陳 豪 何流琴 劉 娣 楊玲媛*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙410128；2.湖南師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，動(dòng)物腸道功能湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙410081；3.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所，哈爾濱150086)

霉菌廣泛存在于自然界，種類繁多且具有環(huán)境耐受性[1]，其次級(jí)代謝物包括黃曲霉毒素(aflatoxins，AF)、赭曲霉毒素(ochratoxins，OTA)、A類單端孢霉烯族毒素(trichothecene，T-2)、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇(deoxynivalenol，DON)、伏馬菌素(fumonisins，F(xiàn)Bs)、玉米赤霉烯酮(zearalenone，ZEN)、雪腐鐮刀菌烯醇(nivalenol，NIV)、麥角堿(ergot alkaloids)、霉菌毒素結(jié)合物(mycotoxin conjugates)等[2]，對(duì)植物性飼料原料(玉米、小麥、大麥、燕麥等)的污染已成為全球性問(wèn)題[3]。對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行霉菌毒素調(diào)查顯示，中國(guó)處于極高風(fēng)險(xiǎn)霉菌毒素污染地區(qū)，且霉菌毒素污染水平呈現(xiàn)區(qū)域差異[4]，整體上DON、AF和ZEN的污染最為嚴(yán)重[4-6]。DON、AF和ZEN主要出現(xiàn)在玉米中，具有破壞腸屏障功能、免疫調(diào)節(jié)以及導(dǎo)致細(xì)胞死亡的毒性作用[7-8]，這些都會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物腸道功能受損，因此了解霉菌毒素的作用機(jī)制尤為重要。霉菌毒素進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，首先是與腸道相互接觸，腸道具有一定耐受性，能在一定程度上有效防治霉菌毒素對(duì)機(jī)體的損傷[9]。但霉菌毒素對(duì)豬等易感動(dòng)物的腸道功能和機(jī)體穩(wěn)態(tài)危害極大，且攝入霉菌毒素會(huì)加劇動(dòng)物體內(nèi)其他病原性的病理變化[10]。目前霉菌毒素對(duì)動(dòng)物腸道功能的研究甚多，但是針對(duì)霉菌毒素在腸道中通過(guò)不同靶標(biāo)產(chǎn)生的作用機(jī)制總結(jié)卻甚少。因此，本文主要以DON、AF和ZEN為例，就霉菌毒素對(duì)動(dòng)物腸道功能的影響及其作用機(jī)制進(jìn)行綜述，為降低飼料中霉菌毒素的危害和開發(fā)降解霉菌毒素產(chǎn)品提供新的思路和參考依據(jù)，同時(shí)也對(duì)提升我國(guó)畜禽肉品質(zhì)和糧食戰(zhàn)略安全具有重要意義。

1 霉菌毒素對(duì)腸道形態(tài)學(xué)的影響及作用機(jī)制

腸道絨毛高度和隱窩深度是判斷腸道完整性的直接指標(biāo)[11]，腸上皮細(xì)胞是由緊密連接蛋白(CLDN)和多種元素共同組成的一道有效的機(jī)械屏障，可分隔腸內(nèi)外環(huán)境及吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和電解質(zhì)，阻止有害物質(zhì)的通過(guò)，從而維持腸道穩(wěn)態(tài)[12]。由于霉菌毒素?cái)z入消化道內(nèi)會(huì)破壞腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)，因此了解霉菌毒素對(duì)腸道功能的影響，對(duì)維持腸黏膜的完整性、腸道穩(wěn)態(tài)和預(yù)防腸道疾病的發(fā)生有重要意義[13]。

ZEN被歸類為內(nèi)分泌干擾物，因?yàn)樗芙Y(jié)合并激活雌激素受體(ER)，具有高雌激素效應(yīng)[14]。ZEN對(duì)豬和人的腸道具有相似的敏感性和毒性作用，且ZEN會(huì)轉(zhuǎn)化為具有高雌激素活性的α-玉米赤霉烯醇(α-ZEN)[15]。ER在腸道內(nèi)沿隱窩-絨毛軸分布，因此雌激素信號(hào)對(duì)腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定很重要，但ZEN與雌激素相互作用的腸道分子途徑尚不完全清楚，因此動(dòng)物雌激素水平也會(huì)對(duì)ZEN毒性產(chǎn)生影響，這也合理解釋了試驗(yàn)研究中ZEN對(duì)腸道形態(tài)學(xué)功能無(wú)顯著影響的試驗(yàn)結(jié)果。Przybylska-Gornowicz等[16]研究發(fā)現(xiàn)，ZEN對(duì)母豬大腸黏膜結(jié)構(gòu)和腸道通透性無(wú)顯著影響。鑒于此，可選擇去勢(shì)未成年雄性動(dòng)物進(jìn)行試驗(yàn)，排除雌性動(dòng)物激素狀態(tài)對(duì)ZEN毒性的影響。隱窩底部分布有腸干細(xì)胞，負(fù)責(zé)腸上皮細(xì)胞的增殖和更新，與腸道通透性有緊密聯(lián)系，有研究證明，腸上皮增殖主要由Wnt/β-連環(huán)蛋白(β-catenin)途徑控制，而轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)超家族蛋白維持生長(zhǎng)平衡狀態(tài)，并促進(jìn)上皮向絨毛頂端分化[17]，ER可調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin通路和TGF-β通路[18-19]，因此ZEN可通過(guò)作用于ER調(diào)控腸上皮的增殖與分化，從而影響腸道功能。

