郭世偉 金 曉 徐元慶 史彬林

(內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院,呼和浩特 010018)

隨著禽肉、禽蛋產(chǎn)品貿(mào)易的日益全球化,由病原菌引起的疾病已成為肉產(chǎn)品安全的主要威脅之一,并且引起了廣泛關(guān)注。其中,由大腸桿菌(Escherichiacoli,E.coli)引起的禽類疾病每年都會造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。報(bào)道稱,禽類肉產(chǎn)品易被大腸桿菌感染,且具有人畜共患的可能性[1]。大腸桿菌是一種革蘭氏陰性短桿菌,廣泛存在于自然界中。而大腸桿菌病是由大腸埃希氏桿菌的致病性血清型菌株及其毒素引起的一種腸道傳染性疾病。致病性大腸桿菌對人類、動物、食品和環(huán)境的不良影響已被廣泛研究。當(dāng)致病性大腸桿菌入侵機(jī)體時(shí),首先通過自身黏附因子黏附于宿主的消化道上皮細(xì)胞,通過菌毛、黏附素或F抗原與黏膜表面細(xì)胞的特異性受體相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)定植,定植后抑制其他細(xì)菌的增殖并裂解釋放出內(nèi)毒素、腸毒素、大腸桿菌素等毒素,最終導(dǎo)致腸道損傷、腹瀉、出血性腸炎,嚴(yán)重者甚至死亡(圖1)[2]。植物源飼料添加劑因富含生物堿、類黃酮、皂苷、單寧、多酚、百里香酚、大蒜素和多糖等多種生物活性成分,對動物具有促生長、抑菌、免疫調(diào)節(jié)和抗氧化等積極作用[3],因此被作為抗生素替代品廣泛研究。本文綜述了植物源飼料添加劑緩解家禽大腸桿菌病的研究近況,為家禽生產(chǎn)中緩解大腸桿菌病提供參考。

1 致病性大腸桿菌對家禽的不良影響

大腸桿菌病是一種常見的細(xì)菌性傳染病,其傳播速度快、病程短、治療困難、死亡率高。大部分病雞表現(xiàn)出精神極度沉郁、縮頸閉目、食欲不振、采食量減少、飲水量增加、雙翅下垂、羽毛雜亂、獨(dú)自離群、拒絕走動,且少數(shù)病雞伴有頭部震顫;當(dāng)家禽感染致病性大腸桿菌病時(shí),會引起多種病癥,如腹膜炎、敗血癥、心包炎,導(dǎo)致孵化率下降,嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致死亡[4]。據(jù)報(bào)道,在第1天給肉雞腹腔感染大腸桿菌O78后,第7、14、21和28天感染組肉雞的體重均低于未感染組,表明感染大腸桿菌會導(dǎo)致肉雞的體重降低[5]。Farouk等[6]報(bào)道,大腸桿菌感染使肉雞血清膽固醇、尿酸(UA)和肌酐(Cr)含量升高,谷草轉(zhuǎn)氨酶(AST)和谷丙轉(zhuǎn)氨酶(ALT)活性增加,葡萄糖(GLU)含量降低,影響肝臟和腎臟功能的發(fā)育。此外,研究發(fā)現(xiàn),雞感染大腸桿菌后表現(xiàn)出心肌纖維斷裂、間隙增寬、嚴(yán)重出血、呈現(xiàn)波浪狀,肝臟腫大、充血等癥狀,通過檢測發(fā)現(xiàn)心臟和肝臟中肌酸激酶(CK)、乳酸脫氫酶(LDH)、髓過氧化物酶(MPO)活性和活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)含量升高,總抗氧化能力(T-AOC)及過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)和谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(GST)活性降低,紅系衍生的核因子2相關(guān)因子2(Nrf2)的基因表達(dá)水平升高,且血紅素氧合酶-1(HO-1)、醌氧化還原酶-1(NQO-1)的基因表達(dá)水平下降,從而導(dǎo)致肝臟和心臟氧化損傷[7-8]。其原因可能是致病性大腸桿菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素——脂多糖(LPS),可引起機(jī)體產(chǎn)生過量的ROS或活性氮(RNS),超過宿主的防御能力,使MDA等氧化應(yīng)激產(chǎn)物含量升高,最終引起一系列氧化損傷。研究表明,當(dāng)肉鴨感染大腸桿菌后血清球蛋白、LPS和MDA含量升高,白蛋白含量、T-AOC和SOD活性降低,空腸中ROS的產(chǎn)生量增加,腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)的消耗加快,從而使機(jī)體產(chǎn)生氧化應(yīng)激和能量代謝紊亂[9]。

