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原文题目：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

原文通讯作者：Chengbo Yang（阳成波博士，加拿大曼尼托巴大学教授）

原文发表于：Journal of animal science，影响因子：2.092，2020年8月11日出版

引言

断奶后腹泻（PWD）是养猪业最重要的经济损失之一（Yang等，2014），其特点是频繁的排泄水样粪便，导致仔猪生长发育迟缓，肠道健康受损，发病率和死亡率增加（Pan等，2017）。产肠毒素大肠杆菌F4（ETEC-F4）是PWD常见的病原菌之一。ETEC菌毛可附着在猪小肠上皮受体上并释放毒素。在过去的半个世纪里，在饲料或水中添加亚治疗剂量的促生长型抗生素（*P），被广泛用于控制猪PWD发病率，以及提高猪的生长速度和饲料效率。然而，*P的过度使用可能导致抗药性病原体在家畜和人类中的传播，对公众健康构成重大威胁。欧盟2006年禁止使用*P，世界多国政府也在努力减少畜牧业抗生素的使用。然而，许多地区在养猪业仍然使用治疗剂量和亚治剂量抗生素。同时，各种*P替代品已被用于养猪业。高剂量的铜和锌具有抗菌作用，可以改善断奶仔猪的肠道健康和生长性能，被认为是*P的替代品。然而，过量添加锌和铜会导致细菌耐药性，并引发环境问题。因此，在养猪业中需要成本效益高、生态友好、不产生耐药性的*P替代品。

有机酸（OA）是弱酸性有机化合物，可以通过抑制细菌、提高酶的分泌量和活性、维持肠道形态和肠道屏障的完整性来改善肠道健康和生长性能。柠檬酸等三羧酸和富马酸、苹果酸等二羧酸是三羧酸循环中能量代谢的中间体。因此，二羧酸或三羧酸可以改善肠道形态和肠道屏障的完整性，为猪的上皮细胞提供能量，并具有抗菌作用。山梨酸具有很强的抗菌作用，可以通过β-氧化为猪提高能量。然而，大多数有机酸在上消化道（如胃和十二指肠）中被吸收和代谢，离子型有机酸比分子态有机酸效果更差（如抑菌效果），尤其是在许多病原体繁殖的后肠道。微囊包被能够为生物活性化合物的释放提供物理屏障，可以使有机酸沿着猪肠道缓慢释放，减少有机酸在胃中的释放率，增强在后肠道的有益功能。

精油是从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，可以改善断奶仔猪的生长速度和肠道健康。在各种精油中，百里香酚、丁香酚、香兰素已成为人和动物抗菌、抗氧化、抗炎的常用药物。尤其是精油对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抑菌效果。虽然精油可以促进猪的生长性能和肠道健康，但其在饲料和肠道的稳定性限制了其在猪饲粮中的应用。然而，微囊包被被认为可以提高精油的有效性，并提高精油在恶劣条件下(例如，制粒过程中的高温和胃中的低pH值)，的稳定性和释放率问题。

精油和有机酸的联合添加对改善动物的生长性能和肠道健康具有协同作用。周等2007年的研究结果显示，有机酸和精油对鼠伤寒沙门氏菌具有协同抗菌作用，这可能是因为有机酸和精油的抗菌作用模式不同。添加有机酸和精油可提高断奶仔猪的养分消化率和消化酶活性。本实验室之前的研究结果表明，微囊包被有机酸加精油（Jefo动物营养）在饲料制粒过程和储存过程中保持了精油的稳定性，并使精油在断奶仔猪消化道缓慢释放。Jefo微囊包被有机酸加精油中大约15%的百里香酚在胃内释放，41%的百里香酚被送到空肠中段。然而，微囊包被有机酸加精油在断奶仔猪中对病原菌的保护机制尚需进一步研究。因此，本研究旨在探讨微囊包被有机酸（富马酸、苹果酸、柠檬酸、山梨酸）加精油（百里香酚、香兰素、丁香酚）对ETEC-F4攻毒后仔猪生长性能、免疫系统、肠道屏障功能、营养吸收和ETEC-F4基因表达量的影响。

材料和方法

试验设计和动物护理方案（F17-018, AC11280）由曼尼托巴大学动物护理委员会审查和批准，仔猪的护理程序遵循加拿大动物护理理事会指导方针（CCAC, 2009）。

