【综述】日粮和微生物-肠-脑轴与猪咬尾的关系

Cecilie Kobek-Kjeldager , Anna A. Schnherz, Nuria Canibe,Lene Juul Pedersen

奥胡斯大学，动物科学系，丹麦

 

摘 要

 

咬尾(TB)是猪的商业化生产中的一个主要的健康和福利挑战。饲料是欧盟委员会提出的导致猪咬尾的六大风险因素之一（2016年）。过去十年的研究表明，肠道微生物群、肠道健康和大脑之间存在一种复杂的、双向的交流，可通过所谓的微生物-肠-脑轴(MGBA)影响情绪和行为。该轴受到诸多因素的影响，其中日粮是主要因素，因此可能为咬尾的复杂病因提供线索。个体间有差异的MGBA平衡可以解释为什么某些风险因素会导致一些农场/圈栏出现咬尾，而在其他农场却没有。本综述旨在将目前的MGBA研究与造成猪咬尾的已知的、可能的日粮风险因素联系起来。这些关联大部分尚未得到证实，但可以为未来的研究提供基础。

 

这篇综述表明，与日粮相关的猪咬尾风险因素包括：蛋白质供应不足或过剩(包括色氨酸)、缺乏饱腹感、饲料粉碎过细、膳食纤维含量低和料槽空间数量有限。这些因素可能通过MGBA导致应激、胃溃疡、肠道菌群失调、肠道上皮细胞的破坏，并影响动物的应激敏感性，最终导致咬尾。主要的途径是通过肠道微生物代谢物诱导了细胞因子诱导的疾病行为（即免疫激活），或色氨酸-血清素代谢的改变（与焦虑和抑郁有关）。

 

足够的氨基酸水平，如色氨酸，和日粮中包含超量的某些膳食纤维，可能会刺激肠道有益菌群的建立（例如微生物多样性和产生短链脂肪酸的细菌），这可以防止炎症和增加应激恢复能力。虽然使用抗生素治疗可以对抗构成咬尾风险的潜在特定细菌，但它同时也会扰乱肠道微生物的平衡，从而增加患咬尾的风险。总之，虽然咬尾是多因素造成的，但文章建议，通过日粮来调节MGBA失衡应被视为解决猪咬尾的一种途径，但还需要更多的研究。为避免应激压力以减轻猪咬尾，文章建议考虑肠道健康、饱腹感、有益的肠道菌群和充足的日粮供应。

 

背 景

 

在欧盟委员会2016年的工作文件中，描述了猪咬尾的六个关键风险因素：猪有没有什么可玩的东西、猪舍环境温度、猪健康和体况、猪栏内资源竞争、饲料、以及圈栏结构/清洁度等。在文献中，增加咬尾风险的饲料相关风险因素包括饲料成分、饲料质量、猪的吃料量、饲料形态、阶段饲喂策略、以及猪不容易吃到饲料，等等（Palander，2016；Valros，2018）。这些因素可能导致猪采食空间的竞争增加、营养缺乏或不平衡、随意采食量减少或个别猪饥饿。然而，关于日粮对猪咬尾行为的影响的直接研究很少，且咬尾风险因素背后的作用机制在很大程度上是未知的。

 

在人类中，低程度的炎症（即轻度炎症）与代谢紊乱相关行为障碍的联系越来越被承认（Lasselin 和 Capuron，2014）。同样，Nordgreen等人（2020）综述了一些已知的咬尾风险因素（如病原体、卫生、应激和饲料中的霉菌毒素）可能导致低程度的炎症诱导“细胞因子介导的疾病行为”，其特征表现是抑郁、焦虑、疲倦、食欲不振、较低的群体活跃性（lower social motivation）和易怒增加(Hart, 1988;Dantzer, 2009)。肠道微生物群已被证明是通过微生物-肠-脑轴(MGBA)的健康与行为之间的重要联系。许多研究表明，生态失调（肠道微生物组分的失衡）在许多病理中发挥作用，包括那些与大脑、精神状态和行为有关的病理(Kraimietal.，2019)，其在很大程度上是由饲料因素介导的。

 

该篇综述将讨论猪咬尾与不平衡的肠道微生物群与膳食纤维和蛋白质（包括色氨酸）的摄入、饲料形态（湿 vs 干和/或细 vs 粗）和料槽竞争之间的关联。文章还将讨论增加膳食纤维的用量如何通过减少胃溃疡、增加饱腹感和刺激有益的肠道菌群来帮助减轻咬尾。

 

1 微生物-肠-脑轴（MGBA）调节应激敏感性和行为

 

