不知道你們是不是也會(huì)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(lái)吃的時(shí)候，卻發(fā)現(xiàn)面包發(fā)霉了，只能忍痛扔掉……
發(fā)霉是我們?nèi)粘Ｉ钪谐３Ｒ?jiàn)到的現(xiàn)象。不光是面包了，水果、蔬菜、米飯...只要是有有機(jī)質(zhì)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?yàn)椤该咕沟纳L(zhǎng)而變質(zhì)的現(xiàn)象。
霉菌 vs. 酵母菌 （圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
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(gè)一個(gè)圓圓噠，也不象蘑菇那樣產(chǎn)生大型的子實(shí)體。所以我們平?？吹降摹该埂苟际敲兹椎?，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(jī)質(zhì)中攝入營(yíng)養(yǎng)，在這個(gè)生命過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種各樣的代謝產(chǎn)物 ——其中如糖、氨基酸等產(chǎn)物是它們維持正常生命活動(dòng)所必需的，我們稱之為「初級(jí)代謝產(chǎn)物」；而另一些則是對(duì)它們自身而言不必需的，我們稱之為「次級(jí)代謝產(chǎn)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(shí)都屬于微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物。
目前已知的霉菌毒素超過(guò)了300種。其中最常見(jiàn)的、與畜牧業(yè)最息息相關(guān)的，是這三種霉菌產(chǎn)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(jì)沒(méi)有人沒(méi)聽(tīng)過(guò)霉菌毒素吧。這個(gè)在行業(yè)中的高頻詞，它仗著自己超強(qiáng)的適應(yīng)性和耐高溫能力，幾乎無(wú)處不在 —— 在飼料原料的種植、收獲、儲(chǔ)存、以及飼料的加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中，都可能遭受霉菌毒素的污染。它們通常無(wú)色無(wú)味，單憑肉眼根本無(wú)法判斷其在飼料中的含量，即使外觀看起來(lái)質(zhì)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(dāng)今飼料安全的最大隱患。 這些不同種類的霉菌毒素對(duì)動(dòng)物可造成的五花八門的毒性，給行業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。最防不勝防的是，高濃度霉菌毒素污染所導(dǎo)致的臨床急性癥狀并不是主要問(wèn)題；更常見(jiàn)的，是長(zhǎng)期的、低濃度的霉菌毒素給動(dòng)物帶來(lái)的「亞臨床癥狀」(如生長(zhǎng)性能下降、免疫抑制等) —— 這是實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)動(dòng)物健康和性能實(shí)實(shí)在在的威脅。
2017年全球霉菌毒素污染的調(diào)查結(jié)果 --- 亞洲的污染最為嚴(yán)重, 83%的飼料和原料樣品中至少含有1種霉菌毒素 (圖片來(lái)自biomin)
提起霉菌毒素，我們一般會(huì)聯(lián)想到它們對(duì)動(dòng)物特定器官（比如黃曲霉毒素對(duì)肝臟、赭曲霉毒素對(duì)腎臟）的毒性，這方面的研究已經(jīng)較多，這里按下不表。
但如若我們細(xì)想一下，當(dāng)動(dòng)物攝入被霉菌毒素所污染的飼料后，「消化道」才是第一個(gè)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(jīng)過(guò)消化就可以被機(jī)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(diǎn)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(huì)在肝臟被激活，發(fā)揮毒性 (因此AFB1對(duì)肝臟劇毒)。但是有研究發(fā)現(xiàn)，激活后的AFB1還可以通過(guò)「肝腸循環(huán)」又重新從肝臟回到腸道。可想而知，消化道是動(dòng)物體內(nèi)直面霉菌毒素挑戰(zhàn)最多的場(chǎng)所。
