陳繼發(fā)

(宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，宜春336000)

在全球范圍內(nèi)，沙門氏菌病是家禽生產(chǎn)中最常見的細(xì)菌性疾病之一，給養(yǎng)禽業(yè)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。同時可污染整個家禽生產(chǎn)鏈，通過肉、蛋等途徑轉(zhuǎn)移給人類，引起食源性疾病。如何有效控制沙門氏菌感染已成為全球養(yǎng)禽業(yè)面臨的重要課題。近年來，隨著生物安全體系的完善、沙門氏菌凈化工作的推動、“全進(jìn)全出”飼養(yǎng)模式的實(shí)施以及新型疫苗的應(yīng)用，我國在雞沙門氏菌病防控方面已取得一定成效，但仍有部分地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的沙門氏菌感染問題[1]。在集約化家禽養(yǎng)殖中，抗生素在防治沙門氏菌感染方面發(fā)揮了重要作用。隨著飼料“禁抗”的全面實(shí)施，養(yǎng)殖業(yè)迫切需求天然抗菌物質(zhì)。植物精油(plant essential oils, PEO)作為飼用抗生素替代品之一，已在家禽生產(chǎn)中取得良好應(yīng)用效果，其主要作用體現(xiàn)在減少腸道致病菌數(shù)量、降低死淘率、提升機(jī)體健康水平、促進(jìn)生長以及提高生產(chǎn)性能等[2-5]。據(jù)報(bào)道，PEO主要通過作用于細(xì)菌細(xì)胞膜以及進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部2種途徑發(fā)揮抑菌殺菌作用[6-7]；且還能干擾細(xì)菌群感知系統(tǒng)，抑制毒力因子產(chǎn)生[8]。研究表明，PEO對沙門氏菌感染雞具有顯著保護(hù)作用[9-11]。本文就PEO的抗菌活性、抗菌機(jī)制及其在防治雞沙門氏菌感染上的研究成果進(jìn)行綜述，以期為PEO應(yīng)用于雞沙門氏菌病的防治及健康養(yǎng)殖提供參考。

1 PEO的抗菌活性及其作用機(jī)制

研究表明，牛至精油[12]、百里香酚[13]、丁香酚[14]、丁香醛[15]和茶樹精油[16]等均能顯著抑制沙門氏菌生長繁殖，且部分PEO之間存在協(xié)同作用[17]。Zhao等[14]研究指出，丁香酚可引起鼠傷寒沙門氏菌形態(tài)發(fā)生改變，菌毛結(jié)構(gòu)受損，并顯著下調(diào)Ⅲ型分泌系統(tǒng)(type Ⅲ secretion system, T3SS)毒力因子(hilA、hilD、sipA等)和Ⅰ型菌毛黏附因子(fimA、fimH、fimD等)的表達(dá)水平。呂強(qiáng)華[15]報(bào)道，丁香醛能夠顯著抑制沙門氏菌T3SS調(diào)節(jié)蛋白(hilA)和入侵相關(guān)效應(yīng)蛋白(sipA、sipB和sipC)的表達(dá)。茶樹精油可使沙門氏菌的堿性磷酸酶活性和胞外蛋白含量增加，生物膜形成受到抑制，鞭毛動力下降[16]。此外，Zhao等[18]通過體外試驗(yàn)表明，丁香酚能夠顯著抑制鼠傷寒沙門氏菌對RAW 264.7和IEC-6細(xì)胞的侵襲及黏附，并抑制IEC-6和DF-1細(xì)胞中鼠傷寒沙門氏菌的增殖。綜上所述，多種PEO可以抑制沙門氏菌生長，且能減弱沙門氏菌毒力，降低其侵襲和黏附能力。PEO的抑菌作用與其含有多酚類、醛類、醇類和酮類等活性成分有關(guān)，其中多酚類物質(zhì)的抗菌活性最強(qiáng)。PEO抗菌的可能機(jī)制如下：1)降解細(xì)菌細(xì)胞壁，破壞細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)[6]；2)影響細(xì)菌細(xì)胞膜滲透性，破壞細(xì)胞膜完整性，引起細(xì)胞膜電位變化[19]；3)導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸和ATP等物質(zhì)泄漏[7]；4)降低呼吸酶活性，抑制細(xì)菌呼吸酶系統(tǒng)[7]。

