仔猪营养与肠道免疫机制 (转载）

天使的笑

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仔猪营养与肠道免疫机制
胃肠道粘膜特别是小肠粘膜的表面积非常大，动物通过这一表面与各种养分、微生物和外源性毒素发生直接接触。小肠不仅能使养分在肠腔和血液循环系统之间进行交换，而且也能防止病原体穿过肠壁进入体内。因此，小肠具有一系列粘膜防御机制，根据其性质，这些防御机制大体上可以分为非免疫性和免疫性两种。

一 非免疫性防御

（一） 胃及小肠
胃是一个重要的非免疫防御器官，胃的酸性环境极大地抑制了微生物的繁殖，减少了进入小肠的微生物数目。那些耐过胃的酸性环境而进入小肠的微生物受到小肠中碱性环境（更有利于细菌的繁殖）的影响其数目增加，也增加了微生物附着在粘膜上皮上的可能性。为对付这些微生物的侵袭，动物在进化过程中形成了进一步的小肠免疫性防御机制，容当后论。

小肠的非免疫性防御机制包括能杀死某些微生物的胆汁和能使细菌细胞壁降解的含有蛋白酶的胰液。上皮细胞本身也是屏壁，单个肠细胞紧密接合，这可以阻止大分子的通过。另外，小肠绒毛上的肠细胞每3-6天更替一次，这进一步阻止了病原微生物在肠道中的定居和繁殖。

肠蠕动会产生一种机械性清理作用，可以防止微生物在小肠上段上皮上的附着。杯状细胞分泌的粘液可以保护肠上皮的表面，也提供了一个能够捕获抗原的粘性基质。

（二）大肠及小肠的微生物群系
大肠中的环境为：pH近中性，厌氧条件，运动性减低。这种条件有利于大量正常菌群的繁殖和生长。除了为宿主动物本身提供营养以外，这些肠道固有细菌在维持肠道功能健康方面具有举足轻重的作用。

正常菌群的最重要作用莫过于它能阻止侵入肠道中的病原微生物的定居（Hentges 1983）,这种作用就是所谓的定居抗力（Colonization resistance）。正常细菌产生定居抗力所*的机制包括：利己不利它的pH、与病原微生物竞争养分、竞争肠上皮上的附着点，并在局部产生细菌素。

虽然大肠的环境对宿主最为有利，但微生物依然要在胃、小肠和大肠中定居。在小肠中这些微生物群系存在于小肠上皮细胞表面、肠绒毛表面的粘液中、隐窝中和肠腔中。无论寄居何处，一般微生物群系相对稳定且由许多特定的种群组成。这些微生物群系是宿主动物的特征，在一定程度上也为动物提供营养和内在环境。

尽管微生物群系对动物胃肠道的发育和健康至关重要，但我们目前对仔猪小肠微生物群系的了解甚少，特别是对出生后和断奶后仔猪。

（三）正常微生物群系的免疫刺激作用
研究表明，肠道中的正常菌群可以通过刺激粘膜免疫系统和系统免疫系统的途径来促进宿主动物的免疫力。在无菌动物，其所有免疫器官（包括肠道）均发育不足。引入致病性肠道细菌以后，正常的免疫结构和功能得以迅速恢复。其它实验也间接地为这种现象提供了证据。在一项使用直接饲喂微生物的实验中人们发现，仔猪的免疫力提高，生长速度也加快（Maxwell 和Stewart 1995）。

最近的研究发现，给小鼠使用抗生素（旨在去除正常肠道菌群），激活了大肠中炎症细胞活素基因的表达。体外试验结果也表明，一旦非致病性的乳酸杆菌附着在克隆肠上皮细胞系的细胞上，炎症细胞活素的基因表达作用就降低（McCracken 等1996）。

上述结果表明 ，宿主动物对自身固有微生物群系的变化极为敏感，其表现就是改变肠上皮细胞中细胞活素合成的模式。用这种手段到底在多大程度上能够调节、操纵和激活免疫机制，这要取决于我们对固有微生物群系和粘膜免疫组成二者微妙平衡关系的了解程度，特别是对二者在细胞和分子水平上互作机制的理解程度。

二 免疫性防御

肠道粘膜的25%由淋巴样组织构成，而整个机体中70%以上的免疫细胞存在于肠道中。肠道免疫系统的细胞有的弥散存在，有的高度集中形成淋巴小结，比如淋巴滤泡集结，它可以分泌IgA和产生B淋巴细胞。

固有层含有大量弥散的T淋巴细胞群、含免疫球蛋白的细胞群（B淋巴细胞和浆细胞）、吞噬细胞、肥大细胞、少量的树突状细胞（dendritic cell）、嗜酸性细胞和嗜中性细胞以及具有生物活性的成纤维细胞。肠道亦含有丰富的神经丛，对肠道的运动起关键作用。

（一）细胞活素--免疫反应的介质
肠道中非免疫性（固有的）和免疫性防御机制的协调*局部化学信号或细胞活素进行。这些细胞活素是应不同的激活信号由固有层的各种不同细胞释放的，而且一般情况下都是新合成的蛋白质。

