日粮营养调控动物肠道黏膜免疫研究


    摘要肠道推股免疫是动物机体防止感染的第一防线,是整个动物机体免疫系统的重要一组成部分。目一前。营养绝子的调控是维持其正常结构和生理功能的重要手段之一、本文综述了动物肠道黏膜免疫系统的组成、肠道黏膜免疫系统的免疫机制以及其营养调控。

    动物存在黏膜免疫系统(Mucosal Immune Sys-tem,MIS),肠道黏膜不仅是消化、吸收营养物质的场所,而且还具有重要的免疫功能。这是由于肠道中存在着多种微生物,这些微生物可在肠道中形成菌丛(一般有100~300种之多);肠道在与这类微生物共存的同时,还可识别入侵的有害微生物并排除被肠黏膜上皮吸收的异己物质,因此肠道黏膜免疫也是机体防止感染的防线。本文主要综述了动物肠道黏膜免疫系统的组成、免疫机制以及其营养调控。

    1 肠道黏膜免疫

    1.1黏膜免疫

    动物机体内都存在着黏膜免疫系统。黏膜免疫系统在抵抗感染方面起着极其重要的作用,黏膜表面与外界抗原直接接触,是机体抗感染的第一道防线(Salminen等,1998)。事实上,机体感染的主要途径也是消化道、呼吸道等黏膜系统。黏膜免疫是指机体与外界相通的肠道黏膜表面的免疫,大量免疫细胞和免疫分子弥散在上皮内及轮膜下,由单个或多个淋巴滤泡聚集成节,如:阑尾、扁桃体及大量外分泌腺构成与黏膜相关的淋巴组织。包括胃肠道轮膜、呼吸道黏膜、鼻黏膜、生殖道黏膜(祁保民等,1998)。

    1.2 黏膜免疫系统的构成

    黏膜免疫系统主要由三部分构成:①黏膜结合淋巴组织,是黏膜接触并摄取抗原和最初反应产生的部位,即免疫球蛋白

    A(Immunogfobulin A,IgA)的诱导部位,包括:肠黏膜结合淋巴组织、支气管部膜结合淋巴组织,眼结膜结合淋巴组织等黏膜淋巴组织;②致敏淋巴细胞散布途径,主要是淋巴循环及血液循环;③黏膜免疫效应部位,全身的黏膜组织、胃肠道、呼吸道、生殖道和多种分泌腺等。其中肠道黏膜固有层是最大的部膜效应位点,从中可分离到大量的IgA型浆细胞;效应位点中的T细胞大部分为CD3、CD4、CD5,显示辅助性T淋巴细胞(TH)功能,但大约 1/3的 T细胞是 CD3 、CD4 CD+5,可能表现为细胞毒性或抑制作用(高齐瑜,1997)。

    1.3 黏膜免疫系统功能性组分

    肠黏膜上皮细胞包括肠上皮细胞、杯状细胞(可生成三叶状蛋白,通过聚合粘性糖蛋白来保护上皮细胞免受外部损害,从而保证宿主防御)、潘氏细胞。未分化细胞和内分泌细胞。还有特异性的上皮细胞,如滤泡相关上皮细胞、膜上皮细胞。肠黏膜上皮细胞数量居多,核呈卵圆形,顶部有大量线粒体,胞质内有丰富的溶酶体,微管、微泡系统发达,细胞蚊状缘由致密微绒毛。

    上皮间淋巴细胞:肠黏膜上皮细胞基侧膜之间存在一类淋巴细胞,多为T细胞(吴翰桂等,2000)。

    肠上皮细胞:肠上皮细胞间以紧密连接为主,剧状缘表面分布致密的碱性磷酸酶,与分泌型IgA(SIgA)、杯状上皮细胞分泌的黏液构成动物体与外界的一层屏障,阻止绝大部分外来抗原致病原的侵入。肠上皮细胞可以表达主要组织相溶性Ⅰ,Ⅱ(major histocompatibility complex classⅠ.Ⅱ,MHC-Ⅰ,Ⅱ)类分子抗原和CD1抗原,发挥抗原传递功能;它通过产生分泌片,有效转运SIgA从黏膜固有层进入肠腔,参与SIgA的分泌,并产生大量都膜免疫调节因子。