2 PEO對沙門氏菌感染雞抗氧化能力的影響

沙門氏菌可誘導(dǎo)家禽機(jī)體產(chǎn)生大量自由基，造成組織氧化損傷。PEO能夠提高血清抗氧化酶活性、降低脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物含量、增強(qiáng)腸道抗氧化功能、緩解因病原菌感染誘發(fā)的氧化應(yīng)激。Coles等[20]研究表明，Lippiaoriganoides精油可以顯著提高肉雞血清超氧化物歧化酶活性，減輕沙門氏菌等造成的氧化損傷。Moharreri等[21]研究指出，飼糧添加0.5、1.0、2.0 g/kg包被復(fù)合PEO(含有百里香酚、薄荷精油、夏香薄荷精油和黑胡椒精油)能夠顯著上調(diào)肉雞回腸超氧化物歧化酶mRNA表達(dá)水平，下調(diào)回腸誘導(dǎo)型一氧化氮合酶mRNA表達(dá)水平，提高血清和胸肌1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除活性，降低血清和胸肌丙二醛含量，進(jìn)而改善沙門氏菌感染肉雞的抗氧化狀態(tài)及生長性能。綜上所述，PEO可能通過提升機(jī)體抗氧化能力而緩解雞沙門氏菌感染癥狀。PEO抗氧化活性的機(jī)制主要包括以下幾點(diǎn)：1)多酚類成分與活性氧、活性氮等自由基結(jié)合，可將自由基清除或使其活性降低[22]；2)酚羥基可作為脂肪氧化進(jìn)程中超氧自由基的供氫體，阻斷脂質(zhì)過氧化鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，抑制脂質(zhì)過氧化[23]；3)酚羥基與過渡金屬離子生成穩(wěn)定的螯合物，抑制金屬離子誘發(fā)自由基的生成[24]；4)萜烯類成分通過調(diào)控Kelch樣ECH關(guān)聯(lián)蛋白1(Keap1)/核因子-E2相關(guān)因子2(Nrf2)/抗氧化反應(yīng)元件(ARE)信號通路，提高機(jī)體抗氧化酶活性[25]。

3 PEO對沙門氏菌感染雞免疫功能的影響

肝臟和脾臟是家禽免疫系統(tǒng)的重要組成部分，沙門氏菌感染可導(dǎo)致雞肝臟、脾臟腫大及其功能異常。血液中谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)和谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)是評估肝臟功能的重要指標(biāo)，通常二者活性異常升高提示肝細(xì)胞受損。研究表明，飼糧添加牛至精油[9]、復(fù)合PEO(含有大蒜精油、檸檬精油、百里香酚和桉樹精油)[10]和包被復(fù)合PEO(含有百里香酚、薄荷精油、夏香薄荷精油和黑胡椒精油)[21]顯著降低了沙門氏菌感染雞血清ALT、AST活性。Ibrahim等[26]研究指出，飼糧添加1.0%百里香酚和0.5%、1.0%百里香酚納米乳劑可以顯著緩解沙門氏菌誘發(fā)的肉雞肝臟病變。此外，Zhao等[14]報(bào)道，丁香酚能夠顯著降低沙門氏菌感染肉雞肝臟指數(shù)和脾臟指數(shù)。以上研究說明，PEO對沙門氏菌誘發(fā)的雞肝臟、脾臟損傷具有保護(hù)作用。

