李秋粉 歐陽經(jīng)鑫 黎觀紅

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西省動(dòng)物營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330045)

隨著全球氣候變暖趨勢(shì)的加劇，熱應(yīng)激已成為影響畜牧業(yè)發(fā)展的重要因素之一。反芻動(dòng)物、豬、家禽是恒溫動(dòng)物，在熱中性區(qū)通過自身體溫調(diào)節(jié)機(jī)制維持體溫，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到動(dòng)物等熱區(qū)上限，超過機(jī)體自身調(diào)節(jié)能力時(shí)，引發(fā)一系列非特異性免疫應(yīng)答反應(yīng)，導(dǎo)致畜禽熱應(yīng)激，從而增加畜禽養(yǎng)殖成本、損害畜禽健康、降低生產(chǎn)力和產(chǎn)品品質(zhì)，最終造成經(jīng)濟(jì)損失。

作為畜禽機(jī)體功能性必需氨基酸之一，色氨酸(Trp)及其代謝產(chǎn)物可以提高采食量、增加機(jī)體蛋白質(zhì)沉積和消化吸收功能、提高生長性能、增強(qiáng)免疫功能、緩解腸道黏膜屏障損傷、提高機(jī)體抗應(yīng)激能力[1-4]。本文從熱應(yīng)激的產(chǎn)生機(jī)理和對(duì)畜禽的影響、色氨酸的代謝及其代謝產(chǎn)物生理功能和色氨酸及其代謝產(chǎn)物對(duì)熱應(yīng)激的可能調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行綜述，討論色氨酸及其代謝產(chǎn)物在熱應(yīng)激條件下與機(jī)體免疫的交叉點(diǎn)，為色氨酸在調(diào)節(jié)畜禽熱應(yīng)激的應(yīng)用研究提供新的思路。

1 熱應(yīng)激的產(chǎn)生機(jī)理及對(duì)畜禽的影響

1.1 熱應(yīng)激的產(chǎn)生機(jī)理

當(dāng)外界溫度高于機(jī)體調(diào)節(jié)上限，畜禽不能通過自身神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)維持正常體溫，動(dòng)物便處于熱應(yīng)激狀態(tài)。在熱應(yīng)激環(huán)境中，畜禽機(jī)體最初通過增加水?dāng)z入量、出汗和呼吸頻率，降低心率和采食量等行為和生理反應(yīng)的啟動(dòng)，將體溫維持在正常范圍內(nèi)[5]；隨后，下丘腦-垂體-腎上腺皮質(zhì)(HPA)軸和交感神經(jīng)-腎上腺髓質(zhì)(SAM)軸的激活，導(dǎo)致循環(huán)中的兒茶酚胺和皮質(zhì)醇含量升高；隨著熱應(yīng)激時(shí)間的持續(xù)，細(xì)胞和體液免疫功能遭到損傷，影響消化、生長、生殖和其他代謝過程[6-7]。

1.2 熱應(yīng)激對(duì)畜禽生產(chǎn)和免疫的影響

動(dòng)物處于熱應(yīng)激狀態(tài)，機(jī)體難以通過增加飲水、呼吸頻率和降低采食量等維持恒定體溫時(shí)，首先表現(xiàn)為體溫升高、生產(chǎn)性能降低[8-9]；免疫反應(yīng)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)(CNS)是一個(gè)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)，HPA軸和SAM軸調(diào)節(jié)是免疫調(diào)節(jié)的2個(gè)主要途徑。有研究表明，在熱應(yīng)激條件下，HPA軸激活，導(dǎo)致循環(huán)中的兒茶酚胺和皮質(zhì)醇含量升高，其中急性熱應(yīng)激比慢性熱應(yīng)激誘導(dǎo)糖皮質(zhì)激素水平更高，并引起一系列生化反應(yīng)，導(dǎo)致脫水，影響能量消耗和蛋白質(zhì)代謝[6,10]。熱應(yīng)激會(huì)增加活性氧(ROS)的產(chǎn)生，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，造成肝臟、腸道等器官氧化損傷，破壞腸道黏膜完整性，損害畜禽健康和降低生產(chǎn)性能[11-12]。腸道是機(jī)體最大的消化吸收器官，也是重要的防御屏障。在發(fā)揮吸收功能的同時(shí)，健康腸道的黏膜屏障保護(hù)宿主免受具有致病力的毒素和微生物的侵襲。腸道微生物群與腸黏膜免疫密切相關(guān)，可同時(shí)發(fā)揮促炎和抗炎作用。眾多研究發(fā)現(xiàn)，持續(xù)的熱應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致畜禽腸道的菌群結(jié)構(gòu)和多樣性紊亂、有益菌比例降低而有害菌比例增高、黏膜屏障損傷、機(jī)體生長性能及免疫力下降[13-15]。

