歷時8年?豬崽營養性“拉肚子”難題被破解

腹瀉俗稱“拉肚子”，嚴重的會導致脫水，出現電解質紊亂、心梗、腦梗、低鉀血癥等癥狀。隨著醫療技術的不斷發展，人類腹瀉的診治不再是難題。

但對幼小的仔豬（又稱苗豬、豬崽等）而言，腹瀉可能是致命的。腹瀉是導致仔豬生長受阻和高死亡率的主要原因，造成的死亡率占養豬生產中總死亡率的50%至70%，每年造成的經濟損失高達300億元，嚴重制約了我國生豬養殖業的優質高效發展。

過去，業界主要關注細菌等病原性腹瀉并依賴抗生素進行防治，對仔豬營養性腹瀉關注較少，其發病機制并不清楚，尚無有效調控技術。在“飼料端禁抗、養殖端減抗、產品端無抗”的大背景下，破解仔豬營養性腹瀉機理并找到應對方法，成為亟待解決的國際性難題。

2014年起，由中國工程院院士、中國科學院亞熱帶農業生態研究所首席研究員印遇龍領銜，由中科院亞熱帶生態所、湖南農業大學、湖南師范大學、華南農業大學等科研單位和相關企業共計50余名研究者組成的科研團隊，歷時8年，揭示了仔豬營養性腹瀉發生的分子機制，研發了大量改善腸道健康、降低仔豬營養性腹瀉的關鍵技術，開發了系列豬飼料產品并在全國實現了大范圍的產業化示范和推廣應用。

揭示仔豬營養性腹瀉分子機制

營養因素是引發仔豬腹瀉的重要原因，不僅會直接導致營養性腹瀉，而且會通過擾亂機體免疫機能誘發病原性腹瀉。仔豬營養性腹瀉與仔豬消化機能不全、腸道菌群不穩定、免疫系統發育不完善等多方面因素有關。在這些表象的背后，營養性腹瀉具體是如何發生、進行的？

為了回答這一問題，研究者結合實際生產情況，系統分析了“無抗”日糧中不同蛋白質水平、碳水化合物組成、電解質平衡、微量元素和維生素水平對仔豬腸道健康和腹瀉的影響。

“我們發現，鐵缺乏（哺乳仔豬）、電解質失衡（>或< 250 mEq/kg）、煙酸缺乏（< 22.5 mg/kg）、葉酸缺乏（< 4.5 mg/kg）和低采食量等，會通過mTOR、Wnt/&beta;-catenin和AMPK等信號通路抑制仔豬小腸發育，損傷小腸形態結構，降低消化吸收相關功能基因表達，從而導致小腸消化吸收功能障礙，引起仔豬消化不良而誘發后腸穩態失衡和腹瀉。”印遇龍表示。

同時，日糧蛋白質過量（> 22% CP）、鐵過載（> 800 mg/kg）及煙酸過量（> 75 mg/kg）等則會使得相應營養素在小腸消化不充分，過量的營養素到達后腸而引起后腸穩態失衡，從而導致仔豬腹瀉。

印遇龍介紹，團隊通過建立蛋白質、鐵和部分維生素缺乏或者過量以及電解質失衡等仔豬營養性腹瀉模型，發現小腸消化功能障礙或日糧部分營養素過量，導致過量未消化營養素在后腸發酵引起后腸穩態失衡，是造成仔豬營養性腹瀉的主要原因。

該團隊通過糞菌移植試驗發現，移植了營養性腹瀉仔豬糞便微生物的仔豬腹瀉率顯著增加，而移植了正常仔豬糞便微生物的營養性腹瀉仔豬的腹瀉情況得到顯著緩解。也就是說，腸道微生物紊亂是導致仔豬營養性腹瀉的重要因素。

