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[家禽] 替抗思路 | 巧用「功能性氨基酸」,保障家禽肠道健康

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发表于 2019-8-13 11:49:04 | 显示全部楼层 |阅读模式

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(Photo credit: Sean Chen)

Xixi写在前面:大家好!今天的这篇文章来自我的好友温金磊博士。金磊是中国农大动物营养学硕士、美国Virginia Tech大学动物营养学博士,目前在Evonik负责北美地区家禽技术支持。在来美国之前,金磊也在Evonik中国工作多年,在氨基酸营养领域积累了中美两地丰富的经验。

我们都知道,在无抗时代,保障家禽的肠道健康是关键。而在眼花缭乱的替抗产品中,反而有时会忽略了朴实的氨基酸同学。今天,就请金磊来与大家一起探讨探讨功能性氨基酸(尤其是苏氨酸)在家禽营养中的特别角色。

过去几十年,生产效率的不断提高带动了家禽行业的发展。肉鸡的料肉比从2.8(50年代)降到了现在的1.5甚至更低。蛋鸡的产蛋性能也在不断改善 --- 据统计,过去的25年中,被选育的蛋鸡平均每年都要比前一年多下至少一个鸡蛋。

效率提高的同时,整个的家禽产品市场环境也在发生改变。人们更加关注抗生素残留给健康带来的潜在危害。今年7月,农业农村部公布了2020年全面禁抗的时间表,意味着从明年开始,养殖场不能再依赖抗生素来促进肉鸡的生长,家禽的肠道也会受到各种病原的更严酷的挑战。

在无抗养殖环境下,球虫病和坏死性肠炎是危害最为严重的两个疾病。据估计,每年因球虫感染对家禽业造成的损失接近30亿美元;坏死性肠炎给家禽行业带来的损失更高达60亿美元。

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不同种类球虫在鸡的肠道的感染部位(红色为感染部位)(Conway and MacKenzie., 2007)


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Eimeria acervulina球虫感染鸡的十二指肠(感染程度1-4,4为最严重)(Conwayand MacKenzie., 2007)


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中度到重度的坏死性肠炎

氨基酸的功能

氨基酸在动物生产中的主要作用是蛋白沉积。在设计饲料配方时,各个氨基酸需要量的确定也主要依据家禽的生长性能或产蛋指标。但其实除了沉积蛋白,很多氨基酸还具有其他功能。比如对于肠道而言,某些氨基酸(例如苏氨酸,丝氨酸等)在肠粘蛋白(mucin)中的比例非常高,所以它们对于抵御病原(不让病原接触肠细胞)可能会起到特殊的作用。这是肠道的屏障功能。

除了物理屏障,肠道作为接触外源物质的主要场所,还需要免疫系统的全力支持。而氨基酸对于免疫系统不可或缺,原因有三:

1. 免疫细胞的分化需要大量的氨基酸作为原料来合成新的细胞。

2. 免疫反应过程中肝脏分泌的急性期蛋白(acute phase protein)、参与免疫细胞调控的细胞介素(cytokine)和免疫球蛋白(immunoglobulin)等也都需要氨基酸来合成。

3. 很多氨基酸也是参与免疫反应的各种生物活性分子的前体和来源(比如多胺,谷胱甘肽等 )。

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限制蛋氨酸供应对免疫、代谢以及氧化应急的影响(Martinez et al., 2017)


功能性氨基酸的替抗思路

在家禽上,关于氨基酸功能的研究越来越多。更重要的是能否将试验结果和实际生产相联系,将氨基酸功能性部分的需要量进行量化进而应用到配方当中。

在美国家禽行业中,已经有一些企业和独立配方师把氨基酸作为一种改善肠道健康的工具。在蛋鸡上,随着无笼养殖(cage-free)的流行(2019年3月已经达到总养殖量的18.4%),因蛋鸡接触粪便而造成的肠道问题也成为挑战,而在蛋鸡日粮中适当增加苏氨酸的添加量可以改善此类问题。在肉鸡上,美国的无抗肉鸡(No Antibiotics Ever, NAE)比例也越来越高(根据Agristats统计,2019年占比已达58%),而对于氨基酸营养的关注,则集中在肠道疾病或疫苗接种对于氨基酸的需求量变化等问题。
在当前禁抗大环境之下,生产企业在努力寻找替代抗生素的有效方案时,也不妨关注一下氨基酸的作用。和其他的营养素一样,氨基酸本身不能完全解决所有的肠道健康问题。但是可以为整体的替抗方案提供一个可选择的工具。尤其是在商品氨基酸品种越来越多,生产效率越来越高的情况下,氨基酸可能还具有在成本和使用便利性上的优势。
苏氨酸在肠道和免疫功能中的角色

在众多氨基酸中,苏氨酸的功能是受到关注最多,也是有相对比较充足的研究数据支撑的。下面的内容主要是针对苏氨酸对肠道和免疫方面的功能的一些介绍,同时通过比较一些与生产联系紧密的试验结果,来探讨苏氨酸用于维持肠道功能部分的需要量。

苏氨酸一般是家禽的第三限制性氨基酸。它是粘蛋白(mucin) 的重要组成部分。粘蛋白由杯状细胞分泌,是肠道粘液的最主要成份。分泌出来的粘液可以阻断病原和肠细胞接触--- 因为粘液中的粘蛋白可以包围住寄生虫,阻止他们和肠细胞接触并限制他们行动。当肉鸡日粮中缺乏苏氨酸时,肠粘液厚度便会降低。并且,如果日粮中添加了甘露寡糖,相比于可满足需要的添加量,额外添加苏氨酸(1.2倍NRC推荐量)会增加粘液的厚度。这说明增加苏氨酸可以可以帮助肠道分泌更多的粘液来抵御外来的刺激。这些数据证实了在家禽上苏氨酸和肠粘液之间的紧密关系。
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粘蛋白结构图(引自Sigma-Aldrich)