PEO可以通過調(diào)節(jié)機(jī)體炎癥因子平衡及免疫因子水平發(fā)揮抵御沙門氏菌感染的作用。Laptev等[10]研究表明，復(fù)合PEO(含有大蒜精油、檸檬精油、百里香酚和桉樹精油)能夠顯著提高沙門氏菌感染蛋雞血清免疫球蛋白(Ig)A、IgM、IgG含量及血清殺菌活性。Ibrahim等[26]報(bào)道，飼糧添加1.0%百里香酚和0.5%、1.0%百里香酚納米乳劑顯著降低了肉雞脾臟促炎因子白細(xì)胞介素(IL)-2、IL-6 mRNA表達(dá)水平，顯著上調(diào)抑炎因子IL-10、IgA和黏蛋白-2 mRNA表達(dá)量，緩解沙門氏菌誘導(dǎo)的肉雞脾炎。Olfati等[27]研究指出，飼糧添加200 mg/kg包被百里香酚顯著降低了沙門氏菌感染肉雞血清IL-1β、IL-2、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)含量。此外，包被復(fù)合PEO(含有百里香酚、薄荷精油、夏香薄荷精油和黑胡椒精油)對沙門氏菌誘導(dǎo)的肉雞血清IgA、IgG含量顯著升高具有改善作用，維持機(jī)體正常的免疫水平[21]。

4 PEO對沙門氏菌感染雞腸道屏障功能的影響

4.1 PEO對沙門氏菌感染雞腸道微生物屏障的影響

沙門氏菌感染會破壞雞腸道正常菌群平衡，降低腸道微生物多樣性[28-29]。PEO能夠抑制沙門氏菌生長，減少沙門氏菌在腸道內(nèi)定植，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，提高微生物多樣性[10,30]。Moharreri等[21]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加0.5、1.0、2.0 g/kg復(fù)合PEO(含有檸檬精油、百里香酚、香芹酚、茴香精油)顯著提高了沙門氏菌感染肉雞回腸和盲腸乳酸菌數(shù)量，飼糧添加1.0、2.0 g/kg包被復(fù)合PEO(含有百里香酚、薄荷精油、夏香薄荷精油和黑胡椒精油)顯著抑制了沙門氏菌在肉雞回腸和盲腸內(nèi)定植。Laptev等[10]研究表明，飼糧添加復(fù)合PEO(含有大蒜精油、檸檬精油、百里香酚和桉樹精油)可以提高沙門氏菌感染肉雞回腸微生物β多樣性，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)。Ibrahim等[26]研究指出，飼糧添加1.0%百里香酚和0.5%、1.0%百里香酚納米乳劑顯著降低了沙門氏菌感染肉雞回腸腸球菌、鼠傷寒沙門氏菌數(shù)量，提高了乳酸菌數(shù)量，下調(diào)了回腸鼠傷寒沙門氏菌invA基因表達(dá)水平。此外，Hamed等[31]也報(bào)道，飼糧添加0.1%百里香酚和0.01%百里香酚乳劑能夠顯著降低肉雞回腸內(nèi)容物和糞便中沙門氏菌數(shù)量。以上研究表明，PEO通過殺滅沙門氏菌等致病菌或抑制其在腸道內(nèi)生長，間接為乳酸菌等有益菌的增殖創(chuàng)造有利條件，對沙門氏菌誘導(dǎo)的雞腸道菌群失調(diào)具有顯著改善作用。

4.2 PEO對沙門氏菌感染雞腸道物理屏障的影響

沙門氏菌感染可引起雞腸道病變，如腸絨毛萎縮、微絨毛消失，并伴有水腫、炎細(xì)胞浸潤、充血及隱窩增生等[18,32]，而PEO能夠顯著緩解沙門氏菌誘發(fā)的雞腸道黏膜損傷。Moharreri等[21]研究指出，飼糧添加0.5、1.0、2.0 g/kg包被復(fù)合PEO(含有百里香酚、薄荷精油、夏香薄荷精油和黑胡椒精油)顯著提高了沙門氏菌感染肉雞回腸絨毛高度、絨毛寬度和絨毛高度/隱窩深度值，降低隱窩深度。Abudabos等[9]研究表明，飼糧添加1.0 g/kg牛至精油顯著提高了沙門氏菌感染肉雞回腸絨毛高度，一定程度上提高了回腸絨毛總面積和絨毛寬度。Ibrahim等[26]報(bào)道，飼糧添加1.0%百里香酚和0.5%、1.0%百里香酚納米乳劑對沙門氏菌誘發(fā)肉雞腸道損傷具有顯著保護(hù)作用。PEO對腸道黏膜的保護(hù)效應(yīng)與其抗菌活性有關(guān)，可以減少致病菌在腸道內(nèi)定植，降低致病菌及毒素對腸道造成的損傷；同時，腸道致病菌數(shù)量減少，意味著其同宿主爭奪營養(yǎng)物質(zhì)的競爭力減弱，使更多養(yǎng)分供宿主利用，有益于小腸絨毛發(fā)育及再生。

