哺乳仔猪的小肠发育

　　1．功能背景

　　围产期内的仔猪的能量代谢方式出现了较大的转变。胎猪在母体内时生长和有氧代谢的物质是由静脉血流持续不断供应的；出生后，来自母体的供应突然中断，新生仔猪在吃低糖高脂的初乳前必然经受一段饥饿时期。所以，新生仔猪胃肠道必须能够适应从母体营养到小肠营养和吸收的转变，才能保持正常的生理机能。围产期内仔猪小肠上皮细胞的成熟分化过程受局部、全身及其他众多复杂因素的影响。消化生理和胃肠道的发育与宿主对定居微生物的反应有密切关系。大肠埃希氏菌和轮状病毒等病原是造成肠黏膜损害和腹泻的主要因素。而一些非致病性微生物的定居对于改善肠道内环境和机能有重要的意义。无论是致病性的还是非致病性的微生物的定居，都对小肠免疫系统造成刺激，都会导致轻微炎症和上皮细胞的变化，这些变化对仔猪营养和能量的吸收产生的影响往往是两面性的。

　　2．初乳等生长因子对仔猪小肠结构和机能的影响

　　仔猪开始吸乳后，体内蛋白质合成率提高，刺激了新生仔猪小肠的发育。初乳的消化刺激小肠腺细胞的增殖。初乳中引起小肠快速发育的非营养因素有免疫球蛋白和生物活性物质(包括类胰岛素生长因子Ⅰ)。初乳和常乳都有利于小肠上皮细胞的分化成熟。

　　类胰岛素生长因子(包括IGF-Ⅰ与IGF-Ⅱ)，以及体细胞外具有细胞穿透性和规则空间排布的IGF结合蛋白和受体共同构成可以调节脊椎动物细胞生长、分化和原生质形成的内分泌—自分泌—旁分泌系统。乳房分泌物中含有高水平的IGF和IGF结合蛋白。乳房组织细胞和小肠组织细胞都能表达IGF结合蛋白和IGF受体，因而推测IGFs调控母猪体内乳腺发育基因和泌乳基因的表达，此外，IGFs在调节乳猪的生长和维持胃肠成熟方面也具有十分重要的作用。试验表明，饲喂初乳可提高小肠内IGF-Ⅰ水平。饲喂初乳还可提高仔猪对大分子物质的吸收和仔猪循环血流中IGF水平。经营养学调查表明，提高饲料配方中IGF-Ⅰ含量，口服IGF-Ⅰ对小肠黏膜生长的刺激作用极为微弱。补充的IGF-Ⅰ之所以不能带来预期的结果，是因为健康的新生仔猪加上充分的营养就已经可以获得最大的生长率。虽然口服IGF-Ⅰ不能刺激小肠的生长和结构的分化，但这种多肽可提高小肠上皮细胞对Na和含。Na营养物的吸收。仔猪饲料中添加33～65纳摩／升或更高浓度的IGF-Ⅰ，可显著提高小肠内乳糖酶—根皮苷水解酶的水平和这些酶的活力。IGF-Ⅰ给药量与初乳中的水平相当，但是如果连续14天饲喂添加有IGF-Ⅰ的饲料，乳糖酶的活力就会明显高于正常生理水平下的酶活性。1～3纳摩／升的添加量，对肠上皮细胞中乳糖酶酶活性的影响就不会如上所述。

　　生长转换因子-α(TGF-α)可能是仔猪小肠中生长因子受体的外源性配合体。仔猪3周龄时，TGF-α可在其小肠腺细胞内表达，这表明该因子参与新生黏膜的分化和成熟过程。初乳的生物学效能与一种未知的非营养蛋白有关。已从猪初乳中成功分离这种蛋白并进行了测序工作。结果表明，它是猪、人和鼠小肠细胞生长的潜在激活物。

　　3．乳猪小肠内大分子物质的吸收过程

　　乳猪小肠中并非所有增加的蛋白内容物都是新合成的。一大部分黏膜蛋白来自于内吞的初乳免疫球蛋白细胞和非特异性溶质吞噬作用。完整的蛋白吸收是依靠初乳中的蛋白激酶抑阻剂完成的。