MGBA，有时也被称为“肠-脑轴”，或“日粮-微生物-肠-脑轴”(Cryan等，2019)，是中枢和肠神经系统之间复杂的双向通信网络，将大脑的情绪和认知中心与外周肠道功能联系起来（Carabotti等，2015）。各种通信途径已经被提出，包括自主神经系统、肠道神经系统、迷走神经、免疫系统、肠内分泌信号通路以及肠道微生物产生的代谢物和神经递质。然而，其确切的机制仍有待阐明。但人们普遍假设，这些通往大脑的途径是间接的，而不是通过微生物的代谢物穿过血脑屏障而产生的，尽管这可能是短链脂肪酸的通径(Silvaetal.，2020)。

 

越来越多的研究证实了肠道菌群在调节大脑功能，特别是情感处理、情绪和行为方面的关键作用。MGBA的大部分研究工作都是在小鼠和大鼠身上进行的，也有部分研究在人类身上进行。现已知，被诊断为自闭症谱系障碍(ASD)的应激敏感人群、胃肠道问题、升高的促炎症状态、产短链脂肪酸能力较差的肠道微生物群，以及色氨酸、犬尿氨酸和血清素通路的改变，都相互存在联系(Hughes等，2018)。此外，胃肠道问题(例如便秘、挑食和大便失禁)可能加剧行为问题，包括情绪异常和对立、挑衅或破坏性行为（Maenner等，2012；McElhanon等，2014）。来自人类和其他动物的大量证据强调了肠道微生物群是心理状态和炎症免疫反应之间的主要环节，而这又受日粮和应激调节(Sandhuetal.，2017)。文章认为，通过改变肠道微生物群及其代谢物来调节MGBA 可能是猪日粮和咬尾之间的主要关联。

 

图 1. 暴发猪咬尾的慢性和急性危险因素的累积效应的理论模型

注：急性的危险因素（Acute risk factors）包括：突然换料、饲喂系统出了问题、气温突然变化。慢性的危险因素（Chronic risk factor）包括：猪没有什么可以玩的东西、漏缝地板、料槽位不够导致的吃料竞争。

 

2 微生物-肠-脑轴和猪咬尾

 

当免疫系统被病原体或非传染性损伤激活时，细胞因子被释放，这是协调免疫反应和保护身体免受进一步损伤的核心。细胞因子的释放也会导致所谓的“疾病行为”，从而导致咬尾的扩散(Nordgreen等，2020)。

 

饲料中不必要的促炎因子（例如霉菌毒素和沙门氏菌）可引起肠道炎症，而这会引起情绪和行为的改变。虽然猪饲料中的霉菌毒素水平可能不会超过欧盟的规定，但各种低于允许水平的霉菌毒素的组合以及其他不受监管的霉菌毒素的浓度相加在一起，可能超过猪健康的推荐水平。对肠道健康有负面影响的微生物会在饲料中增殖。例如，革兰氏阴性菌在其细胞壁中含有内毒素脂多糖(LPS)，它们在某些饲料中可以更好地增殖（如高脂/低纤维饲料)(Patterson等，2014)。脂多糖被嵌入肠道上皮中的肠内分泌细胞识别，其诱导促炎因子的释放，从而导致疾病行为(Nordgreen等，2018)，而富含可溶性纤维的饲料可以减轻内毒素诱导的疾病行为(Sherry等，2010)。

 

Parois 等人（2020）最近的一项研究表明抗生素可能对抗压能力产生有益影响（尽管这可能取决于压力源的类型和使用的抗生素）。例如在美国，饲料中的抗生素可以系统地施用于猪以应对断奶压力。Parois等人 (2020) 发现在断奶后进行运输时，饲料中添加谷氨酰胺似乎具有与添加抗生素相似的有益效果（即，与对照猪相比，其泪痕更少、损伤更少以及猪对新物体更感兴趣）。有趣的是，与抗生素处理组相比，补充谷氨酰胺导致微生物丰富度、均匀度和多样性更高，这表明谷氨酰胺与抗生素的作用机制不同。此外，一些特定的细菌分类群（Acidaminococcaceae、Prevotellaceae 和Clostridiales）似乎与攻击性、压力和恐惧有关，这表明了 MGBA的参与。

 

2.1 膳食纤维和颗粒大小

 

膳食纤维被认为通过三种主要机制影响肠道健康，这可能与咬尾的发展有关。首先，膳食纤维为食糜提供物理上的“结构”，这与饱腹感、控制采食量和降低胃溃疡的风险有关。其次，膳食纤维调节消化过程，如控制运输时间，这有助于控制葡萄糖和脂质水平的循环。最后，膳食纤维可作为微生物发酵的能量底物，并减少微生物蛋白水解的潜在毒性代谢物的形成。

 

