猪的营养和免疫

    营养与疾病之间存在着非常密切的联系，动物的营养状况影响着机体的免疫功能和对疾病的抵抗力，机体的健康状况又影响着动物的营养需要模式。“营养免疫学”的诞生与发展为解决动物生产中的疾病问题提供了新的思路。国内外关于猪的营养与免疫研究的热点主要有两大部分：(1)营养素对猪免疫机能的影响;(2)免疫状况对猪营养代谢和营养需要量的影响。     1营养素对猪免疫机能的影响     对猪免疫功能有重要影响的营养素主要有蛋白质、氨基酸、脂肪、维生素和微量元素等。     1.1蛋白质     在临床和试验方面，有关蛋白质营养与免疫的研究很广泛，得到较为一致的结论。蛋白质缺乏将会：(1)降低机体抗感染能力和淋巴器官发育；(2)降低细胞免疫功能；(3)降低体液免疫功能；(4)降低巨噬细胞的数量与活性。     1.2氨基酸     氨基酸与免疫功能关系的研究主要集中在赖氨酸、含硫氨基酸、苏氨酸和支链氨基酸等几种必需氨基酸和谷氨酰胺。     1.2.1赖氨酸     多数研究证明，赖氨酸缺乏并不降低动物机体的免疫反应。但也有部分试验发现赖氨酸影响机体免疫力。Kornegay等(1993)发现，仔猪抗体对卵清蛋白的初级反应不受日粮赖氨酸水平的影响，但是添加赖氨酸后，机体对卵清蛋白的次级反应加强。     1.2.2含硫氨基酸     含硫氨基酸在很大程度上影响动物的免疫功能及其对感染的抵抗力。淋巴细胞为蛋氨酸营养缺陷型细胞，不能利用同型半胱氨酸和胆碱合成蛋氨酸以补充蛋氨酸的不足。在免疫反应方面，半胱氨酸可达到蛋氨酸的70%～80%的效果。半胱氨酸及其衍生物还能调节淋巴细胞和巨噬细胞的功能，此外，它还作为GSH的组分，在解毒及保护细胞免受自由基危害方面起着关键性作用。     1.2.3苏氨酸     苏氨酸是动物免疫球蛋白分子中的一种主要氨基酸，缺乏苏氨酸会抑制免疫球蛋白和T、B细胞及其抗体的产生。采食高粱的初产母猪补饲苏氨酸，可防止血浆IgG含量减少，母猪自身合成的抗牛血清蛋白的抗体也高于对照组(Cuaron等，1988)。     1.2.4亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸     Gatnau(1995)在仔猪日粮中添加过量L-Leu及其代谢产物α-酮异已酸和β-甲羟基丁酸，对仔猪的生产性能和免疫反应不产生有害影响，但采食过高日粮Leu(3.12%)的仔猪生产性能和体液免疫反应下降。     日粮中高水平的Leu低水平的Ile和Val对免疫功能功能具有抑制作用，添加Ile和Val能消除免疫抑制。因此，Leu的免疫抑制作用可能是由于高水平的Leu与Ile和Val相拮抗，造成Ile和Val缺乏所致。     1.2.5谷氨酰胺     谷氨酰胺是肠上皮淋巴细胞的重要能量来源，且上皮淋巴细胞的增殖也需要谷氨酰胺。谷氨酰胺也是维持肠相关淋巴组织、分泌型IgA的产生和阻止细菌从肠的易位所必需的。此外，谷氨酰胺是精氨酸合成的前体，而精氨酸是一氧化氮合成的前体，一氧化氮是巨噬细胞活性和宿主防御的一个关键性的因素，因此谷氨酰胺与机体免疫具有密切的关系。     氨基酸影响免疫机能的机制：(1)影响蛋白质的合成速率及类型、RNA合成和抗体形成过程；(2)氨基酸的药理作用;(3)氨基酸的代谢产物影响免疫功能；(4)氨基酸通过影响其它必需营养素的代谢间接影响免疫功能。     1.3多不饱和脂肪酸(PUFA)     大多数的研究表明，日粮中添加ω-3PUFA降低了动物的淋巴细胞转化率、自然杀伤细胞的活性和炎性细胞因子(IL-1、IL-6、TNF)的产生，这可在一定程度上解释ω-3PUFA对心血管疾病、自动免疫疾病或炎症的缓解作用。这些疾病的特点是免疫反应失控，从而产生过多的炎性细胞因子，对机体造成损伤。ω-3和ω-6PUFA的平衡具有重要意义。     目前，有关对ω-3PUFA影响免疫的机理为：(1)影响了细胞膜的脂肪酸组成，从而影响了细胞的流动性；(2)改变了类二十烷酸的种类和数量；(3)改变了细胞的信号转导系统；(4)改变机体的脂质过氧化水平；(4)影响免疫细胞的关键基因的表达。