膳食营养是维护消化道黏膜免疫的重要因素,脂肪、蛋白质、纤维素等食物成分,可以与肠道上皮细胞及免疫细胞互相作用,进而调节肠道的免疫状态。
蛋白质是生命活动的基础,对于维持免疫细胞结构和功能至关重要。消化道黏膜免疫产生的细胞因子,参与生化反应的酶,免疫细胞的正常生理学功能,细胞的损伤修复,炎性细胞因子的分泌等,都依赖于蛋白质。
低蛋白饮食会助长病原体和蛋白质发酵菌,微生物群的变化可通过调节相关信号通路的基因表达和调节代谢产物的分泌来影响肠道屏障和免疫系统(Ma等,2017)。研究发现,膳食蛋白质的摄入与猫的抗体产生存在明显相关性。猫初乳中的IgG及IgA浓度分别为62.0mg/mL,和 14.3mg/mL,新生幼猫能通过母乳摄取免疫球蛋白并获得被动免疫(Casal等1996)。母乳喂养的幼猫,其IgG和IgA在5~6周龄时达到峰值并维持相对稳定水平(Rossi等2021)。
研究发现,蛋白质摄入与嗜酸性粒细胞数量存在明显正相关,能促进免疫机制的激活(PaBlack等,2017)。因此,满足蛋白质需要对于维持猫免疫功能有重要意义。蛋白摄入不足会影响抗体的产生,造成免疫器官胸腺、脾等重量减轻和功能下降。值得注意的是,成年猫与幼年猫对蛋白质的需求不同,应根据不同生理阶段合理提供蛋白源(Harper1998)。此外,过量的蛋白质摄入也可能会产生不良影响,未被消化的蛋白质在后肠微生物的过度发酵,会影响猫的肠道菌群结构和消化道黏膜免疫功能(Wermimont等,2020)。过量蛋白质也会增加猫肾功能负扣,出现泌尿系统疾病等(Dinallo等,2022)。
蛋白质水解物是蛋白质在各种酶、酸或碱作用下生成的小肽、氨基酸等小分子物质。蛋白质水解物及小肽能够被机体迅速吸收和利用,参与细胞损伤修复,调节免疫细胞功能,减少肠道炎症,维持肠黏膜结构和功能的完整性。
研究发现,大豆蛋白水解肽富含精氨酸、赖氨酸和脯氨酸,能刺激脾细胞的增殖及吞噬细胞活性,提高血清中IgG和IgA的含量,增强机体免疫力,还含有具有TLR激活特性的免疫调节聚合物,能耐受胃和十二指肠的消化,增强小肠的免疫响应。绿豆蛋白水解物(MBPH)能通过NF-κB途径调节炎症因子的表达,抑制炎症反应,有望应用于功能食品中来发挥免疫调节作用(Diao等,2019)。
氨基酸是蛋白质的基本结构单元,对于维持生命过程中的生化反应有重要作用。除参与蛋白质合成外,氨基酸还参与T细胞的活化、增殖、效应等功能,有助于维持消化道黏膜的屏障功能稳态(Han等2021)。
牛磺酸与精氨酸对于猫的健康尤为重要。牛磺酸广泛分布于体内各个组织和器官,主要以游离状态存在于组织间液和细胞内液中,能够保护细胞免受氧化剂和自由基的损伤,促进T淋巴细胞增殖,促进巨噬细胞产生白介素-1,增强中性粒细胞吞活性,从而清除病原菌。牛磺酸还可以提高机体内特异和非特异性免疫功能。牛磺酸缺乏会导致猫体内淋巴细胞的免疫功能下降,巨噬细胞、嗜中性粒细胞、白细胞总数下降,多形核细胞和单核细胞比例异常等,严重时会导致失明、听力下降甚至出现心力衰竭。幼猫可以通过母乳获得免疫力,母源抗体在断奶后逐渐下降,需要在猫日粮中合理添加牛磺酸或富含牛磺酸的肉类、鱼和贝类以满足猫咪所需。
