Dr. Clifford A. Adams

ANOZENE Nutritional Sciences，比利時(shí)安特衛(wèi)普

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畜禽腸道健康的影響因素

維持良好的腸道健康將是減少抗生素使用的重要因素
畜禽腸道健康帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和動(dòng)物福利，效果非常明顯
?腸道健康對(duì)于動(dòng)物和人類的健康和福祉至關(guān)重要。生產(chǎn)性能下降、畜禽死亡率增加、動(dòng)物福利減少，以及家禽和豬產(chǎn)品的污染風(fēng)險(xiǎn)增加，這些對(duì)家禽和養(yǎng)豬業(yè)來(lái)說(shuō)，是特別重要的問(wèn)題。因此，維持良好的腸道健康是現(xiàn)代動(dòng)物生產(chǎn)中的主要挑戰(zhàn)。
行業(yè)普遍認(rèn)為，動(dòng)物生產(chǎn)中使用的約70%-80％的治療性抗生素被用于治療腸道疾病。良好的腸道健康對(duì)動(dòng)物可持續(xù)生產(chǎn)至關(guān)重要，它是決定動(dòng)物性能的重要因素，包括生長(zhǎng)性能、肉蛋奶產(chǎn)量和品質(zhì)。腸道健康的主要組成內(nèi)容是：有效的胃腸道結(jié)構(gòu)和功能，營(yíng)養(yǎng)，及健康和穩(wěn)定的微生物群落（Celi等，2017）。
此外，維持良好的腸道健康將是減少抗生素使用的重要因素。畜禽腸道健康帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和動(dòng)物福利，效果非常明顯。

在養(yǎng)殖動(dòng)物中，腸道的良好健康狀態(tài)對(duì)于采食量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的有效消化與吸收至關(guān)重要。這反過(guò)來(lái)將導(dǎo)致為人類生產(chǎn)低成本，安全和高質(zhì)量的食物。

腸道是動(dòng)物體內(nèi)表面積最大的器官組織，并且與環(huán)境持續(xù)相互作用。胃腸道健康由幾個(gè)因素決定：?
1.腸道結(jié)構(gòu)：粘膜屏障功能，免疫系統(tǒng)，炎癥等
2.營(yíng)養(yǎng)：優(yōu)質(zhì)安全飼料，飼料成分，病原體，毒素
3.微生物群：腸道中菌群平衡


腸道粘膜屏障

腸道細(xì)胞是身體防御飼料或水中致病生物和毒素的最后一條防線。飼料成分以及毒素和微生物經(jīng)常有可能損害腸道結(jié)構(gòu)。這將導(dǎo)致各種腸道疾病問(wèn)題，例如仔豬腹瀉。在家禽中，球蟲(chóng)病、壞死性腸炎和小腸炎及死亡綜合征是最為普遍的腸道疾病。總的來(lái)說(shuō)，這些表現(xiàn)為家禽的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收不良，腹瀉和濕墊料，生長(zhǎng)性能不好，以及死亡率增加。
腸道粘膜屏障主要由結(jié)構(gòu)屏障和化學(xué)屏障組成。結(jié)構(gòu)屏障由上皮細(xì)胞和連接復(fù)合物形成——由緊密連接組成，其在營(yíng)養(yǎng)物、電解質(zhì)和水的吸收中起重要作用。
上皮是單細(xì)胞層，其形成了腸道小腸和大腸（結(jié)腸）表面的里層，它由簡(jiǎn)單的柱狀上皮細(xì)胞組成。它有兩個(gè)主要功能：吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入體內(nèi)，限制病原體和毒素等有害物質(zhì)的進(jìn)入。腸道上皮形成的腸粘膜結(jié)構(gòu)屏障的重要組分，是保護(hù)腸道健康的一部分。

一個(gè)肉雞產(chǎn)氣莢膜梭菌引起的壞死性腸炎感染的試驗(yàn)?zāi)Ｐ停f(shuō)明了上皮的重要性。肉雞試驗(yàn)組飼喂每噸飼料含有5mg嘔吐毒素的日糧，與普通日糧相比，試驗(yàn)組更容易發(fā)生壞死性腸炎病變（Antonissen等，2014）。在這種情況下，嘔吐毒素通過(guò)破壞腸粘膜結(jié)構(gòu)作為誘發(fā)因素，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)泄漏到腸腔中，并因此為產(chǎn)氣莢膜梭菌的廣泛增殖提供必要的生長(zhǎng)基。?化學(xué)屏障是粘液層，其覆蓋了腸道的整個(gè)腸腔表面。粘液層主要由大分子量的糖蛋白、粘蛋白組成。它特別富含氨基酸，蘇氨酸，絲氨酸和脯氨酸，碳水化合物部分由半乳糖、巖藻糖、N-乙酰葡糖胺，N-乙酰半乳糖胺和唾液酸構(gòu)成（Lien等，2001）。在健康的動(dòng)物中，粘液層處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。來(lái)自腸腔壁的粘液損失，會(huì)通過(guò)分布在上皮細(xì)胞中的稱為“杯狀細(xì)胞”的特化分化細(xì)胞來(lái)合成和分泌進(jìn)行補(bǔ)償（Montagne等，2004）。

