高玉云 余 釵 袁智勇 陳啟青

仔豬斷奶后，由于母乳中被動免疫成分的停止供應以及自身免疫系統(tǒng)尚未發(fā)育成熟，不能有效利用日糧中的復雜多糖和植物蛋白(Grinstead等，2000)，且容易受到疾病的感染（Deprez等，1986），斷奶會導致仔豬腸道形態(tài)的改變,如小腸絨毛萎縮和隱窩增生（Kelly等，1992），此外，刷狀緣酶活性也會減少，導致小腸吸收能力的損傷（Hampson 和 Kidder，1986；Hampson，1986）。以上原因都會導致腹瀉等疾病的發(fā)生，給養(yǎng)豬生產(chǎn)造成了巨大的經(jīng)濟損失。

黏膜組織是一個巨大的外環(huán)境表面，是機體和外界環(huán)境進行交流的場所，斷奶仔豬腸道黏膜免疫在腸道黏膜防御機制中起重要作用。因為大部分病原微生物的入侵都是通過黏附在斷奶仔豬腸道黏膜表面，然后通過黏膜細胞的轉(zhuǎn)運而進入體內(nèi)。在正常生理狀況下，腸黏膜免疫系統(tǒng)處于大量抗原包圍中，既要維持腸黏膜重要的生理功能，對外來食物抗原產(chǎn)生免疫耐受，保障機體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收；又要發(fā)揮黏膜防御功能，對腸道內(nèi)條件致病菌、外來菌進行免疫監(jiān)視和清除；同時還要調(diào)節(jié)腸道微生物菌群的穩(wěn)態(tài)（Neutra 等，2001；Bouskra 等，2008）。 其中腸相關性淋巴樣組織是機體免疫系統(tǒng)的重要組成部分，其主要功能是作為機體的防御屏障，清除和排斥外源分子，保護機體免受損害。

1 腸黏膜系統(tǒng)的結(jié)構和功能

腸道內(nèi)的黏膜免疫系統(tǒng)由腸相關淋巴組織（gutassociated lymphoid tissue，GALT）組成。GALT 主要以兩種形式存在：一種為組織化的淋巴組織（organized lymphoidtissue），如派氏結(jié)（Payer patch，PP）、腸系膜淋巴結(jié)（mesenteric lymphoid node，MLN）及較小的孤立淋巴濾泡。這些淋巴組織是腸道黏膜免疫系統(tǒng)的誘導位點（inductive site）。其中，特別要指出的是PP區(qū)域的濾泡相關上皮中存在的一種特殊的M細胞（microfold cell，微皺褶細胞）。M細胞能夠主動吞飲抗原，表現(xiàn)出高度的跨細胞轉(zhuǎn)運活性；另一種是呈彌散分布的淋巴組織（scattered lymphoid tissue），即腸黏膜上皮內(nèi)淋巴細胞 （intraepithelial lymphocyte，IEL） 及固有層（lamina propria，LP）內(nèi)散在的淋巴細胞，它們是腸道黏膜免疫系統(tǒng)免疫保護功能的效應位點（effector site）。

