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不知道你們是不是也會這樣，反正我常常從超市買回面包卻忘記了吃，在家里放上好幾天，等到終于想起來吃的時候，卻發(fā)現(xiàn)面包發(fā)霉了，只能忍痛扔掉。。。
發(fā)霉是我們日常生活中常常見到的現(xiàn)象。不光是面包了，水果、蔬菜、米飯...只要是有有機質的地方，在合適的環(huán)境條件下就可能發(fā)霉 —— 發(fā)霉，指的就是食物因為「霉菌」的生長而變質的現(xiàn)象。
霉菌 vs. 酵母菌 （圖片來自網絡）
霉菌(mold)指的是能夠形成繁茂分枝的絲狀真菌。雖然同為真菌(fungi)，但它們不像酵母菌那樣一個一個圓圓噠，也不象蘑菇那樣產生大型的子實體。所以我們平常看到的「霉」都是毛茸茸的，若放大了看，就是一根根菌絲。霉菌以寄生或腐生方式生存。它們從有機質中攝入營養(yǎng)，在這個生命過程中，會產生各種各樣的代謝產物 ——其中如糖、氨基酸等產物是它們維持正常生命活動所必需的，我們稱之為「初級代謝產物」；而另一些則是對它們自身而言不必需的，我們稱之為「次級代謝產物」(secondary metabolites) —— 這其中，便包括大名鼎鼎的霉菌毒素了(mycotoxins）。我們熟悉的抗生素、某些激素和維生素等，其實都屬于微生物的次級代謝產物。
目前已知的霉菌毒素超過了300種。其中最常見的、與畜牧業(yè)最息息相關的，是這三種霉菌產生的6種毒素：
§ 曲霉菌 Aspergillus ---
黃曲霉毒素 (Aflatoxin) | 赭曲霉毒素（Ochratoxin）
§ 鐮刀菌 Fusarium ---
伏馬毒素 (Fumonisins) | 玉米赤霉烯酮(ZEA) |
嘔吐毒素 (DON) | 單端孢霉烯毒素(T-2)
§ 青霉菌 Penicillium ---
赭曲霉毒素（Ochratoxin）
 身在畜牧業(yè)中，估計沒有人沒聽過霉菌毒素吧。這個在行業(yè)中的高頻詞，它仗著自己超強的適應性和耐高溫能力，幾乎無處不在 —— 在飼料原料的種植、收獲、儲存、以及飼料的加工、運輸、儲存過程中，都可能遭受霉菌毒素的污染。它們通常無色無味，單憑肉眼根本無法判斷其在飼料中的含量，即使外觀看起來質量很好的飼料，其中毒素含量也可能很高。因此霉菌毒素污染是當今飼料安全的最大隱患。 這些不同種類的霉菌毒素對動物可造成的五花八門的毒性，給行業(yè)帶來了巨大的經濟損失。最防不勝防的是，高濃度霉菌毒素污染所導致的臨床急性癥狀并不是主要問題；更常見的，是長期的、低濃度的霉菌毒素給動物帶來的「亞臨床癥狀」(如生長性能下降、免疫抑制等) —— 這是實際生產中對動物健康和性能實實在在的威脅。
2017年全球霉菌毒素污染的調查結果 --- 亞洲的污染最為嚴重, 83%的飼料和原料樣品中至少含有1種霉菌毒素 (圖片來自biomin)
提起霉菌毒素，我們一般會聯(lián)想到它們對動物特定器官（比如黃曲霉毒素對肝臟、赭曲霉毒素對腎臟）的毒性，這方面的研究已經較多，這里按下不表。
但如若我們細想一下，當動物攝入被霉菌毒素所污染的飼料后，「消化道」才是第一個與之所直接接觸的器官。霉菌毒素是小分子化合物，它不需要經過消化就可以被機體所吸收; 而不同的毒素，其吸收率也有所不同。在家禽中，DON和FUM只能被吸收不到10%，那剩下的去哪兒？只有在腸道中四處游蕩，干點兒壞事。黃曲霉毒素中毒性最高的AFB1吸收率倒是挺高（80%），吸收之后，會在肝臟被激活，發(fā)揮毒性 (因此AFB1對肝臟劇毒)。但是有研究發(fā)現(xiàn)，激活后的AFB1還可以通過「肝腸循環(huán)」又重新從肝臟回到腸道。可想而知，消化道是動物體內直面霉菌毒素挑戰(zhàn)最多的場所。