Pasternak等[20]在斷奶仔豬飼糧中添加3.8 mg/kg DON，發(fā)現(xiàn)回腸中CLDN-7的mRNA表達(dá)量顯著降低，但空腸和回腸中CLDN-1、CLDN-3、CLDN-4的mRNA表達(dá)量無(wú)顯著變化，對(duì)絨毛高度和隱窩深度也無(wú)顯著影響。這與Przybylska-Gornowicz等[16]對(duì)DON的研究結(jié)果一致，均說(shuō)明了DON對(duì)空腸和回腸的影響較小。然而Pinton等[21]研究發(fā)現(xiàn)，DON可降低仔豬空腸中CLDN-4的mRNA表達(dá)量。同樣也有其他研究顯示，DON降低了腸內(nèi)附著連接蛋白和CLDN的mRNA表達(dá)量[22]。這些研究結(jié)果不太一致，其原因可能是CLDN在轉(zhuǎn)錄和翻譯水平上存在差異所致。

Manda等[23]通過(guò)人小腸上皮細(xì)胞(Caco-2細(xì)胞)模型發(fā)現(xiàn)，DON顯著影響了Caco-2細(xì)胞的增殖分化；并且在DON的長(zhǎng)期影響下，細(xì)胞的阻抗性一直維持在較低水平。DON能降低Caco-2細(xì)胞跨上皮電阻(TEER)值，并增加了細(xì)胞旁通透性[24]，還能分解Caco-2細(xì)胞，增加標(biāo)記分子通透性，減少上皮細(xì)胞耐藥性[25]。而TEER值降低可能是由于緊密連接屏障性質(zhì)的改變，也歸因于對(duì)質(zhì)膜的影響。Pinton等[21]還發(fā)現(xiàn)，與Caco-2細(xì)胞相比，豬小腸上皮細(xì)胞系(IPEC-1)檢測(cè)到TEER值、細(xì)胞旁通透性和CLDN的mRNA表達(dá)量對(duì)DON的敏感性更高，這也進(jìn)一步證實(shí)不同組織和不同動(dòng)物來(lái)源的細(xì)胞模型之間也存在對(duì)DON反應(yīng)的差異。由此可見，低劑量的霉菌毒素在細(xì)胞試驗(yàn)中表現(xiàn)較為明顯，而對(duì)CLDN的影響卻存在多樣性，其分子機(jī)制仍需進(jìn)一步試驗(yàn)研究。

此外，DON還經(jīng)常與它的葡萄糖基化形式脫氧雪腐鐮刀菌烯醇-3-β-D-葡萄糖苷(D3G)共存。有研究探討了D3G和DON對(duì)Caco-2細(xì)胞株和豬空腸外植體的毒性作用，發(fā)現(xiàn)與DON相比，D3G不能誘導(dǎo)Caco-2細(xì)胞中c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)和p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)磷酸化，這些外植體也沒(méi)有表現(xiàn)出組織形態(tài)學(xué)的改變，說(shuō)明D3G對(duì)腸上皮細(xì)胞無(wú)細(xì)胞毒性，且對(duì)TEER值無(wú)損害。但值得注意的是，D3G雖然本身無(wú)毒，但其可能會(huì)轉(zhuǎn)化為DON誘導(dǎo)腸道損傷[26]。這一發(fā)現(xiàn)說(shuō)明了霉菌毒素可能存在著其他形式，除了必須關(guān)注霉菌毒素的直接侵害之外，也要關(guān)注其他與之共存的形式，這也為今后對(duì)霉菌毒素脫毒制劑的研究提供了一定的幫助。

2 霉菌毒素對(duì)腸道抗氧化功能及細(xì)胞凋亡的影響及作用機(jī)制

動(dòng)物機(jī)體中過(guò)量的活性氧(ROS)會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)、核酸和脂質(zhì)等生物大分子造成損傷，從而影響其正常生理生化功能。胃腸道是ROS的重要來(lái)源，機(jī)體攝入霉菌毒素會(huì)誘導(dǎo)腸道產(chǎn)生和釋放過(guò)量的ROS，并伴隨著炎癥反應(yīng)的發(fā)生，從而產(chǎn)生炎癥因子和其他相關(guān)的信號(hào)分子，進(jìn)而誘導(dǎo)氧化應(yīng)激[27]。故緩解腸道氧化應(yīng)激是減輕霉菌毒素毒性作用的有效途徑之一。有研究表明，機(jī)體自身可通過(guò)細(xì)胞自噬的方式降低ROS水平，從而緩解氧化應(yīng)激，保護(hù)腸道免受霉菌毒素的破壞，但吞噬細(xì)胞或自噬功能的缺陷會(huì)加劇內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊的干擾，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[28]。