2 色氨酸對(duì)熱應(yīng)激的影響

2.1 色氨酸代謝和生理功能

色氨酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的20種氨基酸之一，是所有動(dòng)物的必需氨基酸，同時(shí)也是生成血清素[如5-羥色胺(5-HT)]、褪黑激素、色胺等一些重要的生物活性分子的前體。色氨酸的代謝途徑主要有3種(圖1)，其中2種是宿主途徑，分別是犬尿氨酸代謝途徑和5-HT代謝途徑，犬尿氨酸代謝途徑限速酶為吲哚胺2,3-雙加氧酶(IDO)和色氨酸2,3-雙加氧酶(TDO)[16]，5-HT代謝途徑限速酶主要為腸嗜鉻細(xì)胞中的色氨酸羥化酶1(TPH1)[17]；另一種是微生物代謝途徑，也就是吲哚途徑，其中一些代謝產(chǎn)物可以作為芳香烴受體(AhR)配體。除了色氨酸的直接代謝外，微生物群和微生物代謝物對(duì)宿主色氨酸的2種途徑也有重要的調(diào)節(jié)作用[18-20]。研究表明，哺乳動(dòng)物在感染、應(yīng)激狀態(tài)下，大多數(shù)色氨酸通過犬尿氨酸途徑被分解轉(zhuǎn)化為可能與應(yīng)激反應(yīng)相互作用的生物活性物質(zhì)[21-23]。而急性應(yīng)激對(duì)哺乳動(dòng)物的大腦色氨酸含量的調(diào)節(jié)有相反的影響[24]，這種腦色氨酸含量增加可能與交感神經(jīng)激活和血漿兒茶酚胺含量升高有關(guān)[25]。陶絲雨等[26]的試驗(yàn)亦表明，腸易激綜合征提高結(jié)腸TPH1基因表達(dá)以及5-HT的含量。那么熱應(yīng)激狀態(tài)下畜禽機(jī)體色氨酸代謝又是怎樣的？是否是機(jī)體發(fā)生急性熱應(yīng)激使大腦色氨酸含量增加，5-HT含量升高，抑制血漿皮質(zhì)醇含量升高，通過HPA軸緩解應(yīng)激反應(yīng)；而隨著熱應(yīng)激的持續(xù)，色氨酸代謝轉(zhuǎn)向犬尿氨酸代謝途徑調(diào)控?zé)釕?yīng)激導(dǎo)致的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，尚不明確，因此其具體代謝途徑還需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