暴露給敵人也就算了，關鍵是它還犧牲不得。我們知道，腸道擔負著維護動物健康極其重要的四大主要功能：消化吸收、腸道屏障、腸道免疫、腸道微生物穩(wěn)態(tài)。這些功能都需要耗能，需要各種結構性與功能性蛋白質的參與。實際上，動物攝入能量的20%都會用于腸道，而這些能量主要就是為了支持腸道中極快的蛋白周轉(protein turnover)—— 以雞為例，每天的腸道蛋白周轉率高達50-75%。然而不幸的是，許多霉菌毒素可以通過對DNA、RNA、蛋白的干擾，抑制蛋白質的合成和活性。這樣一來，蛋白周轉快的腸道就自然會成為霉菌毒素容易攻擊的目標了。
既然從理論上說，腸道直面霉菌毒素的量在身體各器官中算是最大的、又因為高蛋白周轉成為容易攻擊的目標，那么腸道健康應該是霉菌毒素研究的重點吧？然而直至今天，我們對于霉菌毒素在動物腸道的影響還并沒有很全面的了解。
關于這點，我讀博士時的一位師兄和我的導師曾發(fā)表過一篇非常詳盡的綜述(全文我附在文末原文鏈接里，大家有興趣可以去讀一讀)。文中提到，截止到2013年，僅有83篇發(fā)表文章報道了霉菌毒素對腸道的影響，而這83篇，包括了所有的霉菌毒素，所有的動物種類，還包括了體外實驗。可想而知，這里還有很多空白需要填補。
關于霉菌毒素對動物腸道健康影響的研究還極其有限
最近的這幾年，隨著大家對此方向的日益重視，從文獻檢索結果看，的確添加了不少內容。盡管總量仍然非常有限，但這些研究結果已逐漸開始揭示霉菌毒素對腸道的種種影響。我們來按照腸道的四大主要功能一一細說。
01
消化吸收功能
營養(yǎng)物質的「消化」主要靠的是各種消化酶的作用 --- 這就需要給力的酶的合成和分泌能力；而「吸收」主要靠的是小腸上皮細胞的表面積和轉運載體 --- 如果小腸絨毛越高，刷狀緣側微絨毛越多，吸收的表面積也就越大；同時，轉運載體量越多，活性越高，吸收能力就越強。
因此，有關消化吸收，我們常用的指標包括消化酶的活性、各類營養(yǎng)物質的消化率、轉運載體的活性、以及小腸的絨毛形態(tài)（比如絨毛高度，隱窩深度）。而這幾個指標，都已有報道揭示霉菌毒素對其的顯著影響。
從消化上看，在家禽（肉鴨 | 蛋雞 | 肉雞）中，消化酶活性和干物質、蛋白質、能量的消化率都會被AFB1和OTA所影響。此外，在博士期間，我曾做過一個肉雞實驗，這個實驗的結果首次揭示，AFB1還會增加「內源氮和氨基酸」的流失，增加幅度高達20-30% ——這個流失，一方面可能來自于霉菌毒素與腸道粘膜摩擦所導致的粘液(mucus)流失；另一方面可能來自于毒素對胰臟的損傷，導致酶原大量流失（不同于正常情況下的分泌）。因此，內源流失的增加 + 消化率的下降可能共同導致營養(yǎng)物質的供給不足。而從「需」這一側看，腸道的蛋白周轉對氨基酸有很高的需求量；同時，在腸道遭受刺激時，為了修復受損組織和支持免疫活動，對能量和營養(yǎng)物質的維持需求會增加。這樣一來，在霉菌毒素的攻擊下，腸道營養(yǎng)物質供小于求的現(xiàn)象就可能出現(xiàn)。
1.5ppm黃曲霉毒素對21日齡肉雞的內源氮流失 & 回腸標準氮消化率的影響 （引自Chen et al., 2016)
