斷奶仔豬應激性腹瀉及其營養調控

丁澤強 董 麗 喻禮懷

(揚州大學動物科學與技術學院,揚州 225009)

仔豬在早期斷奶過程中,由于外界的各種應激源和自身生長發育不完善易發生應激性腹瀉,我國每年有大量斷奶仔豬因應激性腹瀉而死亡或淘汰,對養殖業造成了巨大損失,因此如何緩解仔豬在斷奶期間的應激性腹瀉是十分重要的。本文從斷奶仔豬應激性腹瀉發病原因、發病機制以及緩解斷奶仔豬應激性腹瀉的營養調控進行了綜述,以期為緩解和治療斷奶仔豬應激性腹瀉提供必要的參考。

1 斷奶仔豬應激性腹瀉的發病原因

斷奶應激性腹瀉是仔豬斷奶后在各種應激源的作用下腸道受損導致的腹瀉[1-2]。斷奶應激主要包括營養應激、環境應激、心理應激等[2]。營養應激主要是指仔豬的飲食發生了巨大的變化,仔豬從剛出生時期的母豬乳汁喂養過渡到飼料喂養,無論從營養成分的組成還是消化吸收的難易程度等方面都存在較大差異,這對于仔豬的消化系統是一種巨大的應激。斷奶會影響仔豬腸上皮細胞的增殖[3],還會破壞腸道原有的微生物區系[4]。仔豬飲食從母乳變為飼料,對腸道原來的微生物區系造成了破壞,這可能是斷奶仔豬發生腹瀉的主要原因之一。到目前為止,還沒有研究證實早期斷奶仔豬是否伴有腸道病毒群落紊亂?？傮w來說,早期斷奶應激對仔豬腸道病毒的種類影響不大,某些特異性病毒的豐度不平衡可能是區分健康仔豬和腹瀉仔豬的關鍵生物學標志[5]。環境應激是指在仔豬斷奶期間常因轉群和運輸等操作導致外界環境的改變引起的仔豬應激,一方面是仔豬由哺乳圈舍轉入保育圈舍引起的應激,另一方面是斷奶仔豬轉圈時運送過程產生的應激[6]。在轉圈和運輸過程中,豬暴露于多種應激源,包括裝卸搬運、溫度波動、與不熟悉的豬混合、缺乏飼料和水的供給、接觸新的環境、振動和噪聲等[7],這些都可能引起仔豬應激,導致福利降低、發病率和死亡率增加。心理應激主要是由于環境的改變等引起,由于仔豬斷奶后從產房轉到保育舍,這種與母豬的分離和豬舍環境的改變以及可能面臨的長距離運輸轉群,從依靠母豬的生活方式轉變成完全獨立生活,很容易造成仔豬心里狀態的極度不穩定[8]?？傊?這些在斷奶階段的各種外界壓力促使仔豬發生應激,包括食物變化導致的腸道損傷和腸道微生物群改變、轉群和運輸等環境方面的變化以及斷奶期間心理的壓力。除此之外,仔豬自身腸道發育不完善、光照時間不充足都會引起應激性腹瀉。

2 斷奶仔豬應激性腹瀉的發病機理

斷奶應激造成仔豬腸道形態結構改變、腸道微生物紊亂以及腸道屏障功能損傷,激活核因子-κB(NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)以及信號傳導及轉錄激活蛋白(STAT)等多種信號通路,同時影響斷奶仔豬內分泌系統,導致仔豬發生應激性腹瀉。

