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不知道你们是不是也会这样，反正我常常从超市买回面包却忘记了吃，在家里放上好几天，等到终于想起来吃的时候，却发现面包发霉了，只能忍痛扔掉。。。
发霉是我们日常生活中常常见到的现象。不光是面包了，水果、蔬菜、米饭...只要是有有机质的地方，在合适的环境条件下就可能发霉 —— 发霉，指的就是食物因为「霉菌」的生长而变质的现象。
霉菌 vs. 酵母菌 （图片来自网络）
霉菌(mold)指的是能够形成繁茂分枝的丝状真菌。虽然同为真菌(fungi)，但它们不像酵母菌那样一个一个圆圆哒，也不象蘑菇那样产生大型的子实体。所以我们平常看到的「霉」都是毛茸茸的，若放大了看，就是一根根菌丝。霉菌以寄生或腐生方式生存。它们从有机质中摄入营养，在这个生命过程中，会产生各种各样的代谢产物 ——其中如糖、氨基酸等产物是它们维持正常生命活动所必需的，我们称之为「初级代谢产物」；而另一些则是对它们自身而言不必需的，我们称之为「次级代谢产物」(secondary metabolites) —— 这其中，便包括大名鼎鼎的霉菌毒素了(mycotoxins）。我们熟悉的抗生素、某些激素和维生素等，其实都属于微生物的次级代谢产物。
目前已知的霉菌毒素超过了300种。其中最常见的、与畜牧业最息息相关的，是这三种霉菌产生的6种毒素：
§ 曲霉菌 Aspergillus ---
黄曲霉毒素 (Aflatoxin) | 赭曲霉毒素（Ochratoxin）
§ 镰刀菌 Fusarium ---
伏马毒素 (Fumonisins) | 玉米赤霉烯酮(ZEA) |
呕吐毒素 (DON) | 单端孢霉烯毒素(T-2)
§ 青霉菌 Penicillium ---
赭曲霉毒素（Ochratoxin）
 身在畜牧业中，估计没有人没听过霉菌毒素吧。这个在行业中的高频词，它仗着自己超强的适应性和耐高温能力，几乎无处不在 —— 在饲料原料的种植、收获、储存、以及饲料的加工、运输、储存过程中，都可能遭受霉菌毒素的污染。它们通常无色无味，单凭肉眼根本无法判断其在饲料中的含量，即使外观看起来质量很好的饲料，其中毒素含量也可能很高。因此霉菌毒素污染是当今饲料安全的最大隐患。 这些不同种类的霉菌毒素对动物可造成的五花八门的毒性，给行业带来了巨大的经济损失。最防不胜防的是，高浓度霉菌毒素污染所导致的临床急性症状并不是主要问题；更常见的，是长期的、低浓度的霉菌毒素给动物带来的「亚临床症状」(如生长性能下降、免疫抑制等) —— 这是实际生产中对动物健康和性能实实在在的威胁。
2017年全球霉菌毒素污染的调查结果 --- 亚洲的污染最为严重, 83%的饲料和原料样品中至少含有1种霉菌毒素 (图片来自biomin)
提起霉菌毒素，我们一般会联想到它们对动物特定器官（比如黄曲霉毒素对肝脏、赭曲霉毒素对肾脏）的毒性，这方面的研究已经较多，这里按下不表。
但如若我们细想一下，当动物摄入被霉菌毒素所污染的饲料后，「消化道」才是第一个与之所直接接触的器官。霉菌毒素是小分子化合物，它不需要经过消化就可以被机体所吸收; 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%，那剩下的去哪儿？只有在肠道中四处游荡，干点儿坏事。黄曲霉毒素中毒性最高的AFB1吸收率倒是挺高（80%），吸收之后，会在肝脏被激活，发挥毒性 (因此AFB1对肝脏剧毒)。但是有研究发现，激活后的AFB1还可以通过「肝肠循环」又重新从肝脏回到肠道。可想而知，消化道是动物体内直面霉菌毒素挑战最多的场所。
暴露给敌人也就算了，关键是它还牺牲不得。我们知道，肠道担负着维护动物健康极其重要的四大主要功能：消化吸收、肠道屏障、肠道免疫、肠道微生物稳态。这些功能都需要耗能，需要各种结构性与功能性蛋白质的参与。实际上，动物摄入能量的20%都会用于肠道，而这些能量主要就是为了支持肠道中极快的蛋白周转(protein turnover)—— 以鸡为例，每天的肠道蛋白周转率高达50-75%。然而不幸的是，许多霉菌毒素可以通过对DNA、RNA、蛋白的干扰，抑制蛋白质的合成和活性。这样一来，蛋白周转快的肠道就自然会成为霉菌毒素容易攻击的目标了。
既然从理论上说，肠道直面霉菌毒素的量在身体各器官中算是最大的、又因为高蛋白周转成为容易攻击的目标，那么肠道健康应该是霉菌毒素研究的重点吧？然而直至今天，我们对于霉菌毒素在动物肠道的影响还并没有很全面的了解。
