饲料污染物呕吐毒素对单胃动物家禽和猪肠道的影响【第三部分】

来源:国外畜牧学—猪与禽    作者:张江    人气:    发布时间:2019-11-13    
饲料污染物呕吐毒素对单胃动物家禽和猪肠道的影响【第三部分】
 
译者:张江
摘要:食品和饲料安全是世界性的重大课题,它提升了人们对控制食品和饲料霉菌毒素污染的关注,因为霉菌毒素污染会影响动物和人类的健康。呕吐毒素(DON)是镰刀霉菌毒素中的一种,对人体和多种动物有毒,猪对这种毒素最为敏感,鸡的耐受性最高。在欧洲,谷物通常含有呕吐毒素,因此是镰刀菌毒素污染的指标之一。人和动物摄入呕吐毒素通常会产生多种中毒症状,如肠道黏膜刺激或坏死、腹泻、呕吐及、食量下降、增重下降和免疫功能改变。根据污染的速度和时间,呕吐毒素中毒可导致机体免疫抑制或作为一种免疫刺激剂导致易感性增加,或刺激肠道上皮局部炎症。
 
中图分类号:S852                         文献标识码:C
 
2.7 呕吐毒素对肠道固有免疫反应的影响
  很早就发现局部免疫细胞,尤其是肠道相关免疫系统中的免疫细胞对肠道中呕吐毒素的暴露非常敏感,根据暴露的剂量、频度和时间不同,可引起免疫刺激或免疫抑制效果。据报道,在啮齿动物模型中,在低呕吐毒素剂量(<5 mg/kg体重)下细胞因子和其他免疫基因编码表达是刺激性的,而高剂量(每千克体重5 mg—25 mg)下发生细胞凋亡和免疫抑制。虽然鸡和猪中没有进行剂量依赖性免疫研究,但可能适用相同的假设。阐明这个问题需要一系列的研究,特别是体外试验,以确定在猪和鸡模型中不同毒性浓度以及暴露频度下呕吐毒素所产生的影响。总体而言,在摄入呕吐毒素后肠道组织持续表达几种细胞因子。促炎症因子如传递危险信号至底层局部抗原呈递细胞核淋巴细胞的IL-8,通常在肠道组织中测定。比如,呕吐毒素暴露使人体肠道表皮细胞中IL-8的水平升高。也有研究报道呕吐毒素暴露时,Caco-2细胞中IL-8生成呈现剂量依赖型增加。
  最近有报道说呕吐毒素暴露(10 μM)会诱导促炎症反应,猪肠道表皮细胞IPEC-1 I及猪空肠外植体中IL-8、IL-1-α和IL-1β、TNF-α的mRNA编码表达显著增加。这种作用与负责致病性Th17细胞亚群如IL-23、IL-22和IL-21等基因诱导相关,不影响IL-10和TGF-β等抗炎症因子。呕吐毒素的免疫刺激效果可以视为呕吐毒素的急性毒性作用。事实上,在体内呕吐毒素暴露较长时间可观察到不同的毒力水平。例如,猪饲喂呕吐毒素污染的饲料(每千克饲料2.2 mg—2.5 mg)5周,对回肠中TGF-β、IFN-γ、IL-4和IL-6的mRNA表达没有显著的影响。在另外一项研究中,延长呕吐毒素暴露时间(1.2 mg/kg饲料 41 d,然后     2 mg/kg饲料42 d),发现猪回肠IL-1β和IL-8表达下调。这表明,呕吐毒素的暴露时间也对肠道呕吐毒素局部免疫反应的基因调节存在显著影响。有意思的是,最近一项研究发现,当摄入呕吐毒素相对较高(3 mg/kg,5周)而暴露时间相对较短时,猪空肠和回肠中TNF-α、IL-1β、IFN-γ、IL-6和IL-10的表达显著上调。最近我们团队进行的体内研究也发现,呕吐毒素能引起肉鸡肠道中IL-1ß、TGFBR1和IFN-γ的mRNA表达的显著下降,这与血浆TNF-α和IL-8水平下降有关。这些研究结果表明,在鸡中呕吐毒素慢性暴露存在局部和全身性免疫抑制效果。事实上,对鸡和猪的研究结果表明,呕吐毒素长期暴露具有免疫抑制效果,这可以视为呕吐毒素的慢性毒性作用。