2.1 腸道屏障功能受損

腸道機械屏障損傷表現在腸上皮緊密連接被破壞和腸道通透性增加使得病原微生物更容易穿過腸黏膜屏障,引發腸道疾病,誘導腹瀉。Hu等[9]的研究表明,仔豬斷奶后空腸中閉合蛋白(Occludin)、閉合小環蛋白-1(ZO-1)和封閉蛋白-1(Claudin-1)的mRNA表達量有所下降。Wang等[10]研究表明,早期斷奶仔豬空腸中緊密連接蛋白表達的降低與腸上皮細胞旁通透性的增加相吻合。Smith等[11]證明,早期斷奶會導致仔豬腸道黏膜屏障功能受損。杯狀細胞釋放的黏蛋白保護上皮細胞免受腸道菌群的影響,并提供了一個屏障來防止潛在病原體滲透到上皮細胞和細菌過度生長。杯狀細胞黏蛋白上大量的硫酸鹽和唾液酸的存在對于凝膠的形成非常重要,因此,對于維持小腸黏膜表面的保護層以保護動物免受腸道病原體的侵害非常重要[12]。此外,Hedemann等[13]的研究表明,早期斷奶不僅會導致仔豬腸道黏蛋白分泌減少,還會改變黏蛋白的糖基化模式,從而削弱腸道化學屏障功能,增加腸道感染的概率。黏蛋白分泌和表達的變化會引起炎癥并損害腸黏膜免疫屏障[14]。類似地,Einerhand等[15]發現,黏蛋白2(MUC2)基因在斷奶仔豬中受到負調控,這表明斷奶破壞了腸道中的化學屏障。腸道菌群是一個動態變化而且十分復雜的系統,仔豬在斷奶前后的腸道菌群變化特征見表1。有研究表明,腹瀉仔豬腸道中大腸桿菌的數量比健康仔豬顯著升高,雙歧桿菌和乳桿菌等菌群的數量顯著下降[16]。綜上可知,腸道屏障功能受損是引發仔豬應激性腹瀉的主要原因。

表1 仔豬在斷奶前后的腸道菌群變化特征

2.2 調控信號通路

研究表明,早期斷奶可增加仔豬的腸道通透性,改變細胞因子和緊密連接蛋白的表達,并激活MAPK信號通路;早期斷奶還可導致自噬減少,表現為自噬流量的抑制,同時誘導Toll樣受體4(TLR4)/p38MAPK/白細胞介素-1β(IL-1β)介導的凋亡途徑以及IL-1β前體的激活[21]。當小鼠腸道受到微生物入侵時,TLR4/p38MAPK信號的激活加速了p38MAPK的磷酸化,從而進一步誘導IL-1β的釋放[22-23]。此外,產氣莢膜梭菌C型感染在仔豬回腸中涉及誘導TLR4/髓樣分化因子88(MyD88)/NF-κB信號通路的宿主免疫反應,這可能為產氣莢膜梭菌C型感染引起的仔豬腹瀉的先天免疫機制提供了有價值的信息,TLR4/MyD88/NF-κB是引起仔豬腹瀉常見的信號通路[24];TLR4的激活與幾種細胞類型中促炎細胞因子的表達和NF-κB信號通路的激活有關,腸細胞中TLR4激活在新生兒壞死性小腸結腸炎(NEC)發病機制中起著關鍵作用,研究發現小鼠和人類的NEC與腸黏膜中TLR4的表達增加有關[25]。Wang等[26]研究發現,天冬氨酸通過抑制TLR4、核苷酸寡聚結構域(NODs)/NF-κB和p38信號通路減輕了斷奶仔豬腸道的損傷。斷奶引起仔豬腸道炎癥,與激活仔豬空腸中NF-κB和STAT-3信號通路以及抑制STAT-1和STAT-6信號通路的激活有關[27]。Wang等[28]研究發現,?；撬嵬ㄟ^還原型谷胱甘肽(GSH)/氧化型谷胱甘肽(GSSG)抗氧化系統和核因子E2相關因子2(Nrf2)/抗氧化反應元件(ARE)信號通路改善斷奶仔豬的生長性能和腸道健康;Xun等[29]研究發現,白藜蘆醇通過調節芳香烴受體(AhR)/Nrf2信號通路來保護斷奶仔豬腸道免受氧化損傷和緩解腸道炎癥。綜上可知,仔豬斷奶應激會激活NF-κB、MAPK以及STAT等信號通路,從而引發腸道炎癥,導致仔豬腹瀉。與斷奶仔豬應激性腹瀉有密切聯系的信號通路還有Nrf2/ARE和AhR/Nrf2等信號通路。