　　初乳中一大部分蛋白是免疫球蛋白，一些是乳特有蛋白如酪蛋白、乳球蛋白、乳白蛋白。仔猪吃初乳后数小时内，这些免疫球蛋白就会以较高水平出现在仔猪的循环系统中。仔猪无法经胎盘获得免疫球蛋白，新生仔猪可通过初乳获得未被破坏的免疫球蛋白，从而建立天然被动免疫。吃初乳1日后，仔猪体内母源抗体水平最高；随后降低，直至3周龄时降至最低。对于新生仔猪小肠上皮可通过内吞作用从初乳中获得大量完整的免疫球蛋白。小肠吸收的大分子是非特异性的，主要是初乳中的成分物质，如免疫球蛋白和其他营养因子，它们可被小肠上皮快速吸收后运送至血液循环中。

　　仔猪吃初乳后大约6～12小时，小肠开始停止转运初乳中的大分子物质，并对大分子物质进行快速降解、吸收，24～36小时后吸收停止。调控吸收终止的细胞机制尚不清楚，但有证据表明，部分调控因子可能存在于初乳的乳清中。吸收的大分子物质进入血循环的过程依赖于三个环节：肠上皮吸收细胞顶端表面对大分子物质的内吞作用；核体—溶酶体系统对大分子物质的细胞内转运和加工过程；大分子物质经嗜碱性细胞吸收胞外分泌、释放。这些过程共同构成细胞摄入转移系统，该系统可在与胎猪相近的不同胚胎肠细胞中表达，而且可持续存在于肠道纤毛细胞表面，直至出生后1～2周龄。

　　肠道吸收作用的终止并不是由于肠上皮细胞内吞作用的减弱或上皮细胞内溶酶体快速降解造成的，而是小肠向血液循环转运大分子物质减慢的结果。肠上皮细胞间初乳生物活性分子水平的升高会使嗜碱性细胞细胞膜呈现负反馈，即结构和功能的调整；这一点会造成胞外分泌作用活动的减少。这一假设虽未得到证实，但实验证明新生仔猪血液循环中的糖皮质激素可以调整机体对大分子物质的吸收。自然分娩的仔猪在出生后吃初乳时获得的完整蛋白水平(IgG，白蛋白)较同窝剖腹产的仔猪高(前者出生时血浆中氢化可的松水平较后者高)，这一结果说明在围产期内氢化可的松可以刺激大分子物质的吸收。所以认为，新生仔猪抗体吸收能力的终止从很大程度上是由于糖皮质激素水平的下降引起的。

　　仔猪体内还有一些大分子物质是在小肠封闭后才进入血循的。3日龄仔猪体内IGF-I被血循环主动吸收，并由此提出封闭后的吸收是通过受体介导途径完成的。出生后2周内，成熟个体的细胞逐渐取代胎猪肠上皮细胞。这些取代细胞的肠上皮细胞活性比后者低得多。这种细胞更替过程沿肠近远端方向进行，仔猪6日龄时在肠近端首先完成细胞演变。此时小肠末端仍有大分子物质吸收作用。仔猪4～8周龄时，细胞更替在末端完成，大分子物质吸收作用停止。

