微囊包被有機酸加精油的影響

原文題目：Effects of a microencapsulated formula of organic acids and essential oils on nutrient absorption, immunity, gut barrier function, and abundance of enterotoxigenic Escherichia coli F4 (ETEC F4) in weaned piglets challenged with ETEC F4

原文第一作者：Janghan Choi

原文通訊作者：Chengbo Yang（陽成波博士，加拿大曼尼託巴大學教授）

原文發表於：Journal of animal science，影響因子：2.092，2020年8月11日出版

引言

斷奶後腹瀉（PWD）是養豬業最重要的經濟損失之一（Yang等，2014），其特點是頻繁的排洩水樣糞便，導致仔豬生長發育遲緩，腸道健康受損，發病率和死亡率增加（Pan等，2017）。產腸毒素大腸桿菌F4（ETEC-F4）是PWD常見的病原菌之一。ETEC菌毛可附著在豬小腸上皮受體上並釋放毒素。在過去的半個世紀裡，在飼料或水中添加亞治療劑量的促生長型抗生素（AGP），被廣泛用於控制豬PWD發病率，以及提高豬的生長速度和飼料效率。然而，AGP的過度使用可能導致抗藥性病原體在家畜和人類中的傳播，對公眾健康構成重大威脅。歐盟2006年禁止使用AGP，世界多國政府也在努力減少畜牧業抗生素的使用。然而，許多地區在養豬業仍然使用治療劑量和亞治劑量抗生素。同時，各種AGP替代品已被用於養豬業。高劑量的銅和鋅具有抗菌作用，可以改善斷奶仔豬的腸道健康和生長性能，被認為是AGP的替代品。然而，過量添加鋅和銅會導致細菌耐藥性，並引發環境問題。因此，在養豬業中需要成本效益高、生態友好、不產生耐藥性的AGP替代品。

有機酸（OA）是弱酸性有機化合物，可以通過抑制細菌、提高酶的分泌量和活性、維持腸道形態和腸道屏障的完整性來改善腸道健康和生長性能。檸檬酸等三羧酸和富馬酸、蘋果酸等二羧酸是三羧酸循環中能量代謝的中間體。因此，二羧酸或三羧酸可以改善腸道形態和腸道屏障的完整性，為豬的上皮細胞提供能量，並具有抗菌作用。山梨酸具有很強的抗菌作用，可以通過β-氧化為豬提高能量。然而，大多數有機酸在上消化道（如胃和十二指腸）中被吸收和代謝，離子型有機酸比分子態有機酸效果更差（如抑菌效果），尤其是在許多病原體繁殖的後腸道。微囊包被能夠為生物活性化合物的釋放提供物理屏障，可以使有機酸沿著豬腸道緩慢釋放，減少有機酸在胃中的釋放率，增強在後腸道的有益功能。

精油是從植物中提取的具有生物活性的化合物，具有抗菌、抗氧化、抗炎等特性，可以改善斷奶仔豬的生長速度和腸道健康。在各種精油中，百裡香酚、丁香酚、香蘭素已成為人和動物抗菌、抗氧化、抗炎的常用藥物。尤其是精油對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的抑菌效果。雖然精油可以促進豬的生長性能和腸道健康，但其在飼料和腸道的穩定性限制了其在豬飼糧中的應用。然而，微囊包被被認為可以提高精油的有效性，並提高精油在惡劣條件下(例如，制粒過程中的高溫和胃中的低pH值)，的穩定性和釋放率問題。

精油和有機酸的聯合添加對改善動物的生長性能和腸道健康具有協同作用。周等2007年的研究結果顯示，有機酸和精油對鼠傷寒沙門氏菌具有協同抗菌作用，這可能是因為有機酸和精油的抗菌作用模式不同。添加有機酸和精油可提高斷奶仔豬的養分消化率和消化酶活性。本實驗室之前的研究結果表明，微囊包被有機酸加精油（Jefo動物營養）在飼料制粒過程和儲存過程中保持了精油的穩定性，並使精油在斷奶仔豬消化道緩慢釋放。Jefo微囊包被有機酸加精油中大約15%的百裡香酚在胃內釋放，41%的百裡香酚被送到空腸中段。然而，微囊包被有機酸加精油在斷奶仔豬中對病原菌的保護機制尚需進一步研究。因此，本研究旨在探討微囊包被有機酸（富馬酸、蘋果酸、檸檬酸、山梨酸）加精油（百裡香酚、香蘭素、丁香酚）對ETEC-F4攻毒後仔豬生長性能、免疫系統、腸道屏障功能、營養吸收和ETEC-F4基因表達量的影響。