此外,Wang等[10]研究發(fā)現(xiàn),大腸桿菌LPS會誘導(dǎo)肉雞產(chǎn)生免疫應(yīng)激,2 h時(shí),血清皮質(zhì)醇和白細(xì)胞介素(IL)-1β含量顯著升高,但在8和24 h時(shí)無顯著差異。研究發(fā)現(xiàn),感染大腸桿菌對腸道屏障功能影響較大,大腸桿菌O78攻毒肉雞使血清二胺氧化酶(DAO)活性升高,降低了回腸閉鎖蛋白(Occludin)、封閉蛋白(Claudin)-1和閉鎖小帶蛋白(ZO)-1的基因表達(dá)水平,增加了腫瘤壞死因子(TNF)-α、干擾素(IFN)-γ、IL-1β、IL-6、IL-8和Toll樣受體(TLR)4的基因表達(dá)水平,從而損傷其腸黏膜形態(tài),增加腸道通透性,破壞腸道健康[11]。這可能是由LPS引起的機(jī)體炎癥反應(yīng),LPS通過與TLR家族中的受體結(jié)合,激活核因子-κB(NF-κB)通路,使TLR與髓樣分化因子88(MyD88)結(jié)合,結(jié)合后產(chǎn)生的炎癥因子激活了絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)和NF-κB(圖2)[12]。

APEC:禽致病性大腸桿菌 avian pathogenic E.coli。

2 植物源飼料添加劑緩解家禽大腸桿菌病的機(jī)理

目前對于家禽大腸桿菌病的預(yù)防和治療主要以抗生素為主,因此采用綠色、無污染的添加劑預(yù)防和治療家禽大腸桿菌病對家禽養(yǎng)殖業(yè)具有重要意義。報(bào)道稱,通過使用植物提取物能夠有效地緩解家禽大腸桿菌病。例如,博落回生物堿、迷迭香提取物和桑葉水提物能夠不同程度地降低大腸桿菌感染雞的腹瀉率和死亡率,提高生長性能[13-15]。此外,研究發(fā)現(xiàn),飼糧添加400 mg/kg迷迭香提取物能夠提高大腸桿菌攻毒的肉雞血清GLU含量和AST活性[15]。與此相反的是,Farouk等[6]研究發(fā)現(xiàn),添加胡蘆巴降低了大腸桿菌感染肉雞的血清AST、ALT活性及UA、Cr、GLU含量,但均改善了大腸桿菌感染肉雞的能量代謝及肝臟和腎臟功能,添加迷迭香和胡蘆巴可通過增加肉雞血清免疫球蛋白(Ig)G、降低IL-6含量,緩解大腸桿菌的負(fù)面影響。也有報(bào)道稱,當(dāng)?shù)半r雞感染大腸桿菌O78時(shí),甜葉菊綠原酸有提高血清IgA和IgM含量的趨勢,可不同程度降低血清炎性因子TNF-α含量[16]。由此可見,植物源飼料添加劑能夠改善感染大腸桿菌家禽的生長性能和血液指標(biāo)。此外,植物源飼料添加劑在緩解家禽大腸桿菌病的分子調(diào)控機(jī)制以及通過調(diào)節(jié)腸道屏障功能緩解家禽大腸桿菌病等方面報(bào)道較多。