　　4．乳猪小肠结构和功能

　　仔猪出生后的早期生长阶段小肠直径增长十分迅速，尤其是在刚吃过初乳后6小时内。与未吃初乳的新生仔猪相比，同是出生后24小时，小肠的长度长29％，重量多86％，黏膜总面积达130％倍。新生乳猪的小肠上皮细胞具有功能复杂的顶端核仁系统，该系统包含管状内涵体和能够参与吸收大量母源免疫球蛋白和其他初乳营养物的相关囊泡细胞器。对其他动物的研究发现，处于发育中的小肠细胞内的顶端核体内有一种名为胞内微管蛋白的糖蛋白。虽然不清楚这种微观蛋白的功能，但它可在数种动物新生阶段的小肠细胞中表达，这说明它对小肠上皮细胞的发育十分重要。新生乳猪的小肠上皮细胞除具有功能复杂的顶端核仁系统外，还具有一些大颗粒的亚核粒子，这些粒子包含初乳营养成分，如IgG。在小肠封闭阶段，上述亚核颗粒中有大团晶体样内容物。这些内容物富含母源免疫球蛋白。对吃初乳或不吃初乳的仔猪进行比较发现，吃初乳的仔猪体内乳糖酶一根皮苷水解酶和水解乳糖的刷状糖苷酶活性明显偏低。虽然乳猪体内糖苷酶(蔗糖苷酶、麦芽糖苷酶)水平较低，但由此可见仔猪是对碳水化合物的消化能力是有限的，而不是对乳糖的消化不良。新生仔猪体内存在与日龄紧密相关的铁和营养素的流失。然而日龄增加，肠容量就增加，那么肠运载能力也增加。仔猪哺乳24小时后载体介导的氨基酸吸收减少并不是因为转运载体的减少而是由于组织的生长导致转运载体的有效浓度降低的缘故。载体介导的氨基酸和葡萄糖转运减少还与胎猪肠上皮细胞更替有关，这种细胞更替会使得肠绒毛细胞两侧的转运功能重新分配。#p#分页标题#e#

　　5．哺乳仔猪小肠内的微生物菌群

　　乳猪小肠内固有微生物群包含有数百种微生物，这些微生物来源于母体和外界环境。细菌定居、繁殖的方式类似于其他动物肠道细菌，一般是先有乳酸杆菌、肠杆菌和葡萄球菌，随后会出现一些厌氧菌。微生物的定居和繁殖方式是一个复杂的过程，是自然选择的结果，表现出生态学时空上的继起性；而且还要受到来自细菌和宿主多方面因素的调控：细菌抗原性、动物的基因型、生理状态以及更重要的营养状况。小肠内的部分微生物小生态内环境可以对其内微生物的组成和代谢活动产生选择性的影响，在小肠的远端和近端都发现有此类小生态内环境，它们与绒毛表面、腺细胞、上皮细胞相关黏液素以及鲁米诺黏液有关。影响内环境微生物数量的可变因素包括免疫应答、肠道内受体、营养状况、食糜、游离氧和pH等。

　　肠道内细菌为满足自身生长需求，必须获得能源和营养物质。它们可以从外源的宿主营养物中攫取，也可从肠道内获取，如脱落的肠皮细胞、肠内壁黏液层的细胞分泌物等。哪一种细菌竞争力强，它就会在菌群中占优势。日粮的消化残渣影响肠道微生物的组成和代谢活动。仔猪出生后的生长发育过程中，日粮的改变可以引起肠道微生物生态系统的一系列相关变化。

　　细菌的非日粮来源性能源或肠道内源性能源是肠道微生物菌群重要的调控因素。小肠细胞表面的寡聚糖链(多糖)和肠细胞分泌蛋白、脂类具有许多重要的生物调节作用。不同动物肠黏膜表面多糖含量的种内差异和种间差异是由于肠道微生物介导的外源性选择压力造成的。近来有证据表明，在微生物进化的过程中，选择压力导致肠道多糖的多样化表达，表达产物多为在进化过程中保留下来的共生菌群所必需的营养物质。

　　肠毒素型大肠杆菌感染和轮状病毒感染是乳猪腹泻的主要原因。仔猪对这些病原的易感性主要是由于最初哺乳的几个钟头内不能获得足够的初乳。体弱、瘦小、畏寒或病损的仔猪往往很难吃到有乳的乳头。患有乳房炎或其他感染和疾病的母猪不能分泌足够的初乳，从而仔猪也就无法获得坚实的被动免疫力。另外一个易感因素就是仔猪小肠表面具有大量的病原结合位点。肠道黏膜表面细菌或病毒结合位点的化学性质、分布对于宿主及其组织易感性与宿主免疫应答能力起着十分重要的作用。这一点在新生仔猪体现得最为明显，因为新生仔猪体内随着肠上皮细胞的分化，有益菌群和有害菌群几乎同时存在。对于引起仔猪腹泻的肠道菌群部分菌株，人们已根据其各自纤毛黏附素和血凝素进行分类命名。血凝素是细菌表面外突的蛋白附加体内容物，它们可以识别小肠表面糖蛋白和糖脂。蛋白附加体的合成和肠毒素的形成是促使病原菌与肠道内共生菌竞争成功的基本毒力因子。