沙門氏菌感染會破壞雞腸上皮細(xì)胞間的緊密連接結(jié)構(gòu)，提高腸道通透性，而PEO能夠維持腸上皮屏障功能的完整性。Ibrahim等[26]研究表明，飼糧添加0.5%、1.0%百里香酚和百里香酚納米乳劑顯著提高了沙門氏菌感染肉雞盲腸閉鎖蛋白(Occludin)、連接黏附分子(JAM)、閉合蛋白-1(Claudin-1)mRNA表達(dá)水平，飼糧添加0.5%、1.0%百里香酚納米乳劑還顯著提高了盲腸閉合小帶蛋白-1(ZO-1)mRNA表達(dá)量。Zhao等[18]研究指出，飼糧添加50 mg/kg丁香酚顯著上調(diào)了肉雞十二指腸緊密連接蛋白(ZO-1、Claudin-1和Occludin)的表達(dá)，改善了十二指腸物理屏障功能，減輕了沙門氏菌感染造成的腸道黏膜損傷。Moharreri等[21]報(bào)道，飼糧添加0.5、1.0、2.0 g/kg包被復(fù)合PEO(含有百里香酚、薄荷精油、夏香薄荷精油和黑胡椒精油)顯著提高了沙門氏菌感染肉雞回腸OccludinmRNA表達(dá)水平。此外，Zhao等[18]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加50 mg/kg丁香酚可以顯著降低肉雞心臟、肝臟、肺臟、脾臟及腎臟中沙門氏菌數(shù)量，減少沙門氏菌在內(nèi)臟器官中蓄積。綜上所述，PEO可通過保護(hù)腸道黏膜結(jié)構(gòu)及維持腸上皮細(xì)胞緊密連接結(jié)構(gòu)完整性，改善沙門氏菌感染雞腸道物理屏障功能，減少致病菌的“移位”。

4.3 PEO對沙門氏菌感染雞腸道化學(xué)屏障的影響

黏蛋白2是腸道杯狀細(xì)胞所分泌黏液層中含有的一種分泌型黏蛋白，在防御病原體入侵及拮抗致病菌黏附等方面發(fā)揮重要作用[33]。Ibrahim等[26]研究表明，飼糧添加0.5%、1.0%百里香酚和百里香酚納米乳劑顯著提高了沙門氏菌感染肉雞腸道黏蛋白2 mRNA表達(dá)水平。雞抗菌肽，又稱雞β-防御素，能夠直接殺死病原菌，并可調(diào)節(jié)宿主固有免疫功能。Laptev等[10]研究指出，復(fù)合PEO(含有大蒜精油、檸檬精油、百里香酚和桉樹精油)可以顯著上調(diào)沙門氏菌感染蛋雞回腸雞β-防御素-10基因(AvBD10)的表達(dá)。以上研究提示，PEO可能通過促進(jìn)腸道黏蛋白及β-防御素的表達(dá)，改善沙門氏菌感染雞腸道化學(xué)屏障功能。完整的腸黏膜上皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能有利于杯狀細(xì)胞分泌黏液層，PEO可抑制或殺滅致病菌，維護(hù)腸道黏膜結(jié)構(gòu)與功能的完整性，因而有助于腸道黏蛋白的分泌。另外，黏蛋白的合成與分泌受炎癥因子的調(diào)節(jié)[34]，PEO上調(diào)黏蛋白的表達(dá)也可能與其抑制腸道促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-6)產(chǎn)生[14,18]有關(guān)。