1.1 腸黏膜免疫的誘導位點

仔豬出生時PP就完全形成，出生后前幾天可觀察到淋巴細胞的增殖、擴散和迅速形成淋巴組織。在豬的空腸和回腸上段約有30個相互獨立、彌散分布的PP，在回腸末段有連續(xù)的PP，在結(jié)腸也有10個不規(guī)則的PP，PP中的T淋巴細胞（CD4+和 CD8+）在出生后不斷增加。PP是最典型的黏膜淋巴樣濾泡，在結(jié)構上可分為三個區(qū)：圓頂區(qū)、具有生發(fā)中心的淋巴小結(jié)區(qū)（B細胞區(qū)）和T細胞依賴區(qū)。PP的一個重要特征就是覆蓋在圓頂區(qū)上的淋巴上皮中有特殊的抗原捕捉細胞——M細胞。M細胞的微皺褶之間具有許多胞飲部位，在M細胞的基底面凹陷成袋狀，袋中含有T細胞、B細胞及巨噬細胞。當黏膜表面的抗原與M細胞膜結(jié)合后，M細胞便將其吞入形成吞噬小泡，再直接迅速轉(zhuǎn)運至M細胞基底膜側(cè)，并將抗原釋放入上皮下淋巴細胞(Neutra 等，2001；Wittig 等,2003；Lotz等,2007)。因此，M細胞被認為在向腸道集合淋巴結(jié)傳遞抗原方面發(fā)揮重要作用。當抗原被轉(zhuǎn)運到PP后，在濾泡區(qū)受到加工并傳遞給T細胞和B細胞，引起抗原特異性B和T淋巴細胞興奮。隨后,它們離開PP并通過系統(tǒng)循環(huán)(通過腸系膜淋巴結(jié)進入血液循環(huán))遷移回黏膜固有層，在LP分化成可以分泌大量抗體的漿細胞（Kelly 等，2007；Lotz等，2007）。

1.2 腸黏膜上皮內(nèi)淋巴細胞

腸上皮內(nèi)淋巴細胞（IEL）位于腸絨毛上皮細胞之間，存在于動物的十二指腸、空腸、回腸中，其中以空腸中最多。絕大多數(shù)IEL是T細胞，且多數(shù)為CD8+T細胞，其他的為CD4+和CD3+T細胞。腸上皮內(nèi)淋巴細胞的T細胞與脾臟或外周淋巴結(jié)中的T細胞有許多不同之處，主要表現(xiàn)在腸上皮內(nèi)淋巴細胞的T細胞可表達CD69和αEβ7整合素，因此，腸上皮內(nèi)淋巴細胞的T細胞對絲裂原的刺激很少產(chǎn)生增殖反應（Agrawal等，1999）。IEL 還可分泌 IFN-γ、IL-5、IL-2、TFN-α等細胞因子。此外，雖然有學者認為IEL在監(jiān)測上皮細胞瘤、抵抗病原菌、促進腸損傷后的修復有重要作用，但是IEL的確切功能還不是很清楚 （Hayday等，2001；Cheroutre，2004）。

1.3 腸黏膜固有層淋巴細胞

腸道黏膜固有層淋巴細胞由混合的淋巴細胞所組成，有T細胞也有B細胞，還包括淋巴細胞、漿細胞、巨噬細胞、嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞及肥大細胞。T淋巴細胞主要是CD3+、CD4+和CD8+，其中以CD4+T細胞居多，CD8+T細胞相對較少，CD4+T細胞主要為TH2輔助細胞，并且能夠產(chǎn)生TGF-β、IL-4、IL-5、IL-6 和 IL-10 等細胞因子（Wittig等，2003）。 這些T淋巴細胞在腸系膜淋巴結(jié)內(nèi)識別抗原并發(fā)生反應，然后遷移并定居在黏膜固有層。固有層中的B細胞以IgA分泌細胞為主，IgG、IgM分泌細胞較少。

因此，固有層是黏膜免疫應答的主要場所，漿細胞所分泌的大量IgA可通過分泌片的介導進入黏膜表面，中和抗原，起到清除外來抗原保護機體的目的。

1.4 分泌型IgA（secretory IgA，sIgA）

黏膜免疫反應主要是以其sIgA的大量產(chǎn)生為特點，sIgA作為黏膜免疫的主要效應因子，主要存在于初乳、唾液以及消化道、呼吸道、泌尿生殖道的分泌液中，它是構成腸道黏膜免疫的主要產(chǎn)物。sIgA一般由兩個單體IgA分子形成的二聚物、J鏈和分泌片（secretory component，SC）構成。sIgA不但在阻止抗原進入上皮組織的過程中有著重要作用（Brandtzaeg，2003），還可以保護正常菌群免受先天免疫和系統(tǒng)免疫反應（Macpherson，2001）。sIgA缺乏會導致腸道正常菌群過量生長，從而進入腸道黏膜上皮并導致異常的免疫系統(tǒng)反應（Iweala，2006）。sIgA的產(chǎn)生受Th細胞分泌的細胞因子的調(diào)控（見表1）。