暴露給敵人也就算了，關(guān)鍵是它還犧牲不得。我們知道，腸道擔(dān)負(fù)著維護(hù)動(dòng)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(jié)構(gòu)性與功能性蛋白質(zhì)的參與。實(shí)際上，動(dòng)物攝入能量的20%都會(huì)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(zhuǎn)(protein turnover)—— 以雞為例，每天的腸道蛋白周轉(zhuǎn)率高達(dá)50-75%。然而不幸的是，許多霉菌毒素可以通過(guò)對(duì)DNA、RNA、蛋白的干擾，抑制蛋白質(zhì)的合成和活性。這樣一來(lái)，蛋白周轉(zhuǎn)快的腸道就自然會(huì)成為霉菌毒素容易攻擊的目標(biāo)了。
既然從理論上說(shuō)，腸道直面霉菌毒素的量在身體各器官中算是最大的、又因?yàn)楦叩鞍字苻D(zhuǎn)成為容易攻擊的目標(biāo)，那么腸道健康應(yīng)該是霉菌毒素研究的重點(diǎn)吧？然而直至今天，我們對(duì)于霉菌毒素在動(dòng)物腸道的影響還并沒(méi)有很全面的了解。
關(guān)于這點(diǎn)，我讀博士時(shí)的一位師兄和我的導(dǎo)師曾發(fā)表過(guò)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(bào)道了霉菌毒素對(duì)腸道的影響，而這83篇，包括了所有的霉菌毒素，所有的動(dòng)物種類，還包括了體外實(shí)驗(yàn)?？上攵?，這里還有很多空白需要填補(bǔ)。
關(guān)于霉菌毒素對(duì)動(dòng)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(duì)此方向的日益重視，從文獻(xiàn)檢索結(jié)果看，的確添加了不少內(nèi)容。盡管總量仍然非常有限，但這些研究結(jié)果已逐漸開(kāi)始揭示霉菌毒素對(duì)腸道的種種影響。我們來(lái)按照腸道的四大主要功能一一細(xì)說(shuō)。
營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)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(xì)胞的表面積和轉(zhuǎn)運(yùn)載體 --- 如果小腸絨毛越高，刷狀緣側(cè)微絨毛越多，吸收的表面積也就越大；同時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)載體量越多，活性越高，吸收能力就越強(qiáng)。
因此，有關(guān)消化吸收，我們常用的指標(biāo)包括消化酶的活性、各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率、轉(zhuǎn)運(yùn)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(gè)指標(biāo)，都已有報(bào)道揭示霉菌毒素對(duì)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(zhì)、蛋白質(zhì)、能量的消化率都會(huì)被AFB1和OTA所影響。此外，在博士期間，我曾做過(guò)一個(gè)肉雞實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果首次揭示，AFB1還會(huì)增加「內(nèi)源氮和氨基酸」的流失，增加幅度高達(dá)20-30% ——這個(gè)流失，一方面可能來(lái)自于霉菌毒素與腸道粘膜摩擦所導(dǎo)致的粘液(mucus)流失；另一方面可能來(lái)自于毒素對(duì)胰臟的損傷，導(dǎo)致酶原大量流失（不同于正常情況下的分泌）。因此，內(nèi)源流失的增加 + 消化率的下降可能共同導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供給不足。而從「需」這一側(cè)看，腸道的蛋白周轉(zhuǎn)對(duì)氨基酸有很高的需求量；同時(shí)，在腸道遭受刺激時(shí)，為了修復(fù)受損組織和支持免疫活動(dòng)，對(duì)能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的維持需求會(huì)增加。這樣一來(lái)，在霉菌毒素的攻擊下，腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供小于求的現(xiàn)象就可能出現(xiàn)。
1.5ppm黃曲霉毒素對(duì)21日齡肉雞的內(nèi)源氮流失 & 回腸標(biāo)準(zhǔn)氮消化率的影響 （引自Chen et al., 2016)