核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)信號(hào)通路是多種霉菌毒素造成腸道氧化應(yīng)激的共同作用途徑。Marin等[29]在斷奶仔豬飼糧中添加49.62 μg/kg的OTA，發(fā)現(xiàn)腸道中血紅素氧合酶-1(HO-1)基因的表達(dá)無(wú)顯著變化，超氧化物歧化酶(SOD)活性增加，并發(fā)現(xiàn)十二指腸中Nrf2基因的表達(dá)顯著下調(diào)，從而導(dǎo)致抗氧化防御能力的下降和大分子損傷。與Marin等[29]的研究不同，Adesso等[30]發(fā)現(xiàn)NIV和DON能夠上調(diào)IEC6細(xì)胞中HO-1和Nrf2基因的表達(dá)，同時(shí)也有其他研究表明，添加ZEN可使早孕小鼠腸道中過(guò)氧化氫酶(CAT)、SOD活性降低[31]。這一現(xiàn)象隱含了生物體抵抗毒素誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激的防御能力，并說(shuō)明霉菌毒素的攝入會(huì)導(dǎo)致ROS的積累，并通過(guò)Nrf2/HO-1信號(hào)通路降低氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而緩解腸道損傷。正常情況下，Nrf2蛋白表達(dá)上調(diào)可激活其下游抗氧化基因[如谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GPX)1/2/3/4]的表達(dá)[32]，從而抑制氧化應(yīng)激反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，飼喂含DON的飼糧可使斷奶仔豬腸道編碼酶抗氧化劑的GPX3、GPX4和SOD-3基因的表達(dá)下調(diào)[33]，充分表明霉菌毒素的攝入對(duì)腸道均有不同程度的氧化損傷。

有研究表明，DON處理下調(diào)了腸上皮細(xì)胞中miR-221/222的表達(dá)，并確定了miR-221/222以張力蛋白同源物(recombinant phosphatase and tensin homolog，PTEN)為靶點(diǎn)，減緩了DON誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，為保護(hù)腸道健康提供了新的思路和途徑[34]。同時(shí)多種霉菌毒素[DON、ZEN和黃曲霉毒素B1(AFB1)]引發(fā)的細(xì)胞凋亡也與B淋巴細(xì)胞瘤-2(Bcl-2)基因的下調(diào)B淋巴細(xì)胞瘤-2相關(guān)的x基因(Bax)、抑癌基因p53、凋亡基因含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)-3、Caspase-8、Caspase-9基因的上調(diào)密切相關(guān)，進(jìn)而引起細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生過(guò)量的ROS和抑制細(xì)胞增殖[35]。也有研究發(fā)現(xiàn)，霉菌毒素可通過(guò)蛋白激酶p38和JNK信號(hào)通路觸發(fā)ROS依賴性新型趨化因子(CXC chemokine ligand 17，CXCL17)的大量產(chǎn)生。在霉菌毒素影響下，CXCL17基因的過(guò)量表達(dá)能激活磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)-蛋白激酶B(AKT)-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號(hào)通路，同時(shí)白細(xì)胞介素(IL)-6、Bcl-2基因的表達(dá)上調(diào)，腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、Bax基因的表達(dá)下調(diào)，因此CXCL17可增強(qiáng)免疫保護(hù)反應(yīng)，緩解炎癥和細(xì)胞凋亡，CXCL17解毒特性的鑒定是趨化因子領(lǐng)域的一個(gè)重要補(bǔ)充，同時(shí)為減輕霉菌毒素引起的腸道損傷指明了新的方向[36]。

由此可知，機(jī)體攝入一定量的霉菌毒素，腸道都會(huì)產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而進(jìn)一步造成炎癥反應(yīng)和細(xì)胞凋亡。霉菌毒素可通過(guò)介導(dǎo)Nrf2信號(hào)通路引發(fā)動(dòng)物腸道氧化損傷，因此，在霉菌毒素處理?xiàng)l件下，如何激活Nrf2信號(hào)通路，進(jìn)而提高其下游抗氧化酶基因的表達(dá)可作為預(yù)防霉菌毒素引起的腸道氧化損傷的有效途徑[32]。此外，PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路也可作為DON誘導(dǎo)細(xì)胞自噬和凋亡的途徑之一[37]，這也為霉菌毒素的毒性機(jī)制研究提供了思路。

