国内外养猪业统计表明,多于10%的活仔在断奶前死亡[1],且近10年来断奶前仔猪的死亡率改变不大。因此我们有必要对初乳中母源抗体IgG的形成机制、影响因素(尤其遗传因素)进行探讨,从根本上解决断奶前仔猪的死亡问题。
1 初乳
新生仔猪不能自己获得食物,完全依靠母乳提供食物来源,乳是哺乳动物一种全面、平衡的食物。不同种别动物的乳中所含各种成分的含量不同,即使同一个体在泌乳不同阶段其乳成分含量也不同,特别是初乳和常乳各成分的含量。猪初乳一般是指母猪分娩后三天内乳腺的分泌物[2]。猪初乳和常乳成分的差别主要是乳蛋白,多年的资料表明:初乳中乳蛋白含量为15.1%,常乳为5.5%,这种差异是由初乳中高含量的免疫球蛋白G(IgG)决定的[3]。初乳蛋白主要用于新生幼仔免疫和胃肠道表面保护,常乳蛋白主要用于提供新生幼仔必需的氨基酸。概括的说,初乳对新生仔猪有三方面的功能:一是提供能量和生物合成前体物的营养性物质;二是提供特异的和非特异的免疫保护防御功能;三是传达母源神经和内分泌的调节信号。因此把初乳仅仅看作新生仔猪营养源的观点已显陈旧,特别是初乳在仔猪生长发育的早期,为仔猪提供免疫保护和传达代谢信息方面有特殊贡献。可以说,除了氧气外,初乳能给仔猪提供一切必需的营养物质。
猪初乳中的乳蛋白主要是免疫球蛋白(Ig),占总蛋白的40%~70%,其中90%免疫球蛋白来自血液。据报道,母猪分娩后24 h内乳腺分泌物中的蛋白含量从13.0%下降到6.4%,主要是因为免疫球蛋白G的快速下降所致(Klobasa等,1987)。初乳中的免疫球蛋白(Ig)主要包括IgG、IgA、IgM等几种类型 , 猪分娩后3 d内乳中主要的免疫球蛋白(Ig)是免疫球蛋白G(IgG),达100 mg/ml;3 d后IgA成为乳中的主要免疫球蛋白(Ig),达10 mg/ml。母源抗体IgG由仔猪吸收初乳进入血液循环提供体液免疫,而IgA是黏附在肠道粘膜上,进行局部免疫。不同动物初乳中主要免疫球蛋白的类型不同(见表1)。
灵长类和兔等初乳中的Ig主要是IgA,人乳中IgA占Ig的89.8%。牛和猪等初乳中的Ig主要是IgG,猪初乳中的IgG占Ig的70%~80%[3]。但不同动物初乳中免疫球蛋白(Ig)总量差别很大。这是因为不同动物胎盘的类型不一样(见表2),母源抗体的传递方式也就不同,通过胎盘传递母源抗体的,其初乳中免疫球蛋白(Ig)含量就低;通过初乳传递母源抗体的,其初乳中免疫球蛋白(Ig)含量就高。乳腺中不同类型的免疫球蛋白生成方式不同,IgA由乳腺从头合成的,而IgG由血液中摄入[3]。
猪的胎盘是上皮绒毛膜型的,这种胎盘阻止母源抗体IgG通过胎盘直接传递给胎儿,因此刚出生仔猪体内的抗体水平基本为零,出生后只能通过吸收初乳来获得母源抗体IgG,提高自身的免疫水平,抵抗外界病原菌的入侵。初乳中的抗体水平在分娩后几个小时下降很快(见图1),而仔猪肠道只有在出生后36 h内能吸收完整的免疫球蛋白分子,以后肠道关闭[5],仔猪自身的免疫系统要在出生后7~8 d才开始启动[6, 7],这三方面的原因决定了从初乳中获得足够的母源抗体IgG是保证仔猪成活、健康生长的必要条件,这不仅影响到仔猪断奶前的成活率、生长发育还影响到断奶后的生长。
另外,初乳中含有丰富的免疫细胞,研究表明,新生仔猪能在小肠上段吸收初乳中的免疫细胞进入淋巴管,并转运到肠系膜淋巴结。饲喂两小时后,就能在血液中检测到初乳白细胞。这些细胞主要防止乳腺和新生幼仔消化道病菌侵害。Williams(1993)报道了初乳中免疫细胞可以提高新生仔猪的细胞免疫和疾病防治的水平,降低仔猪的死亡率。