文章表明，目前还没有研究直接将胃溃疡与咬尾联系起来，但文章推测饲料形态（湿vs干和/或细vs粗）可以对咬尾风险产生影响，通过较液态的食糜引发胃溃疡的途径 (Regina等，1999；Ange等，2000)。胃溃疡可能通过多种机制来影响咬尾。出血的胃溃疡会激活免疫反应和炎症状况，此外，胃溃疡已被认为可以激发猪的咀嚼行为，增加发展为二阶段咬尾的可能性(Taylor等，2010)。一种供参考的机制是，咀嚼产生的唾液可以增加胃食糜的pH，改善胃溃疡引起的不愉快的感觉/疼痛(Brunberg等，2016)。

 

越来越多的人强调，膳食纤维可以改善肠道健康(BachKnudsen等，2018)。膳食纤维通常被定义为不被哺乳动物消化系统水解的植物多糖和木质素的总和(大多数寡糖、抗性淀粉、非淀粉多糖(NSP)和木质素)；但是，它们可用于大肠中的微生物发酵(Wenk，2001)。微生物发酵产生的短链脂肪酸（特别是丁酸）的有益影响包括对健康、精神状态和压力敏感性的影响。因此，在猪的饲料中加入更多的膳食纤维也可能有助于降低猪的应激敏感性，进而降低咬尾行为的发生。然而，由于可发酵纤维的化学结构决定了短链脂肪酸的产生(例如菊粉被认为更能产丙酸，而抗性淀粉更产丁酸)，在实验设计时考虑纤维的类型是非常重要的。

 

到目前为止，有三项研究都调查了添加量更高的膳食纤维是否可以减轻咬尾：两项调查了断奶后几周(Naya等，2019；Honeck等，2020)，第三项也包括育肥期(Chou等，2020)。没有一项研究可以证实膳食纤维对咬尾的缓解作用。与假设相反，Chou等人（2020）发现了更多的尾部导向行为，并且随着膳食纤维的增加，咬尾损伤有增加的趋势。断奶期的两项研究发现，不同批次间的差异较大，这可能掩盖了处理效果。此外，有限的实验设置可能存在问题，Chou等人（2020）使用了一个猪没有什么可以拱着玩的、全漏缝地板的猪圈，这是一个重要的咬尾风险因素(Valros，2018)。没有一项研究描述了猪的应激敏感性、肠道微生物群或免疫激活，也没有测量过饲料中的霉菌毒素水平，而这些因素可能都对试验结果有意想不到的影响。

 

2.2 蛋白质和氨基酸失衡

 

有人认为，日粮中蛋白质水平过低、基本氨基酸成分失衡和/或矿物质缺乏可能会增加咬耳和咬尾等破坏性行为的发生。蛋白质缺乏增加了觅食动机(Jensenetal.，1993)，进而增加了患第二阶段咬尾的风险 (Taylor等，2010)。矿物质缺乏可能会增加血液对猪的吸引力（由于血液中含有蛋白质和几种矿物质），从而在皮肤破裂时加速咬尾的爆发(Fraser，1987b，1987a)。然而，文章推测日粮中较低的蛋白质/氨基酸水平与咬尾之间的联系可能是通过微生物-肠-脑轴（MGBA），尤其是免疫激活。最近一项针对断尾的生长育肥猪的研究表明，日粮中粗蛋白质水平的降低会使猪有更多的破坏性行为（咬尾、咬耳和嗅探腹部）和攻击性，但尾部损伤没有增多(van der Meer et al.，2017)。

 

研究表明，当免疫系统受到刺激时，猪对色氨酸和苏氨酸的需求会增加，这是在不良的卫生条件下发生的。这些结果表明，在进行饲料干预研究时，需要考虑不良卫生/免疫反应的增加，因为这些潜在的影响可能被掩盖。因此，日粮蛋白质水平和咬尾之间的因果关系尚不清楚，因为它取决于卫生状况。另一方面，日粮中过高的蛋白质水平会促进致病菌的定植和肠道渗漏，从而导致肠道炎症，这可能会导致咬尾行为(Nordgreen等，2020)。蛋白质供应过剩导致的肠道发酵也可以导致类似的影响。

 

总之，蛋白质供应过量或不足都可能通过诱导猪体内氨基酸、肠道微生物群和/或免疫激活的失衡，构成咬尾形成的风险因素。尤其是，蛋白质的供应不足可能会导致行为抑郁的迹象和攻击性，而供应过剩可能会增加焦虑行为。因此，文章认为蛋白质的不平衡会损害猪应对压力的适应能力。

 

2.3 色氨酸-血清素代谢

 