3 霉菌毒素對(duì)腸道免疫功能的影響及作用機(jī)制

腸道是最大的免疫器官之一，由多種免疫細(xì)胞和免疫活性因子共同作用，是保障動(dòng)物對(duì)抗攝入天然毒素的第1道屏障。腸道黏膜表面的分泌型免疫球蛋白(sIgA)和其二聚體共同參與腸道體液免疫，中和毒素，起到抵抗病原菌和病毒入侵的作用。多項(xiàng)體內(nèi)外研究表明，霉菌毒素的入侵會(huì)損壞腸道免疫功能，影響機(jī)體健康。

AFB1可嚴(yán)重降低細(xì)胞免疫應(yīng)答，包括白細(xì)胞總數(shù)、中性粒細(xì)胞吞噬活性、巨噬細(xì)胞活性和抗體濃度等[33,38]。Gao等[39]利用Caco-2細(xì)胞模型發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素M1(AFM1)和OTA處理對(duì)細(xì)胞內(nèi)補(bǔ)體、TNF-α、TGF-β、T細(xì)胞受體、B細(xì)胞受體等均有不同程度的影響，這也體現(xiàn)了霉菌毒素的免疫毒性，對(duì)免疫細(xì)胞和信號(hào)分子造成損傷，進(jìn)而影響機(jī)體健康。在相同的信號(hào)通路內(nèi)，不同的霉菌毒素都有特定的作用靶點(diǎn)，且霉菌毒素間的協(xié)同作用會(huì)加重免疫損傷。Luongo等[40]的研究證明了上述觀點(diǎn)，指出α-ZEN和伏馬毒素B1(FB1)存在協(xié)同作用，且發(fā)現(xiàn)炎性細(xì)胞因子IL-2和γ干擾素(IFN-γ)的mRNA表達(dá)量顯著降低，而IFN-γ和α干擾素(IFN-α)的mRNA表達(dá)量降低會(huì)損害宿主的抗病毒能力。有研究表明，飼糧添加0.6 mg/kg的AFB1可減少肉雞小腸T淋巴細(xì)胞CD3+、CD3+/CD4+和CD3+/CD8+的比例，以及減少十二指腸、空腸和回腸黏膜中IL-4、IL-6、IL-10、IL-17和TNF-α的mRNA表達(dá)量[41]。后續(xù)研究中，Jiang等[42]發(fā)現(xiàn)0.6 mg/kg AFB1會(huì)減少肉雞血清中免疫球蛋白A(IgA)、多聚免疫球蛋白受體(pIgR)、免疫球蛋白M(IgM)含量以及腸道免疫球蛋白mRNA的表達(dá)量，同時(shí)減少成熟T細(xì)胞數(shù)量和IL-2、IL-6的mRNA表達(dá)量。因此，炎性細(xì)胞因子mRNA表達(dá)量的降低可能與AFB1誘導(dǎo)的T細(xì)胞亞群比例降低密切相關(guān)，且IgA含量的減少與T細(xì)胞和細(xì)胞因子的減少也有關(guān)。

DON是一種有效的核糖毒性應(yīng)激源，可誘導(dǎo)MAPK激酶活化和炎癥反應(yīng)[23]。Liu等[43]通過(guò)體內(nèi)外的研究表明，高劑量和低劑量的DON可能都是有害的，低劑量的DON增加了TNF-α和IL-6的mRNA表達(dá)量，高劑量的DON增加TGF-β和IL-10的mRNA表達(dá)量。同時(shí)得出結(jié)論，低劑量的DON可通過(guò)激活Toll樣受體4(TLR4)/核因子-κB(NF-κB)信號(hào)通路引起免疫刺激，而高劑量的DON可通過(guò)抑制線粒體而導(dǎo)致免疫抑制。但Pasternak等[20]的研究卻發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加DON對(duì)斷奶仔豬血清中免疫活性因子(IL-1、IL-8、IL-13、TNF-α等)含量無(wú)顯著影響，且在24 d后，空腸和回腸TNF-α的mRNA表達(dá)量亦無(wú)顯著變化。這種不同的結(jié)果可能是受到DON濃度、試驗(yàn)環(huán)境等條件的影響。Lessard等[44]也有相同的發(fā)現(xiàn)，飼糧添加DON喂斷奶仔豬42 d后對(duì)腸道組織中IL-1β、IL-10、IL-12β和TNF-α的mRNA表達(dá)量無(wú)顯著影響；但Lessard等[44]、Van De Walle等[45]和陳祥興等[46]的研究都表明，腸道組織中IL-8的mRNA表達(dá)量有所增加，這很可能是DON對(duì)免疫因子的影響具有特異性所引起的。除了免疫球蛋白、細(xì)胞因子等常見信號(hào)分子外，抗菌肽(HDPs)也可作為霉菌毒素的作用靶點(diǎn)，天然免疫受體核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白2(NOD2)是HDPs產(chǎn)生的關(guān)鍵調(diào)控因子。研究表明，DON可誘導(dǎo)Caspase-12活化，抑制NOD2介導(dǎo)的HDPs的產(chǎn)生，導(dǎo)致斷奶仔豬腸道受損[47]，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)的表達(dá)可產(chǎn)生抗菌分子一氧化氮(NO)。Graziani等[48]用Caco-2細(xì)胞模型研究發(fā)現(xiàn)DON在引起腸道炎癥的同時(shí)，也抑制了腸道上皮iNOS的表達(dá)和NO的產(chǎn)生，這一發(fā)現(xiàn)在一定程度上解釋了低劑量霉菌毒素致病的原因，也為后續(xù)研究提供了新的靶點(diǎn)研究對(duì)象。

