免疫应激与动物营养

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免疫应激与动物营养
为了提高母猪的繁殖成绩、降低仔猪生产成本，养猪生产的一项重大改革是推行仔猪早期断奶。然而大量研究发现，仔猪早期断奶后在病原性和非病原性抗原刺激下，被激活的单核／巨噬细胞系统和淋巴细胞，释放出一系列被称为细胞介素的化合物。这类化合物主要包括白细胞介素1（IL－1）、白细胞介素6（IL－6）和肿瘤坏死因子（TNF），它们不仅能活化免疫系统，使动物处于免疫应激状态，而且还能通过对靶组织的直接作用或通过改变动物体内某些激素的水平，来调节免疫应激过程中动物体内各种养分的代谢，使得日粮中的部分养分，不再用于动物生长和骨骼肌的沉积，而用于支撑免疫应答和防御疾病。本文主要就免疫应激对动物体内营养物质代谢、动物生产性能和营养物质需要量的影响作一综述，为研究免疫应激状态下和应激结束后动物的营养需要提供参考。
1  免疫应激对动物采食量的影响
    厌食是免疫应激期的典型症状之一。大量研究证明，当动物遭受免疫原刺激时采食量都会下降。给仔猪注射大肠杆菌脂多糖（LPS）200 μg／kg体重，其采食量在注射后的3 d分别下降 97％、48％和31％（van Heugten等，1994）。 van Heugten等（1996，1997）和DritZ等（1996）对仔猪、Webel等（1998）对鸡的研究，也都证明了免疫应激会抑制动物的食欲。研究发现，免疫急性期中动物食欲受抑现象主要由IL一1和TNF所介导，其IL－1对食欲的影响较TNF更大。McHugh等（1994）报道，向小鼠大脑内缓慢注入IL－1γ的拮抗物，可以阻止急性结肠炎导致的厌食。
2  免疫应激对养分代谢的影响
2.1  对蛋白质代谢的影响  免疫急性期中，整个机体的蛋白质周转速度提高，氮排出增加，外周蛋白质的分解加快，骨骼肌蛋白的沉积降低，但肝急性期蛋白（Acute－phase   protein，ACP）的合成量增加（Johnson，1997）。Jepson等（1986）研究发现，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）也报道，仔猪接受松油脂刺激后，其骨骼肌蛋白的合成率降低，纤维蛋白原（一种急性期蛋白）的合成率升高。IL－l、IL－6和TNF－α均能介导骨骼肌蛋白的降解。Tayek(1996)发现单独注射TNF后，骨骼肌中几种必需氨基酸和非必需氨基酸耗竭，血浆氨基酸（苯丙氨酸、丙氨酸和色氨酸除外）浓度降低。ACP的合成，也受IL－l、IL－6和TNF的介导（Richards等，1991），其中IL一6能直接刺激肝细胞氨基酸的吸收，而IL－l和TNF－α则主要是通过促进 IL－6的产生，来增加 ACP的合成。归结前人的研究，我们可以发现，当动物处于免疫应激状态时，其体蛋白质合成率下降，而降解率增加主要受4个因素的共同作用：l)免疫应激造成采食量下降，因而供给蛋白质合成所需的氨基酸受限。2)免疫急性期中，动物骨骼肌的的氨基酸摄入机制受抑，骨骼肌中核糖核酸（RNA）的合成受抑。3)ACP合成和其他免疫相关过程（如免疫球蛋白的合成）对氨基酸的需要量增加。在猪体内现已发现的 ACP主要包括： C一反应蛋白、α－l一酰基糖蛋白（α－l－ACP）和结合珠蛋白（haptoglobin）等。当猪接受免疫刺激时，血清中结合珠蛋白、C一反应蛋白以及α－1－ACP的浓度均升高。研究表明，供ACP合成的氨基酸至少60％来源于骨骼肌。当动物处于免疫急性期时，在细胞因子的作用下，肝的血流量和肝中氨基酸转运载体的数量增加，肝吸收和转运氨基酸的能力增强，以满足ACP合成增加对氨基酸的需要量 （Spurlock，1997）。4）骨骼肌氨基酸组成与ACP氨基酸组成的不同，导致从骨骼肌释放的氨基酸，超过ACP合成的需要（Reeds等，1994）。对C一反应蛋白、结合珠蛋白、纤维蛋白原等6种主要ACP的氨基酸组成分析发现，其芳香族氨基酸即苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的含量很高，其氨基酸组成模式与骨骼肌氨基酸组成模式相去甚远。因此在免疫应激状态下，为了满足ACP合成对芳香族氨基酸的需要，骨骼肌降解释放的其他氨基酸远超过免疫系统活动对其需要量。过量的氨基酸则用于氧化供能或供糖原异生，以满足对能量需要的增加，而脱去的氨基部分则随尿液排泄，从而推知免疫急性期的动物内源氮排泄可能增加。
