蒙脱石对动物肠道黏膜屏障功能的调控作用及可能机制

曹 智，许毛斗，张佳鑫，陈继发

（宜春学院生命科学与资源环境学院，江西省高等学校硒农业工程技术研究中心，江西宜春 336000）

肠道是动物机体重要的免疫器官，能够抵御外来致病因子的侵袭，维持肠道内环境稳态；另外，肠道也是机体消化吸收营养物质的主要场所。肠道屏障功能紊乱可引起动物腹泻、生产性能下降，甚至导致死亡。当前，我国饲料原料及配合饲料较普遍受到霉菌毒素污染，同时动物饲料中已全面禁止添加抗生素，如何有效缓解或消除有害菌、霉菌毒素等病原体对动物肠道造成的危害是当前饲料科学研究的重要课题。蒙脱石是一种天然层状铝硅酸盐黏土，由于特殊的晶体结构和理化特性，具有吸附重金属、霉菌毒素、致病菌及细菌毒素等作用，可维护动物肠道黏膜。此外，对蒙脱石作有机、无机或复合改性处理能够提高其功效。研究表明，蒙脱石可以有效缓解霉菌毒素、致病菌等对动物肠道屏障功能造成的损害。饲粮添加蒙脱石能够改善动物肠道形态、促进肠道紧密连接蛋白和黏蛋白表达、优化肠道菌群结构、增强肠黏膜免疫功能。本文综述了蒙脱石对动物肠道健康影响的研究进展，总结了蒙脱石调节动物肠道黏膜屏障功能的可能机制，以期为通过营养调控方式改善动物肠道健康提供参考。

1 蒙脱石对动物肠道微生物屏障的调控作用

肠道微生物屏障是由肠道共生菌之间以及共生菌和宿主之间形成的稳定微生态系统。正常情况下，肠道内各种细菌间相互制约、相互依赖，共同维持微生态系统的相对平衡。蒙脱石不仅能调节动物肠道菌群结构，还可提高微生物多样性。焦乐飞利用高通量测序技术研究载铜/锌蒙脱石对断奶仔猪肠道微生物的影响，结果表明，在门水平上，添加2 g/kg 载铜/锌蒙脱石显著提高了断奶仔猪结肠厚壁菌门相对丰度，降低了拟杆菌门和变形菌门相对丰度；在属水平上，载铜/锌蒙脱石显著提高了乳杆菌属、双歧杆菌属和优杆菌属等有益菌属相对丰度，显著降低了梭菌属和链球菌属等有害菌属相对丰度，并显著提高了肠道菌群多样性。Han 等报道，饲粮添加蒙脱石显著提高了小鼠粪便中厚壁菌门、乳杆菌属、双歧杆菌属相对丰度，提示其能优化小鼠肠道菌群结构。本课题组研究表明，添加0.9、1.2 g/kg蒙脱石有提高产蛋后期蛋鸡盲肠菌群多样性和多样性的趋势，有提高厚壁菌门相对丰度的趋势，显著增加了多尔氏菌属、布劳特氏菌属、紫单胞菌属相对丰度。此外，本课题组在产蛋高峰期蛋鸡上的研究也发现，添加蒙脱石一定程度上提高了蛋鸡盲肠菌群多样性，改善肠道菌群结构。

许多学者研究了饲粮添加蒙脱石对动物肠道几种常见微生物的影响，由表1 可知，添加蒙脱石能够显著降低大肠杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌等有害菌数量，一定程度上提高有益菌数量，说明蒙脱石可以优化动物肠道菌群，其可能作用机制如下：①直接吸附有害菌。大多数有害菌表面带负电荷，而蒙脱石因晶层间含有金属阳离子而带正电荷，故能通过静电引力和分子间作用力吸附有害菌，降低其生物有效性。②形成蒙脱石-有益菌生物膜。双歧杆菌和乳酸杆菌可通过代谢产生乳酸，乳酸在蒙脱石和益生菌之间形成酸性微环境，使细菌表面上带负电的磷壁酸被蒙脱石表面的阳离子吸引，促进细菌聚集而形成蒙脱石-有益菌生物膜，减少益生菌受肠道内消化酶、胆盐等的破坏，进而利于有益菌繁殖。