從吸收上看，多篇報(bào)道都指出DON和FUM可降低小腸絨毛高度，減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。此外，在細(xì)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(xì)胞的轉(zhuǎn)運(yùn)載體。有意思的是，在我們的肉雞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，AFB1可以上調(diào)氨基酸運(yùn)輸載體的mRNA表達(dá)。這個(gè)現(xiàn)象，在理論上可能有2層原因—— 第一、 運(yùn)輸載體是蛋白質(zhì)嘛，蛋白質(zhì)活性收到霉菌毒素干擾，就必須多來(lái)點(diǎn)mRNA，從而增加蛋白質(zhì)合成的「翻譯」這一步，來(lái)彌補(bǔ)不夠用的載體；2. 消化率下降了，機(jī)體就要想方設(shè)法地增加吸收率，以求保證滿足需求。這在生物學(xué)上被稱為「補(bǔ)償效應(yīng)」(compensationeffect)，在許多生理過(guò)程中都會(huì)有所體現(xiàn)，非常神奇。
這么看來(lái)，腸道的消化和吸收功能的確會(huì)受霉菌毒素所影響。
腸道屏障功能的重要性大家應(yīng)該都很熟悉了。這無(wú)數(shù)個(gè)腸道上皮細(xì)胞挨個(gè)排成一列，就好像一列士兵手挽著手，組成了一道抵抗外來(lái)有害物質(zhì)的有力防線。那么，細(xì)胞與細(xì)胞之間靠什么連接呢？靠的是「緊密連接蛋白」家族（tight junctions）?？梢韵胂?，一旦緊密連接蛋白的合成、形態(tài)、或活性受損，細(xì)胞與細(xì)胞之間的間隙就會(huì)打開(kāi)，細(xì)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(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)動(dòng)物身體各個(gè)部位造成危害。同時(shí)，這個(gè)通透是雙向的，因此血液中本來(lái)要運(yùn)輸給其它組織所用的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也有可能會(huì)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(gè)原因即是因?yàn)樗奈章实停虼四c道細(xì)胞就會(huì)暴露在高濃度的毒素中。在畜牧動(dòng)物中，豬對(duì)DON的毒性最為敏感。我的重量級(jí)好友趙博士最近通過(guò)利用豬的腸道細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)DON的確會(huì)顯著增加細(xì)胞旁通透性，而這個(gè)現(xiàn)象，就是由DON對(duì)緊密連接蛋白的干擾所導(dǎo)致的。非常有意思的是，她發(fā)現(xiàn)當(dāng)細(xì)胞接觸到DON的2-3小時(shí)后，緊密連接蛋白的蛋白質(zhì)表達(dá)下降；而4-6小時(shí)后, 相應(yīng)的mRNA表達(dá)開(kāi)始升高——這便證實(shí)了我們上面提到的補(bǔ)償效應(yīng)。同時(shí)她還發(fā)現(xiàn)，DON可以通過(guò)調(diào)控蛋白質(zhì)的降解途徑，來(lái)達(dá)到增加降解、抑制表達(dá)的作用。#DON還挺聰明！
同樣的，在家禽中，不論是體內(nèi)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(dá)，同時(shí)增加細(xì)胞旁通透性，繼而導(dǎo)致leaky gut。因此現(xiàn)有的證據(jù)已經(jīng)可以表明，霉菌毒素會(huì)通過(guò)干擾蛋白質(zhì)的表達(dá)，來(lái)影響腸道屏障的功能。只不過(guò)，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)大部分還來(lái)自于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，而在動(dòng)物體內(nèi)，會(huì)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(dòng)物實(shí)驗(yàn)以進(jìn)一步研究。
嘔吐毒素DON對(duì)claudin-1的蛋白表達(dá)和mRNA表達(dá)的影響
(引自Zhao et al., unpublished data)
以前我們講過(guò)，腸道是動(dòng)物身體內(nèi)最大的免疫系統(tǒng) --- 70%的免疫細(xì)胞都位于腸道，其免疫功能的正常發(fā)揮與否對(duì)動(dòng)物健康的影響不言而喻。
那霉菌毒素能對(duì)腸道免疫造成哪些影響？在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，研究者們發(fā)現(xiàn)DON總是能升高多個(gè)促炎性細(xì)胞因子(pro-inflammatory cytokines)的表達(dá)。細(xì)胞因子是啥？他們本質(zhì)上是蛋白質(zhì)或者多肽，在細(xì)胞之間扮演著溝通信號(hào)的作用（“敵人來(lái)了！”）。當(dāng)機(jī)體受到免疫刺激時(shí)，多種細(xì)胞就可以分泌細(xì)胞因子，這些信號(hào)官們找到各自的目標(biāo)細(xì)胞，與細(xì)胞表面受體結(jié)合，從而引起細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路的改變而改變細(xì)胞功能。而促炎性細(xì)胞因子的最終結(jié)果，就是促發(fā)炎癥。炎癥反應(yīng)不是不好，它是先天免疫反應(yīng)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(fù)，自然又增加了機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要量。