关于这点，我读博士时的一位师兄和我的导师曾发表过一篇非常详尽的综述(全文我附在文末原文链接里，大家有兴趣可以去读一读)。文中提到，截止到2013年，仅有83篇发表文章报道了霉菌毒素对肠道的影响，而这83篇，包括了所有的霉菌毒素，所有的动物种类，还包括了体外实验。可想而知，这里还有很多空白需要填补。
关于霉菌毒素对动物肠道健康影响的研究还极其有限
最近的这几年，随着大家对此方向的日益重视，从文献检索结果看，的确添加了不少内容。尽管总量仍然非常有限，但这些研究结果已逐渐开始揭示霉菌毒素对肠道的种种影响。我们来按照肠道的四大主要功能一一细说。
01
消化吸收功能
营养物质的「消化」主要靠的是各种消化酶的作用 --- 这就需要给力的酶的合成和分泌能力；而「吸收」主要靠的是小肠上皮细胞的表面积和转运载体 --- 如果小肠绒毛越高，刷状缘侧微绒毛越多，吸收的表面积也就越大；同时，转运载体量越多，活性越高，吸收能力就越强。
因此，有关消化吸收，我们常用的指标包括消化酶的活性、各类营养物质的消化率、转运载体的活性、以及小肠的绒毛形态（比如绒毛高度，隐窝深度）。而这几个指标，都已有报道揭示霉菌毒素对其的显著影响。
从消化上看，在家禽（肉鸭 | 蛋鸡 | 肉鸡）中，消化酶活性和干物质、蛋白质、能量的消化率都会被AFB1和OTA所影响。此外，在博士期间，我曾做过一个肉鸡实验，这个实验的结果首次揭示，AFB1还会增加「内源氮和氨基酸」的流失，增加幅度高达20-30% ——这个流失，一方面可能来自于霉菌毒素与肠道粘膜摩擦所导致的粘液(mucus)流失；另一方面可能来自于毒素对胰脏的损伤，导致酶原大量流失（不同于正常情况下的分泌）。因此，内源流失的增加 + 消化率的下降可能共同导致营养物质的供给不足。而从「需」这一侧看，肠道的蛋白周转对氨基酸有很高的需求量；同时，在肠道遭受刺激时，为了修复受损组织和支持免疫活动，对能量和营养物质的维持需求会增加。这样一来，在霉菌毒素的攻击下，肠道营养物质供小于求的现象就可能出现。
1.5ppm黄曲霉毒素对21日龄肉鸡的内源氮流失 & 回肠标准氮消化率的影响 （引自Chen et al., 2016)
从吸收上看，多篇报道都指出DON和FUM可降低小肠绒毛高度，减少营养物质的吸收能力。此外，在细胞模型中，这两种霉菌毒素还被发现可直接干扰小肠细胞的转运载体。有意思的是，在我们的肉鸡实验中发现，AFB1可以上调氨基酸运输载体的mRNA表达。这个现象，在理论上可能有2层原因—— 第一、 运输载体是蛋白质嘛，蛋白质活性收到霉菌毒素干扰，就必须多来点mRNA，从而增加蛋白质合成的「翻译」这一步，来弥补不够用的载体；2. 消化率下降了，机体就要想方设法地增加吸收率，以求保证满足需求。这在生物学上被称为「补偿效应」(compensationeffect)，在许多生理过程中都会有所体现，非常神奇。
这么看来，肠道的消化和吸收功能的确会受霉菌毒素所影响。
02
肠道屏障功能
肠道屏障功能的重要性大家应该都很熟悉了。这无数个肠道上皮细胞挨个排成一列，就好像一列士兵手挽着手，组成了一道抵抗外来有害物质的有力防线。那么，细胞与细胞之间靠什么连接呢？靠的是「紧密连接蛋白」家族（tight junctions）。可以想像，一旦紧密连接蛋白的合成、形态、或活性受损，细胞与细胞之间的间隙就会打开，细胞旁通透性(paracellular permeability)升高，那么，肠腔中不论好的坏的东西都能蜂拥而入，进入循环系统，对动物身体各个部位造成危害。同时，这个通透是双向的，因此血液中本来要运输给其它组织所用的营养物质，也有可能会倒漏入肠腔。这也就是我们俗称的leaky gut。
Healthy gut vs. Leaky gut
在这方面，DON的研究比较多，一个原因即是因为它的吸收率低，因此肠道细胞就会暴露在高浓度的毒素中。在畜牧动物中，猪对DON的毒性最为敏感。我的重量级好友赵博士最近通过利用猪的肠道细胞模型，发现DON的确会显著增加细胞旁通透性，而这个现象，就是由DON对紧密连接蛋白的干扰所导致的。非常有意思的是，她发现当细胞接触到DON的2-3小时后，紧密连接蛋白的蛋白质表达下降；而4-6小时后, 相应的mRNA表达开始升高——这便证实了我们上面提到的补偿效应。同时她还发现，DON可以通过调控蛋白质的降解途径，来达到增加降解、抑制表达的作用。#DON还挺聪明！