圖1 色氨酸主要代謝途徑

研究表明，除了作為起始氨基酸參與蛋白質(zhì)合成外，色氨酸及其代謝產(chǎn)物在調(diào)節(jié)消化吸收、能量代謝、蛋白質(zhì)沉積、免疫功能和應(yīng)激反應(yīng)等方面有重要作用[28-30]。5-HT是由色氨酸通過色氨酸羥化酶和芳香氨基酸脫羧酶兩級(jí)酶促反應(yīng)生成的。在動(dòng)物體內(nèi)，血清素主要存在于胃腸道、血小板和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，參與HPA軸調(diào)節(jié)，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)[31-32]。另外，5-HT還能通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞中白細(xì)胞介素-6(IL-6)和白細(xì)胞介素-10(IL-10)產(chǎn)生影響機(jī)體免疫應(yīng)答[3]。褪黑激素是由動(dòng)物松果腺分泌，其主要作用是調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律，但也被證明影響包括免疫功能、凋亡、增殖和氧化應(yīng)激在內(nèi)的多種分子途徑[33-34]。犬尿氨酸是犬尿氨酸代謝途徑的中間產(chǎn)物，具有抗菌活性，可直接影響腸道菌群的增殖[35]，在犬尿氨酸代謝中，犬尿氨酸(KYN)、犬尿喹啉酸(KA)和黃尿酸(XA)等作為AhR的直接配體，以濃度依賴的方式刺激AhR和AhR依賴的基因表達(dá)，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)，AhR自身也在調(diào)節(jié)IDO1和TDO1表達(dá)量方面發(fā)揮作用[36]。因此，AhR可能是腸道微生物群、犬尿氨酸代謝途徑與免疫應(yīng)答之間復(fù)雜相互作用的重要中介物質(zhì)。此外，跨膜G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)也能感受其代謝中間體，激活信號(hào)通路，調(diào)節(jié)胃腸道穩(wěn)態(tài)和腸道免疫[28]。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)是生物氫的載體，作為輔酶，在糖酵解、檸檬酸循環(huán)、三羧酸循環(huán)、糖異生和電子傳遞等方面發(fā)揮重要作用。吲哚及其衍生物是在色氨酸經(jīng)多種產(chǎn)吲哚細(xì)菌產(chǎn)生的色氨酸酶作用下產(chǎn)生的，包括吲哚、吲哚乙醇(IE)、吲哚丙酸(IPA)、吲哚乙酸(IAA)、吲哚醛(IAld)和吲哚丙烯酸(IA)等，這些物質(zhì)對(duì)宿主的生理機(jī)能有多種影響。吲哚、IPA和IA通過降低腸通透性影響?zhàn)つ?nèi)平衡。吲哚還可以誘導(dǎo)腸內(nèi)分泌細(xì)胞釋放胰高血糖素樣肽1(GLP1)，調(diào)控食欲、胰島素分泌和延緩胃排空[37]。

2.2 色氨酸及其代謝產(chǎn)物對(duì)熱應(yīng)激的影響

飼糧添加色氨酸可緩解畜禽熱應(yīng)激狀態(tài)。給閹公牛每千克體重靜脈滴注38.5 mg色氨酸，可通過增加腦5-HT含量減弱牛在急性熱應(yīng)激環(huán)境中直腸溫度的升高[38]。在豬研究上，色氨酸亦可提高下丘腦5-HT含量和降低血漿皮質(zhì)醇含量，通過HPA軸緩解應(yīng)激反應(yīng)[39-41]。熱應(yīng)激常伴隨嚴(yán)重的氧化應(yīng)激，飼糧中補(bǔ)充0.15%色氨酸能減輕敵草快注射引起的仔豬腸道損傷、氧化應(yīng)激和線粒體功能障礙[42]。Zimbelman等[43]研究表明，哺乳期奶牛補(bǔ)充膠囊狀的尼克酸會(huì)增加熱應(yīng)激狀態(tài)下的皮膚表面蒸發(fā)熱損失，降低陰道溫度。相似的，王雪瑩等[44]在牦牛熱應(yīng)激條件下飼喂煙酸，發(fā)現(xiàn)可以通過緩解HPA軸應(yīng)激反應(yīng)，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)，增加血氧供給，提高其對(duì)熱應(yīng)激環(huán)境的抵抗，提高采食量和營養(yǎng)物質(zhì)消化率，減少生長性能由于熱應(yīng)激引起的降低，添加煙酸增加煙酰胺腺嘌呤二核苷酸含量可能是其原因之一。褪黑激素是色氨酸代謝產(chǎn)物之一，有研究表明，褪黑激素增加熱應(yīng)激處理后白細(xì)胞、單核細(xì)胞、粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞數(shù)量，清除機(jī)體氧自由基，增加超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等抗氧化酶活性，調(diào)節(jié)免疫功能，緩解熱應(yīng)激，緩解體重下降程度[45-46]。也有研究表明，飼糧中添加0.75%的高水平色氨酸顯著提高仔豬血清二胺氧化酶(DAO)和D-乳酸含量，降低空腸中咬合蛋白(Occludin)和緊密連接蛋白-1(ZO-1)的基因表達(dá)，損傷腸道黏膜完整性[47]。因此，熱應(yīng)激條件下各個(gè)物種、各個(gè)日齡階段的色氨酸添加量如何仍需試驗(yàn)進(jìn)一步研究探討。