细胞活素是负责免疫反应、炎症和组织修复的中心介质，具有积极和消极两方面作用。例如，免疫反应的放大效应可以通过细胞活素来获得，具有外来抗原特异性受体的长寿记忆细胞、胞解细胞和抗体分泌细胞的分化和繁殖均由细胞活素的调节来实现。

炎症是一个复杂的过程，它涉及到内皮细胞表面分子表达的诱导过程。这一过程使炎症细胞迁移至感染或受伤部位并在那里参与炎症反应。炎症过程受细胞活素的调节。在炎症和免疫介导的损伤过程中，组织修复机制被激活，而这一修复机制的激活过程受细胞活素的调节。

（二）巨噬细胞起关键作用
固有层中的巨噬细胞在小肠炎症和免疫反应的许多环节中起关键作用。从对穿透粘膜侵入体内的微生物的吞噬和杀灭作用开始，一直到激活和动员淋巴细胞以及最后通过抑制炎症反应促使创伤愈合的全过程均需吞噬细胞的参与。这些功能的调节都是依赖局部释放的大量信号分子实现的，这些信号分子包括细胞活素、生长因子及生物活性脂类。

（三）肥大细胞引发过敏反应
固有层中也含有大量的肥大细胞，这里的肥大细胞不同于普通组织中的肥大细胞，它们与肠道神经纤维之间有紧密关系。肥大细胞是快速过敏反应中所涉及到的最主要的细胞类型，也是在研究饲料（食物）过敏中最关心的指标。在局部过敏反应中，致敏的细胞释放生物活性介质，导致组织肿胀、增加血管和粘膜通透性以及平滑肌的收缩（Gaskins 1997）。

尽管"大豆抗原过敏反应是造成断奶后仔猪生长发育受阻的原因"这一结论已被广为接受（Brake等），但普通免疫反应中涉及肠道中肥大细胞的结论还缺乏证据。今后有必要进一步弄清断奶仔猪肠道发生炎症的准确机制，搞清这些问题对进一步采取新策略，通过营养调节来控制肠道炎症有所帮助。

（四）吞噬作用
嗜酸性细胞是肠道中占主导地位的吞噬细胞。另外占血液循环中50%的白血细胞可以在病原侵入机体的情况下非常迅速地进入固有层。

发生吞噬作用或表面受体被趋化剂占据以后，嗜酸性和嗜中性细胞就发生脱颗粒作用（Henson 等1992）。嗜酸性和嗜中性细胞所释放的许多生物活性物质与巨噬细胞所释放的活性物质非常相似，甚至可以分泌更高浓度的反应性氧代谢中间产物和生物活性脂类。细菌实际上是被释放入内细胞器中的反应性氧代谢中间产物杀死在细胞器中（先被吞噬到那里）。

（五）T淋巴细胞的作用
肠道中的T淋巴细胞群分布在肠上皮、肠上皮之下的固有层以及淋巴滤泡集结中（Guy- Grand 等1993）。固有层中的淋巴细胞群又可根据它们成熟的部位、生成外观、细胞表面分子的表达模式以及所表达的T细胞受体的类型（ab型或gd型）。肠道中生长因子和细胞活素等防御因子可以影响特定微环境中发育的肠T细胞的表现型（Croitoru 和Ernst 1993）。因为这些T细胞存在于上皮组织中，因此，在肠道病原微生物与动物接触的第一个部位即肠上皮第一道防线上，T细胞起关健的防御作用。有些试验数据支持T细胞有这种保护作用，而另外一些报道则表明肠道中的T细胞主要起免疫调节作用。实际上，T细胞是否介导细胞毒性、是否参与肠腔抗原的口服耐受，还是两方面都参与，这一问题时至今日仍存在很多争论。

（六）免疫球蛋白A的分泌
人们对肠道免疫保护屏障中了解最清楚的就是IgA的合成。这些免疫球蛋白分子是由来源于骨髓而后游走到淋巴滤泡集结中的Ｂ淋巴细胞所合成。肠腔中的抗原被转移至淋巴小结间区并被居住在那里的抗原展示细胞呈递给辅助淋巴细胞（TH细胞）。接着辅助T淋巴细胞分泌细胞活素，而细胞活素可以刺激B淋巴细胞免疫球蛋白发生种类特异性转换，结果导致B淋巴细胞合成一种单一抗体。

三 共拥粘膜免疫系统

由于至今尚不清楚的原因，淋巴滤泡集结中的微环境特别有利于B淋巴细胞在种类特异性转换中变成产生IgA的表现型（Kagnoff 1993）。产生IgA的B淋巴细胞在离开淋巴滤泡集结并通过系统循环以后，又迁移回到肠粘膜表面，并在此进一步分化成能够产生大量抗体的浆细胞。一旦抗原再次侵入机体，则浆细胞产生抗原特异性IgA，而后这些IgA被转和释放到肠粘膜的表面（Mostov，1994）。

粘膜IgA抗体给动物以免疫保护作用，其作用机理如下（Kagnoff 1993）：
1) 防止细菌或毒素附着在小肠的上皮细胞上。
2) 直接杀死病原体。
3) 通过细胞介导的胞毒作用杀死病原体（Kraehenbuhl 和 Neutra 1992）。