初乳除了对新生仔猪具有免疫保护作用外,也能促进新生幼仔的生长发育。实验表明,新生幼仔摄入初乳后,一天内肠道增重30%。Burrin等(1992)研究指出,摄入初乳的仔猪其空肠、回肠的蛋白质合成速度是只摄入生理盐水仔猪的2~3倍,前者肝肾脾等脏器和肌肉的蛋白质合成速度也高于后者。初乳中还有大量的免疫球蛋白、乳铁蛋白生长因子酶以及免疫细胞等,给新生幼仔提供特异和非特异性被动免疫保护,传递代谢信号。
总之,初乳以其独特的生化特征与新生幼仔的生理相适应,是不可替代的最适合新生幼仔的食料,它对新生幼仔的存活、生长和发育有着至关重要的作用。
2 初乳中母源抗体IgG的形成机制
Brambell(1966)首次提出了乳腺中母源抗体IgG的运输机制:在分娩前的几周,乳腺上皮细胞中出现大量IgG的受体,同时血中的IgG开始聚集在乳腺上皮细胞的周围。组织间隙液中的IgG和其他相关蛋白质经过乳腺上皮的分泌细胞时,IgG和其他蛋白质一起由分泌细胞吞进胞内。在胞内IgG与特殊的受体结合,由于IgG与特殊受体结合而免于被胞内的溶菌酶分解,延长了生存时间,而没与受体结合的蛋白质被胞内的溶菌酶分解。IgG与受体的结合体穿过腺胞后,受腺泡腔间pH值生理梯度的影响通过反胞饮作用把IgG释放到腺泡腔中(具体过程见图2)。Brambell把这种特殊的受体称为FcRp(IgG-Fc protection receptor)。后来Brambell又分析仔猪肠道对母源抗体IgG的吸收,提出了FcRn(The neonatal Fc receptor),与FcRp有相同特征的另一种IgG运输的受体Simister(1989)对小鼠的FcRn进行了分子克隆,并对FcRn的一些特性进行了阐述[11]。此后针对FcRn的大量研究表明:FcRp与FcRn是同一受体;FcRn对IgG具有专一性;FcRn是小鼠肠道-血液运输IgG的唯一受体;FcRn可以在新生动物的肠道、哺乳动物的乳腺、胎盘等组织中表达;同时也发现母源抗体IgG能刺激小鼠自身IgG的产生[12],这些事实说明了FcRn在母源抗体IgG运输、代谢中起着关键作用,但究竟是主要的候选基因还是一种遗传标记,目前还不清楚,需要建立几个较大的参考家系进一步确定。
3 影响初乳中母源抗体IgG的因素
母源抗体IgG在整个初乳期处于不断的变化中,影响因素有:一是泌乳时间:母源抗体IgG的含量在分娩前后几个小时内波动很大,成直线下降。二是遗传因素:Inoue等(1981)报道了品种明显影响初乳中免疫球蛋白G(IgG)的含量。三是猪场的免疫:接种猪丹毒活毒疫苗、传染性胃肠炎活毒疫苗、日本脑炎活毒疫苗、猪霍乱活毒疫苗可增加猪初乳中IgG的含量。四是日粮:在配种前15 d内及妊娠期间,在母猪日粮中增加低分子的脂肪酸、维生素A、C、E,可显著提高初乳中免疫球蛋白含量。五是环境因素:环境对乳成分的影响主要是环境温度和季节。这方面的报道还不是很全面,不同动物所表现的结果也不尽相同。季节对猪初乳中免疫球蛋白M(IgM)影响最大,而对于免疫球蛋白A(IgA)免疫球蛋白G(IgG)水平的影响仅处于中等程度。六是乳头位置:同一头母猪不同乳头排出的初乳中母源抗体IgG含量有很大差异。Klobasa等(1987)报道,靠近尾部的乳腺与其它部位的乳腺相比较,趋向于有较高的初乳免疫球蛋白G(IgG)水平,而Inoue等(1980,1981)则认为乳头位置对初乳中免疫球蛋白水平无显著影响。七是产仔胎次:产仔胎次对初乳中免疫球蛋白水平也有一定影响。母猪初乳中免疫球蛋白G(IgG)的含量,在前三个胎次往往较低,在第四至十胎次较高,十一胎以后又变得较低。除上述因素外,泌乳动物的生理状况、年龄、身体大小、猪场饲养数量等因素都