　　6．乳猪小肠糖生物学和微生物病原学

　　从理论上讲，小肠黏膜和黏液素提取的低聚糖应具有结构的多样性。这些低聚糖是由不同长度的单糖以不同的顺序首尾相接而成，而且连接具有异构性(α型或β型)，连接位点不同、分支不同。但是实际上，低聚糖区结构可变区是非常有限的，而且低聚糖的空间排布遵循一定规律。肠黏膜和腺体内的糖原变体并不是基因表达的初级产物，而是在不同基因调控下，单糖通过几种糖基转移酶的作用与低聚糖前体相连。大多数糖蛋白的低聚糖链不仅具有与天门冬氨酸氨基氮相连的N-糖苷键，而且还具有与丝氨酸或苏氨酸羟基相连的O-糖苷键。此外，还发现有一些与脂类相连的生物活性低聚糖。

　　与微生物黏附有关的多数小肠糖基化方式，只是在低聚糖尾链终止处相连的基团的细微差别。可能是硅酸基团、半乳糖、N-乙酰半乳糖胺或海藻糖。这些细微差别就足以形成或模仿细菌黏附纤毛的结合位点。不同猪之间糖基化作用的不同意味着对不同病原感染性的个体差异。对于野生动物来说，在疫病流行时存活个体对整群动物的生命力都很重要。同理，对于养猪业来讲，猪个体间对病原的不同易感性和粪便中共生菌、病原菌的比例，都会对肠道感染在猪群的流行造成重要影响。

　　新生仔猪和乳猪的所有糖蛋白和鞘糖脂都含有半乳糖基终止基团。几种引起仔猪腹泻的肠毒素型大肠杆菌，包括K88、K987P，表达的黏附素和／或耐热毒素可以特异性地与肠黏膜表面的半乳糖结合。糖原变体末端的硅酸基团越来越受重视，因为研究发现它们参与有益菌和病原菌细胞的不同生长和发育过程。这些具有硅酸基末端的糖可以调控细胞水平和分子水平的识别作用，它们有时直接进行调控，有时是掩盖细胞膜和分子上的识别位点。许多微生物病原，如病毒、支原体、细菌和原生动物等，可利用细胞表面的硅酸基团黏附于它们各自的宿主细胞。对2周龄新生仔猪的肠绒毛表面进行细胞化学和生物化学的分析发现，其细胞膜和黏液素已呈高度硅酸化。

　　新生仔猪小肠表面早期的硅酸化会影响肠道菌群的形成。一些微生物附着点被硅酸掩蔽，恰恰有一些病原微生物或非致病性微生物自身可形成硅酸酶，破坏硅酸层，进而克服了宿主的防御屏障系统，为定居创造了新的侵入位点。还有一些肠道细菌可以随机与猪小肠内硅酸受体结合。只引起仔猪腹泻而不侵害成年猪的肠毒素型大肠杆菌K99株所表达的黏附素可与硅酸化的糖蛋白和糖脂结合。N-羟乙酰神经氨酸—乳酸神经酰胺已经被证实是K99的一个重要受体。新生仔猪细胞膜内的神经节苷脂含量最高，随着生长发育逐渐减少。