表1 蒙脱石对动物肠道微生物的影响

2 蒙脱石对动物肠道化学屏障的调控作用

肠道化学屏障主要由杯状细胞分泌的黏液、肠道消化液以及肠腔内抑菌物质组成，能够阻止有害物质直接接触肠上皮细胞，保护肠道屏障。肠道杯状细胞是肠上皮细胞中的分泌型细胞，其分泌的黏液中包含能黏附有害物质的黏蛋白（Mucoprotein，mucin）、三叶肽（Trefoil Peptide，TFF）及整合素1 等。Almeida 等研究表明，饲粮添加3 g/kg 蒙脱石有增加肉仔鸡回肠杯状细胞数量的趋势，并促进肠黏膜和表达。Liu 等报道，添加2 g/kg 蒙脱石能显著上调断奶仔猪回肠黏膜和整合素mRNA 表达水平。在断奶仔猪饲粮中添加3 g/kg 蒙脱石，观察肠道单个横截面积杯状细胞发现，仔猪回肠杯状细胞体积有增大的趋势。孟艳莉研究指出，添加3 g/kg 蒙脱石一定程度上提高了断奶仔猪空肠和回肠杯状细胞数量。另外，本课题组前期研究发现，饲粮添加0.5 g/kg 蒙脱石显著上调了蛋鸡空肠mRNA 表达量。综上，蒙脱石可通过增加肠道杯状细胞数量、促进黏蛋白和三叶肽等表达进而改善动物肠道化学屏障功能，其可能作用机制如下：蒙脱石通过吸附肠道病原体而减少其对动物肠道造成的损害，维持肠道结构和功能的完整性，有利于促进肠道杯状细胞分化而增加其数量。黏蛋白主要由杯状细胞合成与分泌，肠道杯状细胞数量增加，进而黏蛋白分泌量增多。

3 蒙脱石对动物肠道物理屏障的调控作用

肠道物理屏障是由肠道上皮细胞及其紧密连接等组成的完整的肠道上皮结构。紧密连接主要包括闭合小环蛋白-1（ZO-1）、闭锁蛋白（occludin）和闭合蛋白（claudins）等。胡红卫等报道，添加蒙脱石能显著上调溃疡性结肠炎大鼠肠道中mRNA 表达量，增加肠道内ZO-1 数量。詹小立等研究表明，饲粮添加载铜蒙脱石可显著提高断奶仔猪肠上皮细胞和mRNA 表达水平。本课题组前期研究发现，随着饲粮蒙脱石添加水平（0～1.2 g/kg）提高，产蛋后期蛋鸡空肠黏膜和mRNA 表达水平呈线性上调；另外，添加0.5 g/kg 蒙脱石也显著提高了产蛋高峰期蛋鸡空肠mRNA 表达量。

肠道绒毛高度、隐窝深度和绒毛高度/隐窝深度（V/C）值是评价动物肠道发育及其功能状态的重要指标。研究表明，蒙脱石对黄曲霉毒素B诱发的肉鸭肠道黏膜结构损伤具有改善作用，可显著提高空肠和回肠绒毛高度；添加蒙脱石也可显著抑制黄曲霉毒素B对火鸡肠道结构造成的损害，改善肠道组织病理学变化；另外，蒙脱石对沙门氏菌引起的肉鸡肠道结构损伤也具有一定缓解作用。综上所述，蒙脱石对霉菌毒素、致病菌等诱发的动物肠道黏膜损伤具有明显修复作用，可维护肠道物理屏障。同时，饲粮添加蒙脱石也能改善动物肠道形态结构。Jiao 等研究指出，添加1.5 g/kg载铜/锌蒙脱石显著增加了断奶仔猪空肠绒毛高度、V/C 值，维护仔猪肠道结构完整性。Xia 等报道，饲粮添加1.5 g/kg 载铜蒙脱石可显著提高断奶仔猪回肠绒毛高度、V/C 值。秦士贞等研究发现，载锌蒙脱石能够显著提高肉鸡小肠绒毛高度和V/C 值，显著降低隐窝深度，促进肉鸡肠道发育。此外，本课题组前期研究表明，随着饲粮蒙脱石添加水平（0～1.2 g/kg）的提高，蛋鸡十二指肠肠绒毛宽度和V/C 值呈线性提高。

当动物肠道黏膜屏障受损时，肠道通透性增大，血液中LPS 和-乳酸含量增加，二氨氧化酶（DAO）活性提高。Cao 等应用尤斯灌流系统研究蒙脱石对断奶仔猪肠道通透性的影响，结果表明，蒙脱石可在一定程度上提高断奶仔猪空肠和结肠跨上皮细胞电阻抗值，降低异硫氰酸荧光素葡聚糖4（FD4）渗透率，降低肠道通透性。孟艳莉研究表明，饲粮添加3 g/kg 蒙脱石显著降低了断奶仔猪血浆-乳酸含量和DAO 活性。Hu 等报道，氧化锌-蒙脱石显著降低了肉仔鸡结肠甘露醇渗透率和回肠、结肠菊糖渗透率，提高了结肠跨上皮细胞电阻抗值。Lei 等研究发现，饲粮添加2 g/kg 蒙脱石显著降低了肉牛血浆、瘤胃液、肠道食糜和粪便中LPS 含量。此外，本课题组前期研究表明，添加0.6、0.9 g/kg蒙脱石显著提高了蛋鸡回肠食糜LPS 含量，说明蒙脱石可以有效吸附肠道中LPS，降低其对肠道屏障造成的损害，减少LPS“移位”。