粘蛋白本身是一种糖蛋白。它的核心蛋白的氨基酸组成非常特殊 --- 在核心蛋白的氨基酸链中,含有丰富的脯氨酸-苏氨酸-丝氨酸序列。因为苏氨酸和丝氨酸在支链上有羟基,核心蛋白就是利用这些羟基才能与糖结合形成糖蛋白。这也可以解释为什么粘蛋白中苏氨酸和丝氨酸的高含量。苏氨酸在某些粘蛋白所有氨基酸的比例能达到大约30%

在被病原感染后,病原本身和免疫系统都会刺激杯状细胞分泌粘蛋白。但是粘蛋白在肠腔内并不能被动物吸收再利用,这就需要机体不断地供应苏氨酸给杯状细胞来保证粘蛋白的合成。

苏氨酸和丝氨酸也是抗体的重要成分。抗体是一个Y型蛋白结构。苏氨酸和丝氨酸主要存在于抗体Y型结构的分叉部分。苏氨酸在奶抗体中的比例可达到10%。在家禽中,虽然抗体的结构有所不同,但是在分叉结构中同样含有丰富的丝氨酸和苏氨酸。
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肠道屏障(引自Nature Reviews. Microbiology, 7(5), fig. 2., 2009)

苏氨酸的功能性需要量

既然苏氨酸在肠道和免疫功能中扮演如此重要的角色,那么,在不同的肠道健康环境下,家禽对苏氨酸的需要量会如何改变呢?

第一个例子来自Star et al., (2012) --- 在肉鸡攻毒模型中(球虫+产气荚膜梭菌攻毒),提高「可消化苏氨酸/赖氨酸比例」(<0.63 vs. 0.67-0.69),9到20日龄肉鸡的体重显著改善。为了证明体重的改善不是因为苏氨酸的缺乏而是因为苏氨酸对感染的缓解所致,作者又做了一个验证试验,证明了0.63已经可以满足非感染的肉鸡苏氨酸需求。虽然Ross 308的营养推荐的可消化苏/赖也是0.67,但是一般种鸡公司的营养推荐都会略微偏高。所以本试验中当可消化苏/赖比例从0.63增加到0.67时,对于产气荚膜梭菌感染的缓解还是很有效的。在同一个试验中,感染肉鸡可消化苏/赖0.67组的增重比0.63组增加了7%(9到37日龄),料比降低3个点。

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肉鸡攻毒模型中提高「可消化苏/赖比」可提高生产性能 (Star et al., 2012)

另外一些相对简单的比较试验也验证了额外添加苏氨酸对肠道感染的效果。

例子#2: 在肉鸡单独被球虫感染的情况下,饲喂0.84%苏氨酸的肉鸡(1到16日龄)的增重和非感染的肉鸡接近,而苏氨酸缺乏的感染肉鸡(0.49%苏氨酸)增重要明显低于非感染肉鸡(Wils-Plotz et al., 2013)。

例子#3: 在沙门氏菌感染情况下,额外添加苏氨酸(总苏氨酸含量 0.956%;高于Ross 308推荐量)可以改善病菌对于2到10日龄肉鸡体增重的负面影响(De Barros Moreira Filho et al., 2015)。

例子#4: 在肉鸡受到新城疫病毒感染的情况下,肉鸡(1到18日龄)的苏氨酸需要量为0.7%(Bhargava et al., 1971)。这和当时的NRC推荐量没有太大区别,但是抗体水平却随着苏氨酸的添加量而增加,一直到1.1%的苏氨酸添加量。这个试验中,病毒的感染没有增加苏氨酸满足生长的需求量。可能苏氨酸对于病毒感染的缓解还不能完全体现在生长上。

例子#5: 当肉鸡被饲养在重复利用的垫料上时,肉鸡苏氨酸需求量增加(Corzo et al., 2007)。相比于在新鲜垫料上的鸡,根据生长和酮体指标计算,总苏氨酸的需求量平均增加0.04%(苏/赖比例从0.629增加到0.647-0.664,增加了0.18到0.35)。作者(Dr. Corzo,现为Aviagen营养师)推测苏氨酸含量的增加可能是因为重复垫料改变了肠道的菌群进而增加了肠道对苏氨酸的需求。这个试验也给了一个比较量化的结果,对于分析苏氨酸的需要量有很大帮助。

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重复垫料上肉鸡对苏氨酸的需求量增加 (Corzo et al., 2017; 配方中总赖氨酸1.16%)

但是,也不是所有的试验都证明苏氨酸对感染有效。有试验报道,日粮苏氨酸(0.6%,0.7%,0.8%)与球虫感染没有互作效应(Kidd et al., 2003)。只不过,本试验中三个添加量的生长性能是呈现直线上升趋势,没有达到生长平台期,所以可能对于结果会有一定的干扰。而且也没有办法通过剂量效应来比较处理组与对照组苏氨酸需要量。

苏氨酸对于肠道功能和免疫的影响已经被广泛的证实。但是对于不同情况下的需要量还很难有一个明确的量化。根据Dr. Corzo和Star的两个试验的结果,增加苏/赖比例0.02到0.04可能会对肠道和免疫功能有一定的帮助。

总结
替抗思路中别忘了功能性氨基酸这个工具。苏氨酸在肠道屏障和免疫功能中扮演重要角色;现有实验结果表明不管鸡有病没病,提高苏氨酸都有所帮助。但其功能性需要量还需进一步量化。

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作者:温金磊 | 编辑:Liting | 校正:Xixi | 来源:曦曦博士
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