断奶应激、病原菌感染、毒素刺激等外源性因素可以诱导断奶仔猪肠上皮细胞凋亡。细胞凋亡是一种程序性死亡方式,由内源性与外源性2种途径介导。外源性途径由死亡受体通路介导,通常由Fas、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等细胞外配体与膜表面受体结合后,激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8(Caspase-8)等下游信号而引发细胞死亡[1]。内源性途径则包括内质网应激与线粒体损伤。线粒体是肠上皮细胞的能量代谢中心,通过三羧酸循环和电子传递链合成ATP以维持细胞生理功能[2]。活性氧(ROS)积累、线粒体DNA(mtDNA)损伤、钙离子(Ca2+)失衡等因素,可以作为线粒体损伤相关的凋亡信号,引发肠上皮细胞凋亡[1]。在仔猪肠道中,肠上皮细胞结构完整性和功能稳定性依赖于正常且稳定的线粒体功能。当线粒体功能受损时,肠上皮细胞凋亡率升高,黏膜屏障功能下降,从而导致肠道通透性增加、营养物质吸收降低等不利影响[3]。鉴于线粒体在肠上皮细胞中的重要作用,深入理解线粒体损伤在肠上皮细胞凋亡中的作用机制,对于揭示肠道屏障损伤机理及外源调控具有重要意义。
1 线粒体凋亡的诱因及信号转导
1.1 线粒体凋亡的诱因
线粒体损伤的诱因可归为内源性和外源性。内源性诱因多来源于细胞内部代谢失衡或应激反应,包括ROS过量生成、Ca2+稳态紊乱、mtDNA损伤等。这些因素常直接作用于线粒体膜系统和呼吸链,破坏其结构与功能,引发线粒体膜通透性增强和激活细胞凋亡信号。ROS可以引起mtDNA损伤、蛋白质变性、脂质过氧化;ROS引起的蛋白质变性通常不是凋亡的主要触发因素,脂质过氧化则通过加剧ROS累积发挥作用。同时,ROS和线粒体膜通透性的改变还会影响胞内Ca2+分布,导致线粒体内Ca2+超载[4]。Ca2+超载能诱导线粒体膜通透性转换孔(mPTP)持续开放,促使膜电位丧失、ROS释放,激活多种凋亡信号[5]。此外,Ca2+超载还可通过激活Ca2+依赖性水解酶等途径,间接加重mtDNA损伤与线粒体功能障碍[6]。外源性诱因主要指病原菌感染、断奶应激和营养失衡等,常作为初始信号引发细胞应激反应,激活ROS生成或Ca2+释放,进而放大内源性损伤,形成从外到内、由局部到全局的级联损伤。因此,线粒体功能障碍往往并非某一单一因素驱动,而是多种诱因协同作用的结果,其间存在复杂的交互与反馈机制。
1.1.1 氧化应激
细胞代谢异常或受到外界环境压力刺激时,线粒体会产生过量的ROS和活性氮(RNS),从而引起机体内氧化应激[7],这些ROS与RNS可攻击线粒体膜脂质、蛋白质和mtDNA,导致氧化损伤[8]。ROS的累积可以诱发线粒体膜通透性转换(MPT),使得线粒体膜电位降低,最终导致线粒体肿胀、呼吸链功能障碍以及细胞凋亡的启动[9]。在正常情况下,体内的多种抗氧化酶和抗氧化分子,如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、维生素C和维生素E等,能够有效清除ROS和RNS,维持细胞内的氧化还原平衡[10-11]。然而,当ROS和RNS的产生超出抗氧化酶和抗氧化分子的清除能力时,则会诱发氧化应激。线粒体是ROS的主要生成部位,同时也是ROS损伤的主要靶标,过量的ROS和RNS会攻击线粒体的脂质、蛋白质和DNA,导致线粒体膜的破坏、线粒体功能障碍和细胞凋亡[12]。
1.1.2 线粒体DNA损伤