3 色氨酸調(diào)控畜禽熱應(yīng)激可能的作用機(jī)制

腸道微生物影響免疫系統(tǒng)響應(yīng)；反過來，免疫系統(tǒng)亦參與調(diào)節(jié)腸道菌群的定位和組成。微生物與宿主免疫系統(tǒng)之間的聯(lián)系是由一系列分子和信號(hào)因子介導(dǎo)，繼而影響腸道、肝臟、大腦和其他器官。熱應(yīng)激影響腸道菌群組成和多樣性，以及腸道菌群與免疫途徑相互作用。色氨酸是動(dòng)物必需的營養(yǎng)物質(zhì)，其代謝物參與腸道免疫穩(wěn)態(tài)和多種免疫疾病的發(fā)生。本文從色氨酸及其代謝物與調(diào)節(jié)HPA軸，色氨酸及其代謝物與線粒體ROS產(chǎn)生和氧化應(yīng)激相關(guān)信號(hào)通路，色氨酸及其代謝產(chǎn)物與腸道黏膜屏障功能3個(gè)方面概述色氨酸及其代謝產(chǎn)物與熱應(yīng)激和腸道黏膜屏障功能研究概況，探討色氨酸及其代謝產(chǎn)物調(diào)控畜禽熱應(yīng)激可能的作用機(jī)制。

3.1 色氨酸與畜禽HPA軸

在熱應(yīng)激狀態(tài)下，HPA軸和SAM軸被激活，維持體內(nèi)平衡[48]。其中，去甲腎上腺素(NOR)和5-HT參與HPA軸的激活和促腎上腺皮質(zhì)激素(ACTH)的垂體釋放，HPA軸的激活會(huì)導(dǎo)致皮質(zhì)醇分泌增加引起免疫反應(yīng)，而NOR和5-HT與外周神經(jīng)免疫激活有關(guān)，受白細(xì)胞介素-1(IL-1)、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導(dǎo)[49]。在急性應(yīng)激期，皮質(zhì)醇的分泌對(duì)免疫系統(tǒng)起到刺激作用，而在慢性應(yīng)激期，皮質(zhì)醇的分泌與免疫抑制有關(guān)[50-51]。研究表明，灌胃色氨酸促進(jìn)慢性應(yīng)激小鼠下丘腦5-HT的合成并增強(qiáng)其抵抗應(yīng)激能力[52]；飼糧中添加色氨酸提高慢性不可預(yù)知溫和應(yīng)激肉雞和小鼠TPH1的表達(dá)，提高外周血5-HT的含量，緩解機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)[53]。5-HT通過調(diào)節(jié)下丘腦促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子(CRF)的釋放進(jìn)而對(duì)動(dòng)物HPA軸發(fā)揮重要的調(diào)控作用[54-55]，并調(diào)節(jié)行為和神經(jīng)內(nèi)分泌對(duì)應(yīng)激的應(yīng)答[56-57]。此外，應(yīng)激會(huì)導(dǎo)致色氨酸代謝通路改變，而色氨酸代謝通路改變反過來影響機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)，加之5-HT神經(jīng)傳遞和HPA軸反應(yīng)敏感性的個(gè)體差異在脊椎動(dòng)物中是普遍存在的現(xiàn)象[58]，因而各種脊椎動(dòng)物飼糧中最佳色氨酸含量的確定仍有待進(jìn)一步研究。