色氨酸已被强调为猪咬尾发展的重要参与者，MGBA 可能也有参与。色氨酸是血清素的前体——一种重要的神经递质，参与许多过程，包括情绪（例如血清素耗竭导致的悲观情绪）、应激敏感性、肠道运动调节、食欲、免疫功能、睡眠和记忆。饲料中色氨酸供应不足或色氨酸和其他必需氨基酸之间的不平衡与人类抑郁症的形成、家禽啄羽和猪咬尾有关。文章推测，不仅色氨酸供应不足，供应过剩是否也会导致咬尾行为。除了色氨酸，越来越多的证据表明，精氨酸和谷氨酰胺等功能性氨基酸也对心理健康发挥作用。人们普遍认为，体育活动对人类的健康有深远的益处。运动也被认为对肠道微生物群有显著影响。考虑到生长育肥猪缺乏运动，再加上往往面对较差的卫生条件和压力应激，可以推测色氨酸代谢的变化与咬尾的形成有关。

 

总之，色氨酸-血清素代谢参与了许多对肠道健康很重要的生理功能，并与咬尾和其他异常行为（抑郁和焦虑行为）有关。研究表明，当日粮的色氨酸水平高于推荐标准时，对猪的应激反应有有益的影响。然而，色氨酸代谢受肠道微生物群、免疫和HPA轴的调节，过量的色氨酸也可以代谢为潜在的有害物质。因此，在未来的研究中，还需要仔细考虑肠道和心理健康的最佳色氨酸水平是否与生长状况的最佳色氨酸水平不同。

 

2.4 料槽处的竞争和采食量

 

饲料形式（即湿料或干料）和料槽的数量被公认为咬尾的重要风险因素（Valros，2018）。但由于喂料空间或饲料成分等混杂因素，可能导致研究结果之间的差异。然而，一般而言，对日粮的竞争已被确定为断尾和未断尾的猪咬尾的风险因素。有限的饲养空间是猪的压力和应激的常见来源(Boumansetal.，2018)。压力可影响病原体感染的易感性，并影响肠道微生物群的稳定性。文章推测，饱腹感更强的猪，在有限的资源下更平静、攻击性更弱，因此压力更小，更不容易形成咬尾行为。

 

一些研究发现，较瘦小的猪、较低的生长速度与未剪尾时的咬尾之间存在关联，但尚不清楚其机制以及低采食量是咬尾形成的原因还是后果。降低的采食量可能通过引起氨基酸失衡，导致肠道菌群组成和/或免疫激活的变化，进一步引发了猪咬尾。文章认为，较瘦小的猪和咬尾之间的关联也可能是肠道微生物群不平衡的因果效应。也有越来越多的证据表明，微生物群可以作为一种潜在的生物钟调节器，影响大脑的中央时钟以及肠道和肝脏的外周时钟的变化。

 

结 论

 

这篇综述表明，与饲料相关的咬尾风险因素是蛋白质供应不足和过量、缺乏饱腹感、饲料颗粒大小、膳食纤维含量和数量有限的料槽。文章推测这些因素可导致压力应激、胃溃疡、肠道微生物群失调、肠道上皮细胞的破坏，并通过MGBA影响动物的应激敏感性，这些问题累积导致猪咬尾。

 

文章进一步推测，关注饲料成分（根据猪体重平衡蛋白质含量；增加膳食纤维水平）和粉碎程度（限制原料过细粒子的比例）有可能改善肠道健康，包括改善肠道共生微生物群及其代谢物，从而减轻咬尾。

 

文章还建议在自由采食阶段增加料槽的数量，以接近圈内猪的需要的数量，因为压力使个体被迫改变或降低采食量，可能会导致营养或微生物失衡。这将改变动物未来的免疫和应激反应，即使饲料组成和形式良好，这些问题累积起来也会导致咬尾。

 

参考文献：略

 

炎症反应是机体对各种理化及生物致炎因子产生的防御性病理反应。动物的亚临床炎症反应无处不在，其主要诱因包括：

（1）细菌、病毒和寄生虫等感染性因素所致的亚临床感染；

（2）体内外各种应激等因素；

（3）动物过度的免疫反应。

 

大量系统的试验研究证实：广泛存在的亚临床炎症反应对动物生产性能（采食量、增重及饲料报酬）呈显著的负面影响。因此，高效安全的饲用抗炎剂是提高动物生产性能的新途径。

 

英赛特公司通过多年的持续关注和深入研究，开发出以水杨酸为主要活性成分的新型饲用生长促进剂——保卫素【粤饲添字(2017)308013】，其具广谱抗炎活性，同时利用现代药物制剂工艺解决了水杨酸的稳定性及安全性问题。临床大规模应用结果证实其可有效降低动物的各种炎症反应，显著提高动物的生产性能。

 

 

编译｜陈文祯

荷兰瓦赫宁恩大学及丹麦奥胡斯大学

动物营养硕士

 

 

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