2．2对脂肪代谢的影响 在啮齿类动物的研究中发现，血脂过多是对感染或炎症的一个已知应答现象。IL－l、TNF和IL－6都将介导脂肪的代谢变化，它们一方面通过降低脂肪组织中脂蛋白脂酶的活性，而降低甘油三酯类的清除率，另一方面增加肝脏脂肪酸的从头合成和非必需脂肪酸的重新酯化，造成极低密度脂蛋白的增加（Johnson，1997）。Memon等（1994）还发现，TNF－α除能增加肝中脂肪酸的合成，降低脂肪细胞中脂蛋白脂酶的活性外，还将抑制脂肪组织中脂肪酸的从头合成以及刺激脂肪的降解。Doerrler等（1994）就细胞因子对3T3－F442A脂肪细胞中脂肪代谢的影响进行了总结，见表1。
表1 细胞因子对脂肪细胞中脂肪代谢的影响
  种类         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  ↓  ↑  ↓  ↓
乙酰辅酶A羧化酶mRNA  ↓  ↑  ↓   
脂肪酸合成酶mRNA  ↓     ↓  ↓
激素敏感脂酶  ↓     ↓  ↓
脂肪降解  ↑  ↑  ↑  ↑
  注：mRNA为信使核糖核酸。
    但是Spurlock等（1997）、Frinck等（1996）和Webel等（1997）的试验却未发现受LPS刺激后仔猪体内的高甘油三酯血症，这与从啮齿类动物中所得到的结果不一致。其原因可能与不同动物体内脂肪酸从头合成的主要部位不同有关，鼠主要在肝脏，而猪主要在脂肪组织。
2．3对碳水化合物代谢的影响  免疫急性期中糖类的利用发生急剧增加。在IL一1和TNF的作用下，肝中糖原的异生和糖原分解过程加速，使葡萄糖生成增加（Andus等，1991）。在肝外组织中葡萄糖的氧化和葡萄糖转化为乳酸的速率均提高，以满足发烧导致的基础代谢率增加和特异性细胞增殖等免疫相关过程对能量的需要。试验发现，动物受LPS刺激后，表现出发热现象，Klasing等（1987）指出，发热时体温每升高l℃，基础代谢率会上升10 ％～15％。另外有研究证明，免疫急性期中动物的脂肪酸利用降低，这从另一方面证明以葡萄糖作燃料的供应增加。
2．4对矿物元素代谢的影响  免疫急性期中矿物元素的代谢也将发生变化，主要表现为：血清铜含量上升以及血清锌和铁含量降低（Klasing，1988）。IL－l促进血浆铜蓝蛋白的合成，使血清中铜含量升高（Klasing等，1987；Barber等，1988）。肝和其他组织中金属硫蛋白（MT）浓度的升高，导致血清锌的消失而暂时储存于MT中（Klasing，1984）。注射IL－l可诱导动物体内MT表达的增加。应激期中血清铁浓度的下降，部分是由于粒细胞释放的脱铁乳酸铁蛋白从转铁蛋白上将铁脱去，进行识别后，再由肝细胞将铁插入乳酸铁蛋白络合物中（Klasing，1984）。矿物元素的这种重新分配，是宿主防御机制的一种体现。
3  免疫应激对动物生产性能和体组成的影响
    研究表明，免疫反应会降低动物的生长速度和饲料利用率，改变其胭体组成。Klasing等（1987）观察到，与配对试验组相比，接受LPS刺激的鸡，其日增重（ADG）和饲料利用率（FCR）分别降低 17．l％和 17．0 ％。 Van Heugten等（1994，1996）也报道，仔猪受LPS刺激后，其ADG和FCR显著下降。堪萨斯州立大学的研究发现，隔离早期断奶的仔猪（免疫系统处于低活化状态）与传统饲养的仔猪（免疫系统处于高活化状态，即免疫应激状态）相比，77日龄时，前者比后者多增重16.8kg。Johnson（1992）也发现，药物介导早期断奶的仔猪，在63日龄时体重比传统饲养断奶的仔猪高17.4 kg。 Stahly（1994）和 William等（1997）的试验表明，免疫应激不仅会影响猪的生产性能，而且还将改变其胴体组成，使蛋白质的沉积降低，沉积脂肪/沉积蛋白质升高。