3.2 色氨酸與畜禽氧化應(yīng)激相關(guān)信號(hào)通路

線粒體作為產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)絕大多數(shù)活性氧的細(xì)胞器，在調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生和反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用。與細(xì)胞核DNA相比，線粒體ROS產(chǎn)生水平高，且對(duì)損傷防御能力相對(duì)較差，線粒體DNA更容易受到氧化損傷[59]。大量研究表明，畜禽熱應(yīng)激降低畜禽機(jī)體抗氧化能力，引發(fā)氧化應(yīng)激[60-62]。熱應(yīng)激是活性氧產(chǎn)生的強(qiáng)誘導(dǎo)劑，一旦由谷胱甘肽(GSH)、GSH-Px、SOD和血紅素氧化酶1(HO1)組成的細(xì)胞氧化防御系統(tǒng)耗盡，就會(huì)導(dǎo)致組織損傷[63]。抗氧化系統(tǒng)的表達(dá)主要受紅系衍生的核因子2相關(guān)因子2(Nrf2)的調(diào)控，在生理?xiàng)l件下，Nrf2在細(xì)胞質(zhì)中被Kelch樣ECH相關(guān)蛋白1(Keap1)抑制。氧化應(yīng)激時(shí)Nrf2從Keap1中解離，導(dǎo)致Nrf2轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核中與抗氧化反應(yīng)元件(ARE)結(jié)合，誘導(dǎo)抗氧化蛋白的轉(zhuǎn)錄，提高應(yīng)激條件下的細(xì)胞存活率[64]。

熱應(yīng)激雛雞血漿中鹽酸和喹啉酸含量升高，而煙酰胺含量降低。在哺乳動(dòng)物中，色氨酸主要代謝為犬尿氨酸，然后進(jìn)一步代謝為喹啉酸和煙酰胺，而在雞研究中，這些代謝過程尚未得到深入研究。此外，從功能的角度來看，犬尿氨酸通過激活芳基烴受體調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)[36，65]。喹啉酸通過激活N-甲基-D-天門冬胺酸受體發(fā)揮神經(jīng)毒性作用，并誘導(dǎo)游離自由基的產(chǎn)生和不依賴于受體的氧化應(yīng)激。然而，這些可能與環(huán)境溫度的有害影響有關(guān)的功能，亦未在雞中得到證實(shí)[65-66]。有研究表明，IA可使LPS刺激下IL-6和白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)分泌減少，Nrf2-ARE通路激活，AhR激活，黏蛋白2(Muc2)基因表達(dá)上調(diào)，表明了IA抗氧化和抗炎功能。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，IPA在小鼠巨噬細(xì)胞中顯示了抗炎作用，而在人類單個(gè)核細(xì)胞中卻沒有，這表明IPA誘導(dǎo)的信號(hào)通路在小鼠和人類細(xì)胞中并不保守[67]。在色氨酸代謝過程中，產(chǎn)生褪黑激素、5-HT和3-羥基犬尿氨酸等幾種內(nèi)源性抗氧化代謝物。Liu等[68]研究表明，飼糧中色氨酸從0.18%增加到1.08%可以提高畜禽機(jī)體總抗氧化能力、GSH-Px和過氧化氫酶活性，從而提高機(jī)體抗氧化活性，控制ROS的形成。由此，我們推測(cè)色氨酸可能在降低機(jī)體線粒體ROS產(chǎn)生和調(diào)控氧化應(yīng)激相關(guān)信號(hào)通路基因表達(dá)2個(gè)方面調(diào)控氧化應(yīng)激。

