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  • 关于鸡生物素缺乏症研究进展
  •     生物素(biotin)是动物生长所必需的一种水溶性含硫维生素,1901年科学家从酵母培养基中分离出生物素,并证明它能促进微生物生长。过去人们普遍认为生物素在饲料中广泛存在,而且可由动物肠道内的细菌合成,因此其量足以满足动物生长需要,不必在日粮中添加。但在生产实践中,经常出现生物素缺乏症,尤其是在集约化养殖条件下更容易发生。畜禽缺乏生物素会导致生长缓慢、摄食减少、母畜繁殖性能降低、肉质及胴体品质下降、皮炎,严重时甚至导致死亡,补充生物素可以使以上症状消失[1]。在20世纪60年代和70年代中期,随着遗传育种工作的进一步开展,发现家禽和猪出现生物素缺乏症以后,营养学家开始重视对生物素的研究。
        1 生物素的生物学功能
        Kogl和Du Vigneaud在20世纪40年代早期分别阐明了生物素的结构[2]。生物素参与代谢的化学结构包括结构环上(与硫胺素相似)的 S原子及其环内的横向结合,其分子式为 C11H18O3N2S,由咪唑酮环和一个带戊酸的四氢噻吩环结合而成,为含硫的单羧酸。生物素具有相当独特的结构,含有3个不对称碳原子,所以可能有 8种不同的异构体,在 8种异构体中只有 D-生物素能在自然界找到,且具有维生素活性[3]。
    生物素是中间代谢过程中催化羧化作用的多种酶的辅酶,与多种有机物质的代谢有关。生物素在4种羧化酶中起着羧基载体的作用,4种羧化酶分别是丙酮酸羧化酶、乙酰辅酶A羧化酶、丙酰辅酶A羧化酶和3-甲基丁烯酰辅酶A羧化酶,其中丙酮酸羧化酶主要参与糖异生途径,乙酰辅酶A参与脂肪酸合成;3-甲基丁烯酰辅酶A羧化酶参与支链氨基酸亮氨酸的分解代谢;丙酰辅酶A羧化酶参与丙酸代谢[4]。通过这4种羧化酶参与机体三大营养物质的代谢,与酶蛋白活性部位的某个赖氨酸残基的ε-氨基以酰胺键结合生成ε-N-生物素酰L-赖氨酸,亦称生物胞素,是动物机体不可缺少的重要营养物质。它是生物体许多酶的辅助因子,在改善物质代谢,提高动物生产性能,防治动物疾病等方面有着重要作用。
        2 生物素缺乏对机体的影响
        2.1 生物素缺乏对免疫机能的影响
        人类和动物试验均表明,生物素缺乏将影响免疫机能。
        2.1.1 对免疫器官的影响 
        生物素缺乏将影响试验动物体内免疫器官的 DNA含量和 DNA周转代谢速度和其基因表达,降低了免疫器官的重量,导致免疫器官的免疫功能受到一定的影响。Petrelli等以小鼠为实验动物,发现添加生物素能提高胸腺、肠道淋巴结和脾的重量,增加胸腺和脾的 DNA含量和 DNA周转代谢速度。生物素通过促进脾脏细胞PCNA基因的 mRNA表达,进而促进脾脏细胞的增殖。生物素添加可使法氏囊重量指数、脾脏重量指数、胸腺重量指数、血清新城疫抗体滴度和血液 T细胞百分数均有所提高,但添加生物素各处理组之间无显著差别(P>0.05)[4]。添加生物素可促进免疫器官的发育,提高其质量指数[6]。生物素缺乏时将影响免疫器官的发育,降低免疫器官质量指数;当正常添加生物素时(0.3 mg/kg和0.9 mg/kg组),能促进免疫器官的发育,提高免疫器官质量指数;当超量添加生物素(2.7 mg/kg)时,能进一步改善免疫器官的发育,促进免疫器官的机能发挥,提高机体的免疫能力。生物素对免疫器官的影响主要发生在7 d~35 d,在7 d之前,外源添加生物素对免疫器官的发育影响很小,其原因是由于来源于母体卵黄囊的生物素可供给雏鸡生长发育。在35 d之后,外源添加生物素对免疫器官的发育影响也较小,其原因是随着肉仔鸡日龄的增大,肉仔鸡对饲料原料中的生物素消化利用率提高,为肉仔鸡提供了更多的可利用生物素,从而影响了外源生物素的添加效应[7]。32P结合进入RNA和DNA被抑制,Boeckx等和 Petrelli等发现,生物素缺乏时造成肝脏细胞分裂能力和每克器官的 DNA含量下降。
        2.1.2 对淋巴细胞和抗体的影响 
