日糧營養與仔豬免疫功能的完善

牧童

來源:中國牧業網

仔豬出生后3周以內有15～30%的死亡，其中大約一半死于最初一周以內(Fahmy和Bernard,1971;Hendrix等，1978)，初生仔豬兔疫能力低是主要原因(Gaskins和Kelley,1995)。仔豬的免疫能力低與某些方面的發育特點有關，胎兒發育時母體的抗體(免疫球蛋白，Ig)不能進入胎兒體內，因此初生的仔豬沒有獲得性免疫保護;另外，初生仔豬免疫系統在解剖上和功能上的不成熟性，使仔豬的成活必須依靠母豬初乳和常乳中的抗體所獲得的被動免疫。因此，仔豬在母乳抗體水平下降，而本身的主動免疫機制發育成熟以前的時候，特別容易受到病原微生物的挑戰。仔豬獲得免疫保護主要來自于兩個方面:從母乳中獲得免疫保護(被動免疫)，在自然狀態下仔豬自身免疫系統的發育成熟(主動免疫)。 初生仔豬的免疫保護主要靠初乳傳遞的母源抗體的被動免疫方式獲得,而不是細胞介導的免疫。因為剛出生的仔豬本身的免疫系統還沒有建立起來，或者說初生仔豬本身的免疫系統還處于抑削狀態，主要原因可能包括血清高水平的可的松的抑制作用;仔豬免疫系統處于發育未成熟階段。一般認為，仔豬在3周齡以前，主動免疫系統還沒有發育成熟。仔豬產生主動免疫抗體大約是3周齡以后才開始，但直到4～5周齡時，所產生的抗體仍然較少。因此，3周齡是仔豬最關鍵的免疫時期。一方面，因為這時由初乳和常乳所產生的被動免疫抗體水平已很少，而本身的主動免疫抗體的產生還未完全成熟。另一方面這一過渡時期恰恰是斷奶仔豬的斷奶應激時期，特別需要保護。許多試驗顯示，仔豬的提早斷奶，將降低它們合成抗體的能力(Haye和Kornegay,1979;Blecha和Kelley1981)，也降低細胞免疫(Blecha，等1983)。仔豬斷奶的時間越早，這種影響作用越大。    　仔豬免疫功能的建立與完善受到多方面因素的影響，其中日糧營養有重要作用，這些營養因素包括維生素、微量元素、氨基酸、脂肪和日糧的抗原成分等。     一、仔豬非特異性免疫系統的發育     仔豬的免疫系統由具有免疫作用的細胞及其相關組織和器官組成，是產生主動免疫力的物質基礎，它包括中樞和外周免疫器官。仔豬的中樞免疫器官包括骨樁和胸腺;這是淋巴細胞等免疫細胞發生、分化和成熟的地方。胸腺一方面作為T細胞成熟的場所，另一方面也產生胸腺激素。外周免疫器官包括脾臟、淋巴結和粘膜相關淋巴組織，這是成熟的Ｔ細胞和B細胞定居、增殖和對抗原刺激產生免疫應答的場所。脾臟的主要作用有:濾過血液作用、滯留淋巴細胞作用、作為產生淋巴結細胞的主要場所的作用以及產生吞噬細胞增強激素作用。淋巴結一方面能過濾和消除異物，另一方面也是產生免疫應答的場所。而粘膜相關淋巴組織含有豐富的T細胞、B細胞及巨噬細胞等。粘膜相關淋巴組織包括派亞氏腺(PP)、淋巴小結和彌散淋巴組織。派亞氏腺主要分布于小腸，兼有抗原識別與免疫反應誘發功能(Binns和Pabst,1994)。它在腸道免疫系統中占最重要的地位，在結構上可分為三個區域:M細胞區、B細胞區和T細胞區。     非特異性免疫反應是先天性的，非特異免疫反應的優勢是當病原菌入侵時，能迅速動員和限制病原菌在入侵的部位，吞噬細胞例如嗜中性白細胞和巨噬細胞以及細胞殺滅溶解的細胞是仔豬主要的非特異免疫細胞。