4免疫应激对养分需要量的影响
    免疫急性期中动物养分代谢变化显示，当免疫系统处于不同活化状态时，动物对各种养分的需要量可能发生改变。Klasing和Barnes （1988）在鸡的研究中发现，免疫应激降低其对赖氨酸和蛋氨酸的需要量。Stahly（1994）、Williams和Stably（1997）也报道，免疫系统处于不同活化状态下的猪，满足其最大生产性能需要的日粮赖氨酸水平不同见表2。
表2  生长肥育猪在高、低免疫激活状态下的LyS需要量  ％
类型  5.5～27kg  27～110kg
低  高  低  高
满足最大生产性能  1.50  1.20  0.75  0.60
满足最高胴体瘦肉率  1.50  0.90  1.20  0.75
  注：Williams等（1997c）。
    低免疫应激的猪生产性能好，所需赖氨酸的量也高，高免疫应缴的猪则相反，他们的研究结果还发现，不同免疫应激状态下，满足猪最高胴体瘦肉率的赖氨酸需要量也不同（表2）。由于赖氨酸是体组织蛋白质中的主要成分，而与维持功能有关的蛋白质（如 ACP）中，赖氨酸的比例却相对较低，含硫氨基酸的含量则相反，所以促进组织生长的因素，将提高动物对赖氨酸和蛋氨酸的需要量，但赖氨酸需要量的增加幅度较大（郑春田，李德发，1999）。
    同时由于免疫应激降低了动物的采食量，因而提高日粮能量浓度可能会使其生产性能有所改善。但研究表明，不同能量来源在不同动物上的效果差异很大。Benson等（1993）报道，在鸡的日粮中以脂肪作为主要能量来源时，会加重因免疫应激造成的生长抑制，而以玉米淀粉作为主要能量源时，能减缓免疫应缴造成的不良后果。但Stably等（1996）却报道，对处于适中或高水平抗原暴露的猪而言，日粮脂肪能量比淀粉能量更能有效维持较高的生长速度。为什么两个试验间会存在这种反差，尚需进一步探索。
    另外，有研究证明，添加较高剂量的维生素，能减缓动物的免疫应激。Bulger等（1997）研究发现，短期内供给大鼠大剂量维生素E，可抑制LPS诱导的巨噬细胞（MΦ）对TNF－α的分泌。Webel等（1998）也报道，给仔猪短期大剂量肌注d－α一生育酚，可显著降低LPS诱导的应激。原因可能在于免疫急性期的动物，其生成的细胞因子和自由基数量较多，而抗氧化性维生素（如维生素E、C、A）的添加，可削弱这些细胞因子和自由基的效应，从而减缓免疫应激。此外 Stably和 Cook（ 1996b）的试验还发现，对免疫系统处于高活化状态的猪而言，添加超过NRC推荐量的尼克酸、泛酸、核黄素、维生素B12和叶酸，可使其生长速度提高19％，料肉比降低6％。
5结语
    综上所述，当机体发生免疫反应时，动物的代谢将朝着加强免疫功能和抵御入侵异物方向改变，动物的采食量和生产性能会明显下降。近年来养猪业中一些新管理技术的发展和应用，减少了抗原入侵的机会或降低猪对抗原的生物敏感性，从而使猪只的免疫系统处于尽量低的激活状态，进而有利于仔猪的健康和营养物质在生产中的最大利用，发挥仔猪的最大生产潜力。但是在生产实践中，动物还是常遭受各种免疫原的刺激，其生长常处于一种正常→应激→恢复→正常的不恒定状态。因此为了保障动物的健康和最大限度发挥其生产潜力，弄清不同状态下其营养物质的代谢规律和建立适宜的需要量模式非常必要。

wujianping992

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wangqijun

好题材，感谢……
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sherier

这个方面好像还是理论多，　实用的少

dbnsjf

我们目前正在推广这方面的东西,应该是这几年的一个热点问题!

太阳黑子

看过了就回复一下........................

mzhdg

说的不错，很多地方都很好，但是现在好多条件都达不到呀，饲料企业需要提高整体水平