试验设计

从曼尼托巴大学格伦利亚猪研究室挑选24头28日龄对产肠毒素大肠杆菌F4（ETEC-F4）易感仔猪（12头母猪，12头去势公猪，均重8.52±0.11kg），单独饲养在曼尼托巴大学T.K. Cheung动物科学研究中心的恒温舍中。在第一周内，室温保持在29±1ºC，然后在余下的实验期间（8-12 d）降低1.5ºC。仔猪随机分为4个处理，每个处理6个重复。根据NRC（2012）6-10kg猪的营养需要配制玉米-豆粕基础日粮（表1），以粉料形式饲喂。四个处理组分别为：1）假攻毒组（SSC，饲喂对照组日粮，并用磷酸盐缓冲溶液（PBS）处理的仔猪）；2）攻毒组（CC，饲喂对照组饲料，并用ETEC-F4攻毒）；3）促生长型抗生素组（*P，CC+金霉素55mg/kg）；4）微囊包被有机酸加精油P(OA+OE)组（CC+微囊包被有机酸加精油2g/kg，加拿大Jefo营养有限公司）。整个试验期自由饮水和采食。在试验的第7天，把注射器连在聚乙烯管上，固定在消化道上部，用注射器将5 mL 1×107CFU/mL的ETEC-F4注射到CC组、*P组和P(OA+OE)组仔猪的食管中，试验的第7天（注射后第0天）和第11天（注射后第4天），记录猪体重和采食量。在注射前和注射后3h、24h和48h用数字温度计插入直肠测量核心体温。在注射后0h、3h、8h、16h、24h、28h、34h、40h、48h和54 h时记录粪便稠度评分（0分=正常/形态良好的固体粪便，1分=软粪便/成形软粪便，2分=轻度腹泻/淡黄色液体粪便，3分=严重腹泻/水样粪便）

表1 试验日粮

测定指标

空肠肠道通透性：口服荧光素异硫氰酸酯-葡聚糖70 kDa（FITC-D70），测定血清中FITC-D70浓度。用尤斯灌流室测定空肠跨膜电阻，钠-葡萄糖协调转运蛋白1（SGLT1）相关短路电流，异硫氰酸荧光素-右旋糖酐4kDa（FITC-D4）通量。

空肠肠道形态与杯状细胞：绒毛高度(VH)、隐窝深度(CD)、VH:CD，以及每100μm绒毛和100μm隐窝的杯状细胞数。

空肠中段总抗氧化能力、总GSH和GSH/GSSG。

空肠中段消化酶活性。

空肠中段肠道屏障功能、免疫系统和营养转运相关基因的mRNA相对表达量。

空肠中段紧密连接蛋白和营养转运蛋白的蛋白相对表达量。

结肠ETEC F4基因表达量

试验结果

生长性能、直肠温度和粪便评分

表2 各组之间生长性能对比

如表2所示，各组之间在攻毒前的体重、平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）和饲料转化率（FCR）无显著差异（P>0.10）。攻毒后（试验第7天-11天），与SCC组仔猪相比，注射了ETEC-F4的三组仔猪日增重有降低的趋势（P=0.05）。添加*P和P(OA+EO)对攻毒后的ADG无显著影响（P>0.10），攻毒后各处理组的BW和ADFI无显著差异（P>0.10）。在整个试验期间（0-11d），各处理组的ADG、ADFI和FCR无显著差异（P>0.10）

图1 攻毒后48小时内各组间直肠温度的对比

如图1所示，注射ETEC-F4后3h时，与SCC组（39.5℃）仔猪相比，CC组仔猪的直肠温度（40.12℃）显著升高（P＜0.05）。添加*P和P(OA+EO)组仔猪在注射ETEC-F4后3h时直肠温度和CC组差异不显著。注射ETEC-F4的24h和48h时，各组之间直肠温度差异不显著（P>0.10）。

图2 攻毒后54小时内各组间粪便评分的对比

如图2所示，与SCC仔猪相比，注射ETEC-F4的CC组、*P组和P(OA+OE)组仔猪在注射后8h、28h、34h和40 h时引起腹泻（P<0.05），并且在注射后3 h（P=0.06）和16 h（P=0.06）的腹泻率有增加趋势。注射后28h时P（OA+EO）组仔猪的腹泻评分显著低于CC组仔猪（P<0.05）。注射后40h时P（OA+EO）组仔猪的腹泻评分显著低于*P组仔猪（P<0.05）。

