不知道你們是不是也會這樣,反正我常常從超市買回面包卻忘記了吃,在家里放上好幾天,等到終于想起來吃的時候,卻發(fā)現(xiàn)面包發(fā)霉了,只能忍痛扔掉。。。
發(fā)霉是我們?nèi)粘I钪谐3R姷降默F(xiàn)象。不光是面包了,水果、蔬菜、米飯...只要是有有機質(zhì)的地方,在合適的環(huán)境條件下就可能發(fā)霉 —— 發(fā)霉,指的就是食物因為「霉菌」的生長而變質(zhì)的現(xiàn)象。
霉菌 vs. 酵母菌 (圖片來自網(wǎng)絡(luò))
霉菌(mold)指的是能夠形成繁茂分枝的絲狀真菌。雖然同為真菌(fungi),但它們不像酵母菌那樣一個一個圓圓噠,也不象蘑菇那樣產(chǎn)生大型的子實體。所以我們平??吹降摹该埂苟际敲兹椎?,若放大了看,就是一根根菌絲。霉菌以寄生或腐生方式生存。它們從有機質(zhì)中攝入營養(yǎng),在這個生命過程中,會產(chǎn)生各種各樣的代謝產(chǎn)物 ——其中如糖、氨基酸等產(chǎn)物是它們維持正常生命活動所必需的,我們稱之為「初級代謝產(chǎn)物」;而另一些則是對它們自身而言不必需的,我們稱之為「次級代謝產(chǎn)物」(secondary metabolites) —— 這其中,便包括大名鼎鼎的霉菌毒素了(mycotoxins)。我們熟悉的抗生素、某些激素和維生素等,其實都屬于微生物的次級代謝產(chǎn)物。
目前已知的霉菌毒素超過了300種。其中**常見的、與畜牧業(yè)**息息相關(guān)的,是這三種霉菌產(chǎn)生的6種毒素:
§ 曲霉菌 Aspergillus ---
黃曲霉毒素 (Aflatoxin) | 赭曲霉毒素(Ochratoxin)
§ 鐮刀菌 Fusarium ---
伏馬毒素 (Fumonisins) | 玉米赤霉烯酮(ZEA) |
嘔吐毒素 (DON) | 單端孢霉烯毒素(T-2)
§ 青霉菌 Penicillium ---
赭曲霉毒素(Ochratoxin)
身在畜牧業(yè)中,估計沒有人沒聽過霉菌毒素吧。這個在行業(yè)中的高頻詞,它仗著自己超強的適應性和耐高溫能力,幾乎無處不在 —— 在飼料原料的種植、收獲、儲存、以及飼料的加工、運輸、儲存過程中,都可能遭受霉菌毒素的污染。它們通常無色無味,單憑肉眼根本無法判斷其在飼料中的含量,即使外觀看起來質(zhì)量很好的飼料,其中毒素含量也可能很高。因此霉菌毒素污染是當今飼料安全的**大隱患。 這些不同種類的霉菌毒素對動物可造成的五花八門的毒性,給行業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟損失。**防不勝防的是,高濃度霉菌毒素污染所導致的臨床急性癥狀并不是主要問題;更常見的,是長期的、低濃度的霉菌毒素給動物帶來的「亞臨床癥狀」(如生長性能下降、免疫抑制等) —— 這是實際生產(chǎn)中對動物健康和性能實實在在的威脅。
2017年全球霉菌毒素污染的調(diào)查結(jié)果 --- 亞洲的污染**為嚴重, 83%的飼料和原料樣品中至少含有1種霉菌毒素 (圖片來自biomin)
提起霉菌毒素,我們一般會聯(lián)想到它們對動物特定器官(比如黃曲霉毒素對肝臟、赭曲霉毒素對腎臟)的毒性,這方面的研究已經(jīng)較多,這里按下不表。
但如若我們細想一下,當動物攝入被霉菌毒素所污染的飼料后,「消化道」才是**個與之所直接接觸的器官。霉菌毒素是小分子化合物,它不需要經(jīng)過消化就可以被機體所吸收; 而不同的毒素,其吸收率也有所不同。在家禽中,DON和FUM只能被吸收不到10%,那剩下的去哪兒?只有在腸道中四處游蕩,干點兒壞事。黃曲霉毒素中毒性**高的AFB1吸收率倒是挺高(80%),吸收之后,會在肝臟被激活,發(fā)揮毒性 (因此AFB1對肝臟劇毒)。但是有研究發(fā)現(xiàn),激活后的AFB1還可以通過「肝腸循環(huán)」又重新從肝臟回到腸道??上攵?,消化道是動物體內(nèi)直面霉菌毒素挑戰(zhàn)**多的場所。