粘液與碳酸氫鹽共同產(chǎn)生一層擴(kuò)散的屏障，保護(hù)腸道的上皮免受在劇烈的消化過(guò)程和腐蝕性胃液的損傷影響，從而防止大分子化合物如蛋白酶到達(dá)上皮細(xì)胞。粘液可捕獲毒素和細(xì)菌，防止機(jī)體感染。它還在消化過(guò)程中，創(chuàng)建消化區(qū)，在消化過(guò)程中發(fā)揮重要作用。其中，消化酶被固定在上皮表面附近，防止它們利用蠕動(dòng)快速通過(guò)腸道，并將它們置于更有利的消化位置（Lien等，2001）。
如斷奶仔豬中經(jīng)?？吹降牟墒沉繙p少可能會(huì)導(dǎo)致粘液產(chǎn)生的減少，這可能增加他們對(duì)腸道疾病的易感性。膳食纖維也對(duì)粘液的產(chǎn)生有影響，在喂食含有非可溶性纖維日糧的動(dòng)物中，粘液分泌更多。用一些不溶性纖維充足的日糧，對(duì)于保持良好水平的粘液合成是至關(guān)重要的。這反過(guò)來(lái)會(huì)帶來(lái)動(dòng)物良好的腸道健康。
增加粘蛋白合成的日糧策略可能有益于防止病原體侵襲，對(duì)于保護(hù)和維持腸道結(jié)構(gòu)的完整性將非常有意義。然而，增加的粘蛋白合成也會(huì)增加對(duì)氨基酸特別是蘇氨酸和能量的維持需求。這會(huì)降低這些營(yíng)養(yǎng)素在動(dòng)物生長(zhǎng)和實(shí)際生產(chǎn)中的有效性。
在動(dòng)物健康方面，粘液層和腸道中細(xì)菌之間的相互作用是非常重要的。許多共生菌和致病菌粘都會(huì)附于粘液層中的碳水化合物里。共生菌的定植會(huì)影響致病菌的繁殖。這是粘液層對(duì)致病菌的定植抗性作用，也是一種保健效果。
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免疫系統(tǒng)和炎癥?

腸道功能的另一個(gè)領(lǐng)域，還包括其作為免疫系統(tǒng)的主要部位——腸相關(guān)淋巴組織（GALT）的狀況有關(guān)。腸淋巴組織比全身免疫反應(yīng)具有更復(fù)雜的功能，在處理動(dòng)物體內(nèi)不斷面臨的病原體方面非常有效，同時(shí)激活和維持免疫因子，并提高共生菌的免疫耐受。這就需要有效的腸道免疫系統(tǒng)，來(lái)讓動(dòng)物更迅速應(yīng)對(duì)環(huán)境的挑戰(zhàn)。

免疫系統(tǒng)的一個(gè)重要的特征是，先天免疫系統(tǒng)會(huì)對(duì)各種致病菌挑戰(zhàn)，產(chǎn)生產(chǎn)生炎癥反應(yīng)。處理腸道炎癥是一種特別微妙的平衡，因?yàn)檎５纳硌装Y，即為共生腸道微生物的耐受性與對(duì)病原體入侵的反應(yīng)性之間的平衡。當(dāng)這種平衡被打破時(shí)，就可能發(fā)生急性炎癥反應(yīng)，稱為病理性炎癥，這種情況下導(dǎo)致動(dòng)物生長(zhǎng)速度減慢。因此，維持正常的生理炎癥和限制其他炎癥的誘發(fā)，是腸道健康的重要內(nèi)容之一。

現(xiàn)代動(dòng)物生產(chǎn)的一些特征，例如采食過(guò)多和營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩，都是會(huì)誘發(fā)動(dòng)物換上慢性炎癥的誘發(fā)因素。這些可以通過(guò)最小營(yíng)養(yǎng)日糧控制，包括使用酶，霉菌毒素吸附劑和抗氧化劑（Kogut等，2018）來(lái)解決。?早期斷奶應(yīng)激也會(huì)導(dǎo)致用大腸桿菌攻擊仔豬的腸道粘膜，致使仔豬的先天免疫應(yīng)答降低。這種關(guān)鍵免疫功能的破壞，將導(dǎo)致動(dòng)物腸道屏障的嚴(yán)重?fù)p傷（McLamb等，2013）。
免疫抑制是動(dòng)物面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。人們普遍認(rèn)為一些霉菌毒素可引起免疫抑制。飼料中霉菌毒素的存在，會(huì)抑制有效的免疫反應(yīng)，使動(dòng)物更容易受到病原體的感染（Murugesan等，2015）。
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營(yíng)養(yǎng)