SCFAs:短鏈脂肪酸 short-chain fatty acids;sIgA:分泌型免疫球蛋白A secretory immunoglobulin A;AMP:抗菌肽 antimicrobial peptide;TJ:緊密連接 tight junction;MUC2:黏蛋白2 mucin 2;DC cells:樹突狀細(xì)胞 dendritic cells;T cells:T細(xì)胞 thymus dependent lymphocyte cells;B cells:B細(xì)胞 bursa dependent lymphocyte cells;IL-10:白細(xì)胞介素-10 interleukin-10;CPA:環(huán)磷酰胺 cyclophosphamide;TLR:Toll樣受體 Toll-like receptor;NF-κB:核因子-κB nuclear factor kappa-B;MAPK:絲裂原活化蛋白激酶 mitogen-activated protein kinase;NO:一氧化氮 nitric oxide;ROS:活性氧 reactive oxygen species;SOD:超氧化物歧化酶 superoxide dismutase;GSH:谷胱甘肽 glutathione;CAT:過氧化氫酶 catalase;LPS;脂多糖 lipopolysaccharide;IκB:核因子κB抑制蛋白 inhibitor of nuclear factor kappa-B;iNOS:誘導(dǎo)型一氧化氮合酶 inducible nitric oxide synthase;COX-2:環(huán)氧合酶-2 cyclooxygenase-2;IL-1β:白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β;IL-6:白細(xì)胞介素-6 interleukin-6;IL-12:白細(xì)胞介素-12 interleukin-12。

2.1 通過分子調(diào)控機(jī)制緩解家禽大腸桿菌病

大腸桿菌作為革蘭氏陰性細(xì)菌,其細(xì)胞壁上的內(nèi)毒素(LPS)是主要的致病成分之一,LPS可被細(xì)胞膜表面的TLR4特異性識別,誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞釋放大量的炎性因子,同時(shí)刺激機(jī)體產(chǎn)生過量的ROS,進(jìn)而產(chǎn)生氧化應(yīng)激。報(bào)道稱,飼糧添加迷迭香提取物和南非醉茄(Withaniasomnifera)根提取物可通過提高血清SOD、CAT、GST和谷胱甘肽還原酶活性及T-AOC,緩解大腸桿菌感染肉雞造成的氧化損傷[15,17]。另外,飼糧添加蘆薈葉提取物也能提高感染大腸桿菌O78肉雞血清SOD和CAT活性[5]。這可能是植物提取物中含有黃酮類、多糖類、生物堿類和多酚類等活性物質(zhì),這些活性物質(zhì)能夠提高機(jī)體GSH-Px、SOD和CAT等的活性,從而加強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力[14,18];也可能是植物提取物中的生物活性物質(zhì)通過抑制大腸桿菌的增殖、清除自由基來增強(qiáng)機(jī)體抗氧化能力[19-20]。此外,人參皂苷能降低大腸桿菌LPS誘導(dǎo)的肉雞炎癥反應(yīng),緩解氧化損傷,上調(diào)哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)、HO-1和SOD-1的表達(dá),調(diào)節(jié)相關(guān)因子的表達(dá),抑制NF-κB信號通路,從而緩解大腸桿菌造成的應(yīng)激[21]。