他們進一步利用高通量測序技術分析了不同營養性腹瀉模型仔豬結腸微生物組成變化情況，發現在門水平和屬水平上，腸道微生物紊亂都會導致仔豬營養性腹瀉，仔豬斷奶應激、氧化應激和免疫應激等也有通過影響小腸消化吸收功能導致后腸微生態失衡及其代謝紊亂引起仔豬腹瀉的類似規律。

那么，腸道微生物究竟是如何導致仔豬“拉肚子”的？印遇龍介紹，團隊通過營養性腹瀉仔豬糞菌移植試驗，發現營養性腹瀉仔豬腸道微生物主要通過損傷后腸屏障功能和誘發炎癥反應而引起仔豬腹瀉，通過PXR、NF-&kappa;B和IL-17等信號通路促進炎性細胞浸潤和炎癥因子表達，進而導致仔豬腹瀉。

研發降低營養性腹瀉關鍵技術

目前，仔豬腹瀉仍多采用抗生素進行治療，而長期高劑量、多品種的抗生素處理造成病原菌耐藥、動物免疫機能下降、體內菌群失調、豬肉殘留和環境污染等一系列嚴峻社會問題。濫用、亂用抗生素不但直接危害消費者機體健康，而且會導致耐藥菌甚至超級細菌的產生，給人和動物造成巨大潛在威脅。我國畜牧業是抗生素使用量最大的領域，超過國內抗生素消費總量的一半。

基于篩選得到的AMPK、mTOR和Wnt/&beta;-catenin等與營養性腹瀉仔豬小腸功能損傷相關的關鍵信號通路，該團隊利用腸道類器官體外篩選體系，篩選出氨基酸及其代謝產物、功能性脂肪酸和甜菜堿等能夠改善小腸消化功能的關鍵營養素。

團隊研究發現，月桂酸等功能性中鏈脂肪能為腸道上皮快速供能，并通過mTOR信號通路改善腸道形態結構、提高黏膜消化酶活性，促進營養物質消化吸收，降低仔豬營養性腹瀉；谷氨酸、谷氨酰胺和天門冬氨酸等通過AMPK和mTORC1的交互反饋機制來控制能量和營養平衡，緩解腹瀉仔豬腸道線粒體功能障礙和能量供應不足。

此外，甜菜堿、功能性多肽EGF、含硫氨基酸、&alpha;-酮戊二酸(AKG)都可以通過mTORC1或Wnt/&beta;-catenin等信號通路調控改善腸道功能、降低仔豬腹瀉發生。團隊還研發了生物發酵/酶解預消化飼料原料和高效有機微量元素添加劑生產制備技術，提高了飼料消化吸收效率，降低了蛋白質、鐵等可誘導仔豬腹瀉的營養素到達后腸的比例；建立了通過改善仔豬小腸生理功能、提高飼料消化率來降低營養性腹瀉的關鍵調控技術。

為了從營養性腹瀉仔豬腸道微生物變化規律中開發相關調控技術，團隊首次建立了母豬乳汁等豬源細菌庫，分離了2500多個菌株，為益生菌的篩選建立了資源庫。

“我們針對營養性腹瀉仔豬后腸Lactobacillus reuteri和Lactobacillus mucosae部分乳酸桿菌豐度降低的情況，研發了針對性的乳酸桿菌微生態制劑，可顯著降低仔豬營養性腹瀉。此外，我們還篩選到地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌等多種豬源益生菌。通過對上述益生菌進行優化組合，研發了具有多功能的高效微生態制劑，可將豬的粗蛋白消化率提高4.5%，降低仔豬營養性腹瀉5%至7%。”印遇龍表示。

針對PXR等信號通路，團隊構建了豬pgPXR IPEC-J2細胞高通量篩選平臺，篩選得到可調控炎癥反應的植物提取物（黃芪多糖、靈芝多糖、鞣花酸和靈芝多糖等）和半胱氨螯合物等功能性添加劑；發現功能多糖、鞣花酸和杜仲黃酮等功能性添加劑以及&gamma;-氨基丁酸、芳香族氨基酸、絲氨酸和新型微量元素制劑等可通過調控腸道炎癥反應降低仔豬腹瀉。