飼料的使用是生活中的一個(gè)悖論。很明顯，飼料對(duì)于維持動(dòng)物的生命和生長(zhǎng)至關(guān)重要；但是飼料也是向動(dòng)物輸送毒素和致病微生物的主要途徑。因此飼料原料和成品飼料在高質(zhì)量的營(yíng)養(yǎng)成分，并且沒(méi)有致病微生物和毒素污染是極其重要的。
飼料中的有害成分，來(lái)源廣泛，且化學(xué)成分各異。其包括霉菌和霉菌的二次產(chǎn)物，真菌毒素，細(xì)菌污染，有些植物種子，有毒化合物，重金屬，二噁英和農(nóng)藥等環(huán)境化學(xué)污染物。飼料中的脂肪必須穩(wěn)定且不會(huì)被氧化。

飼料中這些有害物質(zhì)的存在，必然會(huì)對(duì)腸道健康產(chǎn)生負(fù)面影響。肉雞飼料中大量的小麥、大麥和黑麥會(huì)因存在各種非淀粉多糖（β-葡聚糖和木聚糖）而導(dǎo)致濕墊料問(wèn)題，這些非淀粉多糖也會(huì)引起肉雞的消化不良。如今，通過(guò)使用諸如各種β-葡聚糖酶和木聚糖酶的復(fù)合酶，已經(jīng)在很大程度上解決了這個(gè)問(wèn)題。

大豆含有大量強(qiáng)效胰蛋白酶抑制劑。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中加熱或烘烤豆粕，會(huì)使胰蛋白酶抑制劑變性。這是一個(gè)微妙的過(guò)程，因?yàn)椴怀浞值暮婵緯?huì)在產(chǎn)品中留下活性胰蛋白酶抑制劑，而過(guò)度烘烤會(huì)降低豆粕的蛋白質(zhì)消化率。?使用劣質(zhì)或氧化的脂肪會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物腸道健康問(wèn)題。脂肪和油的質(zhì)量在生產(chǎn)高質(zhì)量飼料時(shí)非常重要。
來(lái)自飼料的攝入營(yíng)養(yǎng)素對(duì)動(dòng)物腸道的發(fā)育和功能發(fā)揮，也起著重要作用。飼料成分的營(yíng)養(yǎng)成分會(huì)影響消化系統(tǒng)的發(fā)育和功能，其中包括了免疫系統(tǒng)和微生物群（Fouhse等，2016）。
某些營(yíng)養(yǎng)素如各種脂肪酸、氨基酸、噬菌體、益生元和益生菌，可對(duì)動(dòng)物的腸道健康產(chǎn)生有益作用，并可減輕腸道病原體引起的損害。這將減少使藥物來(lái)控制腸道感染。
此外，良好的腸道健康一般會(huì)提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，提高機(jī)體免疫，因此腸道的營(yíng)養(yǎng)素添加，可以作為替代抗生素的策略的一部分。
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微生物

微生物群在腸道健康中具有一些重要功能（Shang等，2018）。它可以通過(guò)附著在上皮壁中的粘液層，形成腸道保護(hù)屏障。許多共生菌和致病菌粘附于粘液層中的復(fù)合碳水化合物里。其中共生細(xì)菌的定植，會(huì)防止病原體的擴(kuò)展繁殖。這是腸道粘液層的定植抗性或保健作用。微生物群中的細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生多種不同的化合物，包括維生素（維生素K和B族維生素），揮發(fā)性脂肪酸（乙酸、丁酸和丙酸），有機(jī)酸（乳酸）和抗菌化合物（細(xì)菌素）。微生物群為動(dòng)物提供了保護(hù)和營(yíng)養(yǎng)。

揮發(fā)性脂肪酸和乳酸也具有高效的抗菌活性，特別是對(duì)抗革蘭氏陰性病原體如大腸桿菌和沙門(mén)氏菌非常有效。因此，在大腸中如果擁有產(chǎn)生這些酸良好環(huán)境，可能在保持動(dòng)物健康具有優(yōu)勢(shì)。
由微生物群產(chǎn)生的幾種代謝物，也會(huì)刺激胃腸道中的神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞，因此，微生物群對(duì)腸道功能的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)中起著重要作用。?腸道微生物群可以促進(jìn)飼料的最佳消化和吸收，調(diào)節(jié)能量代謝，預(yù)防粘膜感染，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，助于調(diào)節(jié)宿主體內(nèi)菌群平衡。