表1 Th分泌的細胞因子對IgA的調(diào)控

此外,研究證明,同樣的抗原刺激黏膜淋巴細胞組織可產(chǎn)生高含量的sIgA,而且某處黏膜內(nèi)受抗原刺激的免疫活性細胞可游走到另一處黏膜,并在那里產(chǎn)生抗體。例如經(jīng)口攝入細菌性抗原后,可在乳汁中發(fā)現(xiàn)該特異性抗體。據(jù)此，提出了共黏膜免疫系統(tǒng)的概念，即消化道、呼吸道、泌尿生殖道黏膜以及乳腺、唾液腺和宮頸腺等的上皮共同構成了這種黏膜免疫網(wǎng)絡。

1.5 細胞因子

細胞因子（Cytokines）是指一類由免疫細胞（淋巴細胞、單核-巨噬細胞等）和相關細胞（成纖維細胞、內(nèi)皮細胞等）產(chǎn)生的調(diào)節(jié)細胞功能的高活性多功能多肽或蛋白質(zhì)分子，它不包括免疫球蛋白、補體和一般生理性細胞產(chǎn)物。主要有：白細胞介素（IL）、淋巴因子（LK）、干擾素（IFN）、表皮生長因子（EGF）、胰島素樣生長因子-1（IGF-1）、神經(jīng)生長因子（NGF）等。

早期斷奶引起機體代謝、免疫及血液動力學的改變，細胞因子作為免疫與急性期炎癥反應的介質(zhì)起重要作用（Tilg等，1997）。細胞因子之間通過合成分泌進行相互調(diào)節(jié)、相互影響而形成細胞因子的網(wǎng)絡效應。目前認識到在細胞因子網(wǎng)絡中，促炎性細胞因子和抗炎性細胞因子的平衡是機體產(chǎn)生正確免疫應答的關鍵。在炎癥和免疫介導的損傷過程中，組織修復機制的激活過程主要受細胞因子調(diào)節(jié)（Krishnaswamy等，1999）。此外，上皮細胞與淋巴細胞通過細胞因子的聯(lián)絡和“交談”，對黏膜免疫功能起著重要作用。腸炎時細胞因子也發(fā)揮重要作用。

2 腸黏膜免疫應答過程

當外界抗原黏附于腸道上皮時，M細胞可以吸收完整的大分子、顆粒和病原菌，通過胞飲作用將它們傳遞給上皮下的樹突狀細胞（dendritic cell，DC），濾泡相關上皮（follicle-associated epithelium，F(xiàn)AE）分泌的細胞因子可以使DC聚集到上皮下面的區(qū)域。DC和其他抗原提呈細胞（antigen presenting cell，APC）加工和提呈抗原給Th細胞，從而誘導特異的B細胞和T細胞活化，然后這些已經(jīng)活化的細胞離開PP經(jīng)胸導管進入體循環(huán)，B細胞增殖為可以分泌IgA的漿細胞，通過淋巴或血液再次遷徙到腸黏膜組織中（稱為歸巢現(xiàn)象）和遠的黏膜組織中，從而產(chǎn)生廣泛的局部分泌sIgA抗體反應。

淋巴細胞歸巢是指抗原通過黏膜中M細胞激活固有層中B淋巴細胞，致敏的IgA B細胞前體通過淋巴或血液再遷移到腸黏膜組織、遠的黏膜組織和腺體的現(xiàn)象。淋巴細胞的歸巢是由淋巴細胞表達的黏附因子與黏膜血管內(nèi)皮表達的組織特異性配體相互作用啟動。淋巴細胞的黏附因子主要是整和素（integrin）和L-選擇素（L-selection）。目前認為 Integrinα4β7 分子是淋巴細胞向PP定向歸巢的特異受體，黏膜血管地址素（mucosal vascular addression，Mad）是 PP 靜脈內(nèi)皮細胞表達的與Integrinα4β7結(jié)合的配體，兩者相互作用構成了特定淋巴細胞向PP定向歸巢的基礎。