肠道通透性与葡萄糖转运

表3 各组之间肠道通透性和葡萄糖转运对比

如表3所示，使用尤斯灌流室测量的TEER、SGLT1相关短路电流和FITC-D4之间没有显著差异（P>0.10）。与SCC组仔猪相比，注射ETEC-F4有增加肠道通透性的趋势（P=0.09）。*P组仔猪FITC-D70通量高于P（OA+EO）组仔猪（P<0.05）。

肠道形态与杯状细胞

表4 各组之间肠道形态与杯状细胞数量对比

由表4可知，与SCC组仔猪相比，注射ETEC-F4后，CC组仔猪空肠中段VH显著降低(P < 0.05)。与CC组仔猪相比，添加P（OA+EO）的仔猪空肠中段VH显著提高(P < 0.05)。但各处理组的CD、VH:CD、每100μm绒毛和隐窝的杯状细胞数均无显著差异(P > 0.10)。

消化酶*活性

表5 各组之间肠道消化酶活性对比

如表5所示，各组之间氨肽酶N（APN）、肠道碱性磷酸酶（IAP）、葡萄糖淀粉酶和蔗糖酶的活性无显著差异（P>0.10）。与SCC组仔猪相比，注射ETEC-F4的仔猪有降低麦芽糖酶活性的趋势（P=0.05）。

总抗氧化能力、总GSH和GSH/GSSG

表6 各组之间肠道抗氧化能力对比

如表6所示，各组之间TAC、总GSH、GSSG、还原型GSH，以及还原型GSH和GSSG的比值无显著差异（P>0.10）。

肠道屏障功能、免疫系统和营养转运相关基因的mRNA相对表达量

表7 各组之间肠道屏障功能、免疫系统和营养转运相关基因的mRNA相对表达量对比

如表7所示，各组之间ZO1和Occludin的mRNA相对表达量无显著差异（P>0.10）。与SCC组仔猪相比，注射ETEC-F4的CC组、*P组和P(OA+OE)组的仔猪Claudin1、Claudin3和MUC2的mRNA相对表达量显著降低(P < 0.05)。各组之间肽转运体1 (PepT1)、兴奋性氨基酸载体1 (EAAC1)和中性氨基酸转运体2 (ASCT2)的mRNA相对表达量无显著差异(P > 0.10)。与SCC组仔猪相比，注射ETEC-F4的CC组、*P组和P(OA+OE)组仔猪的SGLT1和B0AT1的mRNA相对表达量显著降低（P<0.05）。*P组仔猪B0AT1相对mRNA表达量显著高于CC组仔猪（P<0.05）。在与免疫系统有关的基因白细胞介素8（IL8）、IL10、白细胞介素1β、Toll样受体2（TLR2）、TLR5和TLR7中，与SCC组仔猪相比，只有IL 8的mRNA相对表达量因注射ETEC-F4有增加的趋势（P=0.10）。与CC组仔猪相比，P(OA+OE)组仔猪IL 8的mRNA相对表达量有降低的趋势（P=0.08）。

紧密连接蛋白和营养转运蛋白的蛋白相对表达量

图3 各组之间紧密连接蛋白和营养转运蛋白的蛋白相对表达量

如图3所示，与SCC组相比，注射ETEC-F4的CC组、*P组和P(OA+OE)组Occludin的蛋白表达量显著提高(P < 0.05)。与CC组和P(OA+EO)组仔猪相比，*P组仔猪Occludin的相对蛋白表达量*(P < 0.05)。但各处理组间ZO1和B0AT1的相对蛋白表达量无显著差异(P > 0.10)。

结肠ETEC F4基因表达量

图4各组之间结肠ETEC F4基因表达量对比

如图4所示，与SCC组仔猪相比，CC组仔猪结肠中ETEC-F4基因(faeG) 表达量显著提高(P < 0.05)。然而，同时注射了ETEC-F4的CC组、*P组和P(OA+OE)组仔猪之间faeG基因表达量无显著差异(P > 0.10)。

小结

综上所述：P(OA+OE)可以维持肠道形态，加强肠细胞间的紧密连接，降低肠道通透性，提高营养物质转运蛋白表达量，并对ETEC-F4攻毒的断奶仔猪有抗腹泻作用。且本研究数据显示，P(OA+OE)可在养猪生产中用作抗生素替代品。

注：

本文只是英文原文部分翻译，有对英文原文感兴趣的老师，请在评论区留下邮箱地址，小编将会把原文发到您的邮箱。感谢您的关注！

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