從吸收上看，多篇報道都指出DON和FUM可降低小腸絨毛高度，減少營養(yǎng)物質的吸收能力。此外，在細胞模型中，這兩種霉菌毒素還被發(fā)現(xiàn)可直接干擾小腸細胞的轉運載體。有意思的是，在我們的肉雞實驗中發(fā)現(xiàn)，AFB1可以上調氨基酸運輸載體的mRNA表達。這個現(xiàn)象，在理論上可能有2層原因—— 第一、 運輸載體是蛋白質嘛，蛋白質活性收到霉菌毒素干擾，就必須多來點mRNA，從而增加蛋白質合成的「翻譯」這一步，來彌補不夠用的載體；2. 消化率下降了，機體就要想方設法地增加吸收率，以求保證滿足需求。這在生物學上被稱為「補償效應」(compensationeffect)，在許多生理過程中都會有所體現(xiàn)，非常神奇。
這么看來，腸道的消化和吸收功能的確會受霉菌毒素所影響。
02
腸道屏障功能
腸道屏障功能的重要性大家應該都很熟悉了。這無數個腸道上皮細胞挨個排成一列，就好像一列士兵手挽著手，組成了一道抵抗外來有害物質的有力防線。那么，細胞與細胞之間靠什么連接呢？靠的是「緊密連接蛋白」家族（tight junctions）。可以想像，一旦緊密連接蛋白的合成、形態(tài)、或活性受損，細胞與細胞之間的間隙就會打開，細胞旁通透性(paracellular permeability)升高，那么，腸腔中不論好的壞的東西都能蜂擁而入，進入循環(huán)系統(tǒng)，對動物身體各個部位造成危害。同時，這個通透是雙向的，因此血液中本來要運輸給其它組織所用的營養(yǎng)物質，也有可能會倒漏入腸腔。這也就是我們俗稱的leaky gut。
Healthy gut vs. Leaky gut
在這方面，DON的研究比較多，一個原因即是因為它的吸收率低，因此腸道細胞就會暴露在高濃度的毒素中。在畜牧動物中，豬對DON的毒性最為敏感。我的重量級好友趙博士最近通過利用豬的腸道細胞模型，發(fā)現(xiàn)DON的確會顯著增加細胞旁通透性，而這個現(xiàn)象，就是由DON對緊密連接蛋白的干擾所導致的。非常有意思的是，她發(fā)現(xiàn)當細胞接觸到DON的2-3小時后，緊密連接蛋白的蛋白質表達下降；而4-6小時后, 相應的mRNA表達開始升高——這便證實了我們上面提到的補償效應。同時她還發(fā)現(xiàn)，DON可以通過調控蛋白質的降解途徑，來達到增加降解、抑制表達的作用。#DON還挺聰明！
同樣的，在家禽中，不論是體內還是體外模型，DON、AFB1和FUM都被發(fā)現(xiàn)可影響緊密連接蛋白的表達，同時增加細胞旁通透性，繼而導致leaky gut。因此現(xiàn)有的證據已經可以表明，霉菌毒素會通過干擾蛋白質的表達，來影響腸道屏障的功能。只不過，現(xiàn)有的數據大部分還來自于細胞實驗，而在動物體內，會有諸多其它因素影響腸道屏障的功能（比如腸道微生物），因此還需要更多的動物實驗以進一步研究。
嘔吐毒素DON對claudin-1的蛋白表達和mRNA表達的影響
(引自Zhao et al., unpublished data)
03
腸道免疫
以前我們講過，腸道是動物身體內最大的免疫系統(tǒng) --- 70%的免疫細胞都位于腸道，其免疫功能的正常發(fā)揮與否對動物健康的影響不言而喻。