3 功能性氨基酸的營養(yǎng)與免疫作用

蛋白質(zhì)缺乏會損害動物免疫功能并導致其對疾病的易感性增加，但其潛在的細胞和分子方面的機理卻還未完全闡明。氨基酸是合成許多具有生物學活性物質(zhì)（包括一氧化氮、多胺、谷胱甘肽、核苷酸、激素和神經(jīng)遞質(zhì)）的底物，而這些生物學活性物質(zhì)對動物的生命和繁殖都是必不可少的，這或許可以為其對免疫作用的調(diào)控提供依據(jù)。

傳統(tǒng)上理論上,我們會直接關注必需氨基酸在動物營養(yǎng)中的作用。但是近年來,非必需氨基酸和條件性必需氨基酸在代謝調(diào)節(jié)和生理學方面獨特的、多樣的功能也被逐漸發(fā)現(xiàn),它們的功能正在引起營養(yǎng)學家的重視。谷氨酰胺、精氨酸和半胱氨酸在增強免疫功能方面的作用已經(jīng)被證實(Field等,20002;Wu等,2004c)。

3.1 谷氨酰胺與免疫

谷氨酰胺是機體內(nèi)最豐富的條件性必需氨基酸，約占總游離氨基酸的60%，是腸黏膜上皮細胞等的主要能源物質(zhì)。谷氨酰胺也可以為淋巴細胞提供能源(Wu等，1991)且其對于淋巴細胞的增殖和功能發(fā)揮也是必不可少的（Field等，2002）。谷氨酰胺還可以增強巨噬細胞的吞噬活性、T淋巴細胞因子以及B淋巴細胞抗體的生成（Parrybillings等，1990；Field 等，2002）。人醫(yī)上的Gln研究較早，De-Souza等（2005）研究發(fā)現(xiàn)谷氨酰胺能夠保護腸道生理屏障，防止細菌移位，降低感染并發(fā)癥，改善重危病人。肌內(nèi)的谷氨酰胺水平在多種分解代謝狀態(tài)下（例如：損傷、膿毒癥和泌乳）會出現(xiàn)顯著下降，且伴隨著骨骼肌蛋白的負平衡（Curthoys等,1995）。Wu 等（1996）在飼糧中添加 1%的谷氨酰胺能夠防止仔豬斷奶后第一周內(nèi)的空腸萎縮，其部分原因可能是mTOR信號途徑的激活。因為亮氨酸、異亮氨酸和纈氨酸是動物體組織中（特別是骨骼?。┕劝滨０泛铣傻牡孜铮╓u等，2005），所以谷氨酰胺可能還具有部分調(diào)節(jié)支鏈氨基酸（BCAA）蛋白合成的作用。

谷氨酰胺不僅是蛋白質(zhì)合成的前體物質(zhì)，而且是許多代謝途徑的中介物，是嘌呤、嘧啶和核酸等物質(zhì)合成的前體和氮源的提供者。補充外源性谷氨酰胺，可增加受損腸道的血流量，直接提供代謝能源；促進胃黏膜黏液和前列腺素的分泌，促進腸道黏膜細胞修復，維護黏膜結(jié)構完整；增加局部腸道sIgA分泌；穩(wěn)定腸道通透性，減少細菌移位（Ding等，2003）。由于谷氨酰胺在黏膜新陳代謝中的重要作用，認為這種必需氨基酸能夠維護豬腸道屏障的完整及其功能。