研究發(fā)現(xiàn),240 μg/mL海藻多糖孵育上皮細(xì)胞24 h后,可抑制大腸桿菌激活NF-κB信號通路,其中TLR4、MyD88、核因子κB抑制蛋白α(IκBα)和p-65基因表達(dá)降低,磷酸化p65/p65蛋白表達(dá)比例降低[22]。TLR家族由跨膜受體組成,在識別病原體相關(guān)分子模式中發(fā)揮作用,在其家族中,TLR4是來自革蘭氏陰性細(xì)菌(如產(chǎn)腸毒素大腸桿菌K88)內(nèi)毒素的受體,它向MyD88傳遞信號,導(dǎo)致IκBα磷酸化,進(jìn)而誘導(dǎo)IκBα降解和NF-κB磷酸化,后者隨后被釋放到細(xì)胞核中,并在細(xì)胞核中誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的表達(dá)(圖2)[12]。在小腸上皮細(xì)胞的炎性損傷模型中,通過檢測產(chǎn)腸毒素大腸桿菌O139對豬小腸上皮細(xì)胞(IPEC)-J2的黏附,發(fā)現(xiàn)槲皮素降低了大腸桿菌對IPEC-J2的黏附能力,可降低細(xì)胞釋放LDH,抑制其分泌促炎因子IL-1β、IL-6和TNF-α,并降低促炎因子與TLR4、MyD88和NF-κB的基因表達(dá)水平,減輕大腸桿菌O139誘導(dǎo)IPEC-J2產(chǎn)生的炎性損傷,發(fā)揮其抗感染和消炎作用,保護(hù)腸道細(xì)胞免受細(xì)菌感染,同時(shí)影響大腸桿菌的轉(zhuǎn)錄,抑制大腸桿菌群體感應(yīng)及其生物膜生成相關(guān)的基因表達(dá)[23]。此外,張瀚元[24]研究發(fā)現(xiàn),復(fù)方中藥通過下調(diào)炎癥信號通路中TLR4和NF-κB的基因表達(dá)水平來降低炎癥反應(yīng),使感染大腸桿菌病的肉雞得到治療。另外,中藥與益生菌也可通過調(diào)控IL-2、IL-10和TLR4的基因表達(dá)水平,對大腸桿菌感染肉雞產(chǎn)生協(xié)同保護(hù)作用[25]。

張明[26]研究發(fā)現(xiàn),染料木黃酮能夠使IPEC的電阻值增加,細(xì)胞通透性降低,并通過上調(diào)緊密連接蛋白ZO-1、Caudin-1和E-鈣黏蛋白的基因表達(dá)水平和信號通路中磷脂酰肌醇-3-激酶(PI3K)、mTOR的蛋白表達(dá)水平來提高IPEC屏障功能。另有報(bào)道稱,海藻多糖可通過抑制豬腸上皮細(xì)胞NF-κB通路中相關(guān)基因表達(dá)水平的升高,降低促炎反應(yīng),緩解腸上皮Occludin、Claudin-1和ZO-1基因和蛋白表達(dá)水平的下調(diào)和IPEC-J2跨膜電阻降低,來減少大腸桿菌的黏附和侵襲,從而緩解腸毒素大腸桿菌誘導(dǎo)的腸上皮細(xì)胞屏障功能障礙[22]。

常凌[27]從代謝組和轉(zhuǎn)錄組分析出沒食子酸緩解肉雞大腸桿菌病的潛在機(jī)制,可能是沒食子酸通過影響禽致病性大腸桿菌O78氨基酸的代謝途徑,間接影響到細(xì)菌蛋白質(zhì)的合成,使細(xì)菌無法合成毒力因子(如鞭毛等),從而干擾了大腸桿菌的黏附率,進(jìn)而影響其生物膜的形成;并使細(xì)菌無法完成群體感應(yīng)系統(tǒng)的建立,達(dá)到抑菌的效果;同時(shí)體外試驗(yàn)結(jié)果也表明,沒食子酸能夠顯著抑制大腸桿菌的生長、生物膜形成和黏附能力。此外,Zhou等[28]通過體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),綠茶多糖綴合物能夠破壞大腸桿菌外壁結(jié)構(gòu),導(dǎo)致ROS在細(xì)胞內(nèi)積聚,通過提高大腸桿菌外膜的通透性來破壞其細(xì)胞膜完整性,進(jìn)而影響其增殖,達(dá)到破壞大腸桿菌的目的。Ruan等[29]報(bào)道,白藜蘆醇通過調(diào)節(jié)禽致病性大腸桿菌雙組分系統(tǒng)中蛋白質(zhì)的水平,特別是通過降低趨化性蛋白質(zhì)的水平來抑制生物膜的形成,初步得出白藜蘆醇處理后,大腸桿菌的嘌呤、丙酮酸、乙醛酸和二羧酸代謝發(fā)生了變化,并發(fā)現(xiàn)丙酮酸脫氫酶可能是抑制大腸桿菌生物膜形成的潛在靶點(diǎn)。此外,Shi等[30]采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)的手段發(fā)現(xiàn),大腸桿菌感染肉雞72 h后誘導(dǎo)脾臟組織基因表達(dá)水平上出現(xiàn)表達(dá)異常的調(diào)節(jié)蛋白,共有278個(gè)蛋白(5.7%)和2 443個(gè)基因(24.4%)表達(dá)異常,其中,上調(diào)的蛋白和基因在吞噬體和溶酶體通路中持續(xù)富集,表明大腸桿菌感染激活了吞噬體成熟通路,成熟的吞噬體很大程度上能夠殺死入侵的大腸桿菌,從而確定宿主應(yīng)對致病性大腸桿菌感染反應(yīng)的候選基因,為今后緩解家禽大腸桿菌病提供思路。