mtDNA是线粒体中的环状DNA分子,位于线粒体内膜附近。mtDNA长约16.6 kb,编码2个RNAs、22个tRNA和13个呼吸链复合体亚基。与核DNA不同,mtDNA缺乏组蛋白包裹等保护机制,更易受到外界刺激,尤其是由ROS引起的氧化损伤。mtDNA的突变率远高于核DNA,主要是由于其靠近电子传递链,暴露于高浓度的ROS环境中。此外,mtDNA的修复机制相对较弱,这进一步增加了其易损性[13]。研究表明,ROS是mtDNA损伤的主要诱因。超氧阴离子、过氧化氢和羟基自由基等ROS可以直接攻击mtDNA,引发碱基氧化、DNA断裂和突变;环境因素,例如辐射、化学毒素和抗生素以及化疗药物等,也可造成mtDNA损伤,并通过直接或间接的方式引发ROS生成或干扰DNA损伤后修复[14]。mtDNA的突变和损伤会导致线粒体呼吸链复合物的合成异常,从而影响ATP的生成,长期的mtDNA损伤可引发细胞凋亡[15]。此外,当损伤超出修复能力时,线粒体功能完全丧失可能导致细胞凋亡。
1.1.3 Ca2+失衡
Ca2+作为细胞信号传递分子,参与调节多种细胞生理活动,如凝血、神经递质和激素合成、酶活性调节、信号转导等。线粒体能吸收并暂时存储Ca2+,帮助维持细胞内Ca2+的平衡[16]。在线粒体膜电位的驱动下,Ca2+通过线粒体钙单向通道进入线粒体基质[17]。在正常生理条件下,少量的Ca2+进入线粒体可以促进代谢酶的活性,增加ATP的生成。细胞内Ca2+水平过高导致线粒体内Ca2+超载,从而引发线粒体膜电位下降,诱导mPTP开启,导致线粒体膜失去选择性通透性,使水和溶质进入线粒体基质,最终线粒体肿胀、膜破裂以及线粒体功能丧失[17-18]。Ca2+超载还会增加线粒体的ROS生成,进一步加剧线粒体损伤和氧化应激,从而损伤线粒体膜和DNA,导致细胞凋亡或坏死[19]。由于线粒体是ATP生成的主要场所,Ca2+失衡引起的线粒体损伤会导致ATP生成减少,从而影响细胞的能量供应[20]。当线粒体损伤持续加重时,mPTP的长时间开放不仅可通过激活细胞色素c(CytC)释放、Caspase级联反应等通路诱导程序性细胞凋亡,也可以因能量耗竭、细胞膜破裂等非程序性机制导致细胞坏死[21]。
1.2 线粒体介导的凋亡信号通路
1.2.1 内源性途径
内源性细胞凋亡通常由DNA损伤、ROS积聚和Ca2+稳态紊乱等信号诱导[22-23]。这些因素可损伤线粒体功能,导致线粒体膜电位丧失和外膜通透性增加,进而促使CytC、第二线粒体衍生激活因子(SMAC)等促凋亡因子释放[24]。线粒体外膜的通透性主要受B细胞淋巴瘤-2(Bcl-2)家族蛋白调控。该家族包括Bcl-2相关X蛋白(Bax)和Bcl-2同源拮抗剂(Bak)等促凋亡蛋白和Bcl-2和B细胞淋巴瘤-超大蛋白(Bcl-xL)等抗凋亡蛋白。在应激信号作用下,Bax和Bak发生构象改变并嵌入线粒体外膜,形成孔道或诱导mPTP开放,促进CytC等因子的释放[25]。相反,Bcl-2和Bcl-xL等抗凋亡蛋白可与Bax、Bak结合,抑制其活性,维持线粒体膜的完整性。释放到胞质的CytC与凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)和半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9前体(Procaspase-9)结合形成凋亡小体,进而激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-9(Caspase-9),并级联激活半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)、半胱氨酸天冬氨酸蛋白-7(Caspase-7)等下游效应酶,裂解多种细胞内结构蛋白,最终导致细胞凋亡[26]。
1.2.2 外源性途径