4.4 PEO對沙門氏菌感染雞腸道免疫屏障的影響

PEO對沙門氏菌誘發(fā)的肉雞腸道炎癥具有顯著的緩解作用。Zhao等[18]研究指出，飼糧添加50 mg/kg丁香酚顯著降低了肉雞十二指腸Toll樣受體4(TLR4)和髓樣分化因子88(MyD88) mRNA表達(dá)量，抑制NF-κB p65和NF-κB抑制因子α(IκBα)的磷酸化，下調(diào)促炎因子(TNF-α、IL-1β、IL-2、IL-18)mRNA表達(dá)水平，減輕沙門氏菌造成的肉雞腸道炎癥。Zhao等[14]也報(bào)道，丁香酚可以顯著降低沙門氏菌感染肉雞十二指腸TNF-α、IL-6和IL-18 mRNA表達(dá)量。TLRs是宿主細(xì)胞識別各種病原微生物的主要模式識別受體，沙門氏菌是TLR4免疫監(jiān)視的主要對象。TLR4識別沙門氏菌后，通過MyD88依賴型途徑激活NF-κB信號通路，誘導(dǎo)下游炎癥因子合成與釋放，引發(fā)腸道炎癥。PEO能夠抑制或殺滅沙門氏菌，導(dǎo)致與TLR4特異結(jié)合的配體減少，TLR4/NF-κB信號通路被激活的幾率下降，進(jìn)而促炎因子表達(dá)降低，最終腸道炎癥反應(yīng)減少。此外，Ibrahim等[26]研究表明，飼糧添加1.0%百里香酚納米乳劑顯著上調(diào)了沙門氏菌感染肉雞盲腸脂肪酸結(jié)合蛋白2(FABP2)mRNA表達(dá)水平。FABP2可協(xié)調(diào)細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)反應(yīng)，并與機(jī)體代謝和炎癥信號通路密切相關(guān)，腸道內(nèi)FABP2表達(dá)量的提高有助于調(diào)節(jié)腸道菌群平衡及抑制腸道炎癥[35]。

5 小結(jié)與展望

PEO作為一種安全、有效的抗生素替代品，不僅可以抑制或殺滅致病菌，還能改善機(jī)體抗氧化與免疫性能，維持腸道屏障功能。但PEO種類繁多，不同種類PEO抑菌效果存在較大差異，同一種類不同提取工藝的作用效果也有所不同。另外，復(fù)合PEO的抑菌作用是否比單一PEO更好，PEO發(fā)揮抵御致病菌作用及其調(diào)節(jié)腸道健康的機(jī)制尚未闡明，為提高PEO的應(yīng)用效果以及促進(jìn)其在養(yǎng)殖業(yè)中推廣應(yīng)用，今后還需在以下幾個方面開展研究：1)開發(fā)更多種類PEO，篩選具有選擇性抑菌作用的PEO，并探究其發(fā)揮選擇性抗菌作用的機(jī)制；2)優(yōu)化PEO提取工藝，提高精油得率及抗菌活性，借助包被技術(shù)、納米乳化技術(shù)等提升PEO穩(wěn)定性及緩釋性能；3)利用組學(xué)和現(xiàn)代分子生物學(xué)等技術(shù)，研究PEO抵御致病菌感染與調(diào)節(jié)動物腸道功能的作用及分子機(jī)制；4)研制高效的復(fù)合PEO，探究PEO與其他抗生素替代品的聯(lián)用效果，開發(fā)新型腸道健康調(diào)節(jié)劑。隨著PEO提取和加工工藝的不斷優(yōu)化、復(fù)配研究的不斷推進(jìn)及其在抵御致病菌感染與調(diào)節(jié)腸道健康方面研究的不斷深入，PEO及其復(fù)配產(chǎn)品將在動物疫病防控及健康高效養(yǎng)殖等方面發(fā)揮重要作用。