仔豬防止細菌感染的第一道防線是血液中的嗜中性粒細胞，它們占血中淋巴細胞的50%(Sandborg和Smolen,1988)。仔豬在出生時已有嗜中性粒細胞并在最初幾周內數目迅速增加，但其趨化反應性卻較低(Stokes等，1992)。白細胞表型和功能變化最大是在出生后的第7天。新生仔豬白細胞亞群不同于成年豬，Hoskinson等(1990)認為，盡管仔豬一出生就有嗜中性白細胞，但開始時的功能和表型不同于成年豬，未能有效地發揮作用是由于新生的仔豬免疫系統發育還未成熟的結果，與其他因素的抑制作用，例如可的松、前列腺素等的影響無關。另一種可能性是剛出生時相對缺乏對分裂原刺激反應是由于仔豬的T淋巴細胞被抑制。仔豬在出生后前幾周所存在的嗜中性自細胞的吞噬功能不明顯(Hoskinson等，1990)，即使它具有殺菌能力，但此能力也低于成年豬的嗜中性粒白細胞。關于仔豬出生后1～2周內血液中嗜中性白細胞的功能狀態和實際殺菌能力的看法仍有分歧。     象所有的白細胞一樣，嗜中性白細胞來自于骨髓，在不同的細胞激動素的影響下，分化和成熟為嗜中性白細胞。嗜中性白細胞有幾種殺菌的防衛機制，它包括氧化和非氧化殺滅過程。當嗜中性白細胞吞噬病原菌時，它的耗氧量迅速增加，通過一系列的氧化作用，使病原菌被殺滅。然而，所產生的氧化物是有毒性的，會對周圍組織造成破壞，因此，嗜中性白細胞吞噬反應時所產生的氧化物及其去毒是被緊密調控的(Blecha,1998)。    　除了氧化作用殺滅病原菌外，嗜中性白細胞和其他吞噬細胞還有另一種非氧化的防衛機制，它包括酶和顆粒相關的抗菌多膚的殺菌作用。這些酶有溶菌酶、蛋白酶和磷酸脂酶。抗菌多肽是一種古老而基本的防衛機制，所有的生物(動物和植物)都使用這一機制防衛殺菌。豬的嗜中性白細胞產生7種抗菌多肽，豬的抗菌多肽的發現是幾年前的事(Blecha，1998)，但由于它提供了一種新的免疫防衛的措施，這方面的研究進展迅速。     巨嗜細胞是一種大型的吞噬白細胞，它也是在骨髓中產生和分化的，然后通過血液循環分散于全身各個部分(Carrasco等，1995)，它是防衛和組織修補的重要介質，通過分泌幾種細胞激動劑和抗原的存在，成為免疫反應調節的關鍵。巨嗜細胞分布很廣，但它們不是同一群細胞，不同組織甚至同一組織不同部分的巨嗜細胞的功能和活性可能差異很大。仔豬肺部至少有三種巨嗜細胞，初生仔豬肺部含有很少的巨嗜細胞，但幾天以后，大量的巨嗜細胞出現，2周齡時達到成年豬的水平(Rothlein等，1981)。同樣，剛出生仔豬血液內分化成熟的巨嗜細胞很少，但3～7日齡時開始出現分化成熟。與人和大鼠不同，豬肺血管內的巨嗜細胞對于清除血液中產生的細菌有重要作用。淋巴細胞中能夠自動殺滅腫瘤或病毒感染細胞的非T、非B細胞的一類細胞稱為自然殺手細胞(natural killer cell)。剛出生仔豬的自然殺手細胞是沒有活性的，需要2～3周時間才能發育成熟(Blecha等，1998)，豬的自然殺手細胞的另一個特殊的地方是分析測定活性的時間很長，人和靈長動物的自然殺手細胞只需要與靶細胞一起孵育4小時，而豬的自然殺手細胞與靶細胞孵育的時間則需要4～5倍人的自然殺手細胞孵育時間才能測定(Cepica和Derbyshire,1984)。     