外源性细胞凋亡途径是由细胞外Fas配体、TNF-α等结合其对应的死亡受体所引发。死亡受体属于肿瘤坏死因子受体超家族,具有细胞内死亡结构域,可与Fas相关死亡域蛋白(FADD)结合,招募半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-8前体(Procaspase-8)形成“死亡诱导信号复合物(DISC)激活Caspase-8,进而激活下游的Caspase-3,启动细胞凋亡执行程序[27]。另外,外源性途径不仅直接激活Caspase级联反应,还可与内源性通路交叉。激活的Caspase-8可裂解BH3-only蛋白Bid,生成截短型tBid,其转位至线粒体外膜,与促凋亡蛋白Bax/Bak协同作用,诱导线粒体外膜通透性增加,促进CytC释放,从而激活Apaf-1和Caspase-9复合体,进一步增强凋亡信号[28]。虽然外源性通路起始于细胞外信号,但其通过tBid介导的线粒体通路,建立了与内源性凋亡机制的联系,形成协同的信号放大效应。
2 线粒体损伤引起的肠上皮细胞功能损伤及其对仔猪肠道健康的影响
2.1 肠上皮细胞的生物学功能
肠上皮细胞的主要功能是吸收营养物质和维持肠道屏障。肠上皮细胞与细胞间的紧密连接以及分泌的细胞因子组成肠道物理屏障和化学屏障,保障营养物质交换和防止有害物质、病原微生物、毒素等入侵[29]。物理屏障主要由肠上皮细胞及其紧密连接构成。肠上皮细胞之间通过紧密连接蛋白维持屏障完整性,能够封闭细胞间隙,防止细菌通过细胞旁通路侵入上皮组织;然而,许多病原体可以破坏这种紧密连接,导致屏障功能丧失,增加细菌侵入的风险[30]。在物理屏障的基础上,肠道还通过主动分泌黏蛋白抗菌肽等物质构建起化学屏障。化学屏障主要由杯状细胞分泌的黏蛋白和潘氏细胞分泌的抗菌肽和再生胰岛衍生蛋白3(Reg3)家族蛋白组成。黏液层主要由黏蛋白2(Muc2)聚合而成,能够有效阻止细菌直接接触肠上皮。研究表明,Muc2基因缺陷的小鼠黏液层相对较薄,导致细菌易于侵入,引发炎症[31]。抗菌肽能够与微生物的细胞膜相互作用,通过破坏膜结构来抑制病原菌的生长和感染。有研究表明,缺乏成熟的α-防御素的小鼠对鼠伤寒沙门氏菌表现出极高的敏感性,验证了抗菌肽在维持肠道化学屏障中的重要作用[32]。Reg3家族蛋白主要由潘氏细胞分泌,其中Reg3γ对革兰氏阳性菌表现出显著的抗菌活性,并在小肠中起到将细菌与肠上皮细胞空间分离的作用,从而帮助维持肠道内微生态的平衡[29]。
2.2 线粒体损伤引起的肠上皮细胞功能损伤对仔猪肠道健康的影响
肠上皮细胞凋亡可破坏肠道紧密连接结构,导致屏障功能受损,肠道通透性增加,从而促进有害物质和病原微生物穿过上皮屏障进入机体。杯状细胞凋亡减少了黏液分泌,使得肠道黏液层变薄;潘氏细胞凋亡导致抗菌肽分泌,使得肠道对病原微生物的防御能力下降。线粒体损伤会激活凋亡信号,促进CytC释放与凋亡蛋白酶级联反应,最终导致肠上皮细胞凋亡。研究表明,仔猪断奶后第3天和第7天mtDNA含量下降,断奶后第1、3和7天空肠线粒体复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ活性下降[33]。产肠毒素大肠杆菌K88(ETEC K88)感染引起仔猪肠上皮细胞线粒体膜电位失衡,导致肠上皮细胞能量供应不足,影响细胞的正常生理功能,同时,ETEC K88处理后,IPEC-1细胞乳酸脱氢酶释放增加,活细胞数量大幅减少[34]。脂多糖(LPS)处理提高了仔猪肠道ROS含量,促进肠上皮细胞凋亡;进一步的研究表明,LPS降低仔猪肠上皮细胞线粒体膜电位、mtDNA含量和呼吸链活性,同时,ROS激活炎症信号通路,促进促炎细胞因子如TNF-α、白细胞介素(IL)-6、IL-8和IL-1β的表达,加剧肠道损伤[35]。此外,脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)也可以诱导线粒体功能受损,引起仔猪肠黏膜损伤。
3 基于线粒体损伤的仔猪肠上皮细胞凋亡调控措施
