免疫應(yīng)激與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)

新新寶貝 · 發(fā)表于 2007-3-28 08:48:01

免疫應(yīng)激與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)
為了提高母豬的繁殖成績(jī)、降低仔豬生產(chǎn)成本，養(yǎng)豬生產(chǎn)的一項(xiàng)重大改革是推行仔豬早期斷奶。然而大量研究發(fā)現(xiàn)，仔豬早期斷奶后在病原性和非病原性抗原刺激下，被激活的單核／巨噬細(xì)胞系統(tǒng)和淋巴細(xì)胞，釋放出一系列被稱(chēng)為細(xì)胞介素的化合物。這類(lèi)化合物主要包括白細(xì)胞介素1（IL－1）、白細(xì)胞介素6（IL－6）和腫瘤壞死因子（TNF），它們不僅能活化免疫系統(tǒng)，使動(dòng)物處于免疫應(yīng)激狀態(tài)，而且還能通過(guò)對(duì)靶組織的直接作用或通過(guò)改變動(dòng)物體內(nèi)某些激素的水平，來(lái)調(diào)節(jié)免疫應(yīng)激過(guò)程中動(dòng)物體內(nèi)各種養(yǎng)分的代謝，使得日糧中的部分養(yǎng)分，不再用于動(dòng)物生長(zhǎng)和骨骼肌的沉積，而用于支撐免疫應(yīng)答和防御疾病。本文主要就免疫應(yīng)激對(duì)動(dòng)物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、動(dòng)物生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需要量的影響作一綜述，為研究免疫應(yīng)激狀態(tài)下和應(yīng)激結(jié)束后動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要提供參考。
1  免疫應(yīng)激對(duì)動(dòng)物采食量的影響
厭食是免疫應(yīng)激期的典型癥狀之一。大量研究證明，當(dāng)動(dòng)物遭受免疫原刺激時(shí)采食量都會(huì)下降。給仔豬注射大腸桿菌脂多糖（LPS）200 μg／kg體重，其采食量在注射后的3 d分別下降 97％、48％和31％（van Heugten等，1994）。 van Heugten等（1996，1997）和DritZ等（1996）對(duì)仔豬、Webel等（1998）對(duì)雞的研究，也都證明了免疫應(yīng)激會(huì)抑制動(dòng)物的食欲。研究發(fā)現(xiàn)，免疫急性期中動(dòng)物食欲受抑現(xiàn)象主要由IL一1和TNF所介導(dǎo)，其IL－1對(duì)食欲的影響較TNF更大。McHugh等（1994）報(bào)道，向小鼠大腦內(nèi)緩慢注入IL－1γ的拮抗物，可以阻止急性結(jié)腸炎導(dǎo)致的厭食。
2  免疫應(yīng)激對(duì)養(yǎng)分代謝的影響
2.1  對(duì)蛋白質(zhì)代謝的影響  免疫急性期中，整個(gè)機(jī)體的蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)速度提高，氮排出增加，外周蛋白質(zhì)的分解加快，骨骼肌蛋白的沉積降低，但肝急性期蛋白（Acute－phase protein，ACP）的合成量增加（Johnson，1997）。Jepson等（1986）研究發(fā)現(xiàn)，大鼠接受LPS刺激后，其骨骼肌蛋白的降解率增加60％～1 00％，合成率降低52％，而肝ACP的合成率增加22％～35％。Jahoor等（1999）也報(bào)道，仔豬接受松油脂刺激后，其骨骼肌蛋白的合成率降低，纖維蛋白原（一種急性期蛋白）的合成率升高。IL－l、IL－6和TNF－α均能介導(dǎo)骨骼肌蛋白的降解。Tayek(1996)發(fā)現(xiàn)單獨(dú)注射TNF后，骨骼肌中幾種必需氨基酸和非必需氨基酸耗竭，血漿氨基酸（苯丙氨酸、丙氨酸和色氨酸除外）濃度降低。ACP的合成，也受IL－l、IL－6和TNF的介導(dǎo)（Richards等，1991），其中IL一6能直接刺激肝細(xì)胞氨基酸的吸收，而IL－l和TNF－α則主要是通過(guò)促進(jìn) IL－6的產(chǎn)生，來(lái)增加 ACP的合成。