2.3 改變內分泌

斷奶過程中的一系列應激源會激活仔豬下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸,HPA軸的激活導致促腎上腺皮質激素釋放激素(CRH)的分泌。垂體前葉的內分泌細胞通過合成和分泌促腎上腺皮質激素(ACTH)對CRH作出反應。Yu等[30]研究發現,斷奶應激顯著提高了仔豬血漿皮質醇(COR)水平以及c-Jun和CRH受體-1(CRHR-1)mRNA在腦垂體的表達,抑制了下丘腦c-fos和CRHmRNA的表達。斷奶應激會引起仔豬ACTH、糖皮質激素(GC)的分泌量明顯增多[31]。綜上可知,斷奶應激激活HPA軸,造成仔豬內分泌紊亂,從而導致腸道發生損傷,進而使得胃腸道酶的分泌水平和消化吸收能力下降,導致仔豬發生腹瀉現象。

3 斷奶仔豬應激性腹瀉的營養調控

3.1 飼糧蛋白質和能量水平

研究發現,飼糧蛋白質水平低于20%會導致仔豬生長發育過程中表現不佳[32]。蛋白質水平高于20%的飼糧可通過影響腸道結構、屏障功能、黏膜免疫系統和腸道菌群平衡影響腸道健康,最終導致仔豬腹瀉率升高,但高蛋白質飼糧更能滿足斷奶仔豬的生長發育需求[33]。在一個以酪蛋白作為飼糧唯一蛋白質來源的試驗中發現,高蛋白質飼糧(30%酪蛋白)改變了斷奶仔豬的腸道微生物組成和代謝產物,從而誘發嚴重的斷奶后腹瀉,降低了仔豬的生長性能,而這種調控在仔豬生長中的潛在分子機制尚不清楚[34]。Wessels等[35]研究發現,在蛋白質水平為16.52%的飼糧中低劑量(0.3%)補充2種氨基酸混合物(AAB-1:L-精氨酸、L-亮氨酸、L-纈氨酸、L-異亮氨酸、L-胱氨酸;AAB-2:L-精氨酸、L-亮氨酸、L-纈氨酸、L-異亮氨酸、L-胱氨酸和L-色氨酸)均增加了十二指腸隱窩的深度,均可以緩解斷奶后腹瀉,但不會改變斷奶仔豬的生長性能。研究顯示,飼糧蛋白質水平從23%減少到19%或17%時,仔豬的生長性能可能會受到影響,但低蛋白質飼糧通過降低有毒微生物代謝產物如氨,有助于保持豬的腸道健康[36]。Muns等[37]研究發現,斷奶后飼喂高蛋白質飼糧仔豬的平均日增重、體重、腸道絨毛高度與隱窩深度都高于飼喂低蛋白質飼糧的仔豬。張遷等[38]研究發現,在低蛋白質飼糧中添加精氨酸可顯著增強生長豬的免疫功能和抗氧化能力。綜上可知,為了有效緩解斷奶仔豬應激性腹瀉同時不影響生長發育,建議將飼糧蛋白質水平維持在21%～23%,并補充一些必需氨基酸,同時還可添加具有促進腸道發育、修復腸道黏膜屏障、提高腸道免疫功能、改善腸道微生態平衡等功能的飼料添加劑,可有效預防高蛋白質飼糧導致的仔豬腹瀉[33]。