近年来,具有抗氧化能力的天然活性物质在缓解氧化应激,改善线粒体功能与细胞凋亡方面显示出重要作用,已成为调控线粒体损伤进而缓解仔猪肠上皮细胞调往的研究热点。这些天然活性物质包括氨基酸、脂肪酸、维生素、微量元素在内的营养物质,以及寡糖、多酚、生物碱等天然植物提取物和益生菌等非营养性物质。这些物质通过清除过量ROS/RNS、激活红系衍生的核因子2相关因子(Nrf2)信号通路、提升SOD、CAT、GSH-Px等活性、稳定线粒体膜电位以及抑制线粒体膜通透性转换等多种机制,减轻氧化应激对线粒体造成的损伤,从而缓解线粒体损伤介导的仔猪肠上皮细胞凋亡。氨基酸、短链脂肪酸(SCFAs)、植物多酚、多糖、寡糖和益生菌等外源性添加剂在猪上的应用较多,而维生素、微量元素、生物碱等物质在猪上的研究较少,仅在家禽与小鼠上有一定的研究,详见表1。
表1 线粒体损伤相关的仔猪肠上皮细胞凋亡的调控措施与机制Table 1 Regulatory measures and mechanisms of mitochondrial damage-associated apoptosis in intestinal epithelial cells of piglets |
| 类别 Categories | 物质 Substance | 作用效果 Effects | 作用机制 Mechanism of action | 文献 References | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 氨基酸 Amino acid | L-色氨酸 | 缓解敌草快诱导的生长抑制, 改善肠屏障与线粒体功能 | 增强抗氧化酶活性,降低ROS, 促进线粒体生物合成,恢复膜电位 | [36] | |||||
| N-乙酰半胱氨酸 | 减轻仔猪肠道损伤,恢复氧化 还原状态与线粒体功能 | 激活Nrf2通路,提高抗氧化能力与 线粒体能量代谢效率 | [37] | ||||||
| L-精氨酸 | 提升仔猪生长性能,增强 抗氧化与线粒体活性 | 激活抗氧化酶,改善线粒体形态与 钙稳态,促进ATP合成和线粒体生成 | [38] | ||||||
| 谷氨酰胺 | 减轻炎症,增强屏障, 促进生长,降低腹泻率 | 激活AMPK通路,提升线粒体ATP 生成和膜电位,抑制炎症反应 | [39] | ||||||
| 短链脂肪酸 Short chain fatty acid | 丁酸盐 | 改善断奶仔猪肠道形态与屏障 功能,缓解炎症与凋亡,优化 肠道菌群与能量代谢 | 抑制NF-κB通路,调节菌群代谢,抑制 线粒体介导的凋亡,增强能量代谢 相关基因表达,提升线粒体功能 | [40] | |||||
| 三丁酸甘油酯 | 提升生长性能,增强抗氧化力, 修复屏障功能,改善线粒体 功能,维持肠道稳态 | 增强抗氧化,抑制炎症,维护紧密 连接,清除受损线粒体,激活PINK1/ Parkin通路,促进线粒体自噬 | [41] | ||||||
| 植物多酚 Plant polyphenol | 水飞蓟宾 | 降低仔猪腹泻率,缓解氧化 应激,改善线粒体和 肠道功能 | 激活Nrf2通路,增强抗氧化 能力,调控线粒体稳态和凋亡 | [42] | |||||
| 白藜芦醇 | 改善DON诱导的肠损伤, 增强抗氧化与能量代谢能力 | 调控AMPK-PINK1/Parkin线粒体 自噬,减轻ROS,提升膜电位 | [43] | ||||||
| 橙皮苷 | 缓解肠道氧化与线粒体应激, 改善钙稳态与MAM功能 | 调控IP3R-GRP75-VDAC1轴,降低 线粒体钙超载,抑制异常MAMs 形成,修复线粒体功能 | [44] | ||||||
| 姜黄素 | 改善肠道线粒体功能, 缓解ER应激,维持 细胞稳态 | 激活AMPK-TFE通路,促进Parkin 线粒体自噬,调控MAM结构与功能 | [45] | ||||||