如细胞因子，粘附分子等的表达。     1.4维生素     所有维生素都直接或间接地参与免疫过程，研究较深入的维生素主要有：维生素A和β-胡萝卜素；维生素E；维生素D；维生素C。     1.4.1维生素A和β-胡萝卜素     维生素A是维持正常免疫功能的重要物质，严重缺乏或亚临床缺乏导致免疫功能紊乱。姜建阳(1999)研究表明，高剂量维生素可提高仔猪细胞免疫功能,但对体液免疫功能无显著影响。     β-胡萝卜素除作为维生素A的前体物外，还具有自身独特的功能：(1)抗氧化功能；(2)促进辅助性T淋巴细胞增殖、NK细胞上IL-2受体的增加、诱导细胞毒性T细胞的活力。     1.4.2维生素E     VE是一种生物抗氧化剂，可增强动物机体的免疫功能，具有免疫佐剂的作用。VE在影响免疫功能方面与硒具有协同作用。饲料中添加VE可有效提高猪抗体生成量。向猪日粮中添加100IUVE提高了猪对大肠杆菌的血清学反应。     VE影响免疫的机制：(1)抗氧化功能；(2)影响花生四烯酸代谢产物的合成；     (3)抑制前列腺素和皮质酮的生物合成。     1.4.3维生素C     VC具有抗应激和抗感染作用，与机体免疫功能密切相关。赵君梅(2001)表明日粮中添加VC能提高血浆球蛋白含量和球/清蛋白比，改善仔猪免疫功能。     VC通过四个途径影响免疫功能：(1)影响免疫细胞的吞噬作用；(2)降低血清皮质醇，改善应激状态；(3)抗氧化功能；(4)增加干扰素的合成.     1.4.4维生素D     VD以活性形式1,25-(OH)2-D3参与调节免疫功能：(1)调节造血细胞、淋巴细胞生成细胞、骨细胞的增殖和分化，修饰T、B淋巴细胞活性；(2)通过调节IL-1、IL-2、IL-3、α-TNF以及免疫球蛋白修饰免疫反应；(3)调节单核细胞、多形核巨噬细胞以及淋巴细胞由胸腺和脾脏向血液转移；(4)调节体外单核白细胞的增殖和分化     1.5微量元素     研究比较深入的是锌、硒，其次是铜、铁、锰等。这五种元素的共同特点是起着生物抗氧化的作用。     1.5.1锌     大量研究表明，锌对免疫系统的发育、稳定、调节有重要作用。缺锌导致免疫器官萎缩、免疫细胞减少和抗体水平下降。Miller等(1968)观察了锌缺乏仔猪的免疫状况，胸腺重量显著下降，白细胞数量增加，但淋巴细胞在白细胞中的比例下降，带状中性细胞(一种未成熟的白细胞)的百分比升高。     锌与免疫有关的功能：(1)是维持胸腺素活性的必需因子；(2)与巨噬细胞膜ATP酶、吞噬细胞中NADPH氧化酶等的活性有关；(3)细胞内的锌浓度对巨噬细胞的活力和噬中性白细胞的杀菌能力起决定性作用；(4)是超氧化物歧化酶的辅助因子，具有抗氧化功能。促进外周血单核细胞产生肿瘤坏死因子。     1.5.2硒     硒与动物的免疫状况密切相关，被称为免疫促进剂。硒对免疫功能的影响与VC有协同作用。硒能刺激免疫球蛋白及抗体的生成，提高机体体液免疫、细胞免疫和非特异免疫功能。     硒对免疫的影响主要在四个方面：(1)缺硒降低嗜中性白细胞和巨噬细胞谷胱甘肽过氧化物酶活性，降低细胞的抗氧化能力，从而降低免疫细胞活力；(2)硒通过影响谷胱甘肽过氧化物酶进一步调控5-脂氧合酶活性。5-脂氧化酶催化二十碳四烯酸氧化，其氧化产物影响淋巴细胞增殖；(3)硒通过激活NK细胞和靶细胞膜表面，促进二者结合从而增强NK细胞杀伤活力；(4)通过硒蛋白途径影响免疫功能。     1.5.3铜     铜在体内通过一些含铜蛋白(铜蓝蛋白和SOD)调节炎症反应和抗氧化能力或影响对炎症反应有调节功能的因子，增强机体的免疫反应。铜缺乏，T细胞依赖性抗体的产生受到抑制。此外，铜还参与补体的合成。     1.5.4铁     缺铁影响动物免疫器官的发育。铁对体液免疫的影响不是很明显，不过有报道严重缺铁不影响血浆IgG水平，但IgM水平降低(Sherman,1990)。铁缺乏明显影响细胞免疫功能,导致NK细胞及腹膜巨噬细胞活力严重受损，干扰素活性及白介素产量均下降。     