3.3 色氨酸與畜禽腸道黏膜屏障功能

腸道除了具有消化吸收功能，也是機(jī)體重要的免疫器官。健康的腸腔黏膜發(fā)揮屏障功能將有害細(xì)菌、病毒和其他大分子有害物質(zhì)與機(jī)體內(nèi)環(huán)境分開。腸道黏膜屏障根據(jù)結(jié)構(gòu)和功能可劃分為：機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和微生物屏障。

3.3.1 機(jī)械屏障

細(xì)胞間連接的完整性對(duì)上皮細(xì)胞層的正常功能至關(guān)重要，可將腸道內(nèi)環(huán)境與外界隔離開來，形成緊密連接，使細(xì)胞緊密結(jié)合，控制腸道黏膜通透性。Occludin、閉合蛋白(Claudins)、連接黏附分子(JAMs)和ZO等是細(xì)胞間連接重要的結(jié)構(gòu)和功能性蛋白[69]。熱應(yīng)激導(dǎo)致腸道完整性受損和通透性增加，與緊密連接蛋白的表達(dá)和分布改變相關(guān)[70]。體外和體內(nèi)研究均表明，吲哚通過增加參與維持上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能的基因表達(dá)增強(qiáng)細(xì)胞間的上皮緊密連接，降低腸道黏膜通透性，改善腸上皮屏障功能[28,37]。

3.3.2 化學(xué)屏障

黏蛋白、膽汁、溶菌酶和抗菌肽等是腸上皮細(xì)胞的主要化學(xué)成分，可以抑制有害細(xì)菌的黏附和定植，維持腸黏膜的完整性。熱應(yīng)激損傷腸黏膜絨毛結(jié)構(gòu)，降低堿性磷酸酶活性和抗菌肽含量，減少單位面積內(nèi)杯狀細(xì)胞數(shù)量，使得黏蛋白分泌水平下降，損傷腸道化學(xué)屏障[13,71-72]。AhR和孕烷X受體(PXR)調(diào)節(jié)與腸道Muc2基因的表達(dá)有關(guān)的信號(hào)通路，缺乏PXR的小鼠表現(xiàn)出腸道滲漏和小腸中Muc2表達(dá)減少[28]。IA作為一種重要的色氨酸微生物源性代謝物，能有效激活小鼠結(jié)腸AhR和上調(diào)Muc2基因表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)了AhR激活和杯狀細(xì)胞功能之間的聯(lián)系[67]。此外，吲哚也可以激活A(yù)hR信號(hào)，進(jìn)而促進(jìn)局部白細(xì)胞介素-22(IL-22)的產(chǎn)生，并進(jìn)一步促進(jìn)抗菌肽的分泌，保護(hù)機(jī)體免受致病性感染[73]。

