高景，齊智利

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，武漢 430070）

在現(xiàn)代集約化反芻動(dòng)物生產(chǎn)中，為了提高生產(chǎn)水平而大量飼喂谷物淀粉為主的高精日糧，導(dǎo)致瘤胃酸中毒發(fā)病率增加。瘤胃酸中毒是指長時(shí)間高精日糧飼喂反芻動(dòng)物導(dǎo)致的瘤胃有機(jī)酸積累，pH下降，瘤胃微生物菌群失調(diào)，進(jìn)而導(dǎo)致瘤胃代謝紊亂的疾病[1]。瘤胃酸中毒分為急性瘤胃酸中毒和亞急性瘤胃酸中毒（SARA），一般認(rèn)為當(dāng)瘤胃pH下降至5.0以下為急性瘤胃酸中毒，下降至5.6～5.8為亞急性瘤胃酸中毒[2]。因?yàn)镾ARA癥狀不明顯，診斷困難，其對(duì)生產(chǎn)實(shí)踐中造成的危害比急性瘤胃酸中毒大。除了瘤胃pH下降，SARA發(fā)生時(shí)還伴隨著瘤胃異常代謝產(chǎn)物脂多糖（LPS）的積累。低pH下，革蘭氏陰性菌大量裂解，LPS被釋放出來，導(dǎo)致瘤胃液中LPS濃度上升。研究表明，瘤胃液中LPS濃度上升激活瘤胃上皮細(xì)胞炎癥信號(hào)核轉(zhuǎn)錄因子kB（NF-kB），引起瘤胃局部炎癥[3]。同時(shí)，LPS能從瘤胃中易位進(jìn)入機(jī)體循環(huán)系統(tǒng)，增加急性期蛋白含量，并與后續(xù)癥狀肝膿腫和蹄葉炎等病發(fā)生均有關(guān)[4]。因此研究SARA發(fā)生時(shí)LPS從瘤胃易位到機(jī)體循環(huán)系統(tǒng)的機(jī)理對(duì)進(jìn)一步了解瘤胃酸中毒致病機(jī)制及對(duì)機(jī)體的危害作用有重要意義，可為SASA提早防控和治療提供參考，有利于提高牛群健康福利，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1 LPS 的產(chǎn)生

LPS位于革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁外膜的最外層，其中類脂-A是革蘭氏陰性菌內(nèi)毒素的主要成分。高精日糧導(dǎo)致瘤胃pH下降，瘤胃中革蘭氏陰性菌大量裂解，瘤胃液中LPS濃度升高，可升高到2～13.5倍[5,6]。研究表明不同細(xì)菌種類的LPS毒力作用不同[7]。實(shí)驗(yàn)性SARA構(gòu)建方法有兩種：高精日糧誘導(dǎo)和飼糧顆粒誘導(dǎo)。這兩種誘導(dǎo)方法均能使瘤胃pH下降，瘤胃中LPS濃度升高。區(qū)別在于高精日糧誘導(dǎo)的SARA同時(shí)升高盲腸和糞便中的LPS含量，其含量對(duì)應(yīng)地從16508EU/g增加到118522EU/g，從12832EU/g增加到118522EU/g，而飼糧顆粒誘導(dǎo)的SARA只增加瘤胃中的LPS濃度，對(duì)大腸和糞便中LPS濃度無影響[8]。兩種SARA模型間的差異可能是由于高精日糧誘導(dǎo)的SARA牛，由于后腸道食糜淀粉含量的增加，腸道中的淀粉發(fā)酵促進(jìn)了細(xì)菌生長，從而釋放LPS，使其含量升高。而飼糧顆粒誘導(dǎo)的SARA不增加后腸道食糜淀粉含量。

2 LPS 易位

關(guān)于SARA狀況下LPS是否能從瘤胃易位到機(jī)體循環(huán)還存在爭議。Plaizier 等人報(bào)道在SARA狀況下外周血中LPS濃度無變化[9]，而Khafipour等人則發(fā)現(xiàn)瘤胃上皮通透性增大，并且外周血中LPS濃度升高[10]。早期研究將51Cr標(biāo)記的大腸桿菌LPS注射到瘤胃中，但沒有發(fā)現(xiàn)有51Cr標(biāo)記的大腸桿菌LPS吸收進(jìn)入淋巴組織和外周血中，由此得出瘤胃上皮對(duì)LPS沒有通透性[11]。但這可能是因?yàn)?1Cr會(huì)與LPS的類脂A緊密結(jié)合，使其不易乳化和擴(kuò)散，進(jìn)而影響LPS穿透黏膜上皮的能力。后續(xù)有研究報(bào)道LPS是能穿透牛的瘤胃和結(jié)腸組織而發(fā)生易位的[12]。LPS從瘤胃以及腸道上皮的易位說明LPS能破壞上皮屏障，增加其通透性。

在正常情況下，消化道上皮有抵御外界異物的屏障，即由緊密連接蛋白連接的單層細(xì)胞，LPS等大分子是無法透過上皮進(jìn)入機(jī)體循環(huán)的。而當(dāng)緊密連接蛋白受到破壞時(shí)會(huì)增加上皮的通透性，此時(shí)滲透性增加，LPS會(huì)穿過上皮，易位到外周血中。LPS在消化道上皮通過跨細(xì)胞或者穿過細(xì)胞間的緊密連接（細(xì)胞旁路）[13]進(jìn)入到外周血中。研究表明高濃度的LPS將會(huì)介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，破壞緊密連接蛋白ZO-1，其原理在于瘤胃LPS通過增加誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的表達(dá)，增加一氧化氮（NO）產(chǎn)生[14]。適量的NO對(duì)機(jī)體是無害的，其參與多種生命活動(dòng)，包括神經(jīng)傳遞、血管舒張以及炎癥反應(yīng)等[15]。而當(dāng)LPS能上調(diào)腸道上皮細(xì)胞iNOS的表達(dá)，會(huì)使NO產(chǎn)生迅速增加。累積的NO將會(huì)破壞緊密連接蛋白，并與超氧陰離子結(jié)合產(chǎn)生有毒的過氧亞硝酸鹽，其會(huì)不可逆地阻斷線粒體呼吸鏈，激活凋亡級(jí)聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[16]。據(jù)Williams 等人研究報(bào)道，LPS能加快小鼠腸道上皮細(xì)胞的凋亡速率，使其超過產(chǎn)生速率，并導(dǎo)致腸道上皮出現(xiàn)細(xì)胞間隙[17]。