那霉菌毒素能對腸道免疫造成哪些影響？在動物實驗和細胞實驗中，研究者們發(fā)現(xiàn)DON總是能升高多個促炎性細胞因子(pro-inflammatory cytokines)的表達。細胞因子是啥？他們本質上是蛋白質或者多肽，在細胞之間扮演著溝通信號的作用（“敵人來了！”）。當機體受到免疫刺激時，多種細胞就可以分泌細胞因子，這些信號官們找到各自的目標細胞，與細胞表面受體結合，從而引起細胞內信號通路的改變而改變細胞功能。而促炎性細胞因子的最終結果，就是促發(fā)炎癥。炎癥反應不是不好，它是先天免疫反應中的必要一步，但是炎癥往往伴隨著組織的損傷。損傷了又得修復，自然又增加了機體對營養(yǎng)物質的需要量。
在實際生產的層面，最關鍵的問題是，霉菌毒素是否會在動物遭受其它感染（比如細菌感染）時影響免疫功能的發(fā)揮？換句話說，霉菌毒素是否會增加動物感染疾病的概率？
答案是：會。當肉雞攝入被低濃度的DON所污染的飼料后，在面臨細菌感染時(Clostriudium perfringens), 壞死性腸炎的發(fā)生率會大大增加20 -47%。根據前面的討論，我們可以推測，DON在肉雞體內破壞了腸道屏障功能 ——leaky gut造成營養(yǎng)物質倒流入腸腔；同時，飼料消化吸收率降低，增加了未被消化的營養(yǎng)物質在腸腔的逗留。這些營養(yǎng)物質為細菌在腸道的增殖提供了極好的基礎，也就因此增加了致病的概率。而如若換種毒素、換種細菌來看，結果也相似——例如，當種雞攝入低濃度的鐮刀菌類毒素時，機體對球蟲病的恢復會顯著減慢。
DON和FUM可增加動物感染細菌性疾病的概率 (引自Antonissen et al., 2013a,b)
免疫這一塊我其實也不太懂，歡迎各位大神補充交流。
04
腸道微生物
腸道微生物是目前的霉菌毒素研究中最為缺乏的一塊。從理論上講，霉菌毒素引起的腸道營養(yǎng)物質變化會為微生物提供營養(yǎng)基質，因此可能影響菌群結構；同時，某一些微生物又具有降解霉菌毒素的作用——反芻動物的瘤胃微生物作用便是它們更耐受霉菌毒素的原因，可惜在單胃動物中，即使微生物能降解部分，那也是在腸道末端了，這時候霉菌毒素該干的壞事都差不多干完了。但無論如何，霉菌毒素與腸道微生物存在著一個相互的作用。
看到一篇今年初發(fā)表的綜述，文中作者總結了近年來關于霉菌毒素對腸道微生物影響的研究。總共也就十余篇文章，總結起來，AF| FUM| DON| OTA 在豬|雞|鼠中都可能具有影響微生物菌群多樣性和菌群結構的作用，而這些變化又會間接影響消化吸收、腸道屏障、和腸道免疫這上述三個腸道功能。只不過，微生物的結構同時也受其它許多因素影響，到底霉菌毒素在其中扮演著什么角色？對實際生產又有什么樣的意義？還存在這許多疑問。
回到今天的問題本身，霉菌毒素會影響動物的腸道健康嗎？
盡管相關研究還有限，但我想我們已經可以給出一個「yes」的答案。無論是從理論出發(fā)還是從現(xiàn)有數據出發(fā)，我們都能看出霉菌毒素對腸道的主要功能的影響。說到底，這些功能都是環(huán)環(huán)相扣的，而其中的最最重要的參與者無外乎是各種結構性蛋白質(比如緊密連接蛋白)和功能性蛋白質(酶| 轉運載體| 免疫因子等)。既然霉菌毒素能影響蛋白質的合成、降解、和活性，那答案也自然不言而喻了。
發(fā)霉的面包我們扔掉都覺得可惜。一旦飼料受到霉菌毒素污染，無論是被檢測出來而不得不廢棄，還是逃過了檢測被動物吃進肚子造成各種各樣的健康問題，所帶來的經濟損失都無法想像。因此，飼料的霉菌毒素控制策略是今天畜牧行業(yè)共同面對的一大挑戰(zhàn)，還需大家的關注、研究、和努力吶。
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