    分泌型IgA(SIgA):IgA分为血清型(主要以单体形式存在于血液中)和分泌型(主要以二聚体形式存在干部膜中),SIgA由双体以J链在FC顶端相连而成,分泌片盘绕在双体表面,以共价键(S-S)结合。主要功能有中和病原体、免疫排斥、促进天然因子作用以及调节黏膜免疫反应。

    1.4 肠道黏膜免疫系统的组成

    肠道黏膜的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。肠道黏膜固有层含有大量的T淋巴细胞群、B淋巴细胞群(分泌IgA)、巨噬细胞、肥大细胞,这些免疫细胞有的呈散在性分布,有的聚集在一起形成淋巴滤泡集结,在空肠和回肠上段约有30个相互独立的散在分布的淋巴滤泡集结,在回肠末端形成连续的淋巴滤泡集结,在结肠形成10个不规则的淋巴滤泡集结。

    1.5 肠道黏膜免疫系统的免疫机制

    发生在肠道中的黏膜免疫反应是由肠黏膜表面附着的抗原引发的。肠道黏膜中的淋巴滤泡集结将抗原物质转移到淋巴滤泡集结的巨噬细胞,巨噬细胞对抗原进行加工,并将抗原转给辅助性T细胞,辅助性T细胞激活B淋巴细胞,B淋巴细胞分化、增殖产生大量的分泌型IgA

    SIgA接着被转运到胸腔中,发挥其生理功能。有些B淋巴细胞游走到呼吸道、乳腺等其他组织器官的黏膜表面,使机体整个免疫系统被激活,从而抵抗病原微生物的入侵维持机体的健康状况。肠道黏膜免疫系统是动物整个机体免疫系统的重要组成部分,营养因子的调控是维持其正常结构和生理功能的重要手段之一。

    2 调控肠道黏膜免疫系统的营养因子

    2.l 谷氨酰胺

    谷氨酰胺是肠黏膜上皮细胞和淋巴细胞的主要能源,同时又是细胞增殖分化所需要的氮源,肠新膜上皮细胞的增生修复极快,需要大量的谷氨酸胶。正常情况下谷氨酸胺主要从肠道或循环中摄取(Fitzik等.1999)。在急性坏死件胰腺炎(ANP)状态下,肠黏膜血液灌注减少,致使产生I-lgA的浆细胞也减少。合成分泌型IgA减少,肠腔细菌分泌型IgA包被率下降,是ANP致肠道免疫功能低下的直接证据。分泌型IgA的减少导致肠黏膜抗细菌粘附。定植能力减弱,细菌和毒素大量移位至肠外器官,刺激各类炎症因子的大量释放,产生全身性炎症反应,从而引起细菌和毒素的再次大量入侵,引发多器官功能障碍。实验结果证明:谷氨酰胺能促进肠道黏膜淋巴细胞利用谷氨酰胺,促进分泌型IgA的合成和分泌,使肠腔分泌型IgA总量增加,细菌包被率上升,从第一环节减少细菌的粘附,防止肠黏膜受到再次损伤(Bruk等,1989)。此外研究表明,在21日龄断奶仔猪的玉米豆粕日粮中添加1.0%谷氨酸胺,在断奶后第一周可防止空肠绒毛萎缩,能缓解小肠结构的改变,减少肠道的通透性和肠道细菌/内毒素的易位,并且能够促进隐窝细胞增生和肠腔内部液凝滞体的分泌,维护小肠的物理屏障(Wu等,1986)。