　　轮状病毒是引起乳猪严重胃肠炎的常见病原。病毒早期对肠上皮细胞的黏附、侵入是决定它是否能在上皮细胞内复制的重要因素。轮状病毒的传染力取决于囊膜蛋白(血凝素VP4二聚体)和硅酸受体的相互作用。A型轮状病毒有生物性肠腺受体，该受体为2个GM3神经节苷脂家族，包含一个神经鞘和一个神经节鞘。小肠黏膜内的这种硅酸受体水平在仔猪出生后的1个月内快速下降。关于轮状病毒严重感染仔猪现象，除了仔猪缺少有效的免疫应答外，快速下降的硅酸受体也可以解释这种年龄易感因素。同样的，容易感染断乳仔猪K88型大肠杆菌可能与断乳仔猪小肠内半乳糖硅酸受体的表达有关。

　　7．乳猪黏膜免疫发育

　　实践证明，新生仔猪容易感染疾病。人们也普遍认为，仔猪的细胞免疫系统不及成年猪的完善和发达。在出生后几周内，当细胞免疫系统应答能力正在增强时，仔猪还可通过初乳和常乳获得保护性免疫球蛋白。#p#分页标题#e#

　　仔猪出生后数小时内通过初乳吸收大量免疫球蛋白，从而建立最初的被动免疫力。依靠初乳建立的免疫力水平取决于量的因素：一是初乳中抗体的数量和质量，二是仔猪消化和吸收初乳的能力。如果仔猪能最大程度地吸收初乳免疫球蛋白，那么出生24小时后仔猪的抗体滴度就会与母体的相当，只是初乳免疫球蛋白仅含有IgG。母源IgG可以使机体免遭多种疾病感染，但仔猪体内的IgG一般没有保护力，故在黏膜表面可发现大量的病原；其次，仔猪通过初乳获得IgG被动免疫后，随着初乳分泌停止，IgG水平逐渐降低，取而代之的是常乳中的IgA作为主要免疫球蛋白，IgA通过中和作用、抗黏附作用、调理作用和溶菌作用为仔猪小肠黏膜提供短期免疫力。乳猪可以获得对母猪耐受病原的免疫力，但对于仔猪舍内新病原却缺乏免疫力。

　　哺乳动物体内含量最高的免疫球蛋白是IgA，主要是黏膜分泌形成。T、B淋巴细胞的常规免疫反应都会引起IgA的产生。IgA是由回肠末端集合淋巴表面抗原刺激B2淋巴细胞产生的。肠腔内抗原通过特殊肠上皮细胞(M细胞)分布于集合淋巴结表面后进入淋巴滤泡间区，在此被巨噬细胞和树突状细胞等抗原递呈细胞传递给辅助型T细胞；Th产生细胞因子刺激B淋巴细胞产生IgA。rgA+ 淋巴细胞离开集合淋巴结并经过循环系统后，重新回到以前的区域分化为可以产生大量抗体的血浆细胞。当有新的抗原侵入时，血浆细胞会产生针对新抗原的特异性IgA，这种IgA又重新返回肠腔。

　　新生仔猪体内虽然具有可以引起免疫反应的效应性B细胞，但只有到哺乳后期或断乳时，仔猪体内才会有功能完善的T细胞群。出生前，猪的脾脏、淋巴结、派伊尔淋巴结和胸腺具有一定水平的可产生免疫蛋白细胞。出生后，首先出现IgMB淋巴细胞，随后根据组织的发育情况出现IgG、IgA等B淋巴细胞。至少是在胸腺内，B细胞亚群中向IgG、IgA分泌细胞的转化不受肠菌菌群所造成的外源性抗原刺激。出生后4周，小肠壁层本来的T、B淋巴细胞数量翻一番。在同一时期内，T细胞各亚群分化呈现鲜明特点：CD4+ T淋巴细胞在出生后的第一周内数量明显增加；而CD8+ T淋巴细胞在出生时水平较低，直到5～7周龄时才逐渐增多。虽然新生仔猪T淋巴细胞还不够发达，但已能形成小肠IgA防御屏障。小肠内大部分菌胞壁抗原和蛋白抗原的IgA是特异性针对肠道菌群中这些细菌产生的，而且与T细胞或生发中心没有关系。能够合成IgA的B1淋巴细胞来自腹膜腔。B1分化细胞可以将诸如磷酰基复合维生素B的特殊细菌抗原识别为自身抗原，如免疫球蛋白、DNA和红细胞、胸腺细胞膜蛋白。B1细胞产生的IgA可以抵抗一般细菌侵入机体系统。猪B1细胞具有许多其他哺乳动物B1细胞所具有的特性，包括转膜糖蛋白CD5的表达，该表达产物可以调控细胞内的信号系统。B1细胞被认为是在T细胞依赖性B细胞产生之前较为初级的特殊免疫防御形式。B1细胞各亚群的分化出现于细胞分化的早期，而且是新生B细胞系统的主要成员。Bl细胞的功能以及乳猪小肠菌群发生抗原性变异时引起特异性黏膜IgA的分泌机制还有待研究。