在實(shí)際生產(chǎn)的層面，最關(guān)鍵的問(wèn)題是，霉菌毒素是否會(huì)在動(dòng)物遭受其它感染（比如細(xì)菌感染）時(shí)影響免疫功能的發(fā)揮？換句話說(shuō)，霉菌毒素是否會(huì)增加動(dòng)物感染疾病的概率？
答案是：會(huì)。當(dāng)肉雞攝入被低濃度的DON所污染的飼料后，在面臨細(xì)菌感染時(shí)(Clostriudium perfringens), 壞死性腸炎的發(fā)生率會(huì)大大增加20 -47%。根據(jù)前面的討論，我們可以推測(cè)，DON在肉雞體內(nèi)破壞了腸道屏障功能 ——leaky gut造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)倒流入腸腔；同時(shí)，飼料消化吸收率降低，增加了未被消化的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在腸腔的逗留。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為細(xì)菌在腸道的增殖提供了極好的基礎(chǔ)，也就因此增加了致病的概率。而如若換種毒素、換種細(xì)菌來(lái)看，結(jié)果也相似——例如，當(dāng)種雞攝入低濃度的鐮刀菌類毒素時(shí)，機(jī)體對(duì)球蟲(chóng)病的恢復(fù)會(huì)顯著減慢。
DON和FUM可增加動(dòng)物感染細(xì)菌性疾病的概率 (引自Antonissen et al., 2013a,b)
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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)變化會(huì)為微生物提供營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，因此可能影響菌群結(jié)構(gòu)；同時(shí)，某一些微生物又具有降解霉菌毒素的作用——反芻動(dòng)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(dòng)物中，即使微生物能降解部分，那也是在腸道末端了，這時(shí)候霉菌毒素該干的壞事都差不多干完了。但無(wú)論如何，霉菌毒素與腸道微生物存在著一個(gè)相互的作用。
看到一篇今年初發(fā)表的綜述，文中作者總結(jié)了近年來(lái)關(guān)于霉菌毒素對(duì)腸道微生物影響的研究。總共也就十余篇文章，總結(jié)起來(lái)，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(jié)構(gòu)的作用，而這些變化又會(huì)間接影響消化吸收、腸道屏障、和腸道免疫這上述三個(gè)腸道功能。只不過(guò)，微生物的結(jié)構(gòu)同時(shí)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(duì)實(shí)際生產(chǎn)又有什么樣的意義？還存在這許多疑問(wèn)。
回到今天的問(wèn)題本身，霉菌毒素會(huì)影響動(dòng)物的腸道健康嗎？
盡管相關(guān)研究還有限，但我想我們已經(jīng)可以給出一個(gè)「yes」的答案。無(wú)論是從理論出發(fā)還是從現(xiàn)有數(shù)據(jù)出發(fā)，我們都能看出霉菌毒素對(duì)腸道的主要功能的影響。說(shuō)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(wú)外乎是各種結(jié)構(gòu)性蛋白質(zhì)(比如緊密連接蛋白)和功能性蛋白質(zhì)(酶| 轉(zhuǎn)運(yùn)載體| 免疫因子等)。既然霉菌毒素能影響蛋白質(zhì)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?nèi)拥舳加X(jué)得可惜。一旦飼料受到霉菌毒素污染，無(wú)論是被檢測(cè)出來(lái)而不得不廢棄，還是逃過(guò)了檢測(cè)被動(dòng)物吃進(jìn)肚子造成各種各樣的健康問(wèn)題，所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失都無(wú)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(duì)的一大挑戰(zhàn)，還需大家的關(guān)注、研究、和努力吶。