暴露給敵人也就算了,關(guān)鍵是它還犧牲不得。我們知道,腸道擔負著維護動物健康極其重要的四大主要功能:消化吸收、腸道屏障、腸道免疫、腸道微生物穩(wěn)態(tài)。這些功能都需要耗能,需要各種結(jié)構(gòu)性與功能性蛋白質(zhì)的參與。實際上,動物攝入能量的20%都會用于腸道,而這些能量主要就是為了支持腸道中極快的蛋白周轉(zhuǎn)(protein turnover)—— 以雞為例,每天的腸道蛋白周轉(zhuǎn)率高達50-75%。然而不幸的是,許多霉菌毒素可以通過對DNA、RNA、蛋白的干擾,抑制蛋白質(zhì)的合成和活性。這樣一來,蛋白周轉(zhuǎn)快的腸道就自然會成為霉菌毒素容易攻擊的目標了。
既然從理論上說,腸道直面霉菌毒素的量在身體各器官中算是**大的、又因為高蛋白周轉(zhuǎn)成為容易攻擊的目標,那么腸道健康應該是霉菌毒素研究的重點吧?然而直至今天,我們對于霉菌毒素在動物腸道的影響還并沒有很**的了解。
關(guān)于這點,我讀博士時的一位師兄和我的導師曾發(fā)表過一篇非常詳盡的綜述(全文我附在文末原文鏈接里,大家有興趣可以去讀一讀)。文中提到,截止到2013年,僅有83篇發(fā)表文章報道了霉菌毒素對腸道的影響,而這83篇,包括了所有的霉菌毒素,所有的動物種類,還包括了體外實驗??上攵?,這里還有很多空白需要填補。
關(guān)于霉菌毒素對動物腸道健康影響的研究還極其有限
**近的這幾年,隨著大家對此方向的日益重視,從文獻檢索結(jié)果看,的確添加了不少內(nèi)容。盡管總量仍然非常有限,但這些研究結(jié)果已逐漸開始揭示霉菌毒素對腸道的種種影響。我們來按照腸道的四大主要功能一一細說。
營養(yǎng)物質(zhì)的「消化」主要靠的是各種消化酶的作用 --- 這就需要給力的酶的合成和分泌能力;而「吸收」主要靠的是小腸上皮細胞的表面積和轉(zhuǎn)運載體 --- 如果小腸絨毛越高,刷狀緣側(cè)微絨毛越多,吸收的表面積也就越大;同時,轉(zhuǎn)運載體量越多,活性越高,吸收能力就越強。
因此,有關(guān)消化吸收,我們常用的指標包括消化酶的活性、各類營養(yǎng)物質(zhì)的消化率、轉(zhuǎn)運載體的活性、以及小腸的絨毛形態(tài)(比如絨毛高度,隱窩深度)。而這幾個指標,都已有報道揭示霉菌毒素對其的顯著影響。
從消化上看,在家禽(肉鴨 | 蛋雞 | 肉雞)中,消化酶活性和干物質(zhì)、蛋白質(zhì)、能量的消化率都會被AFB1和OTA所影響。此外,在博士期間,我曾做過一個肉雞實驗,這個實驗的結(jié)果***揭示,AFB1還會增加「內(nèi)源氮和氨基酸」的流失,增加幅度高達20-30% ——這個流失,一方面可能來自于霉菌毒素與腸道粘膜摩擦所導致的粘液(mucus)流失;另一方面可能來自于毒素對胰臟的損傷,導致酶原大量流失(不同于正常情況下的分泌)。因此,內(nèi)源流失的增加 + 消化率的下降可能共同導致營養(yǎng)物質(zhì)的供給不足。而從「需」這一側(cè)看,腸道的蛋白周轉(zhuǎn)對氨基酸有很高的需求量;同時,在腸道遭受刺激時,為了修復受損組織和支持免疫活動,對能量和營養(yǎng)物質(zhì)的維持需求會增加。這樣一來,在霉菌毒素的攻擊下,腸道營養(yǎng)物質(zhì)供小于求的現(xiàn)象就可能出現(xiàn)。
1.5ppm黃曲霉毒素對21日齡肉雞的內(nèi)源氮流失 & 回腸標準氮消化率的影響 (引自Chen et al., 2016)
從吸收上看,多篇報道都指出DON和FUM可降低小腸絨毛高度,減少營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。此外,在細胞模型中,這兩種霉菌毒素還被發(fā)現(xiàn)可直接干擾小腸細胞的轉(zhuǎn)運載體。有意思的是,在我們的肉雞實驗中發(fā)現(xiàn),AFB1可以上調(diào)氨基酸運輸載體的mRNA表達。這個現(xiàn)象,在理論上可能有2層原因—— **、 運輸載體是蛋白質(zhì)嘛,蛋白質(zhì)活性收到霉菌毒素干擾,就必須多來點mRNA,從而增加蛋白質(zhì)合成的「翻譯」這一步,來彌補不夠用的載體;2. 消化率下降了,機體就要想方設(shè)法地增加吸收率,以求保證滿足需求。這在生物學上被稱為「補償效應」(compensationeffect),在許多生理過程中都會有所體現(xiàn),非常神奇。