飼糧能量水平較高會降低仔豬的采食量,而較低的能量水平會減少蛋白質的沉積[39]。Guzmán-Pino等[40]研究表明,飼喂低能量水平(3.35 Mcal/kg,約為14.0 MJ/kg)飼糧的斷奶仔豬平均日采食量和平均日增重高于飼喂高能量水平(3.90 Mcal/kg,約為16.3 MJ/kg)飼糧的斷奶仔豬。Fang等[41]研究發現,代謝能(ME)水平為13.82 MJ/kg的飼糧可以改善斷奶仔豬的生長性能和營養物質消化率。Adebowale等[42]研究發現,ME水平為3 400 kcal/kg(約為14.2 MJ/kg)的飼糧可以提高斷奶仔豬的生長性能和營養物質消化率。Weng等[43]研究發現,突然斷奶后,仔豬仍然對母豬乳中的高油酸脂質有依賴性。Cui等[44]研究發現,中鏈脂肪酸甘油酯可以有效提高仔豬對營養物質的吸收和脂質代謝,以滿足斷奶仔豬的能量需求,進而調節斷奶仔豬的生長發育。Yi等[45]研究發現,飼喂5%生馬鈴薯淀粉改變了斷奶仔豬腸道的細菌群落組成并促進了腸道健康。豆粕可以為仔豬飼糧提供大量的能量和蛋白質,但是豆粕中的抗營養因子會干擾營養物質的消化、吸收和利用[46-47]。然而,飼糧中添加新鮮發酵豆粕可促進斷奶仔豬腸道形態發育,降低腹瀉發生率,新鮮發酵豆粕可能通過影響腸道微環境而改變腸道功能[48]。綜上可知,斷奶仔豬飼糧的能量水平建議在13～14 MJ/kg,添加適當馬鈴薯淀粉和新鮮發酵豆粕可緩解斷奶仔豬應激性腹瀉。

3.2 飼料添加劑

3.2.1 酸化劑

酸化劑可以促進仔豬生長并且減少腹瀉。Xiang等[49]證明,有機酸可能通過調節腸道屏障功能、腸道免疫力和微生物群來改善斷奶仔豬的生長性能和健康狀況。酸化劑通過降低仔豬飼料系酸力和胃腸道的pH殺滅或抑制病原菌,促進營養物質的消化吸收,最終提高仔豬的生長性能[50]。酸化劑分為單一型酸化劑和復合型酸化劑。研究顯示,飼糧中添加0.2%的乳酸型酸化劑后,斷奶仔豬胃、十二指腸和空腸pH均明顯降低,且斷奶仔豬十二指腸和空腸淀粉酶和脂肪酶活性均顯著提高[51];在斷奶仔豬飼糧中添加1%的復合有機酸化劑,對促進仔豬生長、降低腹瀉發生率具有積極的意義,值得在生產中推廣應用[52]。液體復合有機酸化劑(由甲酸、乙酸、丙酸、乳酸、檸檬酸組成)添加在豬群飲水中可以快速降低飲用水pH,顯著改善斷奶仔豬腹瀉情況[53]。綜上可知,酸化劑的使用可以通過調節腸道屏障功能、腸道免疫力和微生物群來減少斷奶仔豬應激性腹瀉的發生。

3.2.2 植物提取物

植物提取物具有調節腸道微生物、提高抗氧化能力和抑制炎癥反應的作用。在斷奶仔豬生產中,使用植物精油可以改善斷奶仔豬腸道健康、降低腹瀉率、提高生長性能,在生產中可以作為抗生素的替代品使用[54]。研究發現,茶樹油的主要成分4-萜品醇可以有效緩解斷奶仔豬的炎癥水平,降低炎癥損傷,提高斷奶仔豬的生產性能和腸道抗氧化能力,緩解腸道氧化損傷[55-56];飼喂添加120 mg/kg絲蘭提取物的飼糧可降低斷奶仔豬血清尿素氮水平,提高營養物質消化率,這可能與絲蘭提取物改善了斷奶仔豬空腸黏膜的形態、消化吸收酶活性和營養物質轉運體mRNA的表達有關[57];25 mg/kg槲皮素可抑制MAPK、Akt和NF-κB信號通路以及降低空腸中炎性細胞因子表達,可能通過調節腸道氧化狀態和炎癥來減輕豬在運輸過程中的腸道損傷[58]。綜上可知,植物提取物可通過調節腸道氧化狀態和抑制炎癥反應來減少斷奶仔豬應激性腹瀉的發生。

3.2.3 膳食纖維

研究顯示,膳食纖維可以改善斷奶仔豬的血糖和血脂水平,以及增強機體的抗氧化能力和免疫性能[59]。在生長性能方面,在斷奶后期飼糧中加入粗纖維濃縮物可提高仔豬的生長性能和飼料效率,可能有助于確保豬生長后期的生長潛力[60]。隨著飼糧中性洗滌纖維(NDF)水平的增加,仔豬的生長性能也隨之提高[61]。飼糧中添加5%玉米麩皮或5%小麥麩皮可能通過改變腸道菌群結構和改善丁酸鹽產生來增強斷奶仔豬的生長性能[62]。膳食纖維在一定程度上通過改變腸道微生物群組成和增加SCFAs的合成來改善腸道屏障功能,從而減輕局部和全身炎癥[63]。綜上可知,膳食纖維可以通過調節斷奶仔豬腸道菌群和增加SCFAs的合成來改善腸道免疫功能,進而提高仔豬的生長性能和降低腹瀉率。