反之，如果微生物群失衡，就會(huì)出現(xiàn)生態(tài)失調(diào)的情況。微生物群中的生態(tài)失調(diào)，會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌病原體，如豬禽中的沙門(mén)氏菌和家禽中的彎曲桿菌的生長(zhǎng)，導(dǎo)致人類食品的污染。在家禽中，菌群失調(diào)也表現(xiàn)出腸屏障滲漏和腸道炎癥。自2006年歐盟禁止動(dòng)物飼料中的促生長(zhǎng)用抗生素（AGP）以來(lái)，這些問(wèn)題已成為變得更為顯著。

仔豬斷奶后腹瀉，也是菌群失調(diào)的另一個(gè)重要例子，目前有很多營(yíng)養(yǎng)策略來(lái)解決這種菌群失調(diào)，用以提高仔豬斷奶后的生長(zhǎng)性能。包括使用低蛋白日糧，使用益生元、益生菌和有機(jī)酸等，這些對(duì)腸道健康都具有積極影響（Heo等人，2013）。?微生物群也具有潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)樗锌股啬退幮曰?，例如，在使用藥物和不使用藥物的豬群里，發(fā)現(xiàn)了許多抗生素的耐藥性基因（ARG）（Looft等，2014），包括檢測(cè)到213種不同的耐藥性基因。
在所有物種中都發(fā)現(xiàn)了抗生素耐藥性基因。在一項(xiàng)關(guān)于肉雞微生物群的研究中，發(fā)現(xiàn)了針對(duì)桿菌肽、四環(huán)素和萬(wàn)古霉素的抗生素耐藥性基因（Sergeant等，2014）。在肉牛中，發(fā)現(xiàn)了約204種與抗生素耐藥性相關(guān)的基因（Auffret等，2017）。
調(diào)節(jié)好微生物群另一個(gè)挑戰(zhàn)是減少因耐藥性所致的動(dòng)物發(fā)病率。在喂養(yǎng)牧草或精飼料的肉牛中，兩組都有抗生素耐藥性基因（Auffret等，2017）。然而，這些基因的多樣性和豐富性，在飼料飼養(yǎng)的動(dòng)物中，比在放牧喂養(yǎng)的動(dòng)物中更高。這表明營(yíng)養(yǎng)策略可能是一種減少AGR豐度的潛在方法。
動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)是控制微生物群組成和代謝活動(dòng)的重要因素（Bauer等，2006）。因?yàn)榧?xì)菌物種的底物偏好和生長(zhǎng)要求不同，因此底物的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)，在很大程度上決定了微生物群中細(xì)菌群落分布。因此，微生物群的性質(zhì)和代謝功能，很大程度上受到飼料復(fù)雜成分的影響。?可發(fā)酵的碳水化合物最有可能起到促進(jìn)有益菌增殖的作用。碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生了揮發(fā)性脂肪酸（Fouhse等，2016），起到促進(jìn)動(dòng)物健康的作用。另一方面，蛋白質(zhì)的發(fā)酵也通常與潛在病原體繁殖相關(guān)，導(dǎo)致產(chǎn)生包括氨和胺等有害物質(zhì)。
在現(xiàn)代動(dòng)物生產(chǎn)中，飼料會(huì)根據(jù)動(dòng)物的需要進(jìn)行配置。同理，現(xiàn)在微生物群也需要根據(jù)其特性進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)的配置管理，因?yàn)檫@是對(duì)維持動(dòng)物健康和避免宿主發(fā)生基本最重要的方法。因此，我們未來(lái)的研究需要針對(duì)微生物群和靶宿主，設(shè)計(jì)合適的飼養(yǎng)策略（Adams和Gutierrez，2018），需要設(shè)計(jì)營(yíng)養(yǎng)策略，為機(jī)體提供營(yíng)養(yǎng)，同時(shí)為微生物群提供足夠的營(yíng)養(yǎng)。?

結(jié)論

在動(dòng)物生長(zhǎng)和發(fā)育的所有階段，最佳功能的腸道狀態(tài)對(duì)于動(dòng)物的整體代謝、生理學(xué)、疾病狀態(tài)和表現(xiàn)顯然是重要的。最近腸道健康的內(nèi)容，引起了很多關(guān)注。有益微生物群和緊密腸道屏障的適當(dāng)平衡，保護(hù)了動(dòng)物免受病原體和毒素的侵害。

?此外，世界范圍內(nèi)減少動(dòng)物生產(chǎn)中抗生素使用的趨勢(shì)，也將人們的注意力集中在了腸道健康的管理上。需要正常、穩(wěn)定和多樣化的微生物群，以及完整且有效的腸道屏障，以維持食品動(dòng)物最佳的腸道健康和功能。?現(xiàn)在需要將現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)用于飼養(yǎng)微生物群以及動(dòng)物宿主。