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斷奶應激對豬的「腸道屏障」發育有何長期影響?

696 來自: Xixi博士
簡介
今天我們來聊聊一篇綜述吧!這篇文章發表在2017年的Animal Nutrition期刊上,文章名為「Weaning stress and gastrointestinal barrier development: Implications for ...

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大家好!這是2019年第13篇「營養快報」。

今天我們來聊聊一篇綜述吧!這篇文章發表在2017年的Animal Nutrition期刊上,文章名為「Weaning stress and gastrointestinal barrier development: Implications for lifelong gut health in pigs」,即「斷奶應激與腸道屏障發育︰對豬腸道健康的長期影響」。

文章作者是美國密歇根州立大學獸醫學院的Dr. Adam Moeser教授團隊。寫得挺好!詳細闡述了腸道屏障的重要性,以及早期斷奶應激對其發育的短期 & 長期影響。


腸道屏障的重要性

首先,什麼是「腸道屏障」 (gut barrier)? 這個概念在以前的推送中講過好多次了有木有∼


來復習一下 --- 狹義上的腸道屏障指的是胃腸道的這一層隔開外部環境與動物體的單層上皮細胞 (epithelial cells)。而從廣義上講,隨著對腸道功能越來越多的了解,今天我們所說的腸道屏障其實是一個「多層屏障」(multi-layer barrier) 的概念, 它包括了微生物屏障(Microbial barrier, 共生細菌)+ 化學屏障(Chemical barrier, 黏液層) + 物理屏障(Physical barrier,上皮細胞層) + 腸道免疫屏障(Immunological barrier)。


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(多層腸道屏障. Cited from Hooper, 2009)


腸道屏障的角色那是相當重要。作為動物宿主與外界環境最大的接口,腸道屏障肩負著兩方面重要卻矛盾的功能︰

  • “防御”--- 一方面,為了保護宿主,腸道屏障必須保持良好的緊密性,來抵御病原菌與抗原對機體的入侵。

  • “入口”--- 但同時,腸道屏障又必須保持一定的通透性,最大限度地把營養物質轉移進入動物的循環系統,從而保證動物生長。



與此同時,通過免疫屏障與其他幾層屏障的交互作用,腸道屏障在調控腸道免疫系統上也發揮著重要的作用 --- 腸道作為機體最大的免疫器官,面對抗原,既要及時反應來防御機體感染,又要小心翼翼、避免過度免疫反應。因此,在“控制和反應上需達到一個微妙的平衡” (delicate balance between control and reactiveness)。


另外,腸道中的腸道神經系統 (enteric nervous system) 雖然不算傳統意義上的腸道屏障,但它通過釋放大量神經化學物質,在胃腸蠕動,腸道分泌與吸收,調節上皮細胞通透性上也發揮著非常重要的作用。同時,它還參與全身或局部胃腸道免疫反應的調節。


如此精細又復雜的日常工作,「腸道屏障」簡直是個大忙人啊!


責任這麼大,能力自然得匹配。腸道屏障的一大能力便是它所配備的多種「外部與內部防御機制」(extrinsic and intrinsic sophisticated mechanisms of defense)--- 舉個栗子,其一個重要的機制便是我們熟悉的腸道緊密連接蛋白(tight junction)與它所調控的細胞旁通透性。


引用以前一篇文章里的一段話︰


“ 這無數個腸道上皮細胞挨個排成一列,就好像一列士兵手挽著手,組成了一道抵抗外來有害物質的有力防線。那麼,細胞與細胞之間靠什麼連接呢?靠的是「緊密連接蛋白」家族(tight junctions)。可以想像,一旦緊密連接蛋白的合成、形態、或活性受損,細胞與細胞之間的間隙就會打開,細胞旁通透性(paracellular permeability) 升高,那麼,腸腔中不論好的壞的東西都能蜂擁而入,進入循環系統,對動物身體各個部位造成危害。同時,這個通透是雙向的,因此血液中本來要運輸給其它組織所用的營養物質,也有可能會倒漏入腸腔。這也就是我們俗稱的leaky gut。“

今天這篇綜述著重講了斷奶應激對物理屏障、免疫屏障、和腸道神經系統的影響。


出生後的腸道屏障發育

小豬出生後的頭三個月是腸道發育最重要的時期。除開基因調控,大部分的發育還是受到環境的影響,有著很大的可塑性 (a high degree of plasticity)。因此,如果在這個關鍵階段有任何外部干擾,腸道屏障的發育和功能將會受到不同程度的影響。


  • 物理屏障︰一般在出生後2-3周內發育。



  • 免疫屏障︰免疫屏障的發育在出生後一開始是被抑制的。這時候母乳中的免疫球蛋白和「抗炎細胞因子」會抑制免疫激活。出生幾周後,淋巴細胞開始產生,免疫作用不再被抑制。對于未斷奶的小豬,淋巴細胞數量在出生後6周趨于穩定。在此之後,外周淋巴器官開始成熟。