铁营养不良影响免疫力的机制可能为：(1)缺铁使DNA合成和细胞增殖所必须的含铁核糖核酸还原酶活性受损，影响了DNA和蛋白质合成以及细胞增殖；(2)铁结合蛋白如转铁蛋白和乳铁蛋白本身有直接杀菌作用。     1.5.5铬     铬是葡萄糖耐受因子(GTF)的组成成分。研究表明，铬也可影响机体的免疫功能。但到目前为止，补铬对猪免疫机能的影响的研究结果尚不一致。LeeDernan等(1997)试验表明，4周龄断奶仔猪日粮中添加400g/kg铬能提高仔猪伪狂犬病毒的抗体效价，提高淋巴细胞转化率。IgG和免疫球蛋白质总量增加。     2免疫状况对猪营养代谢、生产性能和营养需要的影响     免疫系统受外来抗原刺激后，通过神经-内分泌-免疫系统网络，引起动物一系列行为上和代谢上的改变，从而影响动物的生长和营养需要量。     2.1免疫系统激活导致动物机体代谢发生变化     免疫系统激活会使相应抗体水平升高，淋巴细胞增殖速度加快，细胞因子水平升高等，从而有效地抵御外来抗原对动物机体地损害。然而免疫系统的激活也带来了明显的负面效应，引起动物一系列行为上和代谢上的改变。行为的改变的典型症状是动物发烧、厌食，采食量和生长速度下降，饲料转化率变差，动物处于一种压临床状态，此所谓“免疫应激”。代谢上的改变是机体将本用于生长和骨骼肌沉积的营养物质转向于高度激活的免疫系统以抵御疾病。     2.2免疫系统激活对猪生产性能的影响     某一特定基因型的猪其生长速度和体组成在一定程度上决定于其健康水平。降低猪免疫系统激活可提高猪的采食量、生长速度和饲料转换效率，此外，还可改变猪的胴体组成，使猪沉积更多的肌肉或体蛋白，尽可能少地沉积脂肪组织。     免疫系统激活也可影响哺乳母猪的体况和泌乳能力。高免疫系统激活影响母猪泌乳的原因是细胞因子抑制了母猪产乳激素(如GH、IGF-1和催乳素)的释放(Bauman和Vernon，1993)，从而降低了血液循环中GH、IGF-1(Fan等，1995)和催乳素(Chao等，1994)的水平所致。有关免疫系统激活水平对哺乳母猪生产性能影响的报道很少。Sauber等(1999)的研究表明，高免疫系统激活水平导致母猪采食量下降10%，但对母猪的体重损失影响不大，同时对乳成分也产生了一定的影响；高免疫系统激活降低了乳蛋白的含量，但对乳脂含量无影响；最终降低了总的乳产量和乳蛋白产量，但对乳脂产量无影响。母猪泌乳能力的下降最终影响了乳猪的生长性能，使乳猪的窝增重下降14%，但未影响断奶仔猪头数。免疫系统激活水平对妊娠母猪的生产性能影响尚未有人进行研究。     2.3免疫系统激活对猪营养需要量的影响     目前，对不同免疫系统激活状况下猪营养物质利用率的研究极少，仅Williams等(1997a,b)对能量和赖氨酸的利用效率进行过研究。免疫系统激活对其它营养物质利用效率的影响有待于进一步研究。     Williams等(1997a)的研究表明，不同的免疫系统激活水平对猪的维持能量需要和代谢能用于体蛋白和体脂沉积的效率无影响。Williams等(1997b)报道，在不同的免疫系统激活状态下，赖氨酸用于体氮沉积的效率是相似的。     有关不同免疫系统激活状态对猪营养需要量的研究主要集中于氨基酸需要量的研究，尤其是赖氨酸需要量的研究。由于低免疫系统激活的猪的肌肉组织生长能力较高免疫系统激活的猪高。     在生产实践中，动物的生长速度并不是恒定的，在连续几个快速生长期之间，不时出现免疫系统应激诱发的慢速生长阶段，因而养分的需要量呈现阶段性变化。一般可分为三个阶段：(1)免疫应激的潜伏期，此阶段养分实际需要量与NRC推荐相当；(2)免疫应激期，此阶段由于免疫系统异常活跃，动物采食量和生长速度均降低，因此对养分的需要量低于正常需要量。目前有关免疫应激对营养需要量的影响方面的研究均集中在这一阶段；(3)应激后的补偿生长期，此阶段机体顺利将入侵微生物排出体外，机体补偿生长，对养分需要量比NRC推荐的高。有关应激后的补偿生长期营养需要量尚未进行研究。