    2.2 核苷酸

    核苷酸能够加速肠细胞的分化、生长与修复。Uauy等(1990)用无核酸的纯合日粮及同种日粮中加0.8%的核苷酸饲喂断奶小鼠2周,结果表明添加核苷酸组小鼠小肠绒毛高度、肠壁厚度。总蛋白质量、DNA含量都高于无核酸日粮组。欺小兵等(1999)观察到肉雏鸡纯合日粮中补充嘌呤核苷、嘧啶碱基,提高了鸡肠绒毛高度以及肠道蛋白质合成率。玉米豆粕日粮补充核苷或补充鱼粉日粮组肠道黏膜蛋白酶比活力极显著高于对照组。核苷酸、核苷可通过影响肠RNA和DNA含量而影响肠道蛋白质合成,这可能是由于核苷酸影响了肠基因的翻译及翻译因子的活性。Tslljinak等研究发现,与胃肠外营养组(PN组)相比,添加核苷酸-核苷混合物组(OG组)的小鼠空肠黏膜重量、蛋白质和DNA浓度都有明显升高,OG组的绒毛高度和二元胺氧化酶活性也显著高于PN组,说明补充核苷酸能促进肠细胞的增殖及其功能。日粮中添加核苷酸可以提高动物小肠黏膜的麦芽糖酶、乳糖及蔗糖酶活性,对十二指肠及空肠近端的酶活性影响较大(Nunez等,1990)。此外,日粮核苷酸还可以减少肠道受感染和伤害的机率,保护小肠细胞免受自由基的攻击(施用辉等,2000),保护肠道及加速因饥饿应激、感染对肠道的损伤(Buneo,1994)。

    2.3 短链脂肪酸(SCFAs)

    SCFAs包括醋酸、丙酸、丁酸异丁酸、戊酸和异戊酸,正常情况下,空肠、回肠和结肠都存在SCFAs,但主要存在结肠中,是由肠腔内的厌氧细菌对碳水化合物无氧酵解后产生,可促进结肠吸收钠和水,并对结肠黏膜有营养作用。直接将SCFAs灌入回肠还能刺激盲肠和较远段空肠黏膜细胞增生,此作用可能是通过释放某种肠营养肽所致。纤维素对肠黏膜的营养作用也可由SCFAs介导。Krinke(1989)在结肠内注入SCFAs,发现丁酸盐比酮体、氨基酸或碳水化合物更易于被结肠细胞氧化,是主要的结肠营养因子。利用大鼠结肠吻合口模型,向结肠内灌注SCFAs,观察其对结肠吻合口的愈合能力的影响,结果发现SCFAs通过刺激结肠黏膜细胞增殖和胶原纤维再生而明显促进吻合口的愈合。Koruda(1988)研究证明,在肠外营养中添加SCFAs从结肠造瘘口滴入,治疗结肠炎,可使肠道炎症消退,其作用可维持14个月之久,而滴入葡萄糖或盐水则症状不见改善。李可洲等(1999)研究发现,SCFAs能促进完全肠外营养(TPN)大鼠小肠黏膜细胞增生,减轻TPN肠黏膜萎缩,从而维持部膜形态基本正常,有保护肠黏膜的机械屏障作用。

    SCFAs促进小肠黏膜细胞增生、维护肠部膜形态的作用机制尚不十分清楚。TPN支持时,胰液的分泌处于抑制状态,而SCFAs则能增加胰酶的分泌,胰液对肠道的生长有营养刺激作用,这也可能是SCFAs促进肠黏膜生长的途径之一。SCFAs尤其是乙酸盐可扩张肠道血管、增加肠道血流,可能有助于肠黏膜形态的维持。对大鼠行TPN支持时,加用SCFAs后第 3天和第7天肠道对葡萄糖的吸收能力均增强,同时葡萄糖转运蛋白一l(SGU-l)和葡萄糖载体一2(GLUT-2)的mRNA表达也明显升高,这可能改善肠上皮细胞的能量供应及代谢状态,也有助于部膜细

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