  对肉仔鸡的一项新研究发现,饲喂呕吐毒素污染饲料(7.54 mg/kg饲料)3周的鸡十二指肠和空肠中Toll样受体(TLR)-4mRNA表达明显上调,这表明由于GNB的参与激活了炎症途径。肠道上皮TLR是快速病原传感器,可识别微生物并参与固有免疫应答。迄今为止已经确定了几种TLR的特征,但有关呕吐毒素在激活TLR中的作用文献很少,因此有必要在猪鸡中开展进一步研究。此外,虽然现有数据表明呕吐毒素和肠道中的GNB存在相互作用,但呕吐毒素暴露是否以及如何通过TLR-4途径导致炎症尚未明确。现有数据表明,脂多糖(LPS)是GNB细胞壁的重要成分,具有促炎症特性,能够以与呕吐毒素相同的方式破坏肠道屏障功能,推测肠道中呕吐毒素暴露导致肠道上皮更易受到GNB肠内感染、移位并在肠道细胞中诱导炎症。例如,呕吐毒素暴露提高了IL-12和TNF-α的表达,与单独暴露与鼠伤寒沙门氏菌相比,暴露于1 mg/mL呕吐毒素和鼠伤寒沙门氏菌下的猪肠道回肠袢中IL-1β、IL-8、MCP-1和IL-6的表达增加。MAPKs信号转导级联也可能是呕吐毒素和GNB相互作用的促炎症途径,因为有研究发现MAPKs途径导致促炎症细胞因子生成。为了更好地解释肠道中呕吐毒素和GNB诱导的促炎症途径,口服免疫刺激剂如脂多糖和纯呕吐毒素可为未来研究提供极好的模型。
2.8 呕吐毒素对肠道细胞氧化应激指标的影响
  呕吐毒素暴露可提高自由基和活性氧的水平,并导致肠道细胞的氧化应激。结果抗氧化剂和促氧化剂之间产生不平衡,这可能是呕吐毒素毒性的一个明显信号。在啮齿类动物模型中,由呕吐毒素诱导的氧化应激及脾组织MAPKs激活导致核糖体毒性应激。更早的研究表明,摄入呕吐毒素(3.4 mg/kg饲料)诱导肝细胞氧化应激,但在鸡肠细胞中未观察到这种影响。最近有报道说摄入呕吐毒素(7.54 mg/kg饲料)3周改变了肉仔鸡肝脏和空肠中氧化应激标志物的mRNA表达(血红素和黄嘌呤氧化还原酶)。此外,呕吐毒素提高了人肠道Caco-2细胞脂质过氧化标志物丙二醛(MDA)的生成,因此认为呕吐毒素诱导的自由基导致细胞膜和DNA损伤。
  此外据报道,摄入10 mg/kg饲料的呕吐毒素可导致肉仔鸡脾脏白细胞和血液淋巴细胞DNA损伤,表明呕吐毒素具有遗传毒性。在存在呕吐毒素毒性的情况下,氧化应激途径不能排除为一种诱导DNA损伤的机制。例如,浓度为3.75 μM—15 μM的呕吐毒素使得硫代巴比妥酸反应物(TBARS)水平呈剂量依赖式增加,TBARS是HepG2细胞中细胞脂质过氧化的一个指标并引起DNA损伤。此外,我们进行的一项最新研究表明,肉鸡饲喂每千克饲料10 mg的呕吐毒素5周,空肠组织产生氧化应激,表现为TBARS提高。因此,氧化应激是肠道细胞中呕吐毒素毒性机制之一,可导致DNA和细胞膜变化,进而诱导肠道细胞凋亡、萎缩和大量死亡。
3  呕吐毒素对肠道微生物、病原菌及其活性的影响
3.1 呕吐毒素对肠道共生菌的影响