3.2 精氨酸與仔豬腸道黏膜免疫

對于新生仔豬來說，精氨酸是一種必需氨基酸，適宜的精氨酸需要量能夠促進新生仔豬的生長，且精氨酸是蛋白組織中豐富的氮運輸者，能通過多種途徑被利用（Wu等，2004a）。精氨酸還是多胺合成的重要前體物質(zhì)，多胺通過調(diào)節(jié)DNA和蛋白質(zhì)的合成，從而調(diào)節(jié)細胞增殖和分化（Igarashi等，2000），并在受損腸上皮的修復等過程中起著重要作用（Wu等，1998）。精氨酸作為一氧化氮的直接前體物，發(fā)揮著重要作用，而一氧化氮在調(diào)控腸道的分泌以及完整性方面扮演著重要角色（Morris等，2004）。

最近的研究指出精氨酸可以激活腸道上皮細胞mTOR和其他激酶介導的信號途徑(Ban等,2004),從而刺激蛋白質(zhì)合成、增強細胞遷移以及促使受損腸道上皮的修復。這可能為精氨酸在保護新生兒腸道完整性和功能方面的有益作用闡明了機理（Wu等，2004b）。

3.3 色氨酸和脯氨酸

色氨酸和脯氨酸在免疫功能方面的作用只有較少的報道。色氨酸的分解代謝似乎對巨噬細胞和淋巴細胞的功能發(fā)揮都是必不可少的，且口服色氨酸可以增強先天的免疫應答（Esteban等，2004）。促乳維生素（由吲哚胺2,3-雙加氧酶途徑生成的一種色氨酸的代謝產(chǎn)物）可以抑制輔助性T細胞Ⅰ型致炎細胞因子的產(chǎn)生和防止自身免疫性神經(jīng)炎（Platten等，2005）。此外，腸道脯氨酸氧化酶的缺乏所引起的脯氨酸分解代謝的不足會損傷腸道免疫力（Ha等，2005）。其主要的調(diào)節(jié)物是來自脯氨酸氧化后的產(chǎn)物H2O2，H2O2對于病原菌是有細胞毒性的，同時其也是一種信號分子。

3.4 支鏈氨基酸與免疫

飼喂斷奶仔豬以缺乏支鏈氨基酸（亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸）的飼糧時，會導致抗體滴度下降，但對細胞免疫并不影響。當亮氨酸處于臨界缺乏狀態(tài)時，并未降低抗體滴度，卻增加了細胞毒素的活性。Tischler等（1982）發(fā)現(xiàn)處于分解代謝狀態(tài)的體外培養(yǎng)的骨骼肌中的亮氨酸可以刺激蛋白質(zhì)合成并抑制蛋白質(zhì)降解。此后，體內(nèi)試驗的研究發(fā)現(xiàn)在生理條件下，通過口服或日糧補充的形式使幼鼠和新生仔豬血漿中亮氨酸濃度升高的方法也會加強肌肉蛋白質(zhì)的合成（Escobar等，2005；2006）。 此外，亮氨酸還可以激活小腸上皮細胞mTOR的信號途徑（Ban等，2004），但它的功能性意義還未完全清楚。

4 結(jié)語

黏膜免疫系統(tǒng)構成了機體抵抗病原體入侵的第一道免疫屏障，腸道黏膜免疫在斷奶仔豬免疫中起著重要作用，斷奶仔豬任何日糧配方的設計需考慮胃腸道的發(fā)育以及日糧和腸道正常菌群之間的相互作用（Pluske等，2004）。從動物營養(yǎng)和飼料科學的角度，研究促進腸道黏膜免疫的營養(yǎng)物質(zhì)并探討其作用機理具有重要意義。因為消化、吸收過程和微生物對飼料成分的處理在滿足斷奶仔豬維持需要、生長發(fā)育和胃腸道健康方面有著重要的作用；而且從腸道免疫角度解決斷奶仔豬腹瀉、日糧抗原過敏應該有其獨特的效果，完整有效的腸道保護體系可以保護上皮細胞的完整性，促進養(yǎng)分吸收，有望進一步提高養(yǎng)分利用率。但目前對斷奶仔豬的腸黏膜免疫和營養(yǎng)調(diào)控還不深入，也沒有確定一套能反映斷奶仔豬腸道黏膜免疫功能的特異性指標。這些都有待于進一步深入研究。

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