| 寡糖 Oligosaccharide | 褐藻寡糖 | 促进生长、改善肠道结构、 减少细胞凋亡 | 上调Bcl-2表达,降低Bax/Caspase-3 表达,缓解肠上皮细胞凋亡 | [46] | |||||
| 半乳糖 | 改善肝脏脂代谢和炎症, 优化肠道能量代谢 | 激活肠道线粒体OXPHOS,提高 糖酵解和果糖代谢效率 | [47] | ||||||
| 低聚木糖 | 减轻炎症损伤,改善 肠道形态和屏障, 降低氧化应激 | 调节线粒体动态平衡,改善MAM 功能,缓解内质网应激 | [48] | ||||||
| 低聚果糖 | 增加肠道通透性和 感染风险 | 上调线粒体能量代谢基因,影响肠道 能量平衡,削弱屏障功能 | [49] | ||||||
| 益生菌 Probiotics | 枯草芽孢杆菌 | 缓解ETEC的细胞毒性和 炎症,增强肠道屏障,减少 上皮细胞凋亡 | 调控TLR/NF-κB通路抑制炎症, 增强紧密连接蛋白表达,维持线粒体 膜电位,减少ROS与凋亡信号激活 | [50] | |||||
| 约氏乳杆菌 | 改善沙门氏菌引起的肠炎, 维护肠道结构和免疫屏障, 保护线粒体功能 | 清除ROS,调控PINK1-Parkin途径, 抑制线粒体自噬与炎症因子释放, 缓解线粒体应激 | [51] | ||||||
| 植物乳杆菌 | 缓解DON诱导的线粒体功能 障碍和氧化应激,减少凋亡, 改善肠道完整性 | 上调PGC-1α等基因表达,促进线 粒体生成与融合,提升抗氧化酶活性, 减少ROS损伤,抑制线粒体损伤通路 | [52] |
DON:脱氧雪腐镰刀菌烯醇 deoxynivalenol;MAM:线粒体相关内质网膜 mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane;ER:内质网 endoplasmic reticulum;ETEC:肠毒性大肠杆菌 enterotoxigenic Escherichia coli;ROS:活性氧 reactive oxygen species;Nrf2:核因子E2相关因子2 nuclear factor erythroid 2-related factor 2;AMPK:腺苷酸活化蛋白激酶 AMP-activated protein kinase;NF-κB:核因子-κB nuclear factor-κB;PINK1/Parkin:PTEN诱导激酶1/帕金蛋白 PTEN-induced kinase 1/Parkin protein;IP3R-GRP75-VDAC1:肌醇1,4,5-三磷酸受体-葡萄糖调节蛋白75-电压依赖性阴离子通道蛋白1 inositol 1,4,5-trisphosphate receptor-glucose regulated protein 75-voltage-dependent anion channel 1;MAMs:线粒体相关内质网膜 mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes;Bcl-2:B细胞淋巴瘤2 B-cell lymphoma 2;Bax/Caspase-3:Bcl-2相关X蛋白/半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3 Bcl-2-associated X protein/cysteine aspartic acid protease-3;OXPHOS:氧化磷酸化 oxidative phosphorylation;TLR:Toll样受体 Toll-like receptor;PGC-1:过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子-1 peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1。 |