  肠道驻留大量高度多元化的共生菌,这是影响动物健康的一个主要因素。众所周知,保持肠道菌群的平衡对维持动物良好健康状况至关重要。虽然有迹象表明呕吐毒素暴露可能破坏共生菌的平衡和多样性并会引起生态失调,但在猪鸡中呕吐毒素有关对肠道菌群的潜在影响的文献仍相当少。最近在大鼠模型中进行的一项研究评估了呕吐毒素慢性暴露对肠道菌群组成的影响。这些作者报道口服呕吐毒素暴露(100 μg/kg体重,为期4周)期间,观察到拟杆菌显著增加,这是驻留在肠道中的典型GNB,并对维持与宿主动物互利关系具有重要意义。如果肠道共生状态受损害,会表现出明显的临床致病可能。实际上,肠道中各种杆菌属的增殖与人类腹腔疾病发生和炎性肠病有关。迄今为止唯一一项在猪中进行的研究通过使用选择性培养基,观察到呕吐毒素暴露(136 μg/kg体重)改变了肠道后部的菌群,呕吐毒素暴露导致嗜温需氧菌增加,还原性亚硫酸盐厌氧菌减少。
  有限的信息表明呕吐毒素可能导致影响肠道健康的菌群组成、比丰度及代谢活性发生变化。因此,该研究领域需要针对猪鸡等畜禽,使用分子微生物技术对菌落、功能及其代谢活性进行深入的评估,应重点关注呕吐毒素暴露剂量和时间的影响,因为摄入时间及剂量可能对肠道菌群及其代谢活性产生不利影响。同时,由于日粮对猪和鸡肠道菌群多样性具有重要影响,需要进一步研究以评估日粮原料或添加剂(益生菌、益生元和植物性抗生素)与呕吐毒素暴露之间相互作用对猪鸡肠道菌群的影响。
3.2 呕吐毒素对肠道病原菌移位的影响
  肠道屏障功能破坏增加了肠腔大分子如抗原和细菌通过肠道上皮内层移位的几率。研究发现,呕吐毒素暴露使致病性大肠杆菌跨猪IPEC-1上皮细胞移位呈现剂量依赖式增加。低剂量呕吐毒素暴露的猪IPEC-J2细胞中也发现鼠伤寒沙门氏菌移位有类似的增加。因此,呕吐毒素可影响肠道和全身感染鼠伤寒沙门氏菌,导致易感性增加。此外,摄入呕吐毒素污染的饲料会导致小鼠感染肠炎沙门氏菌。在人体Caco-2细胞中,呕吐毒素能够增加非侵入性共生菌的跨上皮运输。在家禽中,提高呕吐毒素浓度降低了盲肠扁桃体细胞吞噬杀死葡萄球菌的能力。据报道,感染呼肠孤病毒的小鼠饲喂呕吐毒素,会降低派亚氏淋巴结中Th1介导的IFN-γ,提高Th2介导的细胞因子IL-4、IL-6和IL-10,并可能导致病毒感染。此外,降低呕吐毒素剂量会改变家禽肠道恢复和对球虫病的免疫应答。虽然呕吐毒素与肠道致病菌相互作用的背后机制可能是呕吐毒素破坏肠道生态平衡的能力,但呕吐毒素如何作用及调节肠道致病菌活性的准确机制仍需进一步研究。
3.3 肠道菌群对呕吐毒素代谢和毒性的作用
  除受到呕吐毒素暴露影响外,某些肠道菌群也表现出强大的呕吐毒素脱毒能力。大量研究发现,鸡猪肠道、牛瘤胃液甚至人肠道中驻留菌可以将呕吐毒素脱环氧化为DOM-1(呕吐毒素无毒性形式)。BBSH797菌株的纯培养物能够将呕吐毒素的环氧基团转化为无毒性形式。在真细菌DSM11798环氧化酶作用下,将呕吐毒素有毒的12,13-环氧环还原裂解为无毒性形式(如DOM-1)。此外,在体内和体外试验中,均报道有呕吐毒素的脱环氧化作用。真细菌BBSH797菌株已开发为一种动物饲料用商品化呕吐毒素解毒剂(Mycofix®),这种微生物饲料添加剂能够中和呕吐毒素引起的毒性作用。
4  结论
  动物摄入相对较低至中等水平的呕吐毒素后,可观察到该毒素对肠道功能的影响,这并非与动物生长和性能受损存在必然联系,但即使是低剂量的呕吐毒素暴露也会产生肠道严重的细胞毒性影响。这部分是通过激活MAPKs信号传递途径及改变负责肠道组织生理和免疫功能的关键基因表达改变而产生。研究数据表明,呕吐毒素严重损害几种关键的肠道功能,增加对肠道传染病的易感性,是其他常见疾病的诱发因素,也是严重的肉类污染风险源。因此,呕吐毒素可能会对动物和人体健康产生有害的结果。

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责任编辑:马晓迪