材料和方法

試驗設計和動物護理方案（F17-018, AC11280）由曼尼託巴大學動物護理委員會審查和批准，仔豬的護理程序遵循加拿大動物護理理事會指導方針（CCAC, 2009）。

試驗設計

從曼尼託巴大學格倫利亞豬研究室挑選24頭28日齡對產腸毒素大腸桿菌F4（ETEC-F4）易感仔豬（12頭母豬，12頭去勢公豬，均重8.52±0.11kg），單獨飼養在曼尼託巴大學T.K. Cheung動物科學研究中心的恆溫舍中。在第一周內，室溫保持在29±1ºC，然後在餘下的實驗期間（8-12 d）降低1.5ºC。仔豬隨機分為4個處理，每個處理6個重複。根據NRC（2012）6-10kg豬的營養需要配製玉米-豆粕基礎日糧（表1），以粉料形式飼喂。四個處理組分別為：1）假攻毒組（SSC，飼餵對照組日糧，並用磷酸鹽緩衝溶液（PBS）處理的仔豬）；2）攻毒組（CC，飼餵對照組飼料，並用ETEC-F4攻毒）；3）促生長型抗生素組（AGP，CC+金黴素55mg/kg）；4）微囊包被有機酸加精油P(OA+OE)組（CC+微囊包被有機酸加精油2g/kg，加拿大Jefo營養有限公司）。整個試驗期自由飲水和採食。在試驗的第7天，把注射器連在聚乙烯管上，固定在消化道上部，用注射器將5 mL 1×107CFU/mL的ETEC-F4注射到CC組、AGP組和P(OA+OE)組仔豬的食管中，試驗的第7天（注射後第0天）和第11天（注射後第4天），記錄豬體重和採食量。在注射前和注射後3h、24h和48h用數字溫度計插入直腸測量核心體溫。在注射後0h、3h、8h、16h、24h、28h、34h、40h、48h和54 h時記錄糞便稠度評分（0分=正常/形態良好的固體糞便，1分=軟糞便/成形軟糞便，2分=輕度腹瀉/淡黃色液體糞便，3分=嚴重腹瀉/水樣糞便）

表1 試驗日糧

測定指標

空腸腸道通透性：口服螢光素異硫氰酸酯-葡聚糖70 kDa（FITC-D70），測定血清中FITC-D70濃度。用尤斯灌流室測定空腸跨膜電阻，鈉-葡萄糖協調轉運蛋白1（SGLT1）相關短路電流，異硫氰酸螢光素-右旋糖酐4kDa（FITC-D4）通量。

空腸腸道形態與杯狀細胞：絨毛高度(VH)、隱窩深度(CD)、VH:CD，以及每100μm絨毛和100μm隱窩的杯狀細胞數。

空腸中段總抗氧化能力、總GSH和GSH/GSSG。

空腸中段消化酶活性。

空腸中段腸道屏障功能、免疫系統和營養轉運相關基因的mRNA相對表達量。

空腸中段緊密連接蛋白和營養轉運蛋白的蛋白相對表達量。

結腸ETEC F4基因表達量

試驗結果

生長性能、直腸溫度和糞便評分

表2 各組之間生長性能對比

如表2所示，各組之間在攻毒前的體重、平均日增重（ADG）、平均日採食量（ADFI）和飼料轉化率（FCR）無顯著差異（P>0.10）。攻毒後（試驗第7天-11天），與SCC組仔豬相比，注射了ETEC-F4的三組仔豬日增重有降低的趨勢（P=0.05）。添加AGP和P(OA+EO)對攻毒後的ADG無顯著影響（P>0.10），攻毒後各處理組的BW和ADFI無顯著差異（P>0.10）。在整個試驗期間（0-11d），各處理組的ADG、ADFI和FCR無顯著差異（P>0.10）

圖1 攻毒後48小時內各組間直腸溫度的對比

如圖1所示，注射ETEC-F4後3h時，與SCC組（39.5℃）仔豬相比，CC組仔豬的直腸溫度（40.12℃）顯著升高（P＜0.05）。添加AGP和P(OA+EO)組仔豬在注射ETEC-F4後3h時直腸溫度和CC組差異不顯著。注射ETEC-F4的24h和48h時，各組之間直腸溫度差異不顯著（P>0.10）。

圖2 攻毒後54小時內各組間糞便評分的對比

如圖2所示，與SCC仔豬相比，注射ETEC-F4的CC組、AGP組和P(OA+OE)組仔豬在注射後8h、28h、34h和40 h時引起腹瀉（P<0.05），並且在注射後3 h（P=0.06）和16 h（P=0.06）的腹瀉率有增加趨勢。注射後28h時P（OA+EO）組仔豬的腹瀉評分顯著低於CC組仔豬（P<0.05）。注射後40h時P（OA+EO）組仔豬的腹瀉評分顯著低於AGP組仔豬（P<0.05）。