3.2.4 氧化鋅(ZnO)

氧化鋅被認為是替代抗生素的最有效的飼料添加劑之一,但高鋅飼料目前已被禁用,仔豬飼糧中鋅上限為150 mg/kg。高水平的氧化鋅顯示出抗菌特性,可對抗仔豬斷奶后的細菌感染[64]。沸石負載氧化鋅(Sr-ZnO)比氧化鋅具有更好的生物利用度,仔豬斷奶后飼喂添加500 mg/kg沸石負載氧化鋅的飼糧可減少腹瀉,增加血清堿性磷酸酶活性,調節腸道菌群,最終降低腹瀉率[65]。有研究表明,小劑量(750 mg/kg)的多孔氧化鋅在降低斷奶仔豬腹瀉、促進生長性能、增加抗炎細胞因子和緊密連接與降低促炎細胞因子表達等方面均優于藥理劑量(3 000 mg/kg)的常規氧化鋅[66]。最新研究表明,包合氧化鋅對斷奶仔豬的抗腹瀉效果優于包被氧化鋅[67]。綜上可知,不同類型氧化鋅的適量添加均可有效改善斷奶仔豬的應激性腹瀉。

3.2.5 維生素

研究表明,飼糧中添加維生素A可以改善斷奶仔豬的生長性能,還可以通過影響腸道隱窩干細胞活性來調控腸道功能[68];飼糧中添加維生素B6可以調控斷奶仔豬腸道微生物組成和代謝,顯著改變斷奶仔豬肝臟和回腸的氨基酸代謝[69]。同樣的,Yin等[70]試驗表明,飼糧中補充4 mg/kg維生素B6可下調斷奶仔豬空腸炎癥細胞因子和上調氨基酸轉運蛋白mRNA的表達。Li等[71]研究發現,7 mg/kg維生素B6有降低斷奶仔豬腹瀉率的趨勢。此外,研究還發現,飼糧中添加維生素D3可以提升斷奶仔豬的日增重,提高抗氧化能力和免疫能力[72];維生素E高于80 IU可以緩解仔豬斷奶應激,影響炎癥基因的表達和回腸杯狀細胞的分化[73]。綜上可知,多種維生素,如維生素A、維生素B6、維生素D3和維生素E等,均可緩解仔豬應激性腹瀉。

3.2.6 其他

近年有越來越多的微生態制劑、中草藥等被發現具有改善和穩定斷奶應激過程中的腸道微生態平衡以及改善腸道屏障功能的作用。例如,Liang等[74]研究證明,丁酸梭菌作為一種新型的微生態制劑可以改變斷奶仔豬的腸道微生物群和代謝物譜,丁酸梭菌可為腸道健康提供潛在的益處。Chen等[75]研究發現,發酵中草藥可以通過促進腸道消化酶的分泌、改變腸道微生物多樣性、調節腸道短鏈脂肪酸含量、提高營養物質消化率等方式改善腸道健康,提高斷奶仔豬的生長性能。

4 小 結

綜上所述,導致斷奶仔豬應激性腹瀉的主要原因有營養應激、環境應激、心理應激。這些應激源引起仔豬腸道屏障功能受損,MAPK、NF-κB信號通路激活以及下丘腦-垂體-腎上腺內分泌系統紊亂,進而導致仔豬出現腹瀉。為緩解仔豬斷奶應激,仔豬斷奶期間應飼喂蛋白質水平為21%～23%、能量水平為13～14 MJ/kg的飼糧;此外,酸化劑、益生素、植物提取物、維生素和氧化鋅等添加到飼糧中均可有效緩解斷奶仔豬的應激性腹瀉,從而提高養殖業的經濟效益。