這么看來,腸道的消化和吸收功能的確會受霉菌毒素所影響。
腸道屏障功能的重要性大家應該都很熟悉了。這無數(shù)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(zhì)的有力防線。那么,細胞與細胞之間靠什么連接呢?靠的是「緊密連接蛋白」家族(tight junctions)??梢韵胂?,一旦緊密連接蛋白的合成、形態(tài)、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,那么,腸腔中不論好的壞的東西都能蜂擁而入,進入循環(huán)系統(tǒng),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(yǎng)物質(zhì),也有可能會倒漏入腸腔。這也就是我們俗稱的leaky gut。
Healthy gut vs. Leaky gut
在這方面,DON的研究比較多,一個原因即是因為它的吸收率低,因此腸道細胞就會暴露在高濃度的毒素中。在畜牧動物中,豬對DON的毒性**為敏感。我的重量級好友趙博士**近通過利用豬的腸道細胞模型,發(fā)現(xiàn)DON的確會顯著增加細胞旁通透性,而這個現(xiàn)象,就是由DON對緊密連接蛋白的干擾所導致的。非常有意思的是,她發(fā)現(xiàn)當細胞接觸到DON的2-3小時后,緊密連接蛋白的蛋白質(zhì)表達下降;而4-6小時后, 相應的mRNA表達開始升高——這便證實了我們上面提到的補償效應。同時她還發(fā)現(xiàn),DON可以通過調(diào)控蛋白質(zhì)的降解途徑,來達到增加降解、抑制表達的作用。#DON還挺聰明!
同樣的,在家禽中,不論是體內(nèi)還是體外模型,DON、AFB1和FUM都被發(fā)現(xiàn)可影響緊密連接蛋白的表達,同時增加細胞旁通透性,繼而導致leaky gut。因此現(xiàn)有的證據(jù)已經(jīng)可以表明,霉菌毒素會通過干擾蛋白質(zhì)的表達,來影響腸道屏障的功能。只不過,現(xiàn)有的數(shù)據(jù)大部分還來自于細胞實驗,而在動物體內(nèi),會有諸多其它因素影響腸道屏障的功能(比如腸道微生物),因此還需要更多的動物實驗以進一步研究。
嘔吐毒素DON對claudin-1的蛋白表達和mRNA表達的影響
(引自Zhao et al., unpublished data)
以前我們講過,腸道是動物身體內(nèi)**大的免疫系統(tǒng) --- 70%的免疫細胞都位于腸道,其免疫功能的正常發(fā)揮與否對動物健康的影響不言而喻。
那霉菌毒素能對腸道免疫造成哪些影響?在動物實驗和細胞實驗中,研究者們發(fā)現(xiàn)DON總是能升高多個促炎性細胞因子(pro-inflammatory cytokines)的表達。細胞因子是啥?他們本質(zhì)上是蛋白質(zhì)或者多肽,在細胞之間扮演著溝通信號的作用(“敵人來了!”)。當機體受到免疫刺激時,多種細胞就可以分泌細胞因子,這些信號官們找到各自的目標細胞,與細胞表面受體結(jié)合,從而引起細胞內(nèi)信號通路的改變而改變細胞功能。而促炎性細胞因子的**終結(jié)果,就是促發(fā)炎癥。炎癥反應不是不好,它是先天免疫反應中的必要一步,但是炎癥往往伴隨著組織的損傷。損傷了又得修復,自然又增加了機體對營養(yǎng)物質(zhì)的需要量。
在實際生產(chǎn)的層面,**關(guān)鍵的問題是,霉菌毒素是否會在動物遭受其它感染(比如細菌感染)時影響免疫功能的發(fā)揮?換句話說,霉菌毒素是否會增加動物感染疾病的概率?