精氨酸是新生哺乳动物生长和氮平衡的关键氨基酸,在免疫调节和免疫防御中扮演至关重要的角色。精氨酸主要通过“精氨酸酶”途径和”NO“途径调节机体免疫。精氨酸可以明显增强猫T淋巴细胞的增殖活性和细胞因子的分泌,提高吞细胞的功能,从而增强猫对病原体抵抗力。有研究发现,精氨酸能直接影响T细胞的代谢适应性和存活能力。精氨酸缺乏可能导致猫体内氨含量上升,引发呕吐、肌肉痉挛、运动失调,甚至导致昏迷或死亡。值得注意的是,猫的肠上皮细胞缺乏由谷氨酸和脯氨酸合成鸟氨酸的能力,精氨酸是合成鸟氨酸的前体物,因此,猫从食物中获取的精氨酸对于维持鸟氨酸极为重要。
猫对碳水化合物的需求低于其他动物。膳食纤维的摄入能调节猫的肠黏膜免疫功能,促进动物健康。抗性淀粉能促进乳酸杆菌和双歧杆菌的增殖,抑制条件性病原微生物生长,减少肠上皮细胞损伤,维持黏膜完整性。
此外,纤维类物质在后肠发酵产生的短链脂肪酸(SCFA),如乙酸、丙酸、丁酸,能通过调节肠腔pH、黏液产生,为上皮细胞提供能量,调节细胞的更新,增强免疫力并减少炎症反应。近年的研究发现,红薯和木薯来源的淀粉能控制猫血糖和血脂水平,改善肠道菌群结构。然而,过量摄入淀粉可能导致肠道微生物群失衡,增加炎症和感染的风险,影响消化道功能或机体免疫系统。膳食纤维的摄入不足能够影响肠道微生态和肠黏膜屏障功能(Thomas,2017)。考虑到过量纤维素对养分消化吸收和利用的影响,膳食纤维的添加应控制在适量的范围内。
益生菌是对宿主有益的活性微生物,能抑制有害微生物的增殖,维持肠黏膜屏障的完整性及营养物质的消化与吸收。
益生菌有助于激活树突细胞、黏膜相关淋巴细胞,并调节T细胞和B细胞的活性,调节细胞因子的释放和抗体的生成(Yan等,2011)。研究发现,屎肠球菌可以刺激分泌型免疫球蛋白(slgA)的产生,激活CD4+T 细胞和CD8+T细胞,促进抗菌肽的释放、增强吞细胞功能。乳酸杆菌能够促进益生菌黏附并激活免疫细胞,抑制感染,近年来,革兰氏阳性非致病性乳酸菌(LAB)被证明可以引发针对某些特定抗原的全身性和黏膜免疫反应,具有潜在的应用前景。此外,益生菌可以参与应激或情绪的调节,降低与焦虑相关代谢物的含量,促进采食和健康。
维生素作为一类特殊有机小分子对于细胞增殖和免疫功能至关重要。
维生素A,又名视黄醇,是一种脂溶性维生素,能够促进肠道黏膜细胞的分化和增殖,增强肠黏膜的屏障功能。维生素A能促进B淋巴细胞及相关细胞因子的合成,促进分泌型免疫球蛋白A的合成。缺乏维生素A 降低了由辅助性T细胞Th2介导的抗体反应,加强了Th1介导的抗体反应,破坏了Th1/Th2平衡。长期缺乏维生素A会降低肠道微生物的多样性,增加肠道感染或损伤的易感性。
维生素C,又名抗坏血酸,具有较强的抗氧化活性,广泛参与先天性和适应性免疫反应,在免疫反应的早期阶段有助于保护中性粒细胞免受氧化应激的影响。补充维生素C能增强细胞清除自由基的能力,减轻炎症反应和肝细胞的损伤,缓解由于氧自由基损伤引起的消化道黏膜屏障破坏。此外,维生素C能促进T细胞的发育和成熟,影响Th1/Th2的平衡,并影响抗体的产生,保护淋巴细胞免受氧化损伤,促进淋巴细胞的增殖。猫能较好地耐受维生素C,但长期超剂量使用会影响机体水盐代谢,并与肾脏损伤相关。