歸結(jié)前人的研究，我們可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)動(dòng)物處于免疫應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，其體蛋白質(zhì)合成率下降，而降解率增加主要受4個(gè)因素的共同作用：l)免疫應(yīng)激造成采食量下降，因而供給蛋白質(zhì)合成所需的氨基酸受限。2)免疫急性期中，動(dòng)物骨骼肌的的氨基酸攝入機(jī)制受抑，骨骼肌中核糖核酸（RNA）的合成受抑。3)ACP合成和其他免疫相關(guān)過(guò)程（如免疫球蛋白的合成）對(duì)氨基酸的需要量增加。在豬體內(nèi)現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的 ACP主要包括： C一反應(yīng)蛋白、α－l一酰基糖蛋白（α－l－ACP）和結(jié)合珠蛋白（haptoglobin）等。當(dāng)豬接受免疫刺激時(shí)，血清中結(jié)合珠蛋白、C一反應(yīng)蛋白以及α－1－ACP的濃度均升高。研究表明，供ACP合成的氨基酸至少60％來(lái)源于骨骼肌。當(dāng)動(dòng)物處于免疫急性期時(shí)，在細(xì)胞因子的作用下，肝的血流量和肝中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的數(shù)量增加，肝吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)氨基酸的能力增強(qiáng)，以滿足ACP合成增加對(duì)氨基酸的需要量（Spurlock，1997）。4）骨骼肌氨基酸組成與ACP氨基酸組成的不同，導(dǎo)致從骨骼肌釋放的氨基酸，超過(guò)ACP合成的需要（Reeds等，1994）。對(duì)C一反應(yīng)蛋白、結(jié)合珠蛋白、纖維蛋白原等6種主要ACP的氨基酸組成分析發(fā)現(xiàn)，其芳香族氨基酸即苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的含量很高，其氨基酸組成模式與骨骼肌氨基酸組成模式相去甚遠(yuǎn)。因此在免疫應(yīng)激狀態(tài)下，為了滿足ACP合成對(duì)芳香族氨基酸的需要，骨骼肌降解釋放的其他氨基酸遠(yuǎn)超過(guò)免疫系統(tǒng)活動(dòng)對(duì)其需要量。過(guò)量的氨基酸則用于氧化供能或供糖原異生，以滿足對(duì)能量需要的增加，而脫去的氨基部分則隨尿液排泄，從而推知免疫急性期的動(dòng)物內(nèi)源氮排泄可能增加。
2．2對(duì)脂肪代謝的影響在嚙齒類(lèi)動(dòng)物的研究中發(fā)現(xiàn)，血脂過(guò)多是對(duì)感染或炎癥的一個(gè)已知應(yīng)答現(xiàn)象。IL－l、TNF和IL－6都將介導(dǎo)脂肪的代謝變化，它們一方面通過(guò)降低脂肪組織中脂蛋白脂酶的活性，而降低甘油三酯類(lèi)的清除率，另一方面增加肝臟脂肪酸的從頭合成和非必需脂肪酸的重新酯化，造成極低密度脂蛋白的增加（Johnson，1997）。Memon等（1994）還發(fā)現(xiàn)，TNF－α除能增加肝中脂肪酸的合成，降低脂肪細(xì)胞中脂蛋白脂酶的活性外，還將抑制脂肪組織中脂肪酸的從頭合成以及刺激脂肪的降解。Doerrler等（1994）就細(xì)胞因子對(duì)3T3－F442A脂肪細(xì)胞中脂肪代謝的影響進(jìn)行了總結(jié)，見(jiàn)表1。
表1 細(xì)胞因子對(duì)脂肪細(xì)胞中脂肪代謝的影響
  種類(lèi)       TNF IL-1 IF-α IF-γ
脂蛋白脂酶活性  ↓  ↓  ↓  ↓
脂蛋白脂酶Mrna  ↓
脂肪酸的合成  ↓  ↑  ↓  ↓
乙酰輔酶A羧化酶mRNA  ↓  ↑  ↓
脂肪酸合成酶mRNA  ↓    ↓  ↓
激素敏感脂酶  ↓    ↓  ↓
脂肪降解  ↑  ↑  ↑  ↑
  注：mRNA為信使核糖核酸。
但是Spurlock等（1997）、Frinck等（1996）和Webel等（1997）的試驗(yàn)卻未發(fā)現(xiàn)受LPS刺激后仔豬體內(nèi)的高甘油三酯血癥，這與從嚙齒類(lèi)動(dòng)物中所得到的結(jié)果不一致。其原因可能與不同動(dòng)物體內(nèi)脂肪酸從頭合成的主要部位不同有關(guān)，鼠主要在肝臟，而豬主要在脂肪組織。