3.3.3 免疫屏障

免疫屏障主要由腸黏膜相關(guān)淋巴組織及分泌型抗體構(gòu)成，分泌型免疫球蛋白(sIgA)為黏膜免疫的主要抗體，防止有害微生物定植[74]。Toll樣受體(TLRs)、核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域(NOD)為廣泛表達(dá)于各種先天免疫細(xì)胞和非免疫細(xì)胞上的進(jìn)化保守的膜受體，作為主要的傳感器，可以通過響應(yīng)細(xì)菌、病毒等病原體相關(guān)的分子模式來啟動(dòng)先天免疫應(yīng)答[69]。炎癥的啟動(dòng)由促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子之間的不平衡激活。研究表明，熱應(yīng)激狀態(tài)下過度產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，如TNF-α，導(dǎo)致包括腸道在內(nèi)的器官出血和壞死[75]。AhR是一種胞質(zhì)配體激活的轉(zhuǎn)錄因子，介導(dǎo)外源性代謝，是免疫和炎癥的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫和黏膜屏障功能、腸道穩(wěn)態(tài)的維持和癌變[28,76-77]。AhR對(duì)免疫穩(wěn)態(tài)的促進(jìn)作用主要有2種機(jī)制：首先，AhR介導(dǎo)先天淋巴樣細(xì)胞的激活，在腸道中產(chǎn)生IL-22，IL-22通過調(diào)節(jié)微生物組成，調(diào)節(jié)抗菌肽的釋放，影響免疫與菌群間的穩(wěn)態(tài)平衡[78]；其次，有證據(jù)表明，AhR通過調(diào)節(jié)上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞和先天淋巴樣細(xì)胞的發(fā)育而具有抗炎作用，使得這些細(xì)胞在抵御病原微生物滲透和促進(jìn)腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用[76]。KYN、KA、XA等幾種微生物代謝物作為AhR的配體對(duì)宿主免疫至關(guān)重要，特別是在保護(hù)黏膜免受炎癥感染方面[79]。AhR通過與配體結(jié)合，直接靶向調(diào)控炎癥過程中包括IL-6、IL-22、前列腺素G/H合酶2、血管內(nèi)皮生長因子A、細(xì)胞色素P4501A1在內(nèi)的基因[28]。其中，吲哚可以降低TNF-α介導(dǎo)的核因子-κB(NF-κB)激活，增加抗炎細(xì)胞因子IL-10的水平[80]。IPA可顯著提高LPS刺激后IL-10的生成，并降低TNF-α的生成[81]。吲哚-3-乙酸(I3A)至少可以通過2種方式直接調(diào)節(jié)肝細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，I3A作用于巨噬細(xì)胞，可減弱促炎細(xì)胞因子的釋放，誘導(dǎo)肝臟合成游離脂肪酸，進(jìn)而刺激巨噬細(xì)胞；I3A作用于肝細(xì)胞，可減弱細(xì)胞因子介導(dǎo)的脂肪生成上調(diào)[82]。有研究表明，在人樹突狀細(xì)胞中，AhR信號(hào)能改變TLRs調(diào)節(jié)的反應(yīng)，進(jìn)一步表明色氨酸分解代謝物對(duì)細(xì)胞因子產(chǎn)生的影響可能依賴于AhR的激活[83]。此外，有報(bào)道稱，短鏈脂肪酸(SCFAs)增強(qiáng)AhR介導(dǎo)的基因表達(dá)[84]。在熱應(yīng)激條件下，色氨酸及其代謝與腸道微生物代謝物的關(guān)系，色氨酸及其代謝物能否通過AhR影響TLRs、NLRs的表達(dá)，進(jìn)而影響其下游因子在熱應(yīng)激條件下的表達(dá)均還需進(jìn)一步探討。