開發新型飼料添加劑和仔豬飼料等產品

“目前，我們開發了系列降低仔豬營養性腹瀉的新型飼料添加劑和系列化仔豬飼料等關鍵性產品，在全國實現大范圍產業化示范及推廣應用。”印遇龍表示。

在新型飼料添加劑等方面，該團隊研發的新產品功能涵蓋改善小腸消化功能、調控腸道微生態平衡、抑制腸道炎癥反應等。比如，團隊研發了以功能性脂肪酸、甜菜堿為代表的改善仔豬小腸消化功能、降低仔豬營養性腹瀉的飼料添加劑產品；針對蛋白質、鐵等可導致仔豬營養性腹瀉的營養素，研發了高利用率的飼料添加劑和預消化飼料原料。

印遇龍介紹，團隊發明了“一種飼用動物腸道保護劑、制備方法及其應用”，以甜菜堿為主要成分，可通過改善仔豬形態結構和消化吸收功能降低其營養性腹瀉。“我們推動候選單位山東祥維斯生物科技股份有限公司對甜菜堿系列產品進行大規模產業化開發，先后通過國家飼料質量監督檢驗中心和歐盟出口標準，使產品打入國際市場并使其成為全球最大的甜菜堿生產經營廠家。”

在開發新獸藥產品方面，江西嘉博生物工程有限公司以本成果篩選的黃芪多糖、靈芝多糖等植物提取物為主要成分，開發了芪芝口服液獸藥新產品。

在研發優質仔豬飼料產品方面，該團隊通過優化“無抗”條件下仔豬維生素和微量元素等參數，推動合作單位福建傲農生物科技集團股份有限公司研發了“無抗”條件下教槽-保育前期-保育后期“仔豬營養三階段”產品，系統地解決了仔豬各生長階段的營養性腹瀉問題，可使仔豬70日齡體重達30公斤以上；與唐人神集團聯合研發斷奶仔豬液態飼料-口口乳和相關教槽料，可使斷奶仔豬腹瀉率低于10%。

印遇龍表示，本項成果的實施，很好地推動了生豬養殖業的發展，項目成果在國內多家大型企業實現了大規模的產業化示范和推廣應用，產生了巨大的社會、經濟和生態效益。

同時，項目牽頭單位中科院亞熱帶生態所聯合全國80多家生豬產業相關的高校、科研院所和大型企業組建了“國家生豬產業技術創新戰略聯盟”，推進了本成果的轉化與輻射；發起并連續舉辦八屆“國際動物腸道生態與健康（中國）高端論壇”會議，產生了重大的國際影響力。

系列成果達到國際先進水平

近日，中國農學會受委托組織來自農業農村部、中國農業大學、中國農業科學院飼料研究所、廣東省農業科學院、國家糧食和物資儲備局科學研究院、浙江大學等科研機構的11名專家對上述成果進行科技成果評價，最終，該項目的綜合評分高達95.34。

評價結論顯示，該成果授權國際發明ZL4件、國內發明ZL24件，登記軟件著作權6件；出版專著8部；獲國家新獸藥證書1件，飼料添加劑新產品證書2件，建立團體和省級行業標準4項；在PNAS和CNS子刊等雜志發表論文207篇。“十三五”國家重大研發計劃項目評估為“優秀”，中國科學院“率先行動”計劃評估結果為“領跑國際和國內”。

專家在評價中指出，該成果創新性強，進一步解析了仔豬腹瀉機制，創建了多套干預仔豬腹瀉措施；成果推廣面廣，有明顯的經濟增長效益；人才培養成績顯著；申請到了多項國際、國內ZL；發表了多項高質量文章；成果總體達到了世界領先水平。

據悉，該成果自2014年開始研究，集成了國家“十三五”重點研發計劃項目、國家自然科學基金重點項目及中國科學院前沿科學重點研究計劃項目等多項科研課題成果。