2．3對(duì)碳水化合物代謝的影響  免疫急性期中糖類(lèi)的利用發(fā)生急劇增加。在IL一1和TNF的作用下，肝中糖原的異生和糖原分解過(guò)程加速，使葡萄糖生成增加（Andus等，1991）。在肝外組織中葡萄糖的氧化和葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸的速率均提高，以滿足發(fā)燒導(dǎo)致的基礎(chǔ)代謝率增加和特異性細(xì)胞增殖等免疫相關(guān)過(guò)程對(duì)能量的需要。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物受LPS刺激后，表現(xiàn)出發(fā)熱現(xiàn)象，Klasing等（1987）指出，發(fā)熱時(shí)體溫每升高l℃，基礎(chǔ)代謝率會(huì)上升10 ％～15％。另外有研究證明，免疫急性期中動(dòng)物的脂肪酸利用降低，這從另一方面證明以葡萄糖作燃料的供應(yīng)增加。
2．4對(duì)礦物元素代謝的影響  免疫急性期中礦物元素的代謝也將發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為：血清銅含量上升以及血清鋅和鐵含量降低（Klasing，1988）。IL－l促進(jìn)血漿銅藍(lán)蛋白的合成，使血清中銅含量升高（Klasing等，1987；Barber等，1988）。肝和其他組織中金屬硫蛋白（MT）濃度的升高，導(dǎo)致血清鋅的消失而暫時(shí)儲(chǔ)存于MT中（Klasing，1984）。注射IL－l可誘導(dǎo)動(dòng)物體內(nèi)MT表達(dá)的增加。應(yīng)激期中血清鐵濃度的下降，部分是由于粒細(xì)胞釋放的脫鐵乳酸鐵蛋白從轉(zhuǎn)鐵蛋白上將鐵脫去，進(jìn)行識(shí)別后，再由肝細(xì)胞將鐵插入乳酸鐵蛋白絡(luò)合物中（Klasing，1984）。礦物元素的這種重新分配，是宿主防御機(jī)制的一種體現(xiàn)。
3  免疫應(yīng)激對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能和體組成的影響
研究表明，免疫反應(yīng)會(huì)降低動(dòng)物的生長(zhǎng)速度和飼料利用率，改變其胭體組成。Klasing等（1987）觀察到，與配對(duì)試驗(yàn)組相比，接受LPS刺激的雞，其日增重（ADG）和飼料利用率（FCR）分別降低 17．l％和 17．0 ％。 Van Heugten等（1994，1996）也報(bào)道，仔豬受LPS刺激后，其ADG和FCR顯著下降。堪薩斯州立大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，隔離早期斷奶的仔豬（免疫系統(tǒng)處于低活化狀態(tài)）與傳統(tǒng)飼養(yǎng)的仔豬（免疫系統(tǒng)處于高活化狀態(tài)，即免疫應(yīng)激狀態(tài)）相比，77日齡時(shí)，前者比后者多增重16.8kg。Johnson（1992）也發(fā)現(xiàn)，藥物介導(dǎo)早期斷奶的仔豬，在63日齡時(shí)體重比傳統(tǒng)飼養(yǎng)斷奶的仔豬高17.4 kg。 Stahly（1994）和 William等（1997）的試驗(yàn)表明，免疫應(yīng)激不僅會(huì)影響豬的生產(chǎn)性能，而且還將改變其胴體組成，使蛋白質(zhì)的沉積降低，沉積脂肪/沉積蛋白質(zhì)升高。
4免疫應(yīng)激對(duì)養(yǎng)分需要量的影響
免疫急性期中動(dòng)物養(yǎng)分代謝變化顯示，當(dāng)免疫系統(tǒng)處于不同活化狀態(tài)時(shí)，動(dòng)物對(duì)各種養(yǎng)分的需要量可能發(fā)生改變。Klasing和Barnes （1988）在雞的研究中發(fā)現(xiàn)，免疫應(yīng)激降低其對(duì)賴(lài)氨酸和蛋氨酸的需要量。Stahly（1994）、Williams和Stably（1997）也報(bào)道，免疫系統(tǒng)處于不同活化狀態(tài)下的豬，滿足其最大生產(chǎn)性能需要的日糧賴(lài)氨酸水平不同見(jiàn)表2。
表2  生長(zhǎng)肥育豬在高、低免疫激活狀態(tài)下的LyS需要量  ％