3.1 功能性氨基酸
谷氨酰胺是肠上皮细胞的主要能量来源。研究表明,谷氨酰胺可以提高仔猪肠道绒毛高度,降低隐窝深度,提高绒毛高度与隐窝深度的比值,促进紧密连接蛋白闭锁小带蛋白-1(ZO-1)和闭合蛋白(Occludin)的表达,维持肠黏膜形态,同时促进了空肠上皮细胞更新,降低Bax基因表达、剪切型半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3(cleaved-Caspase-3)和磷酸化c-Jun氨基末端激酶(p-JNK)蛋白水平以及增加Bcl-2的mRNA和蛋白表达,表明其通过改善线粒体损伤来维持肠仔猪道屏障完整[53]。饲粮中补充色氨酸可增强仔道屏障并降低腹泻率,改善猪肠生长性能。添加0.15%色氨酸显著降低敌草快引起的仔猪肠道线粒体ROS生成、恢复线粒体膜电位及mtDNA含量,并上调线粒体生物发生相关基因及抗氧化蛋白的表达,从而缓解肠道损伤[36]。宫内生长受限(IUGR)导致仔猪空肠上皮细胞凋亡,并伴随线粒体肿胀、超氧阴离子产生增加和能量代谢效率降低。N-乙酰半胱氨酸通过恢复空肠线粒体超微结构,降低丙二醛(MDA)含量和超氧阴离子生成,提升抗氧化酶活性和血红素氧合酶-1(HO-1)、超氧化物歧化酶2(SOD2)、核因子E2相关因子2(NRF2)的表达水平以及线粒体复合物Ⅰ和Ⅳ的活性和ATP合成,减轻IUGR仔猪线粒体损伤[37]。研究表明,补充1.0%精氨酸显著提高IUGR仔猪的绒毛高度、绒毛高度与隐窝深度比值,改善空肠线粒体形态,降低线粒体氧化损伤标志物8-羟-2-脱氧鸟苷和MDA含量,增强线粒体生物发生,恢复空肠ATP水平[38]。
3.2 SCFAs
SCFAs是肠道微生物代谢膳食纤维产生的重要产物,包括乙酸、丙酸、丁酸等,其中丁酸在维持肠道健康和功能中尤为重要。丁酸盐可为肠道细胞提供主要能量,还能选择性抑制大肠杆菌等致病菌生长,同时对肠道有益菌影响较小;此外,还能促进正常肠上皮细胞增殖、抑制肠道炎症[54]。研究表明,丁酸盐显著提高仔猪空肠的过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)基因表达,改善LPS诱导的苹果酸酶1(ME1)和解偶联蛋白2(UCP2)mRNA表达下降,同时显著降低肉碱酰基转移酶1(CPT1)基因表达,这些结果表明,丁酸盐可通过调节能量代谢相关基因的表达改善线粒体功能,从而减轻LPS诱导的肠道损伤,维护肠道屏障的完整性和功能[40]。研究表明,三丁酸甘油酯通过降低肠道ROS水平,提高线粒体膜电位和ATP含量,改善敌草快引起的线粒体功能障碍,减轻肠道损伤[41]。
3.3 植物多酚
植物提取物是从植物中提取的活性成分,具有多种生物学功能,如抗氧化、抗菌、抗炎、免疫调节等[55]。这些活性成分,如多酚类化合物和其他抗氧化成分,可以清除自由基,减少氧化应激引起的线粒体损伤,从而有效维持仔猪肠道健康[56]。饲粮中添加白藜芦醇可减轻DON引起的肠道损伤,提高空肠绒毛的高度与绒毛高度与隐窝深度比值。研究显示,白藜芦醇能明显降低线粒体中ROS含量,提高空肠上皮细胞线粒体膜电位,表明白藜芦醇改善仔猪肠道形态可能是通过缓解线粒体损伤来实现的[43]。饲粮中添加橙皮苷降低仔猪肠道线粒体ROS含量、增强GSH-Px和CAT活性、恢复线粒体膜电位和呼吸链复合物Ⅰ~Ⅲ活性、增加ATP含量、缓解线粒体钙超载及MAM紊乱,并抑制肌醇1,4,5-三磷酸受体(IP3R)介导的内质网-线粒体钙转移,减少ROS生成,改善线粒体功能,从而减轻DON引起的肠道损伤和氧化应激[44]。姜黄素显著降低敌草快引起的空肠线粒体ROS含量、Ca2+浓度及MDA含量,并提高ATP含量和呼吸链复合物Ⅰ~Ⅳ活性,姜黄素还通过上调过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α(PGC-1α)和核呼吸因子-1(NRF-1)表达,促进线粒体生物合成,降低CytC和Caspase-3水平以抑制线粒体损伤,从而改善线粒体功能,减轻敌草快诱导的仔猪肠道损伤[45]。