2.2 通過調(diào)節(jié)腸道屏障功能緩解大腸桿菌病

腸道是機(jī)體重要的消化和吸收器官,也是最大的免疫器官。腸道屏障主要包括微生物、化學(xué)、物理和免疫屏障(圖3)[31],且在抵御病原體和毒素等有害物質(zhì)入侵機(jī)體時(shí),發(fā)揮著重要防御作用。

2.2.1 微生物屏障

腸道內(nèi)的共生微生物構(gòu)成腸道微生物屏障,不僅通過爭奪有限的營養(yǎng)物質(zhì)和釋放抗菌物質(zhì)來抑制病原體的增殖,而且還參與宿主的多種生理過程[32]。據(jù)報(bào)道,水飛薊素可通過抑制大腸桿菌感染肉雞回腸病原菌(大腸桿菌、沙門氏菌和克雷伯氏菌)數(shù)量,提高絨毛吸收表面積,來改善肉雞的腸道健康,緩解大腸桿菌造成的不利影響[33]。此外,研究發(fā)現(xiàn),飲水中添加赤芍黃柏制劑可使雛雞腸道內(nèi)乳桿菌和糞腸球菌等益生菌的相對豐度增加,大腸桿菌和葡萄球菌等有害菌受到抑制,從而緩解大腸桿菌所致的腸道疾病[34]。另有研究表明,甜葉菊綠原酸處理可提高腹氣囊感染大腸桿菌O78的蛋雛雞盲腸厚壁菌門的相對豐度,降低擬桿菌門和變形菌門的相對豐度,從而改善大腸桿菌對腸道屏障的損傷[16]。此外,賀文祥[14]研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加1 200 mg/kg桑葉水提物可改善腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)和盲腸微生物區(qū)系,降低菌群的相對豐度和多樣性,從而緩解大腸桿菌攻毒帶來的不利影響。另有報(bào)道稱,飼喂添加牛膝多糖飼糧的肉雞感染大腸桿菌后,盲腸中大腸桿菌和糞腸球菌數(shù)量低于飼喂基礎(chǔ)飼糧的感染大腸桿菌肉雞,表明牛膝多糖具有降低致病微生物相對豐度的優(yōu)勢[35]。

圖3 腸道屏障的組成

短鏈脂肪酸(SCFAs)是微生物屏障的重要組成部分,是后腸中飼料纖維經(jīng)細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物,主要由乙酸、丙酸和丁酸等組成。SCFAs可以抑制多種病原菌的定植,如大腸桿菌,進(jìn)而維持穩(wěn)定的微生物環(huán)境[36]。報(bào)道稱,黃芩苷通過逆轉(zhuǎn)禽致病性大腸桿菌感染導(dǎo)致的腸道菌群失衡,并增加腸道中產(chǎn)SCFAs細(xì)菌的相對豐度,促進(jìn)腸道SCFAs的產(chǎn)生,高濃度的SCFAs(特別是乙酸)從腸道遷移至肺臟,抑制大腸桿菌引起的肺臟炎性損傷,并維持氣血屏障的完整性,發(fā)揮抗大腸桿菌病的作用[37]。Liu等[35]研究發(fā)現(xiàn),添加牛膝多糖組的肉雞盲腸內(nèi)容物中瘤胃球菌科和毛螺菌科的相對豐度較高,瘤胃球菌科主要產(chǎn)生乙酸和丁酸,參與微生物群相關(guān)碳水化合物代謝的第1步,可降解腸道中的多糖;而毛螺菌科主要產(chǎn)生丁酸,2種菌科相對豐度的升高意味著SCFAs的產(chǎn)量增加,能夠抑制大腸桿菌等腸道病原微生物的增殖,維持腸道微生物群的平衡。另外,SCFAs也可通過調(diào)控宿主的免疫和炎癥水平維持腸道菌群穩(wěn)態(tài),預(yù)防腸道的炎癥反應(yīng),維持腸道屏障完整性,促進(jìn)上皮細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收,防止有害物質(zhì)和傳染源進(jìn)入;SCFAs通過免疫系統(tǒng)和腸道微生物群落之間的密切聯(lián)系,影響體內(nèi)促炎和抗炎細(xì)胞因子的平衡[38]。