腸道通透性與葡萄糖轉運

表3 各組之間腸道通透性和葡萄糖轉運對比

如表3所示，使用尤斯灌流室測量的TEER、SGLT1相關短路電流和FITC-D4之間沒有顯著差異（P>0.10）。與SCC組仔豬相比，注射ETEC-F4有增加腸道通透性的趨勢（P=0.09）。AGP組仔豬FITC-D70通量高於P（OA+EO）組仔豬（P<0.05）。

腸道形態與杯狀細胞

表4 各組之間腸道形態與杯狀細胞數量對比

由表4可知，與SCC組仔豬相比，注射ETEC-F4後，CC組仔豬空腸中段VH顯著降低(P < 0.05)。與CC組仔豬相比，添加P（OA+EO）的仔豬空腸中段VH顯著提高(P < 0.05)。但各處理組的CD、VH:CD、每100μm絨毛和隱窩的杯狀細胞數均無顯著差異(P > 0.10)。

消化酶最大活性

表5 各組之間腸道消化酶活性對比

如表5所示，各組之間氨肽酶N（APN）、腸道鹼性磷酸酶（IAP）、葡萄糖澱粉酶和蔗糖酶的活性無顯著差異（P>0.10）。與SCC組仔豬相比，注射ETEC-F4的仔豬有降低麥芽糖酶活性的趨勢（P=0.05）。

總抗氧化能力、總GSH和GSH/GSSG

表6 各組之間腸道抗氧化能力對比

如表6所示，各組之間TAC、總GSH、GSSG、還原型GSH，以及還原型GSH和GSSG的比值無顯著差異（P>0.10）。

腸道屏障功能、免疫系統和營養轉運相關基因的mRNA相對表達量

表7 各組之間腸道屏障功能、免疫系統和營養轉運相關基因的mRNA相對表達量對比

如表7所示，各組之間ZO1和Occludin的mRNA相對表達量無顯著差異（P>0.10）。與SCC組仔豬相比，注射ETEC-F4的CC組、AGP組和P(OA+OE)組的仔豬Claudin1、Claudin3和MUC2的mRNA相對表達量顯著降低(P < 0.05)。各組之間肽轉運體1 (PepT1)、興奮性胺基酸載體1 (EAAC1)和中性胺基酸轉運體2 (ASCT2)的mRNA相對表達量無顯著差異(P > 0.10)。與SCC組仔豬相比，注射ETEC-F4的CC組、AGP組和P(OA+OE)組仔豬的SGLT1和B0AT1的mRNA相對表達量顯著降低（P<0.05）。AGP組仔豬B0AT1相對mRNA表達量顯著高於CC組仔豬（P<0.05）。在與免疫系統有關的基因白細胞介素8（IL8）、IL10、白細胞介素1β、Toll樣受體2（TLR2）、TLR5和TLR7中，與SCC組仔豬相比，只有IL 8的mRNA相對表達量因注射ETEC-F4有增加的趨勢（P=0.10）。與CC組仔豬相比，P(OA+OE)組仔豬IL 8的mRNA相對表達量有降低的趨勢（P=0.08）。

緊密連接蛋白和營養轉運蛋白的蛋白相對表達量

圖3 各組之間緊密連接蛋白和營養轉運蛋白的蛋白相對表達量

如圖3所示，與SCC組相比，注射ETEC-F4的CC組、AGP組和P(OA+OE)組Occludin的蛋白表達量顯著提高(P < 0.05)。與CC組和P(OA+EO)組仔豬相比，AGP組仔豬Occludin的相對蛋白表達量最低(P < 0.05)。但各處理組間ZO1和B0AT1的相對蛋白表達量無顯著差異(P > 0.10)。

結腸ETEC F4基因表達量

圖4各組之間結腸ETEC F4基因表達量對比

如圖4所示，與SCC組仔豬相比，CC組仔豬結腸中ETEC-F4基因(faeG) 表達量顯著提高(P < 0.05)。然而，同時注射了ETEC-F4的CC組、AGP組和P(OA+OE)組仔豬之間faeG基因表達量無顯著差異(P > 0.10)。

小結

綜上所述：P(OA+OE)可以維持腸道形態，加強腸細胞間的緊密連接，降低腸道通透性，提高營養物質轉運蛋白表達量，並對ETEC-F4攻毒的斷奶仔豬有抗腹瀉作用。且本研究數據顯示，P(OA+OE)可在養豬生產中用作抗生素替代品。

註：

本文只是英文原文部分翻譯，有對英文原文感興趣的老師，請在評論區留下郵箱地址，小編將會把原文發到您的郵箱。感謝您的關注！