上述研究表明，蒙脱石能够改善动物肠道黏膜形态结构，促进肠上皮细胞间紧密连接蛋白表达，维持良好的肠道通透性，维护肠道物理屏障功能，其可能作用机制如下：①蒙脱石在肠道中有效吸附霉菌毒素、致病菌及细菌毒素等病原体，降低其对肠上皮细胞造成的损害，减少细菌及毒素“移位”；同时，蒙脱石可在肠道内延展，形成连续的保护膜，修复和保护肠道黏膜。②促进肠道发育，蒙脱石能够与肠道黏液蛋白静电结合，增加黏膜厚度，促进肠上皮细胞增殖和黏液分泌，增加黏液数量，改善黏液质量。

4 蒙脱石对动物肠道免疫屏障的调控作用

肠道免疫屏障主要由肠道相关淋巴组织、免疫细胞及其分泌的免疫球蛋白、细胞因子等组成。分泌型免疫球蛋白A（slgA）是黏膜免疫系统的重要组成部分，具有阻止病原体粘附、中和病原体等作用。本课题组前期研究发现，饲粮添加0.6 g/kg 蒙脱石显著提高了产蛋后期蛋鸡十二指肠和空肠slgA 含量。添加0.5 g/kg蒙脱石有提高产蛋高峰期蛋鸡十二指肠黏膜slgA 浓度的趋势。slgA 主要由浆细胞分泌，蒙脱石提高肠道slgA 产量可能与其能保护肠上皮细胞，增加肠道淋巴细胞数量以及促进B 细胞增殖分化有关。

蒙脱石能够调节动物肠黏膜免疫功能，降低肠道炎症反应。本课题组研究表明，随着饲粮蒙脱石添加水平（0～1.2 g/kg）的提高，产蛋后期蛋鸡空肠核转录因子-B（）和肿瘤坏死因子（）-mRNA 表达量呈线性下调，添加0.6 g/kg 蒙脱石可显著降低空肠白细胞介素（）-mRNA 表达水平，且一定程度上提高了TNF-诱导蛋白3（）mRNA 表达水平。TNFAIP3 是调节机体炎症反应、细胞凋亡等相关信号通路的重要因子，能通过抑制Toll 样受体（TLR）活化而阻断下游信号通路，减少NF-B 的核移位，下调促炎因子表达，缓解肠道炎症。本课题组在产蛋高峰期蛋鸡上的研究发现，添加0.5 g/kg 蒙脱石显著下调了肠黏膜髓样分化因子88（）mRNA 表达水平，一定程度上降低了和mRNA 表达量。Jiao 等报道，添加载铜/ 锌蒙脱石可显著下调LPS应激下断奶仔猪空肠受体相关激酶（）1、TNF 受体相关因子6（）及促炎因子（）mRNA表达水平，降低空肠NF-B p65 蛋白表达量，显著提高抗炎因子转化生长因子-（）1 mRNA 和蛋白表达水平，缓解断奶仔猪肠道炎症。詹小立等通过体外试验表明，载铜蒙脱石可显著降低断奶仔猪肠上皮细胞IL-6 mRNA 表达水平，显著提高抗炎因子-和过氧化物酶体增殖物活化受体（）mRNA 表达量，抑制LPS 诱导的炎症反应；另外，还发现载铜蒙脱石显著降低了猪肠上皮细胞凋亡基因胱天蛋白酶（）-、和B 细胞淋巴瘤2（）基因表达水平，提示其可能具有抗凋亡的作用。上述研究表明，蒙脱石可通过干预TLR4/ MyD88/NF-B 信号通路调节肠道炎性因子平衡，减轻动物肠道炎症，其可能作用机制如下：蒙脱石在肠道中有效吸附致病菌，减少大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌数量，进而减少LPS产生。同时，蒙脱石可通过静电引力吸附LPS 带负电荷的磷酸盐配体，因而能“捆扎”LPS。而LPS 是TLR（主要是TLR4）免疫监视的重点对象，这意味着与TLR4 特异性结合的配体减少，进而TLR4 被激活的几率降低，最终其下游信号通路受到抑制。