其他霉菌毒素，如OTA能顯著降低NF-κB、內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)、iNOS、IL-6在動(dòng)物腸道中的mRNA表達(dá)量，但不同腸段影響不一樣[29]，ZEN可顯著提高小鼠空腸炎性細(xì)胞因子IL-1β、TNF-α、IFN-γ和IL-10的mRNA表達(dá)量[49]。復(fù)合鐮刀菌毒素(0.90 mg/kg ZEN、1.43 mg/kg DON、5.85 mg/kg FB)飼喂仔豬可顯著改變腸道IL-1β和IL-6的表達(dá)分布，影響腸道的免疫機(jī)能，但各個(gè)腸段的表達(dá)分布和mRNA表達(dá)量有所差異[46]。以上研究均說(shuō)明了不同腸段中免疫信號(hào)分子的mRNA表達(dá)存在差異，這很可能是不同腸段免疫應(yīng)答不同，且后腸段存在微生物，其可能會(huì)成為不同腸段免疫應(yīng)答不同的重要因素。T-2毒素是由多種鐮刀菌產(chǎn)生的單端孢霉烯族化合物中毒性最強(qiáng)的一種毒素，目前關(guān)于T-2毒素對(duì)腸道功能的研究較少，具體毒性機(jī)制也有待進(jìn)一步研究。Lin等[50]發(fā)現(xiàn)T-2毒素能作用于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，并激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激肌醇必需酶1(IRE1)/轉(zhuǎn)錄因子X-盒結(jié)合蛋白1(XBP1)信號(hào)通路，破壞腸道黏蛋白，造成免疫損傷。另外，T-2毒素對(duì)腸上皮的血管活性腸多肽樣免疫反應(yīng)(VIP-LI)神經(jīng)結(jié)構(gòu)有所影響[51]。鏈格孢菌毒素(AOH)是一種鏈格孢菌的有毒次生代謝產(chǎn)物，也屬于霉菌毒素的一種，在炎癥情況下(IL-1β刺激分化的Caco-2細(xì)胞)AOH(20～40 μm)會(huì)增加TNF-α轉(zhuǎn)錄，同時(shí)抑制IL-8、IL-6和IL-1β轉(zhuǎn)錄以及IL-8分泌[52]。

總之，霉菌毒素對(duì)腸道免疫系統(tǒng)的損傷，作用靶點(diǎn)多，且不同霉菌毒素對(duì)細(xì)胞因子的影響在不同腸段也有所差異。甚至個(gè)別細(xì)胞因子(如IL-8)的mRNA表達(dá)量在霉菌毒素的影響下均有所升高，表明霉菌毒素可能對(duì)某些細(xì)胞因子或免疫相關(guān)的信號(hào)通路有共同的作用，可以作為研究霉菌毒素和免疫的橋梁進(jìn)行下一步研究。同時(shí)，霉菌毒素對(duì)免疫系統(tǒng)的損傷包括抑制相關(guān)細(xì)胞因子和基因的表達(dá)，并且在炎性環(huán)境中抑制免疫反應(yīng)，增加疾病易感性。因此，未來(lái)研究可針對(duì)霉菌毒素共同作用的免疫因子及靶點(diǎn)，研究出對(duì)動(dòng)物機(jī)體有益同時(shí)又能緩解腸道免疫損傷的藥物，如飼糧中添加精氨酸或谷氨酰胺可減輕霉菌毒素對(duì)生長(zhǎng)豬免疫相關(guān)細(xì)胞因子造成的損傷[53]，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控改善動(dòng)物免疫能力來(lái)緩解霉菌毒素對(duì)機(jī)體造成的損傷也是未來(lái)研究的趨勢(shì)。

4 霉菌毒素對(duì)腸道微生態(tài)的影響及作用機(jī)制

腸道菌群系統(tǒng)存在于腸道上皮細(xì)胞的表層，其被認(rèn)為是與腸道共生的生態(tài)菌落。正常情況下，腸道菌群維持著穩(wěn)態(tài)關(guān)系，且影響腸道菌群組成和功能的因素眾多，包括飲食、環(huán)境、化學(xué)物質(zhì)、抗生素和遺傳因子等[54]。許多研究已證實(shí)，腸道微生物與宿主代謝有關(guān)，當(dāng)霉菌毒素進(jìn)入腸道時(shí)，腸道微生物能通過(guò)與霉菌毒素結(jié)合清除霉菌毒素[10]。但霉菌毒素?cái)z入量過(guò)多則可改變動(dòng)物正常腸道菌群的穩(wěn)態(tài)，影響腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收。