影响初乳中母源抗体IgG的水平[13]。
4 初乳中母源抗体IgG对断奶前仔猪的影响
Varley(1995)指出断奶前仔猪的死亡主要集中在出生后的头几天 ,死亡的原因主要有:母猪压死、饥饿、感染和非正常死亡等几种,其中母猪压死和饥饿可以通过管理来降低发生率,但疾病感染却很难控制[14],断奶前仔猪的疾病感染主要是吸收初乳中免疫球蛋白G(IgG)即母源抗体IgG含量不足所致。初乳中母源抗体IgG的含量与肠道、呼吸道等疾病感染仔猪死亡之间有很强的关联,获得足够母源抗体IgG的仔猪感染肠道、呼吸道疾病的几率小,死亡率低。Varley(1984)研究表明,仔猪初生六小时内摄入的初乳量与其3周内成活率密切相关[15]。因此初乳中母源抗体IgG含量的高低是决定仔猪成活率的一个关键因素。
新生仔猪血清中IgG的浓度依靠三个方面:第一,吸收初乳的量。乳的分泌主要通过神经-激素的途径来调节,是一个复杂的过程,因此提高泌乳量的工作异常艰难。第二,初乳中IgG的浓度。血液中的IgG经The neonatal Fc receptor(FcRn)运输到乳腺中,初乳中的IgG由肠道上皮细胞上的受体FcRn运输到血液中,进行体液免疫。FcRn是IgG在乳腺、肠道运输过程中的唯一受体。第三,肠关闭时间。从出生到肠道关闭的这段时间是大分子IgG被完整吸收的关键。延迟肠道关闭不是一个好措施,这样可能增加病原菌的侵入机会。从这三方面可以看出,要想提高初乳中的IgG,FcRn是一个关键因素[16]。
G.Kalita(2002年)报道了断奶前仔猪的死亡率是24.89%,其中45.32%是在第一周死亡,26.9%是在第二周死亡,死亡原因主要是获得的母源抗体IgG含量不足,导致免疫系统发展不完善,增加了疾病的易感性[17]。Rooke(2002)报道了出生后一段时间内,仔猪血清中IgG的含量与仔猪成活率成正相关。经检测,死亡仔猪血清中IgG的含量比成活仔猪血清中IgG的含量要低很多。不同窝仔猪之间吸收的母源抗体IgG含量不同,该结果是由初乳中IgG含量而不是由初乳含量差异引起的,并指出仔猪第28 d血清中IgG的含量与第7 d血清中IgG的(7 d前血清中的IgG全部来源于母源抗体IgG)含量成正相关[16]。
断奶前仔猪的死亡尤其由疾病导致的死亡近几十年没什么变化,而且随着窝产仔数的提高有上升趋势,主要是窝产仔数提高了,但乳汁不管是从数量还是质量上并没有多大改善 , 尤其初乳中母源抗体IgG的含量。
5 结束语
在养猪业生产中,解决出生后第一周由疾病导致的高死亡问题,解决目前对仔猪生长慢、易患病的市售代乳料问题,解决抗生素的大剂量使用及药残问题,提高仔猪育成率和促进生长,需要对初乳中母源抗体IgG进行研究。以初乳中母源抗体IgG研究的新理论和实验根据为指导,提高母源抗体IgG的含量,减少抗生素的使用;开发新型的代乳料,降低断奶前仔猪的死亡率。基于这样的认识,FcRn介导母源抗体IgG的作用也将越来越被重视,对初乳中母源抗体IgG的研究必也将成为今后的热点。
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