2.2.2 化學(xué)屏障

化學(xué)屏障由胃酸、消化酶、糖蛋白、黏蛋白和抑菌物質(zhì)等組成,可防止腸上皮細(xì)胞損傷和細(xì)菌易位。腸黏膜上皮細(xì)胞分布的杯狀細(xì)胞分泌黏液,形成半透明狀的黏液層,在腸黏膜表面與腸道上皮細(xì)胞競爭位點(diǎn)結(jié)合,阻礙細(xì)菌與腸上皮細(xì)胞結(jié)合[39]。胃酸呈酸性,可通過殺滅由外部進(jìn)入的胃腸道的細(xì)菌,保護(hù)腸道免受病原菌侵襲[31]。Jahanian等[33]研究發(fā)現(xiàn),飼糧添加水飛薊素可通過調(diào)節(jié)大腸桿菌攻毒的肉雞空腸杯狀細(xì)胞的數(shù)量,改善大腸桿菌病。另外,分泌型免疫球蛋白A(sIgA)主要分布于腸道黏液層,是衡量腸道屏障的重要指標(biāo)。雛雞飼喂黃芪多糖、黃芪總皂苷、非解乳糖鏈球菌、植物乳桿菌和枯草芽孢桿菌后,可提高其大腸桿菌感染后腸道組織中sIgA含量[40]。此外,研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加牛膝多糖可以通過介導(dǎo)sIgA的釋放,來增強(qiáng)大腸桿菌感染肉雞的腸黏膜屏障功能[35]。黏蛋白2(MUC2)也是腸黏液層的重要組成部分,由杯狀細(xì)胞分泌,在避免不利因素引起的腸黏膜損傷、潤滑腸道以維持正常的屏障功能方面起著重要作用,并參與營養(yǎng)物質(zhì)吸收和抵抗細(xì)菌、病毒和寄生蟲的入侵,缺乏MUC2會導(dǎo)致病菌直接與腸黏液層接觸,從而發(fā)生自發(fā)性結(jié)腸炎。研究表明,飼糧添加染料木黃酮能夠使感染大腸桿菌的肉雞回腸中MUC2的基因表達(dá)水平明顯升高,從而提高腸黏膜屏障功能[26]。

2.2.3 物理屏障(機(jī)械屏障)

物理屏障由黏膜層、腸上皮細(xì)胞和細(xì)胞間的緊密連接組成,在調(diào)節(jié)腸道通透性中扮演重要角色。而腸道通透性是衡量腸道損傷程度的重要指標(biāo),D-乳酸、DAO和內(nèi)毒素是反映腸道通透性的重要參考指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn),添加水解小麥面筋也可減輕大腸桿菌O78攻毒對肉雞血清DAO和緊密連接蛋白基因表達(dá)水平的影響,有效地改善肉雞回腸因大腸桿菌感染引發(fā)的腸道屏障功能障礙[11]。腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)與其對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力有關(guān),也是物理屏障的重要組成;絨毛高度、隱窩深度及絨毛高度/隱窩深度(絨隱比)是衡量腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)完整性和功能狀態(tài)的重要指標(biāo),絨隱比升高表明小腸的消化吸收能力增強(qiáng),比值降低表示小腸消化能力減弱、黏膜受損,進(jìn)而影響消化吸收[41]。研究表明,飼糧添加400 mg/kg迷迭香提取物對大腸桿菌攻毒的肉雞空腸形態(tài)結(jié)構(gòu)無顯著影響,但使回腸隱窩深度降低,絨隱比升高,有效地緩解了肉雞腸道黏膜形態(tài)的損傷[15]。此外,Liu等[35]研究發(fā)現(xiàn),與感染大腸桿菌K88組的肉雞相比,飼糧添加牛漆多糖能夠提高肉雞腸道的絨隱比,降低隱窩深度,表明添加牛膝多糖能夠改善感染大腸桿菌肉雞的腸道形態(tài)。