3.3.4 微生物屏障

腸道中存在大量與宿主共生的微生物，在調(diào)節(jié)宿主營養(yǎng)和代謝、刺激腸道成熟、發(fā)育、增殖和免疫穩(wěn)態(tài)等方面發(fā)揮重要作用[64,85]。飲食、免疫反應(yīng)、感染和抗生素的使用都會(huì)影響各種宿主腸道菌群結(jié)構(gòu)和多樣性。除機(jī)體條件改變，環(huán)境高溫等外界應(yīng)激刺激亦會(huì)引起菌群平衡改變，導(dǎo)致腸道病原體定植[86]和腸道炎癥反應(yīng)[87]。微生物群的作用不僅局限于腸道，還向大腦發(fā)出信號(hào)，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥，并參與神經(jīng)精神疾病[88]，Trp-AhR通路是沿微生物-內(nèi)臟-腦軸傳遞信號(hào)的重要通路之一，在宿主免疫系統(tǒng)、腸道免疫耐受和腸道菌群之間平衡的維持中起著至關(guān)重要的作用[81]。微生物代謝產(chǎn)物如SCFAs和多種微生物色氨酸代謝產(chǎn)物可以激活腸道或肝臟中的AhR和AhR靶基因，AhR信號(hào)反過來又能影響小腸內(nèi)的微生物組成，AhR是宿主-微生物通訊的重要調(diào)節(jié)因子，影響宿主的新陳代謝，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)[28]。外源性補(bǔ)充色氨酸可優(yōu)化益生菌在腸道感染或化學(xué)損傷過程中抵抗有害細(xì)菌入侵的能力，其中乳酸菌促進(jìn)AhR依賴的IL-22轉(zhuǎn)錄，維持微生物多樣性，抑制白色念珠菌定植，保護(hù)腸道黏膜免受炎癥[81]。KYN具有抗菌活性，可直接影響腸道菌群的增殖[35]。在腸道中，色氨酸被微生物降解為吲哚及其衍生物，產(chǎn)吲哚細(xì)菌能抑制非產(chǎn)吲哚細(xì)菌的生長和存活[89]。研究發(fā)現(xiàn)，吲哚和IE等某些吲哚類化合物對(duì)革蘭氏陰性腸桿菌有抑菌作用，尤其是沙門氏菌屬和志賀氏菌屬。此外，研究發(fā)現(xiàn)，IAA可抑制乳酸菌的生長和生存，特別是對(duì)副干酪乳桿菌[90]。還有一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.42%的色氨酸在肉雞中具有類似益生元的作用，對(duì)致病性和非致病性菌種進(jìn)行定量分析發(fā)現(xiàn)，非致病性菌(雙歧桿菌屬和腸球菌)數(shù)量隨著致病性大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌、腸桿菌和大腸桿菌數(shù)量的減少顯著增加[91]，其背后的確切原因尚不清楚，需要進(jìn)一步的多學(xué)科研究來闡明這個(gè)問題。然而，可以推測(cè)，產(chǎn)吲哚的細(xì)菌可能會(huì)抑制不產(chǎn)吲哚的細(xì)菌如腸桿菌的生長和存活，特別是沙門氏菌和志賀氏菌屬[89]；Nowak等[90]也報(bào)道了添加到乳酸菌培養(yǎng)物中的IAA具有同樣的生長抑制作用，但其背后的作用機(jī)制還需進(jìn)一步探討。

4 小 結(jié)

色氨酸具有調(diào)節(jié)生長性能、抗應(yīng)激和免疫反應(yīng)的重要功能。越來越多的研究表明，色氨酸及其代謝產(chǎn)物(5-HT、褪黑激素、犬尿氨酸、吲哚及其衍生物等)對(duì)腸道微生物組成和功能、宿主免疫系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用具有深遠(yuǎn)的影響。相應(yīng)地，腸道菌群影響宿主對(duì)色氨酸的吸收和代謝，并直接或間接地調(diào)節(jié)隨后宿主的生理和代謝。在熱應(yīng)激狀態(tài)下，飼糧中補(bǔ)充色氨酸可以增加采食量、調(diào)節(jié)能量代謝、增強(qiáng)腸道黏膜屏障功能、調(diào)節(jié)畜禽免疫功能和抗應(yīng)激能力。熱應(yīng)激是一個(gè)綜合反應(yīng)，色氨酸是一系列生物活性物質(zhì)前體，畜禽處于熱應(yīng)激，機(jī)體內(nèi)色氨酸的3條主要代謝途徑會(huì)如何變化，其與機(jī)體免疫的交叉點(diǎn)仍有待研究。熱應(yīng)激導(dǎo)致腸道微生物紊亂，腸道菌群的改變又是如何通過調(diào)節(jié)色氨酸代謝影響宿主免疫？從細(xì)胞到整個(gè)機(jī)體，熱應(yīng)激狀態(tài)下色氨酸復(fù)雜代謝及其調(diào)控?zé)釕?yīng)激作用機(jī)理需要進(jìn)一步的研究，并針對(duì)色氨酸代謝物或色氨酸-腸道菌群-免疫相互作用設(shè)計(jì)可行的可能緩解畜禽熱應(yīng)激的方法。另外，國內(nèi)外研究關(guān)于熱應(yīng)激條件下色氨酸在各個(gè)物種、品種、日齡階段的添加量存在較大差異，目前亟需確定畜禽不同品種、不同日齡色氨酸最佳需要量，來指導(dǎo)和完善抗應(yīng)激飼糧的綜合配制。