Awad等[55]研究表明，DON可以改變?nèi)怆u腸道旁細(xì)胞的通透性，促進(jìn)大腸桿菌等腸微生物向腸外器官的易位，對(duì)肉雞腸道健康產(chǎn)生負(fù)面影響。這說(shuō)明有害菌處于腸道穩(wěn)態(tài)時(shí)不會(huì)對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響，但DON能改變腸道微生物的定植，有害菌的聚集將損傷腸道功能。Yang等[56]對(duì)老鼠灌胃不同濃度(0、2.5、4.0和10.0 mg/L)的AFB1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同濃度AFB1處理均可使小鼠腸道菌群區(qū)系發(fā)生改變，其中2.5～10.0 mg/mL的AFB1效果顯著，有趣的是，乳酸菌和擬桿菌的相對(duì)豐度和比例受AFB1的影響后出現(xiàn)減少，但最終又恢復(fù)正常，這一現(xiàn)象反映了乳酸菌和擬桿菌對(duì)霉菌毒素具有清除作用。由此猜想，在動(dòng)物腸道內(nèi)可能存在幾種或多種類似乳酸菌和擬桿菌等具有適應(yīng)性和耐受性的菌屬，不同的霉菌毒素也可能影響腸道中其他特異性的菌屬。同時(shí)有研究證實(shí)，乳酸菌具有清除DON和ZEN的能力[57]，這種清除霉菌毒素的原因是霉菌毒素吸附到細(xì)菌細(xì)胞壁上的結(jié)果[58]。因此，發(fā)揮有益菌的抗菌性可有效緩解霉菌毒素對(duì)腸道功能的危害。

早期研究表明，DON對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌增殖沒(méi)有影響[59]。但其他研究表明DON改變了小鼠腸道的微生物結(jié)構(gòu)，糞球菌屬的相對(duì)豐度顯著增加[60]，同時(shí)DON干擾了擬桿菌門、變形菌門的相對(duì)豐度，腸桿菌科的相對(duì)豐度幾乎高出對(duì)照組2倍[61]，從而腸道菌群穩(wěn)態(tài)被改變，導(dǎo)致機(jī)體營(yíng)養(yǎng)不良。此外，DON可顯著降低斷奶仔豬腸道中幾種細(xì)菌門、科和屬的相對(duì)豐度而影響腸道微生物結(jié)構(gòu)，包括放線菌、藍(lán)藻、厚壁菌和變形菌的失調(diào)[62]。Piotrowska等[63]研究表明，飼糧添加ZEN或DON可導(dǎo)致母豬結(jié)腸產(chǎn)氣莢膜梭菌、大腸桿菌的相對(duì)豐度顯著降低，而ZEN和DON混合物對(duì)嗜溫性需氧菌有不良影響，進(jìn)而影響腸道菌群的相對(duì)豐度和功能多樣性。Galarza-Seeber等[64]通過(guò)體外培養(yǎng)AFB1方法，發(fā)現(xiàn)肉雞飼糧中添加AFB1可使盲腸中厭氧菌(如大腸桿菌)的數(shù)量提高10倍，且其他腸道菌群在數(shù)量上也有所增加，但差異不顯著。以上研究表明，攝入霉菌毒素后腸道微生態(tài)平衡被破壞，但試驗(yàn)結(jié)果中大腸桿菌數(shù)量有差異，其原因可能是體內(nèi)外試驗(yàn)存在差異和霉菌毒素種類不同，也可能是霉菌毒素與有害菌群間存在特殊關(guān)系，如霉菌毒素具有特異的抗菌性、腸道菌群對(duì)某些特定環(huán)境下的特定霉菌種類具有兼容性等。菌群的數(shù)量變化說(shuō)明了霉菌毒素對(duì)腸道微生物穩(wěn)態(tài)的影響可能主要是降低有益菌的數(shù)量，增加有害菌的數(shù)量。

霉菌毒素的攝入會(huì)導(dǎo)致腸道微生物群的代謝活性增強(qiáng)[65]，尤其是對(duì)碳水化合物的代謝[63]。Zheng等[66]研究表明，DON和ZEN改變了仔豬腸道微生物群的組成和數(shù)量，且利用氫氣的細(xì)菌(產(chǎn)甲烷菌和硫酸鹽還原菌)會(huì)協(xié)同霉菌毒素一起誘導(dǎo)腸道微生物群失調(diào)，并通過(guò)添加益生元乳果糖可增加雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量，降低大腸桿菌的數(shù)量。而DON和ZEN的攝入也會(huì)影響腸道微生物對(duì)氨基酸的代謝活動(dòng)增強(qiáng)，形成有毒代謝物，如氨、胺、酚類和吲哚[67]，對(duì)腸道細(xì)胞產(chǎn)生不利影響，并導(dǎo)致豬腹瀉，從而阻礙生長(zhǎng)性能。因此，霉菌毒素可影響腸道微生物的代謝來(lái)影響腸道功能。