因此，從嗜中性白細胞、巨噬細胞和自然殺手細胞的情況看，盡管仔豬剛出生時已經有了這些免疫細胞，但開始時，它們并不具有殺滅細菌的能力，只有分化成熟以后才具有這種能力。仔豬的非特異免疫系統的發育成熟和建立，至少應在7～14日齡后才能完成。     二、仔豬的特異性免設系統的建立 　　另一種重要的主動免疫是特異性免疫，也即是適應性免疫系統。適應性免疫反應是一個辨識和建立記憶的過程，一旦體內出現病原體，長壽記憶細胞將產生，在以后重新出現病原體時，體內將迅速出現強烈的免疫反應。許多細胞和介質參與這一特異的免疫反應，然而，B淋巴細胞和下淋巴細胞是參與這一過程的主要的細胞介質(BIecha等,1998)。     血漿中分化成熟的B淋巴細胞所產生的抗體是體液免疫的基礎，免疫球蛋白(抗體)是B細胞受體的分泌形式，它可以辨識抗原。出生前仔豬脾臟、淋巴結、派亞氏腺和胸腺中含有許多未成熟的B淋巴細胞。仔豬剛出生不久，B淋巴細胞就迅速增加，先是IgM+細胞，接著是IgG或IgA+細胞(依組織不同)。T淋巴細胞亞群在出生前發生，并在出生后脾臟和小腸固有膜中數目顯著地增加。     與非特異性免疫細胞嗜中性自細胞和巨噬細胞比較，特異性免疫細胞B細胞和T細胞發育成熟的時間更遲，一般需要3周齡以后才能分化成熟。仔豬的外周免疫系統的發育和建立是逐步發生的。由于特異性免疫在一般情況下是主要的主動免疫系統，對付入侵的病原微生物更迅速更有效，因此，在3周齡以前，仔豬的主動免疫系統還是處于發育未完善階段，不能有效地產生所需要的抗體。     仔豬出生后5～7周的腸道淋巴樣細胞中的分化簇(Cluster of differentiation CD)的CD4和CD8出現(Vega-Lopez等，1993)，而剛出生的仔豬小腸中唯一可檢測到的T細胞是數量很少的CD2+CD4-CD8,，以后這些細胞隨著仔豬日齡的增加而增多，到7周齡時達到高峰值。3周齡斷奶仔豬斷奶后的第5天，小腸近端絨毛上的CD2+細胞和吞噬細胞，隱窩處的CD2+細胞的數量增加，但小腸遠端的數量無顯著變化。     Binns等(1992)發現在生長豬中(3～6月齡)存在大量的缺乏典型的B淋巴細胞T淋巴細胞標志的無效細胞(null cell)，這些無效細胞可能是未發育成熟的B細胞或T細胞，因此，可以想象在初生仔豬血液中含有不少這種未成熟并缺乏B、T細胞標志的淋巴細胞。所以，和非特異免疫系統的嗜中性白細胞和巨噬細胞一樣，盡管B細胞和T細胞在其出生時都已存在，但由于還未發育成熟，并不具有免疫功能，不能產生抗體。此外，B、T細胞發育成熟的時間比嗜中性白細胞和巨噬細胞的分化成熟更晚，一般遲1～2周時間。白細胞介素的產生有利于加速初生仔豬主動免疫系統的發育建立，并改善免疫系統的反應能力;從而提高仔豬早期的成活能力。     仔豬斷奶應激對免疫方面的影響有兩方面:仔豬開始接觸大量的抗原，仔豬斷絕了從母體獲得被動免疫的來源，因此，仔豬比較容易生病，尤其是消化道疾病，這是由于主動免疫，尤其是特異性免疫系統的功能還未完全有效地建立起來，IgA+B細胞占主要地位要在4周齡時才能達到成年豬水平，而IgM+細胞要持續增加到3～4月齡才達到成年豬水平(Brown和Bourne,1976)，派亞氏腺中的CD4+,CD8+T細胞也隨日齡的增加而增加(Pabst等，1988)。 　　