浆内毒素

结构和功能完整的肠道对细菌构成屏障作用，细菌难以进入血液循环。当肠道屏障受损导致肠黏膜通透性增加时，细菌就可通过肠黏膜进入体循环以及肝脏、脾脏、肺脏等器官，此过程叫细菌移位，可触发全身炎性反应甚至多器官功能的衰竭。内毒素是革兰氏阴性细菌在代谢过程中或死亡后从细胞壁中释放出来的类脂多糖体(脂多糖)。内毒素因随肠道细菌的移位进入血液循环，并引起机体一系列生理病理改变。因此，检测肠道细菌移位和血浆内毒素可间接反映肠黏膜整体的屏障功能。检测细菌移位常用的方法包括标记细菌示踪法、细菌培养法、聚合酶链式反应法(PCR)等。

2.3 肠道黏膜组织形态

肠黏膜组织学观察是运用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜等工具来评估肠道屏障功能的最常用和最直接的方法，可直接观察肠道上皮细胞形态、绒毛结构、排列及上皮细胞连接复合体的状况。这些肠黏膜指标的变化可在一定程度上反映肠道机械屏障的损伤，适用于各种动物的试验研究。

■ 3 肠道屏障功能的发育

家禽胚胎期小肠的发育速度随着孵化时间的推进而增加，其肠道形态学、生物化学和分子生物学等方面的变化主要在出壳后1～14 d，那么家禽肠道屏障功能从胚胎期至出壳后也可能存在一定的发育过程和规律。早期的研究发现，鸡蛋孵化4 d后，闭锁蛋白在胃肠道中出现微弱的表达，随后逐渐增强。至孵化第11天，仅在肠上皮细胞的顶端(如连接复合体内)可发现很强的闭锁蛋白分布，而上皮细胞的其他区域只能显示其微弱的表达。

不同肠段的屏障功能均需在出壳后持续发育一段时间，且不同肠段的屏障功能及其紧密连接蛋白的发育速度并不一致。空肠的跨上皮电阻在鸡出壳后2 d开始增加，到出壳后11 d达到平台值，而回肠的跨上皮电阻在鸡出壳后2 d开始线性增加，到出壳后14 d时还未达到平台值；空肠的闭锁蛋白mRNA表达随着日龄而线性增加，到出壳后14 d时还未达到平台值，但回肠闭锁蛋白和闭合小环蛋白-2 mRNA表达并未受出壳后日龄增长的影响。

■ 4 家禽肠道屏障的营养调控

4.1 微量元素锌(Zn)

Zn已被证实在维护动物胃肠道上皮屏障的完整及其功能上起到非常重要的作用。在饲粮中添加Zn可降低疾病、营养不良、应激和肠道病菌感染等状态下人体和动物的肠道通透性。而Hu等却认为，氧化锌和蒙脱石均没有改善肠道形态、微生物数量和屏障功能的作用。与对照、蒙脱石、氧化锌和硫酸锌相比，以氧化锌蒙脱石复合物的形式添加60 mg/kg Zn可显著降低鸡肠道中梭菌数量，显著提高直肠跨上皮电阻抗值，显著降低直肠对甘露醇的通透性及回肠和直肠对菊粉的通透性[45]。

4.2 益生菌和益生元

大量的人体和动物试验已证实益生菌和益生元可起到保护和改善肠道屏障功能的作用。近几年，益生菌和益生元对家禽肠道屏障功能影响的研究也开始增多。在肉仔鸡饲粮中添加鲍氏酵母菌和枯草芽孢杆菌可显著增加了小肠绒毛高度、宽度、杯状细胞数量、空肠IgA阳性细胞，显著改善了肠道的白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-10(IL-10)、转化生长因子-β(TGF-β)和sIgA含量，从而来综合改善肠道的屏障功能。由唾液乳杆菌和罗伊氏乳杆菌组成的混合益生菌制剂显著增加了十二指肠绒毛/隐窝深度值、显著降低了回肠隐窝深度，从而改善了肠绒毛组织形态。乳酸杆菌处理可降低感染坏死性肠炎肉仔鸡的肠道损伤程度，改善回肠上皮微绒毛，显示其具有保护肠道屏障功能的作用。

热应激在家禽生产业中经常发生，对动物健康、生产性能以及肠黏膜结构和微生物菌群都存在很大的负面影响。在对肠道屏障功能的影响方面，热应激可引发肉仔鸡十二指肠、空肠和回肠轻微的多灶性淋巴浆细胞性肠炎，并使感染肠炎沙门氏菌肉仔鸡的肠道屏障遭到破坏，导致沙门菌通过肠黏膜迁移到脾脏和小肠壁炎性浸润加重，使3个肠段发展成中度多灶性淋巴浆细胞性肠炎。热应激还可使肉鸡肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌数量减少，大肠杆菌和梭菌数量增加，空肠绒毛高度降低，隐窝深度增加，空肠绒毛高度/隐窝深度值降低。而饲粮中添加地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和植物乳杆菌的混合益生菌制剂可使无论是正常温度下，还是热应激状态下饲养的肉鸡的肠道内乳酸杆菌和双歧杆菌数量、空肠绒毛高度，大肠杆菌数量降低，从而来改善肠道屏障功能。添加纤维寡糖可通过增加肉鸡空肠绒毛高度和空肠绒毛高度/隐窝深度值，从而减轻热应激给肉仔鸡肠道屏障造成的负面影响。