綜上所述，霉菌毒素和腸道菌群之間相互影響，相互制約，存在著雙向性。因腸道菌的數(shù)量龐大，各個(gè)菌群功能也不一樣，霉菌毒素對(duì)腸道菌群的影響也不盡相同，如霉菌毒素的種類、飼喂試驗(yàn)動(dòng)物的時(shí)間、環(huán)境等。未來(lái)的研究可探討霉菌毒素對(duì)具體某一特定菌屬的影響，進(jìn)而了解其具體的作用機(jī)制。通過(guò)測(cè)量某種特定菌群代謝產(chǎn)物探究菌群的活動(dòng)，設(shè)計(jì)良好試驗(yàn)方案，以確保試驗(yàn)的可重復(fù)性和結(jié)果的可對(duì)比性顯得尤為重要。此外，利用霉菌毒素和腸道菌群的雙向性，可以尋求降解霉菌毒素的方法。例如芽孢桿菌和乳酸菌等有益菌可作為外源添加劑減緩霉菌毒素對(duì)腸道的損傷。Wang等[68]在28份被霉菌污染的飼料中提取了蠟樣芽孢桿菌(BC7)菌株，發(fā)現(xiàn)BC7能減輕ZEA給腸道造成的不良損傷，并增加了乳酸菌的相對(duì)豐度。以此為鑒，可以分離能抵抗霉菌的新型有益菌株，達(dá)到抑制霉菌和恢復(fù)微生物穩(wěn)態(tài)的目的，并以飼料添加劑的形式應(yīng)用于生產(chǎn)，減少霉菌毒素對(duì)動(dòng)物的危害。

5 霉菌毒素對(duì)腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝的影響及作用機(jī)制

氨基酸作為構(gòu)成蛋白質(zhì)的基本單位，參與機(jī)體各種化學(xué)反應(yīng)，是蛋白質(zhì)合成代謝和分解代謝的底物，在機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育中起著重要作用。有研究表明，DON的攝入可降低斷奶仔豬血清中游離氨基酸含量，且發(fā)現(xiàn)DON處理后的回腸中游離異亮氨酸含量最低，腸道中部分氨基酸的含量也明顯下降[69]。其原因可能是DON的攝入損害了腸道中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的功能。氨基酸的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)依賴一定的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體，有研究表明DON處理可顯著降低斷奶仔豬腸道中興奮性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-3(EAAC-3)、二肽轉(zhuǎn)運(yùn)體-1(PepT-1)、陽(yáng)離子氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-1(CAT-1)和L型氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)體-1(LAT-1)的mRNA表達(dá)量[70]，表明DON可通過(guò)抑制氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的mRNA表達(dá)來(lái)減少腸道對(duì)氨基酸的吸收，但氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的轉(zhuǎn)運(yùn)能力也受到霉菌毒素劑量、濃度、試驗(yàn)動(dòng)物耐受性等因素影響[71]。霉菌毒素導(dǎo)致血液中游離氨基酸含量的減少，可以通過(guò)外源添加氨基酸補(bǔ)充動(dòng)物機(jī)體氨基酸的損失量。Yin等[72]研究證實(shí)，飼糧添加精氨酸可顯著上調(diào)DON誘導(dǎo)的豬空腸溶質(zhì)載體家族7成員7(SLC7A7)和回腸溶質(zhì)載體家族7成員1(SLC7A1)的表達(dá)，從而提高腸細(xì)胞的氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)水平，進(jìn)而促進(jìn)組織蛋白質(zhì)合成和提高血漿中部分氨基酸含量。