類(lèi)型  5.5～27kg  27～110kg
低  高  低  高
滿足最大生產(chǎn)性能  1.50  1.20  0.75  0.60
滿足最高胴體瘦肉率  1.50  0.90  1.20  0.75
  注：Williams等（1997c）。
低免疫應(yīng)激的豬生產(chǎn)性能好，所需賴(lài)氨酸的量也高，高免疫應(yīng)繳的豬則相反，他們的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，不同免疫應(yīng)激狀態(tài)下，滿足豬最高胴體瘦肉率的賴(lài)氨酸需要量也不同（表2）。由于賴(lài)氨酸是體組織蛋白質(zhì)中的主要成分，而與維持功能有關(guān)的蛋白質(zhì)（如 ACP）中，賴(lài)氨酸的比例卻相對(duì)較低，含硫氨基酸的含量則相反，所以促進(jìn)組織生長(zhǎng)的因素，將提高動(dòng)物對(duì)賴(lài)氨酸和蛋氨酸的需要量，但賴(lài)氨酸需要量的增加幅度較大（鄭春田，李德發(fā)，1999）。
同時(shí)由于免疫應(yīng)激降低了動(dòng)物的采食量，因而提高日糧能量濃度可能會(huì)使其生產(chǎn)性能有所改善。但研究表明，不同能量來(lái)源在不同動(dòng)物上的效果差異很大。Benson等（1993）報(bào)道，在雞的日糧中以脂肪作為主要能量來(lái)源時(shí)，會(huì)加重因免疫應(yīng)激造成的生長(zhǎng)抑制，而以玉米淀粉作為主要能量源時(shí)，能減緩免疫應(yīng)繳造成的不良后果。但Stably等（1996）卻報(bào)道，對(duì)處于適中或高水平抗原暴露的豬而言，日糧脂肪能量比淀粉能量更能有效維持較高的生長(zhǎng)速度。為什么兩個(gè)試驗(yàn)間會(huì)存在這種反差，尚需進(jìn)一步探索。
另外，有研究證明，添加較高劑量的維生素，能減緩動(dòng)物的免疫應(yīng)激。Bulger等（1997）研究發(fā)現(xiàn)，短期內(nèi)供給大鼠大劑量維生素E，可抑制LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞（MΦ）對(duì)TNF－α的分泌。Webel等（1998）也報(bào)道，給仔豬短期大劑量肌注d－α一生育酚，可顯著降低LPS誘導(dǎo)的應(yīng)激。原因可能在于免疫急性期的動(dòng)物，其生成的細(xì)胞因子和自由基數(shù)量較多，而抗氧化性維生素（如維生素E、C、A）的添加，可削弱這些細(xì)胞因子和自由基的效應(yīng)，從而減緩免疫應(yīng)激。此外 Stably和 Cook（ 1996b）的試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，對(duì)免疫系統(tǒng)處于高活化狀態(tài)的豬而言，添加超過(guò)NRC推薦量的尼克酸、泛酸、核黃素、維生素B12和葉酸，可使其生長(zhǎng)速度提高19％，料肉比降低6％。
5結(jié)語(yǔ)
綜上所述，當(dāng)機(jī)體發(fā)生免疫反應(yīng)時(shí)，動(dòng)物的代謝將朝著加強(qiáng)免疫功能和抵御入侵異物方向改變，動(dòng)物的采食量和生產(chǎn)性能會(huì)明顯下降。近年來(lái)養(yǎng)豬業(yè)中一些新管理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，減少了抗原入侵的機(jī)會(huì)或降低豬對(duì)抗原的生物敏感性，從而使豬只的免疫系統(tǒng)處于盡量低的激活狀態(tài)，進(jìn)而有利于仔豬的健康和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在生產(chǎn)中的最大利用，發(fā)揮仔豬的最大生產(chǎn)潛力。但是在生產(chǎn)實(shí)踐中，動(dòng)物還是常遭受各種免疫原的刺激，其生長(zhǎng)常處于一種正?！鷳?yīng)激→恢復(fù)→正常的不恒定狀態(tài)。因此為了保障動(dòng)物的健康和最大限度發(fā)揮其生產(chǎn)潛力，弄清不同狀態(tài)下其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝規(guī)律和建立適宜的需要量模式非常必要。