細(xì)胞間緊密連接的通透性決定著整個(gè)腸上皮細(xì)胞的屏障功能,它是由多種具有特定功能的蛋白組成,包括Claudins、Occludin、連接黏附分子3種跨膜蛋白以及ZO等胞內(nèi)蛋白,Claudins和Occludin為緊密連接結(jié)構(gòu)的骨架,ZO則是緊密連接支持結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ),用以連接跨膜蛋白(圖4)[42]。

sIgA:分泌型免疫球蛋白A secretory immunoglobulin A;JAM:連接黏附分子 junctional adhesion molecules;ZO-1:閉鎖小帶蛋白-1 zonula occludens-1;Myosin:肌球蛋白;MLCK:肌球蛋白輕鏈激酶 myosin light chain kinase;PKC:蛋白激酶 protein kinase C。

各種病原體或內(nèi)毒素均會破壞上皮細(xì)胞緊密連接蛋白,如梭狀芽孢桿菌(Clostridiumdifficile)、脆弱擬桿菌(Bacteroidesfragilis)、大腸桿菌、霍亂弧菌(Vibriocholera)、產(chǎn)氣莢膜梭菌(Clostridiumperfringens)等[43]。內(nèi)源性致病性大腸桿菌感染腸上皮細(xì)胞通過肌球蛋白輕鏈激酶(MLCK)刺激肌球蛋白輕鏈(MLC)磷酸化,從而破壞緊密連接結(jié)構(gòu)。MLCK刺激MLC磷酸化后,會刺激細(xì)胞骨架收縮,從而導(dǎo)致跨膜電阻下降和細(xì)胞通透性增強(qiáng),這可能是通過對連接周圍肌動球蛋白環(huán)插入的帶黏連區(qū)域的細(xì)胞膜施加張力造成的。這種張力傳遞到緊密連接,從而增加細(xì)胞旁的滲透性(圖5)[44]。或者,細(xì)胞骨架收縮可通過直接相互作用影響緊密連接蛋白。致病性大腸桿菌可以改變Occludin,對屏障的形成至關(guān)重要。當(dāng)被致病性大腸桿菌感染后,Occludin從緊密連接轉(zhuǎn)移到細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中,同時(shí)伴隨著蛋白質(zhì)去磷酸化[45]。報(bào)道稱,染料木黃酮能夠使感染大腸桿菌的肉雞腸道中Claudin-1、ZO-1和Occludin的蛋白表達(dá)恢復(fù)正常,從而緩解大腸桿菌造成的損傷[46]。此外,研究發(fā)現(xiàn),植物提取物添加劑通過提高腸絨毛形態(tài)和回腸Claudin-1的基因表達(dá)水平,改善腸道完整性,從而緩解大腸桿菌對斷奶仔豬造成的腸道損傷[3]。

ZO-1:閉鎖小帶蛋白-1 zonula occludens-1;MLCK:肌球蛋白輕鏈激酶 myosin light chain kinase;TNFR:腫瘤壞死因子受體 tumor necrosis factor receptor;IL-1βR;白細(xì)胞介素-1β受體 interleukin-1β receptor;IL-13R:白細(xì)胞介素-13受體 interleukin-13 receptor;CaM:鈣調(diào)節(jié)蛋白 calmodulin;Ca2+:鈣離子 calcium ion;Actin:肌動蛋白;Mysosin:肌球蛋白;Actin binding:肌動蛋白結(jié)合;ATP binding:ATP結(jié)合。