葡萄糖消耗試驗(yàn)表明，葡萄糖的吸收對(duì)DON呈劑量依賴性和時(shí)間依賴性，即葡萄糖在豬小腸上皮細(xì)胞(IPEC-J2)的殘留量隨DON濃度和時(shí)間增加顯著增多[73]。葡萄糖的吸收主要依賴于小腸中的鈉葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)載體(SGLT-1)和氨基葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體(GLUT-2)，且DON損傷腸道葡萄糖代謝主要是通過(guò)SGLT-1敏感轉(zhuǎn)運(yùn)載體，在添加精氨酸后SGLT-1的mRNA表達(dá)量顯著高于單獨(dú)DON處理[69]。在IPEC-J2試驗(yàn)中也證實(shí)，添加DON后降低了SGLT-1的活性，導(dǎo)致葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)減少，同時(shí)鈉離子(Na+)梯度遭遇破壞，從而改變Na+/K+-ATP酶活性，進(jìn)而導(dǎo)致葡萄糖吸收不足[73]。DON污染的飼料能使雞腸道葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白mRNA的表達(dá)量和活性下調(diào)[74]，從而影響腸道對(duì)葡萄糖的吸收。除此之外，Nossol等[75]還發(fā)現(xiàn)線粒體可能是DON的主要靶點(diǎn)，并在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)DON可使谷氨酸/半胱氨酸逆向轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白溶質(zhì)載體家族7成員11(SLC7A11)表達(dá)下調(diào)，且在培養(yǎng)基中發(fā)現(xiàn)大量谷氨酰胺，而谷氨酰胺是葡萄糖缺乏時(shí)的能源反應(yīng)底物，最終通過(guò)呼吸鏈產(chǎn)生ATP。由此可以看出，DON的添加影響了谷氨酰胺代謝，也表明其不僅影響IPEC-J2對(duì)谷氨酰胺的攝取，同時(shí)通過(guò)細(xì)胞的SLC7A11轉(zhuǎn)運(yùn)體間接影響谷氨酸的外排。谷氨酸和谷胱甘肽(GSH)均是谷氨酰胺代謝中重要生物分子，SLC7A11轉(zhuǎn)運(yùn)體可為GSH的合成提供半胱氨酸，GSH同時(shí)也是氧化應(yīng)激的重要標(biāo)志[76]。因此，SLC7A11表達(dá)的上調(diào)或下調(diào)對(duì)也可能對(duì)DON誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)具有重要影響，說(shuō)明營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝和氧化應(yīng)激之間存在一定聯(lián)系，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

除了影響糖代謝和氨基酸代謝外，霉菌毒素對(duì)于脂肪、微量元素、維生素等代謝也有影響。AFB1處理IPEC-J2后可降低脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(FATP1)和脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4(FATP4)的mRNA表達(dá)量，增加肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(PepT1)和金屬離子轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(ZNT1)的mRNA表達(dá)量。大鼠試驗(yàn)中，口服中等劑量AFB1(25 μg/kg)可使糞便膽酸、亞油酸含量明顯升高，丙酮酸等有機(jī)酸含量也受到嚴(yán)重影響[77]。這些結(jié)果進(jìn)一步證明了腸道菌群代謝途徑遭到破壞，包括丙酮酸、氨基酸、膽汁酸和長(zhǎng)鏈脂肪酸的相關(guān)代謝，從而進(jìn)一步影響宿主健康。除此之外，鐮刀菌毒素對(duì)仔豬結(jié)腸和盲腸產(chǎn)生短鏈脂肪酸(SCFAs)有顯著的抑制作用，并降低了后腸段的氫氣含量[66]。因此，霉菌毒素可通過(guò)影響前腸段的水和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，導(dǎo)致后腸段的微生物發(fā)酵減弱，進(jìn)而影響腸道菌群及其代謝產(chǎn)物的變化。Awad等[78]通過(guò)對(duì)比DON與環(huán)己酰亞胺(一種蛋白質(zhì)合成抑制劑)，證實(shí)DON對(duì)養(yǎng)分吸收的影響是由于蛋白質(zhì)合成的抑制所致。

總之，霉菌毒素對(duì)腸道養(yǎng)分的吸收主要通過(guò)影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)載體的基因和蛋白質(zhì)表達(dá)來(lái)影響基礎(chǔ)代謝。當(dāng)然，腸道絨毛高度的降低導(dǎo)致吸收表面積的減少，也會(huì)影響腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和代謝。飼喂含有霉菌毒素污染飼料可有效改變豬的采食量和營(yíng)養(yǎng)代謝有關(guān)的血液參數(shù)，然而，這些差異是由于霉菌毒素污染還是由于飼料攝入量減少所致尚未確定[79]，需要進(jìn)一步研究驗(yàn)證。

6 小結(jié)與展望

霉菌毒素的攝入將會(huì)破壞動(dòng)物腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性，損傷其免疫和抗氧化系統(tǒng)，使腸道菌群和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝發(fā)生紊亂，進(jìn)而影響動(dòng)物機(jī)體健康。目前關(guān)于DON、AF和ZEA的研究表明，不同毒素對(duì)動(dòng)物腸道功能的影響程度和作用機(jī)制各不相同，甚至對(duì)于不同動(dòng)物模型、不同腸段等都將產(chǎn)生不同的影響。總體來(lái)說(shuō)，霉菌毒素對(duì)腸道功能的影響主要集中于腸道形態(tài)學(xué)、免疫功能、抗氧化功能、細(xì)胞凋亡、微生態(tài)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝等方面。在未來(lái)的研究中，從飼料生產(chǎn)上不僅要減少霉菌毒素的出現(xiàn)，也要深入解析霉菌毒素與腸道相互作用的分子機(jī)理，研發(fā)可降低飼料中霉菌毒素含量和開發(fā)降解霉菌毒素的新產(chǎn)品，這對(duì)保障畜禽肉品質(zhì)和糧食安全具有重大意義。