    因此,出生後的早期免疫抑制對于小豬免疫系統的長期發育是非常重要的;在此階段,不恰當的免疫刺激便自然可能會影響腸道免疫系統的發育。



  • 腸道神經系統︰小豬出生後,腸道神經系統會有大量變化發生,包括功能性神經環路的行成、神經節 脂生成、以及神經化學表型的變化"。這其中,膽堿能神經元(cholinergic neurons)是腸道中的主要神經系統代表。它的特異標志物之一,ChaT(choline acetyltransferase),是胃腸道中主要的興奮性神經遞質。


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仔豬出生後腸道屏障發育過程(Cited from Moeser et al., 2017)

斷奶應激和腸道屏障發育

上面說到,腸道屏障發育的窗口期至關重要,需要盡量保護其不受干擾。對于自然生長的仔豬,斷奶過程是一個循序漸進的過程,持續到大概10-12周的樣子,這恰好是胃腸道屏障發育成熟的時間點。而對于我們生產上的仔豬來說,斷奶卻是一個突然的過程,且遠遠早于自然斷奶的日齡,通常在14到30日齡之間。

所以呢,仔豬在胃腸系統最最最脆弱的時候,正好又踫上了生產上最大的應激(包括早期斷奶應激,疫苗應激,運輸應激,日糧改變應激...混群,打群架,建立新等級等等等等)

盡管如今斷奶後,大部分的仔豬也能活下來沒問題,但我們也不應忽視斷奶應激對于腸道屏障發育的潛在影響。

  • 斷奶應激對腸道屏障的直接影響 (immediate impact)


1). 物理屏障功能受損 --- 相對于同窩出生同樣大小但未斷奶的仔豬,斷奶仔豬的腸道屏障通透性增高 (也就是變成了leaky gut)。這種情況在斷奶後24小時內特別明顯,在接下來的兩周內會逐漸較少。

2). 突然激活腸道免疫系統 (斷奶仔豬的促炎癥細胞因子表達會上調)。

3). 激活腸道神經系統及其分泌活性。

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Healthy gut vs. Leaky gut

  • 「早期斷奶」應激對腸道屏障的長遠影響


1). 早期斷奶應激引起的leaky gut可以持續很久 --- 有研究表明它可持續到斷奶後9周、甚至到育肥期。

2). 損傷免疫屏障功能,造成免疫系統缺陷,從而極易感染疾病。

3). 引起「腸膽堿能系統」的持續上調。上面一段我們有提到,膽堿能系統是腸道的主要神經系統。鑒于它在免疫應答、腹瀉及屏障功能中的重要作用,它的上調可能是早期應激之所以增加疾病易感性的機制之一。

(這里所說的「早期斷奶」既指“早于自然斷奶”,也指“18天 vs. 28天斷奶“這類早期斷奶)

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(早期斷奶對腸道屏障功能發育的影響 . Cited from Moeser et al., 2017)

腸道屏障功能受損的可能機制

作者們在文章里提出了「CRF-Mast Cell Axis」這個概念,認為它是造成斷奶仔豬腸道屏障功能受損的可能機制之一。

CRF是啥?--- Corticotropinreleasing Factor, 即「促腎上腺皮質激素釋放因子」。在斷奶期間,仔豬產生應激反應, 從而會引起CRF等應激相關因子的升高。研究發現,斷奶後腸道屏障功能有所改變時,CRF和腸道CRF受體表達同樣也會提高,而其他應激激素(比如皮質醇)就沒有這種改變。另有實驗發現,如果在斷奶仔豬中使用「CRF受體拮抗劑」,阻止CRF與受體結合,那麼腸道屏障的受損程度便會減輕。這說明,CRF可能的確會參與調節斷奶仔豬的腸道屏障發育。

肥大細胞(Mast cells)呢?它存在于腸黏膜中,是非常重要的免疫調節因子,對于宿主防御是必需的。斷奶應激會引發腸道肥大細胞的活性增加;而和上面的實驗類似,若是使用藥物阻止肥大細胞活性的增加,那麼也可以一定程度緩解leaky gut。因此,肥大細胞在調控腸道屏障上同樣可能發揮著作用。

還有其它一些相關研究結果我就不在詳細講了。基于這些研究結果,作者提出的「CRF-Mast Cell Axis」機制如下︰

應激(如斷奶\混養\環境過于擁擠\疾病感染等)→ 激活CRF系統 → 激活肥大細胞增生 → 腸道通透性上升、屏障功能受損。

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應激造成腸道屏障功能受損的可能機制: CRF-mast cell axis. (Cited from Moeser et al., 2017)

一句話總結

  • 腸道屏障功能再重要不過;仔豬出生後前幾周是腸道屏障發育的重要窗口期。
  • 今天我們生產上斷奶日齡這麼早,這個應激對腸道屏障功能發育軌跡的影響不容忽視;它可能會帶來對腸道健康的長期危害,並導致日後豬只的疾病易感度增加。
  • 「CRF-Mast Cell Axis」可能是造成斷奶仔豬腸道屏障功能受損的機制之一。


看來,任何能夠幫助&保障仔豬腸道屏障發育的策略,都應對豬的長期健康有所意義。


英文博客︰Xixi | 翻譯&編輯︰Liting | 校正︰Xixi
原創︰ Xixi博士

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