總而言之，仔豬的主動免疫系統雖然從初生時開始不斷發育，但在至4周齡甚至更長時間才能擁有自身的免疫能力。一般地，仔豬腸道免疫系統要到4～7周齡時才能基本發育成熟。斷奶應激可降低仔豬體循環抗體水平，抑制細胞免疫能力(Kelley等，1980)。與自然吮乳仔豬相比，2～3周齡以前斷奶仔豬才表現顯著的免疫抑制，而5周齡斷奶的仔豬與吸吮母乳的仔豬比較，免疫力沒有差異(Blecha等，1981)。     關于被動免疫與主動免疫的關系，仔豬出生后12小時內攝人的初乳免疫球蛋白(IgG)的數量與仔豬8周齡時合成免疫球蛋白的水平呈相反的關系，這一主動免疫抗體的產生受到被動免疫抗體所抑制的現象在免疫學上是非常重要的。實際上，有關這方面的報道不多。     三、日糧營養與仔豬主動免疫的發育     在仔豬日糧中添加足夠的維生素E和(或)微量元素硒可以增加仔豬合成抗體的能力(Peplowski等，1981)，初生仔豬血漿中生育酚的水平很低，但采食初乳以后生育酚濃度顯著升高(Loudensiager等，1986)，因此，從初乳獲得的維生素E和(或)硒可能對仔豬正常的抗體合成能力的發育是重要的。維生素A對于免疫系統的細胞有重要影響，仔豬缺乏維生素A時，它合成的抗體不足正常對照組的十分之一(Harmon等，1963)，維生素A缺乏同樣導致減少進入膽汁中的IgA的分泌量。同樣，其它幾種維生素如泛酸、吡哆醇和核黃素也與豬的免疫有關，缺乏時嚴重影響仔豬抗體的合成(Harmon等，1963)。 　　 　　微量元素鋅對維持淋巴細胞有重要作用，也對于某些寄生蟲的感染有抵抗作用，寄生蟲和細菌感染將降低組織中的鋅濃度(Southern和Baker,1983);鋅缺乏會引起豬的胸腺退化(Miller等，1968)，對照組豬采食1OOppm鋅，而試驗組為l2ppm時，后者的胸腺縮小了五倍。缺鋅時，白細胞數量大量減少，但單核細胞和嗜中性細胞的數量在正常范圍之內。大量的研究表明，鋅對免疫系統的發育、穩定和調節有重要作用，缺鋅導致胸腺萎縮的原因可能是鋅缺乏時腎上腺皮質酮分泌增加，對皮質酮感受性高的胸腺發生繼發性萎縮引起的。作為T細胞成熟效應因子的胸腺素是以鋅復合物的形式存在。    　鐵是仔豬防止貧血和增強免疫功能所必需的營養元素。但是，口服過多未經螯合的鐵劑則有可能導致仔豬下痢，這是由于鐵很容易被細菌用于生長增殖，在仔豬哺育的乳中加入鐵可增加腸毒素型大腸桿菌的繁殖(Klasing等，1980)。熱處理奶也可以提高細菌的增殖，這可能是由于熱處理破壞了鐵與蛋白質的螯合使無機鐵增加。因此，仔豬通過口服的途經補充過多的鐵可能導致面臨腸毒素型大腸桿菌挑戰的仔豬更多的下痢和死亡。     銅是動物所必需的微量元素之一，其營養功能早為人們熟知，但與免疫的關系卻是近10多年才被認識。銅在動物體內通過一些含銅蛋白調節炎癥反應細胞和抗氧化能力，或影響對炎癥反應有調節功能的因子，增強抗體的免疫反應能力。     鉻同樣影響抗體的免疫機能，Heugten(1997)發現對于非應激仔豬補充鉻可以改善淋巴細胞增殖和生長性能，對應激仔豬卻無影響。到目前為止，補充鉻對動物免疫機能的影響結果尚不一致。     其它影響免疫系統發育的微量營養還包括維生素C、維生素D、葉酸等。     