产生IgA 的B淋巴细胞的再循环或"回家"特性具有重要意义，一旦一个粘膜部位遇到了病原体，则通过这种再循环机制，可以使许多其它粘膜表面获得广泛的免疫力，这种一旦一处粘膜获得免疫，其它部位粘膜亦可受免疫保护之宜的机制被称为共拥粘膜免疫系统（Common mucosal immune system）。

四 主动免疫

有关猪肠道主动免疫发育过程的研究，至今仍然很有限。粘膜免疫作为一个独立的研究领域仍然很落后，即使在试验动物和人体上亦是如此。猪粘膜免疫方面的大部分资料均是有关IgA免疫系统发育的。几个研究机构最近将注意力集中在猪肠道中T细胞的亚群上。

五 淋巴滤泡集结的发育

猪在空肠和回肠上段约有30个相互独立、散在分布的淋巴滤泡集结，在回肠末段有连续的淋巴滤泡集结，另外在结肠也有10个不规则的淋巴滤泡集结（Gaskins 1997）。这些T淋巴细胞亚群的大小随动物生长而变大，但这些集结的数目和位置则保持恒定不变。但一个T淋巴细胞亚群之内的淋巴细胞的组成则随着动物发育而变化。比如 ，三周龄之前，产IgM的B淋巴细胞一直多于产IgA的淋巴细胞，三周以后产IgA的淋巴细胞则占据主导地位。到第四周龄时产IgA的B淋巴细胞数目达到成年水平，不再增强，而产IgM的B淋巴细胞数目在3-4月龄以前一直不断增加 (Rothkotter 等1991)。

研究亦发现，淋巴滤泡集结中的T淋巴细胞（CD4+和CD8+均如此）也不断增加。因肠道区域不同，猪肠道的主动免疫直到4-7周才能发育完成。显然，对新生仔猪而言，这也正是肠道感染最严重的时期。

六 发育模式

仔猪出生时T和B淋巴细胞就存在于固有层中。随着出生后头四周细胞数目的翻番（Bianchi 等1992），未成熟的T淋巴细胞开始分化。产CD4+的T淋巴细胞的数目在生后的第一周急剧增多，而产CD8+的T淋巴细胞数目在动物出生时较低，在5-7周龄时也仅有中等幅度的提高（Stokes 等1992）。在成年猪，产CD8+ 的T淋巴细胞如在血液中一样，在固有层中亦占主导地位（Stokes 等1992）。产CD4+的淋巴细胞主要分布在肠绒毛的中心，而产CD8+的淋巴细胞则主要集中在基膜附近。

肠道中T淋巴细胞对有丝分裂原的反应能力要一直等到9-11周龄才能发育完成（Wilson 等1986）。因为肠道中T细胞的功能尚未确定，所以这种发育滞后的意义尚不清楚，有待于进一步研究。

七 细胞分布区域化的意义

Vega-lopez 等人于1993年研究了新生仔猪肠道抗原展示细胞的发育。初生时巨噬细胞以较低的数目均等地分布于肠绒毛和隐窝区，出生后不久这些细胞数目增加，并主要集中于隐窝区，且在五周龄时达到成年时的细胞数目。树突状细胞（另一种重要的抗原展示细胞）也随着年龄的增长而增长。这些细胞主要集中在肠绒毛上而不是集中在固有层的隐窝中（Stokes 等1992）。

细胞分布区域化的功能意义尚不清楚，鉴于抗原展示细胞在炎症和免疫机制中的中心作用，因此有必要对细胞分布区域化的功能做深入研究。

八 养猪业的损失及肠道粘膜免疫研究的意义

幼龄猪粘膜主动防御机制建立的滞后原因以及猪免疫系统的某些方面有很多东西我们尚不十分清楚。营养对粘膜免疫系统的影响，这一问题也未引起人们的足够关注。我们对猪肠道微生态区系，特别是在刚出生和断奶后这两个关键时期的了解极为浮浅。

养猪业在仔猪出生至断奶这段时间经历了很大的损失，造成损失的主要原因是刚出生的仔猪免疫力差导致对肠道疾病特别敏感。新生仔猪对病原微生物侵袭的最敏感时期是乳中母源抗体下降，而自身主动免疫力尚未发育健全这一特殊时期。主动免疫系统无论以形态学角度还是从功能学角度都尚不成熟，而来源于母体的免疫球蛋白将系统性地防止病源的侵入。初生仔猪所遇到的大部分病原微生物主要存在于粘膜表面，而这里恰恰IgG抗体含量 低，因此并基本不起作用。

抗生素能广泛用来促进生长和改善饲料转化率，然而其作用机理一直不清楚。直接饲喂的微生物制品可能代替饲料中的抗生素。但遗憾的是直饲微生物制品促进动物健康和生产性能的作用机理亦不清楚。基于新生仔猪高死亡率造成损失的严重程度以及该问题与仔猪免疫力低下的关系，今后需要在这方面深入研究以弄清这一问题的根源，这对养猪业必将有所裨益。

养猪的人

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任明武

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caolijun

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