此外，Han 等研究发现，在患癌小鼠饲粮中添加蒙脱石后，可在肠道内形成蒙脱石-乳酸菌生物膜（SLB）复合物，提高乳酸菌对抗肠道酸性环境和消化酶的能力；随后SLB 上的乳酸菌在肠道内通过与树突状细胞（DC）表面的TLR2 受体结合，促进DC 细胞分化和成熟，成熟的DC 细胞迁移至肿瘤部位，通过肿瘤抗原提呈、促进免疫细胞浸润和提高干扰素-、IL-12 表达等方式，发挥抗肿瘤活性，这提示蒙脱石在动物肠道内可与特定益生菌结合形成复合物，促进益生菌在肠道定植，激活TLR2 信号通路，促进免疫细胞成熟，启动T 细胞免疫，进而提高肠道免疫性能。

5 蒙脱石产品的发展及其在动物养殖生产中的应用

蒙脱石是一种应用广泛的霉菌毒素吸附剂，天然蒙脱石对极性较强的霉菌毒素（如黄曲霉毒素）有较好的吸附作用，但对极性较弱的霉菌毒素（如玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇）吸附效果不佳，一些学者对天然蒙脱石进行了有机、无机或复合改性处理，发现改性蒙脱石对霉菌毒素的吸附效果显著提高。同时，利用蒙脱石的阳离子交换性，可将金属阳离子引入其晶层中制备改性蒙脱石（如载铜蒙脱石、载锌蒙脱石、氧化锌-蒙脱石），它们具有较强的抗菌作用，可作为饲用抗生素替代品。此外，随着对饲用抗生素替代品认识的不断加深，越来越多的学者和养殖生产者认识到应用单一饲料添加剂很难有效替代饲用抗生素。近几年，关于蒙脱石与植物提取物、益生菌、有机酸等添加剂联合应用的研究已有较多报道，以（改性）蒙脱石、植物精油或益生菌等为主要成分的功能性添加剂产品相继问世。蒙脱石与益生菌、植物精油等联合应用可能使其功能互补、产生协同作用，有效地控制肠道有害菌、毒素等，改善动物肠道健康。

蒙脱石在动物养殖生产中的应用需要关注安全性问题。研究表明，饲粮中过量添加蒙脱石会对动物机体健康、生产性能、产品品质产生不利影响，可能原因如下：①影响饲料适口性，降低动物采食量。蒙脱石含有氧化钙等物质，遇水后可发生放热反应，动物采食时可能造成口腔、舌部等灼伤感，影响饲料适口性；同时，蒙脱石具有膨胀性，接触水后可形成面团状的黏稠物质，降低食糜在胃的流通速度，可能使动物产生饱腹感。②稀释饲粮养分，降低养分利用率。蒙脱石除含有一定矿物元素外，不含其它养分，添加高浓度蒙脱石会稀释饲粮养分；另外，蒙脱石在动物肠道中可能会吸附维生素、矿物元素、氨基酸等养分，降低其利用率。③吸附饲料中色素，影响色素沉积。蒙脱石对饲料中叶黄素、玉米黄素等色素具有较强的吸附作用，不利于色素在动物产品中沉积。因此，养殖生产中需要根据不同动物种类及其不同年龄阶段适量添加蒙脱石。另外，养殖生产中应用蒙脱石需要注重添加效果和成本，可以根据不同添加目的合理使用蒙脱石。例如将蒙脱石作为霉菌毒素吸附剂使用时，需要综合考虑季节、养殖环境条件、饲料霉菌毒素污染程度、蒙脱石类型等因素，且在梅雨季节可适当提高蒙脱石的添加量；若将其作为肠道健康调节剂使用，则全年可适量添加。

6 小 结

综上所述，蒙脱石对霉菌毒素、有害菌、LPS 等病原体应激下动物肠道屏障具有显著保护作用；同时，饲粮添加蒙脱石也能改善动物肠道形态结构、促进肠上皮细胞紧密连接蛋白和黏蛋白表达、优化肠道菌群结构、调节肠黏膜免疫功能，是一种颇具潜力的动物肠道健康调节剂。但目前蒙脱石对动物肠道屏障功能的调控机制还有待深入研究，可借助现代分子生物学和多组学技术探究蒙脱石调节动物肠黏膜屏障功能的分子机制。同时，关于蒙脱石对动物肠道微生物的研究可深入探究其对机体营养物质代谢的影响与肠道微生物的潜在联系。此外，改性蒙脱石对动物肠道功能的调节作用更好，今后需继续探索新的改性方法，通过体外、体内试验验证功效，明确其在不同动物及不同生产阶段饲粮中适宜添加量；并不断优化改性工艺，实现工业化生产，降低生产成本，以推动改性蒙脱石在动物生产中的广泛应用。