答案是:會。當肉雞攝入被低濃度的DON所污染的飼料后,在面臨細菌感染時(Clostriudium perfringens), 壞死性腸炎的發(fā)生率會大大增加20 -47%。根據(jù)前面的討論,我們可以推測,DON在肉雞體內(nèi)破壞了腸道屏障功能 ——leaky gut造成營養(yǎng)物質(zhì)倒流入腸腔;同時,飼料消化吸收率降低,增加了未被消化的營養(yǎng)物質(zhì)在腸腔的逗留。這些營養(yǎng)物質(zhì)為細菌在腸道的增殖提供了極好的基礎(chǔ),也就因此增加了致病的概率。而如若換種毒素、換種細菌來看,結(jié)果也相似——例如,當種雞攝入低濃度的鐮刀菌類毒素時,機體對球蟲病的恢復會顯著減慢。
DON和FUM可增加動物感染細菌性疾病的概率 (引自Antonissen et al., 2013a,b)
免疫這一塊我其實也不太懂,歡迎各位大神補充交流。
腸道微生物是目前的霉菌毒素研究中**為缺乏的一塊。從理論上講,霉菌毒素引起的腸道營養(yǎng)物質(zhì)變化會為微生物提供營養(yǎng)基質(zhì),因此可能影響菌群結(jié)構(gòu);同時,某一些微生物又具有降解霉菌毒素的作用——反芻動物的瘤胃微生物作用便是它們更耐受霉菌毒素的原因,可惜在單胃動物中,即使微生物能降解部分,那也是在腸道末端了,這時候霉菌毒素該干的壞事都差不多干完了。但無論如何,霉菌毒素與腸道微生物存在著一個相互的作用。
看到一篇今年初發(fā)表的綜述,文中作者總結(jié)了近年來關(guān)于霉菌毒素對腸道微生物影響的研究??偣惨簿褪嗥恼?,總結(jié)起來,AF| FUM| DON| OTA 在豬|雞|鼠中都可能具有影響微生物菌群多樣性和菌群結(jié)構(gòu)的作用,而這些變化又會間接影響消化吸收、腸道屏障、和腸道免疫這上述三個腸道功能。只不過,微生物的結(jié)構(gòu)同時也受其它許多因素影響,到底霉菌毒素在其中扮演著什么角色?對實際生產(chǎn)又有什么樣的意義?還存在這許多疑問。
回到今天的問題本身,霉菌毒素會影響動物的腸道健康嗎?
盡管相關(guān)研究還有限,但我想我們已經(jīng)可以給出一個「yes」的答案。無論是從理論出發(fā)還是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)出發(fā),我們都能看出霉菌毒素對腸道的主要功能的影響。說到底,這些功能都是環(huán)環(huán)相扣的,而其中的****重要的參與者無外乎是各種結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)(比如緊密連接蛋白)和功能性蛋白質(zhì)(酶| 轉(zhuǎn)運載體| 免疫因子等)。既然霉菌毒素能影響蛋白質(zhì)的合成、降解、和活性,那答案也自然不言而喻了。
發(fā)霉的面包我們?nèi)拥舳加X得可惜。一旦飼料受到霉菌毒素污染,無論是被檢測出來而不得不廢棄,還是逃過了檢測被動物吃進肚子造成各種各樣的健康問題,所帶來的經(jīng)濟損失都無法想像。因此,飼料的霉菌毒素控制策略是今天畜牧行業(yè)共同面對的一大挑戰(zhàn),還需大家的關(guān)注、研究、和努力吶。
從上文不難看出,飼料中如果感染霉菌毒素勢必給養(yǎng)殖業(yè)帶來巨大的損失;基于此,河南漢博生物多年前已經(jīng)著手于霉菌毒素降解產(chǎn)品的研發(fā),經(jīng)過反復實驗驗證,已經(jīng)可以將具有降解黃曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、嘔吐毒素、T-2毒素能力的菌株分別進行固態(tài)發(fā)酵,之后對分泌的毒素降解酶進行低溫干燥處理和優(yōu)化組合,**終得到對以上四種毒素均具有顯著降解能力的產(chǎn)品組合-霉力克,給畜牧養(yǎng)殖業(yè)帶來福音。
霉力克與傳統(tǒng)吸附劑相比,有著***的優(yōu)勢
霉力克-真正的復合霉菌毒素降解酶,不僅針對某一種毒素,而是將具有降解不同霉菌毒素能力的多種降解酶進行優(yōu)化組合,使產(chǎn)品具有降解多種霉菌毒素的能力。顯著提高畜禽肝臟相關(guān)抗氧化酶活性,有效緩解霉菌毒素對動物實質(zhì)器官的損傷,保障動物健康。
霉力克在實際應用中的用量如下:
牛、羊:500g-1000g/噸 豬、雞:500g-1500g/噸 鴨:800g-1600g/噸 水產(chǎn)動物:800g-1500g/噸
注意:霉菌毒素嚴重超標的,請更換飼料或者采取部分替代的方法進行稀釋,如需使用請加大霉力克產(chǎn)品的添加量。