　　8．小肠内菌群对小肠免疫发育的影响

　　胎猪在子宫内一般不会与抗原接触。所以，出生时仔猪所具备的免疫系统是从零开始的，是全新免疫系统的起点。如前所述，仔猪肠道内的菌群主要是母猪在分娩过程和哺乳时传递的。接触到不同的微生物是仔猪免疫系统解剖学、功能学发育的基础。细菌抗原对于肠道相关淋巴组织的增殖和发育起着重要的作用。这一点已经通过无菌动物和带菌动物比较研究得以证实。值得一提的是，当无菌动物仅接触食物抗原而不接触细菌抗原时，就可以建立最基础的免疫系统。

　　人们普遍认为，对于新生动物适当免疫应答的产生和免疫调节网络的发育依赖于肠道正常、适宜的微生物群落以及接触到的饲料抗原。接触抗原后所产生的免疫应答受多种可变因素的影响，包括动物基因型和性状、抗原的刺激时间和滴度。仔猪的空肠、回肠前端分布有30个分泌型派伊尔集合淋巴结；回肠末端的肠袢内有一长集合淋巴结。回肠末端集合淋巴结是产生基础免疫球蛋白和Bl细胞群的非抗原依赖组织。当肠上皮细胞与抗原递呈细胞和淋巴细胞协同作用较发达时，空肠和前端回肠集合淋巴结生发中心是产生特异性B细胞的重要场所。对于新生仔猪，集合淋巴结系统中的这两个组成部分的发育受存活的微生物抗原的影响。SPF(无特定病原动物)和普通动物体内空肠集合淋巴结比无菌动物的大得多。无菌动物回肠集合淋巴结滤泡第一个月比第二个月的大小明显增加；而SPF动物和普通动物相应的滤泡没有变化。

　　关于微生物是如何影响淋巴细胞形态变化和功能的机制尚不清楚，但是微生物似乎参与了一些引起抗原吸收和加工常规程序的复杂生命活动。共生的细菌和病原可以直接影响细胞因子的形成；信号系统分子对于免疫应答和T细胞分群等免疫系统活动其调控作用。可对新生仔猪小肠黏膜分泌的IgA进行初步分群。这种分群方法对于IgA与抗原的关系有时有据可查，但有时是没有根据的。人们很容易给出“抗原特异性IgA”这样一个定义；但是自然IgA的使用似乎就不恰当。大多数自然IgA是由正常的而非特异的肠道微生物刺激所产生的。含有厌氧菌的肠道菌群难以在体外培养的事实可以用来解释为何难以给自然的IgA免疫应答一个准确的定义。肠道共生菌群在定居肠道的过程中不断刺激机体产生有限的自身黏膜体液免疫。即使细菌存留于肠腔内，分泌型IgA对共生菌群有效的免疫应答可以削弱集合淋巴结生发中心反应引起的慢性刺激。IgA继续附着于存活的细菌菌体表面。新生仔猪体内包被于肠道菌表面的IgA可以提供母源抗体。事实上，母源抗体IgA会一直保护新生宿主免疫系统不受微生物抗原侵害，而且还会延迟自然IgA应答的发育。如前所述，持续、低水平黏膜IgA应答可能是经更为初级的非T细胞依赖途径引发的(与T细胞依赖途径不同)，而后者在自身生发中心存在时，仍可不断地向肠腔提供抗特异细菌的IgA血浆细胞。