饲粮添加水飞蓟宾显著改善断奶仔猪绒毛高度与隐窝深度比值,提高紧密连接蛋白ZO-1的蛋白表达,增强空肠黏膜线粒体复合物Ⅰ和Ⅴ活性以及ATP含量,同时显著降低肠道上皮细胞中cleaved Caspase-3和Bax蛋白表达,增加Bcl-2蛋白水平及其与Bax的比值,缓解肠道细胞凋亡[42]。
3.4 寡糖
寡糖是一类难以被宿主消化但能被肠道微生物利用的活性物质,具有调节免疫、改善屏障功能和缓解氧化应激等作用。有研究表明,褐藻寡糖可通过上调Bcl-2表达,下调Bax、Caspase-3和Caspase-9表达,抑制线粒体依赖的凋亡通路,从而减少肠上皮细胞凋亡,并改善肠道形态和屏障功能,提升仔猪生长性能[46]。低聚木糖通过促进线粒体融合、抑制分裂以维持线粒体动态平衡,同时减轻氧化应激、改善内质网-线粒体相互作用,从而稳定线粒体结构,降低细胞凋亡[48]。半乳糖虽主要在小鼠中研究,但其通过激活OXPHOS通路提升线粒体代谢效率,间接稳定能量供应、减轻凋亡信号激活,为调控肠道功能提供参考[47]。相比之下,低聚果糖虽能上调OXPHOS基因表达,却可能因能量代谢改变而损伤肠道屏障,增加通透性,甚至加剧病原转移风险,其在仔猪中的应用仍需谨慎评估[49]。
3.5 益生菌
研究表明,约氏乳杆菌(Lactobacillus johnsonii L531)可减轻沙门氏菌感染导致的仔猪肠炎,抑制NLR家族CARD结构域包含蛋白4(NLRC4)和NLR家族pyrin结构域包含蛋白3(NLRP3)炎性小体及NF-κB信号通路激活,降低半胱天冬氨酸蛋白酶p10亚基(Caspase-1 p10)的表达,同时减少线粒体损伤,改善肠道屏障功能;同时,进一步研究表明,L531可保护仔猪回肠和IPEC-J2细胞的线粒体结构,降低线粒体ROS含量,维持线粒体膜电位,减少因感染引起的细胞凋亡[51]。新型枯草芽孢杆菌CP9通过降低ETEC感染引发的炎症反应、提高紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin和ZO-1表达、降低Caspase-3活性并促进细胞增殖,从而保护ETEC感染引起的仔猪肠屏障损伤;此外,代谢组学分析显示,CP9可通过调控丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢等关键途径,改善细胞能量代谢和抗氧化状态[50]。DON引起空肠线粒体形态和功能改变,包括线粒体肿胀、空泡化及超微结构破坏,诱导氧化应激和自噬相关基因TEN诱导激酶1(Pink1)、Beclin1蛋白(Beclin1)、微管相关蛋白1轻链3(LC3)表达升高,同时下调线粒体生物合成相关基因沉默信息调节因子3(SIRT3)、核呼吸因子1(NRF1)、线粒体转录因子A(TFAM)的表达;约氏乳杆菌能够显著改善空肠线粒体的形态和功能,恢复总抗氧化能力水平,降低MDA含量,上调抗氧化相关基因硫氧还蛋白2(Trx2)、过氧化物还原酶3(Prx3)的表达,并通过调控Bax、Bcl-2等凋亡相关基因,抑制线粒体损伤引起的细胞凋亡[52]。
4 小结
综上所述,线粒体损伤介导仔猪肠上皮细胞凋亡,影响仔猪对营养物质的吸收和肠道屏障功能,限制养猪业绿色健康发展。营养或非营养性添加剂,如功能性氨基酸、SCFAs、植物多酚、寡糖和益生菌等,在缓解线粒体损伤相关的肠上皮细胞凋亡和维持肠道屏障完整性方面具有较好的应用潜力。未来,研究需聚焦线粒体损伤的核心调控节点,通过精准靶点调控、与功能性制剂创新开发,推动饲料添加剂应用升级,为解决断奶仔猪肠道健康难题、实现养猪业绿色转型提供科学依据。