同样的，在家禽中，不论是体内还是体外模型，DON、AFB1和FUM都被发现可影响紧密连接蛋白的表达，同时增加细胞旁通透性，继而导致leaky gut。因此现有的证据已经可以表明，霉菌毒素会通过干扰蛋白质的表达，来影响肠道屏障的功能。只不过，现有的数据大部分还来自于细胞实验，而在动物体内，会有诸多其它因素影响肠道屏障的功能（比如肠道微生物），因此还需要更多的动物实验以进一步研究。
呕吐毒素DON对claudin-1的蛋白表达和mRNA表达的影响
(引自Zhao et al., unpublished data)
03
肠道免疫
以前我们讲过，肠道是动物身体内最大的免疫系统 --- 70%的免疫细胞都位于肠道，其免疫功能的正常发挥与否对动物健康的影响不言而喻。
那霉菌毒素能对肠道免疫造成哪些影响？在动物实验和细胞实验中，研究者们发现DON总是能升高多个促炎性细胞因子(pro-inflammatory cytokines)的表达。细胞因子是啥？他们本质上是蛋白质或者多肽，在细胞之间扮演着沟通信号的作用（“敌人来了！”）。当机体受到免疫刺激时，多种细胞就可以分泌细胞因子，这些信号官们找到各自的目标细胞，与细胞表面受体结合，从而引起细胞内信号通路的改变而改变细胞功能。而促炎性细胞因子的最终结果，就是促发炎症。炎症反应不是不好，它是先天免疫反应中的必要一步，但是炎症往往伴随着组织的损伤。损伤了又得修复，自然又增加了机体对营养物质的需要量。
在实际生产的层面，最关键的问题是，霉菌毒素是否会在动物遭受其它感染（比如细菌感染）时影响免疫功能的发挥？换句话说，霉菌毒素是否会增加动物感染疾病的概率？
答案是：会。当肉鸡摄入被低浓度的DON所污染的饲料后，在面临细菌感染时(Clostriudium perfringens), 坏死性肠炎的发生率会大大增加20 -47%。根据前面的讨论，我们可以推测，DON在肉鸡体内破坏了肠道屏障功能 ——leaky gut造成营养物质倒流入肠腔；同时，饲料消化吸收率降低，增加了未被消化的营养物质在肠腔的逗留。这些营养物质为细菌在肠道的增殖提供了极好的基础，也就因此增加了致病的概率。而如若换种毒素、换种细菌来看，结果也相似——例如，当种鸡摄入低浓度的镰刀菌类毒素时，机体对球虫病的恢复会显著减慢。
DON和FUM可增加动物感染细菌性疾病的概率 (引自Antonissen et al., 2013a,b)
免疫这一块我其实也不太懂，欢迎各位大神补充交流。
04
肠道微生物
肠道微生物是目前的霉菌毒素研究中最为缺乏的一块。从理论上讲，霉菌毒素引起的肠道营养物质变化会为微生物提供营养基质，因此可能影响菌群结构；同时，某一些微生物又具有降解霉菌毒素的作用——反刍动物的瘤胃微生物作用便是它们更耐受霉菌毒素的原因，可惜在单胃动物中，即使微生物能降解部分，那也是在肠道末端了，这时候霉菌毒素该干的坏事都差不多干完了。但无论如何，霉菌毒素与肠道微生物存在着一个相互的作用。
看到一篇今年初发表的综述，文中作者总结了近年来关于霉菌毒素对肠道微生物影响的研究。总共也就十余篇文章，总结起来，AF| FUM| DON| OTA 在猪|鸡|鼠中都可能具有影响微生物菌群多样性和菌群结构的作用，而这些变化又会间接影响消化吸收、肠道屏障、和肠道免疫这上述三个肠道功能。只不过，微生物的结构同时也受其它许多因素影响，到底霉菌毒素在其中扮演着什么角色？对实际生产又有什么样的意义？还存在这许多疑问。
回到今天的问题本身，霉菌毒素会影响动物的肠道健康吗？
尽管相关研究还有限，但我想我们已经可以给出一个「yes」的答案。无论是从理论出发还是从现有数据出发，我们都能看出霉菌毒素对肠道的主要功能的影响。说到底，这些功能都是环环相扣的，而其中的最最重要的参与者无外乎是各种结构性蛋白质(比如紧密连接蛋白)和功能性蛋白质(酶| 转运载体| 免疫因子等)。既然霉菌毒素能影响蛋白质的合成、降解、和活性，那答案也自然不言而喻了。
发霉的面包我们扔掉都觉得可惜。一旦饲料受到霉菌毒素污染，无论是被检测出来而不得不废弃，还是逃过了检测被动物吃进肚子造成各种各样的健康问题，所带来的经济损失都无法想像。因此，饲料的霉菌毒素控制策略是今天畜牧行业共同面对的一大挑战，还需大家的关注、研究、和努力呐。
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