维生素B是肠道微生物代谢途径中不可或缺的辅助因子的合成前体,可调节细胞因子和趋化因子的产生,介导并参与病理生理过程中免疫细胞的相互作用。处于生长发育阶段的幼猫,对维生素的需求高于成年猫。根据猫的生长发育特点和需要在日粮中提供合理的维生素有助于维持消化道健康和正常的黏膜免疫功能。
脂肪酸是细胞膜主要成分,并与细胞膜的流动性和功能密切相关。ω-3和ω-6脂肪酸是动物细胞中必需脂肪酸。ω-3脂肪酸包括二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),可以抑制猫体内前列腺素和白三烯等炎症介质的生成,减少炎症反应。
0mega-3 脂肪酸及其代谢物通过调控巨细胞的极化,抑制炎症小体的活化,影响中性粒细胞的迁移、吞噬能力和细胞因子分泌来影响巨噬细胞和中性粒细胞的功能,有助于降低炎症反应。ω-3脂肪酸的摄入可以增加黏液的分泌,加强黏膜免疫的保护作用。中链脂肪酸,被认为具有抗菌作用,可以帮助机体抵御某些细菌和病原体的入侵,从而支持黏膜免疫。ω-3脂肪酸的适量摄入与降低肠道炎症和增强免疫屏障相关。
ω-6脂肪酸是炎症反应的调节剂,当组织受到伤害或感染时,花生四烯酸可以转化为一系列促炎症介质,如前列腺素和白三烯,有助于启动免疫系统应答。ω-6脂肪酸还可以通过细胞信号传导途径影响许多生理过程,包括细胞增殖、凋亡和细胞周期的调控。ω-6与ω-3脂肪酸比例失调会增加肥胖的风险。因此,在猫的日粮中,需考虑ω-3和ω-6脂肪酸之间的平衡。
矿物元素,如铁、锌、钙等对黏膜免疫等多种生理过程发挥调节作用。
钙缺乏会影响紧密连接蛋白表达,破坏黏膜的完整性,铁主要以亚铁离子形式存在,是血红蛋白的核心组分。铁支持免疫细胞的功能,限制病原菌的生长,且可以在炎症状态下调整铁的利用。铁元素缺乏可能导致自然杀伤细胞及巨噬细胞活性降低,影响免疫球蛋白表达,降低免疫功能。缺铁会抑制猫白细胞的杀菌能力,增加病原微生物感染风险。补充铁则会提高猫血清中IgA、IgG及IgM活性,增强猫的免疫应答。
锌是胸腺发育的必需营养素,胸腺肽是胸腺分泌的一种含锌激素,锌缺乏会导致T细胞损伤和免疫功能紊乱,降低自然杀伤细胞毒性和中性粒细胞的吞噬作用,过量的锌摄入会抑制T细胞及B细胞功能,对免疫系统产生负面影响。
核苷酸是DNA和RNA的基本构成单位,对基因的表达和蛋白合成至关重要,同时也是肠黏膜细胞和免疫细胞的重要营养素。核苷酸可以促进肠道黏膜细胞的增殖和修复,增强免疫细胞的活性。
研究表明,核苷酸能增强体液和细胞免疫反应,提高抵抗感染病原体的能力,还能修复肠道黏膜细胞,维持黏膜屏障功能。膳食核苷酸可以促进代谢活跃组织中核苷酸的生成,维持组织功能。Rutherfurd等(2013)的研究表明,核苷酸可以增强猫白细胞的吞噬活性,核苷酸缺乏会抑制细胞免疫及体液免疫反应,降低自然杀伤细胞活性及抗体产生水平。特定的核苷酸,如cAMP和cGMP,可作为第二信使,影响细胞内多个信号通路的转导和响应。Sauer等(2011)发现,核苷酸可以促进断奶幼猫肠上皮微皱褶细胞、上皮淋巴细胞增殖,促进sIgA的分泌,从而发挥肠道黏膜免疫作用。
来源:邹依锦等《猫肠黏膜免疫的营养调控研究进展》