4.3 多糖

β-1,3/1,6-葡聚糖是一种结构复杂的葡萄糖多聚复合物，可增强宿主先天性免疫和获得性免疫功能，增强抗病原细菌、病毒和寄生虫感染的能力。通过在饲粮中添加β-1,3/1,6-葡聚糖增加了感染鼠伤寒沙门氏菌肉仔鸡的空肠绒毛高度、空肠绒毛高度/隐窝深度值、杯状细胞数量、sIgA阳性细胞数和sIgA含量，降低了盲肠沙门氏菌数量和肝脏中沙门氏菌的数量，从而减缓由感染鼠伤寒沙门氏菌引起的肉仔鸡肠道屏障功能的损失。车前草非淀粉多糖已在体外和离体试验中被证实其可阻止多种病原菌黏附和侵袭人上皮细胞。在肉鸡饲粮中添加车前草非淀粉多糖50 mg/d可减少沙门氏菌对肉仔鸡脾脏的侵袭；体外试验的结果显示，车前草非淀粉多糖可抑制沙门氏菌对猪肠上皮细胞和鸡盲肠隐窝上皮的黏附，经回肠黏膜尤斯灌流室离体试验证实这种作用与增加的黏膜短路电流而跨上皮电阻不变相关。车前草非淀粉多糖的这种抑制活性主要是其酸性的果胶分成在起作用[54]。

4.4 谷氨酰胺

谷氨酰胺(glutamine，Gln)是肠上皮细胞的主要能量来源，对肠上皮细胞的生长和分化是必需的。已有研究报道Gln在人危急病症和啮齿动物的各种肠炎模型中起到维持、促进和保护肠道的屏障功能。关于Gln对家禽肠道屏障影响的研究尚未见报道，值得关注和探讨。

4.5 苏氨酸

苏氨酸是猪或家禽的第二或第三限制性氨基酸。研究证实，苏氨酸在维持动物肠道形态、黏液分泌、刷状缘酶活性和生长性能中重要作用。

在家禽的研究中，添加苏氨酸可显著提高肉仔鸡唾液酸的分泌，显著提高肉鸭的肠道黏液分泌量和黏蛋白MUC2 mRNA表达，对肉鸡杯状细胞密度和MUC2 mRNA表达无影响。苏氨酸的缺乏可显著降低鸡十二指肠和回肠的黏液层厚度，添加苏氨酸可显著增加黏液的分泌且不依赖MUC2的基因表达。然而，有研究认为苏氨酸添加对蛋鸡杯状细胞数量、绒毛高度和黏膜厚度等肠道形态指标无影响。

在肠道屏障研究中，中等程度的苏氨酸缺乏(每千克饲粮6.5 g苏氨酸)会显著增加仔猪回肠黏膜旁细胞通透性，改变调控旁细胞通透性的相关基因的表达，如紧密连接蛋白ZO-1、扣带蛋白、MLCK等；而每千克饲粮添加0.93 g苏氨酸可显著增加仔猪回肠旁细胞通路通透性和MUC1、ZO-1的基因表达。

4.6 脱毒剂

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(呕吐毒素,DON)是谷物中最为常见的一种真菌。给肉仔鸡饲喂DON会影响肉仔鸡十二指肠和空肠肠壁形态。

4.7 EGF

EGF是一种小肽，对肠上皮具有很广泛的生物学作用。饲养试验显示，EGF可减少肉鸡空肠弯曲杆菌在空肠的定植及移位到肝脏和脾脏的数量。

4.8 饲用酶制剂

在小麦-豆粕基础饲粮中添加木聚糖酶可通过减轻产气荚膜梭菌感染引起的肉鸡肠道组织损伤，增加回肠和空肠绒毛和隐窝比值，优化回肠肠道菌群组成，降低回肠细胞凋亡率等来缓解气荚膜梭菌感染对肠道屏障功能造成的损伤，使血浆内毒素降低。

溶菌酶作为一种存在于机体正常体液及组织中的非特异性免疫因子，能有效地水解细菌细胞壁的肽聚糖，导致细菌细胞壁的损伤。因此，通过外源添加溶菌酶减轻了产气荚膜梭菌感染对肉仔鸡肠道造成的损伤，减少了产气荚膜梭菌在回肠的定植，抑制了回肠大肠杆菌和乳酸杆菌的过度增长，从而改善了产气荚膜梭菌感染肉仔鸡的肠道屏障功能，使脾脏细菌移位率降低。

来源：教道场，（本文为学术研究型论文，根据养殖生产实际，内容有删减。在此特向原文作呙于明教授致谢！）

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