日糧脂肪對機體免疫功能具有調節作用，日糧中脂肪的質量和數量將改變白細胞膜上磷脂的脂肪酸組成。高脂日糧降低T淋巴細胞的增殖，尤其是高度不飽和的魚油和亞麻籽油。大部分研究顯示，高水平脂肪，特別是ω-6不飽和脂肪有損傷免疫功能的趨勢，過多脂肪會抑制仔豬免疫系統的發育。     與免疫系統的發育和功能維持有關的氨基酸主要是含硫氨基酸、蘇氨酸、谷氨酰胺和纈氨酸等，這些氨基酸的存在是免疫功能保持正常所必需的。     日糧的抗原性是影響仔豬免疫功能，主要影響腸道局部免疫反應的另一個重要因素。一般認為，仔豬在斷奶前有較長時間適應教槽料，斷奶后發生下痢的機會少。然而，在斷奶前3天才開始采食教槽料的話，則所有仔豬都會出現下痢的臨床癥狀。早期斷奶仔豬斷奶以后的下痢是由于小腸的過敏反應引起的，因此，開始時食入外源的植物蛋白質產生免疫反應，可以降低以后對外來蛋白質的免疫反應，這種現象稱為免疫耐受。所以，在斷奶前使用教槽料，可以使仔豬較少發生下痢。然而，如果在斷奶前只采食少量的教槽料，斷奶后仔豬重新接觸外源蛋白質時，會增加過敏反應，導致仔豬的下痢更嚴重(kelley和Eastex,1991)。仔豬也可以通過接觸母豬日糧(含有大豆粕)而降低過敏反應導致的下痢。Giesting等(1986)發現仔豬對大豆蛋白產生過敏反應，過敏反應的動力學表明，仔豬對大豆蛋白的過敏是恥時性的，而不是延后的，試驗還顯示，以大豆粕為基礎日糧的母豬可以合成和轉運能對大豆蛋白產生反應的抗體進入初乳中。     日糧抗原將導致機體的過敏反應，特別是腸道免疫系統的致敏和損傷，其原因可能在于動物采食日糧抗原后，一部分具抗原活性的物質以完整的大分子形式進入血液和淋巴，刺激機體產生抗體，并同時激活免疫效應細胞(主要為單核細胞)成為巨噬細胞。巨噬細胞可通過分泌淋巴毒素或直接攻擊靶細胞而引起腸道組織的損傷。T細胞產生的淋巴因子也可引起腸道形態學的變化。另外，IgM或IgG與抗原結合形成的抗原抗體復合吻也會導致小腸組織損害。腸道形態學的變化(絨毛高度和腺窩深度)將引起功能上的改變和腸道吸收機能降低(Li等，1991)，而這種變化的程度和持續時間取決于抗原物質的種類和數量。 　　對采食以大豆為日糧蛋白質的教槽料的斷奶仔豬而言，大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白將誘導腸道的過敏和損傷，臨床表現為吸收不良、下痢和生長受阻。因此，配制仔豬的教槽料時，不但應重視飼糧的營養特性，而且要考慮飼糧的抗原性。通過選擇適宜的蛋白質種類、水平和加工方式來降低腸道的免疫損傷，達到提高生長性能的目的。Miller等(1984)的試驗顯示，斷奶后仔豬下痢及溶血性大腸桿菌增殖情況以斷奶前僅補飼3天的仔豬最為嚴重。斷奶后木糖吸收能力也以僅補飼3天的仔豬下降最多，不使用教槽料的各指標居中，使用教槽料時間長而且采食量多的仔豬效果最好。他們認為，在7～10日齡開始使用教槽料的仔豬采食量很低，沒有多少營養意義，對消化道的生理作用的鍛煉也很有限，但所含抗原性成分能激發仔豬的免疫應答，斷奶后通過免疫記憶又可激發二次免疫反應，加重腸道免疫反應的負荷;連續飼喂教槽料并且采食量高的仔豬，則可產生免疫耐受性，以致不再對日糧抗原產生免疫反應，減少下痢和提高增重水平。