即使緊密連接蛋白完整的情況下，LPS也能通過Toll樣受體4（TLR4）介導(dǎo)的內(nèi)吞作用從跨細(xì)胞向基底層細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)，其中TLR4是LPS的模式識(shí)別受體（PRR）[18]。正常情況下，腸道上皮低表達(dá)TLR4、髓樣差異蛋白2（MD2）及分群14（CD14），因此其對(duì)LPS的識(shí)別和結(jié)合度低[19]。而在SARA會(huì)上調(diào)TLR和相關(guān)信號(hào)蛋白的表達(dá)時(shí)，會(huì)促進(jìn)受體介導(dǎo)的LPS內(nèi)吞作用，增加腸道上皮通透性[20]。內(nèi)毒素可運(yùn)送到高爾基體。高爾基體內(nèi)含有乳糜微粒，其與LPS有高親和性，可與LPS結(jié)合在淋巴和血液中進(jìn)行運(yùn)輸，從而引起系統(tǒng)性炎癥和免疫反應(yīng)[21]。

除此之外，SARA發(fā)生時(shí)引起的瘤胃上皮角化不全也會(huì)促進(jìn)LPS從瘤胃上皮易位到循環(huán)系統(tǒng)中。在健康的瘤胃中，瘤胃復(fù)層鱗狀上皮被角化細(xì)胞覆蓋，角化細(xì)胞充當(dāng)保護(hù)性屏障。然而高精日糧飼喂后，分層鱗狀上皮細(xì)胞的代謝和增殖速率顯著增加，導(dǎo)致細(xì)胞過早進(jìn)入角質(zhì)層，這種狀況稱為角化不全。研究表明，高精日糧誘導(dǎo)的SARA可通過降低瘤胃復(fù)層鱗狀上皮組織厚度以及顆粒層細(xì)胞間的黏附，從而增加LPS從細(xì)胞旁路易位[22]。

3 外周血中的LPS

被乳糜微粒包裹的LPS從消化道易位后進(jìn)入淋巴系統(tǒng)并激活腸系膜淋巴結(jié)的巨噬細(xì)胞釋放促炎因子IL-1、IL-6、TNF-a等。另一部分LPS運(yùn)輸?shù)介T靜脈進(jìn)入肝臟，肝臟中的肝細(xì)胞和庫普弗細(xì)胞會(huì)清除LPS，并釋放促炎因子到循環(huán)系統(tǒng)中，引起急性期反應(yīng)，導(dǎo)致血液中血清淀粉樣蛋白A（SAA）、觸珠蛋白（Hp）及脂多糖結(jié)合蛋白（LBP）等急性期蛋白含量上升[23]。Khafipour 等人發(fā)現(xiàn)精料誘導(dǎo)的SARA泌乳奶牛血液中LPS濃度從無法檢測(cè)的水平（＜0.05 EU/mL）上升到0.52 EU/mL，并且外周血中LBP、SAA及Hp濃度分別從18μg/mL、77.6μg/mL、0.0μg/mL上升到53μg/mL、218.9μg/mL、0.48μg/mL[24]。少數(shù)逃過肝臟清除的LPS進(jìn)入循環(huán)血液中，與低密度脂蛋白（LDL）和高密度脂蛋白(HDL)結(jié)合進(jìn)行運(yùn)輸，最終會(huì)被肝細(xì)胞或白脂肪組織中的巨噬細(xì)胞清除，釋放促炎因子，引起局部炎癥[25]。LPS易位到循環(huán)血液后機(jī)體啟動(dòng)自身清除體系，并伴隨有炎癥反應(yīng)和急性期反應(yīng)，這種過度的免疫反應(yīng)消耗能量，干擾機(jī)體對(duì)病原體的識(shí)別和免疫反應(yīng)，促進(jìn)了多種疾病的發(fā)生。

4 展望

SARA發(fā)生時(shí)LPS的積累會(huì)破壞瘤胃及腸道上皮屏障的完整性，增加上皮通透性，使LPS從瘤胃易位到機(jī)體循環(huán)，進(jìn)而引起全身炎癥和急性期反應(yīng)，誘導(dǎo)相關(guān)疾病如肝膿腫等疾病的發(fā)生。因此研究LPS從瘤胃易位到機(jī)體循環(huán)的機(jī)理對(duì)于減緩SARA危害，提早診斷并治療SARA有重要意義。目前關(guān)于瘤胃異常代謝產(chǎn)物的研究主要集中在LPS上，也有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道SARA發(fā)生時(shí)組胺等其他有毒物質(zhì)也會(huì)積累，但關(guān)于其他瘤胃異常代謝產(chǎn)物對(duì)上皮通透性的影響以及易位尚不清楚。因此，可以選取多個(gè)指標(biāo)作為研究對(duì)象，如從瘤胃微生物區(qū)系變化、代謝產(chǎn)物積累等方面并聯(lián)系瘤胃和機(jī)體循環(huán)，系統(tǒng)性地研究SARA致病機(jī)制及其對(duì)動(dòng)物全身的影響。