2.2.4 免疫屏障

免疫屏障由定位于上皮細(xì)胞或腸上皮細(xì)胞以下的各種免疫細(xì)胞組成,如T細(xì)胞、B細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞,它們共同保護(hù)腸道免受病原體入侵,維持腸道健康。免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子在腸道免疫屏障中發(fā)揮著重要作用,研究發(fā)現(xiàn),染料木黃酮能夠降低感染大腸桿菌的肉雞空腸中IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ的基因表達(dá)水平,從而緩解大腸桿菌造成的損傷[46]。此外,甜葉菊綠原酸可不同程度降低感染大腸桿菌O78蛋雛雞的回腸炎性因子IL-1β、IL-2和TNF-α的基因表達(dá)水平[16]。Su等[47]研究表明,黃芪多糖可減輕大腸桿菌所致雞腸微血管損傷,降低腸道組織中TNF-α、IL-1β和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)以及E-選擇素、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)和血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)的基因表達(dá)水平,從而減輕大腸桿菌引起的腸水腫和出血癥狀,并抑制上皮生長因子(EGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子、TLR4和NF-κB的表達(dá),其修復(fù)機(jī)制可能是通過TLR4-NF-κB信號通路介導(dǎo)的。此外,Wu等[11]研究發(fā)現(xiàn),飼糧中添加水解小麥面筋通過降低TLR4和炎癥因子(TNF-α、IFN-γ、IL-1β、IL-6和IL-8)的基因表達(dá)水平來抑制大腸桿菌感染肉雞的炎癥反應(yīng),并通過上調(diào)緊密連接(Claudin-1和ZO-1)的基因表達(dá)水平,緩解大腸桿菌感染肉雞的腸道黏膜損傷和屏障功能障礙。其潛在的機(jī)制可能是:NF-κB旁路依賴的MLCK基因表達(dá)增加介導(dǎo)細(xì)胞因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)含量升高,從而誘導(dǎo)緊密連接通透性增加,由此推測,通過抑制NF-κB可緩解由MLC過度磷酸化對緊密連接結(jié)構(gòu)重排的影響(圖6)[48]。

TJ:緊密連接 tight junction;TNF-α:腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α;NF-κB:核因子-κB nuclear factor kappa-B;MLCK:肌球蛋白輕鏈激酶 myosin light chain kinase;MLC:肌球蛋白輕鏈 myosin light chain。

3 小 結(jié)

大腸桿菌病對禽類的影響甚大,當(dāng)其感染大腸桿菌病時(shí),表現(xiàn)出精神上極度沉郁,羽毛雜亂,血液生化指標(biāo)異常,心臟、肺臟、肝臟和腎臟功能發(fā)育遲緩,機(jī)體免疫功能低下,腸道屏障功能受損,嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致死亡,給養(yǎng)禽業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,緩解家禽大腸桿菌病迫在眉睫。目前,大多數(shù)的報(bào)道主要集中于植物源飼料添加劑緩解家禽大腸桿菌病后改善宿主的健康狀態(tài)(如生長性能、血液指標(biāo)等),但缺乏其如何抑制或殺死致病性大腸桿菌方面的研究。文中主要介紹了致病性大腸桿菌對家禽的不良影響,以及植物源飼料添加劑緩解家禽大腸桿菌病的調(diào)控機(jī)制。另外,基于大腸桿菌中糖原粒子的穩(wěn)定性和脆弱性不同[49],未來植物源飼料添加劑可從改變大腸桿菌的糖原結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行研究。也可通過調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)和蛋氨酸代謝這2個(gè)關(guān)鍵的生長相關(guān)途徑抑制致病性大腸桿菌的生長[50],來研究植物源飼料添加劑破壞致病性大腸桿菌的生長,緩解家禽大腸桿菌病,進(jìn)而為家禽生產(chǎn)中防治大腸桿菌病提供理論依據(jù)。