        有研究表明,生物素除了能够维持免疫细胞的正常功能和正常反应外,还能显著提高机体 B淋巴细胞和 T淋巴细胞的转化率,加快其分化,提高体内淋巴细胞的数量,同时,生物素还能增加 CD4+和 CD8+T细胞含量。大量研究表明,添加生物素显著提高了血液中 B淋巴细胞的转化效率(P<0.05)和脾脏中T淋巴细胞(P<0.05)和B淋巴细胞的转化效率(P<0.05),脾脏中表达CD3+的细胞含量极显著下降(P<0.01)[6]。Baez-Saldana A等[8]发现,生物素缺乏时,脾脏细胞的绝对数量以及脾脏细胞中携带不同表型标记的细胞亚群的比例发生显著变化。在第16周后,表达表面免疫球蛋白(SIg)的细胞比例从 47%(对照添加组)下降到27%(生物素缺乏组),表达 CD3+的细胞含量从 42%(对照添加组)增加到 54%(生物素缺乏组),其中表达 CD4+和 CD8+的细胞含量都增加,主要为表达 CD4+的细胞;有丝分裂原 ConA诱导的脾脏细胞的增殖速度下降,说明生物素可促进淋巴细胞成熟,增强免疫系统对抗原刺激的反应。多种免疫细胞的正常功能都需要生物素,这些功能包括抗体的产生、免疫学反应性、预防脓毒血症、巨噬细胞功能、T细胞和 B细胞分化、输入的免疫应答和 T细胞的细胞毒反应。生物素缺乏导致B淋巴细胞和 T淋巴细胞的数量下降,而循环血液中的中性粒细胞数量增加[6]。
        生物素缺乏所引起的免疫功能的临床表现与多种羧化酶的缺乏密切相关。包括皮肤黏膜的念珠菌病、高丙种球蛋白血症(IgA缺乏)、过度感染、对念珠球菌和肺炎双球菌等抗原反应产生的抗体下降,当通过口服补充生物素后,由于多种羧化酶缺乏所造成的一些临床症状消失。Cowan等证实,生物素酶缺乏病人的 T淋巴细胞和 B淋巴细胞的免疫反应有缺陷。添加生物素,血清丙氨酸氨基转移酶和天门冬氨酸氨基转移酶含量下降,血清总蛋白和白蛋白含量上升[4],在血清中,球蛋白主要为免疫球蛋白,这说明生物素能促进抗体的产生,提高机体的免疫功能。
        添加生物素可促进抗体的产生,提高机体的免疫功能,且具有超量添加效应。添加生物素提高了血清新城疫抗体滴度和 IgG水平,超量添加生物素(2.7 mg/kg)对体液免疫反应具有促进作用。超量添加生物素(2.7 mg/kg)可促进 T淋巴细胞和 B淋巴细胞转化为致敏 T细胞和浆细胞,从而增强细胞免疫反应能力[3]。生物素缺乏时,将抑制血清抗体的产生,添加正常水平的生物素可促进抗体的产生,在正常生物素水平上进一步提高添加水平,能进一步提高血清抗体水平,由此可见,超量添加生物素对体液免疫反应具有促进作用[9]。
        2.1.3 对免疫机能的其他影响 
        Petrelli 等认为,当生物素缺乏时,将损害组蛋白和DNA的互作,这与组蛋白的磷酸化、乙酰化和甲基化等作用变化有关。Lechowski 等报道,添加生物素后,显著提高了空肠和盲肠中维生素 C、D-葡萄糖醛酸和L-古洛-Y氧化酶的活性,并且能显著促进空肠和盲肠对维生素 C的吸收。由此可见,生物素能促进维生素 C的合成和吸收,而维生素 C在机体免疫功能方面和抗应激方面发挥着极其重要作用。郑艺梅等在综述中指出,生物素还可通过改变不饱和脂肪酸进而影响体内与 Cu、Zn 有关的超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶的活性,而超氧化物歧化酶和细胞色素氧化酶在免疫反应和抗应激方面发挥着重要作用[9]。
        2.2 生物素缺乏对机体生理生化指标的影响
        生物素的添加水平与肝脏中的丙酮酸羧化酶活性呈正相关,与血清碱性磷酸酶、葡萄糖和血清磷总体呈负相关,但对血清钙和血清磷、血清胆固醇、卵磷脂、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白含量几乎无影响。同时生物素还是长链不饱和脂肪酸和必需脂肪酸代谢的必备物质。其中,对磷脂的代谢影响比较大。
        随着生物素添加水平的提高,肝脏中的丙酮酸羧化酶活性逐步提高,这是由于生物素是丙酮酸羧化酶的组成成分,提高生物素含量可提高丙酮酸羧化酶的活性,但生物素添加组之间无显著差异(P>0.05)。对血清的影响是添加生物素后,血清碱性磷酸酶、葡萄糖和血清磷总体呈下降趋势,对血清钙几乎无影响,但在3周时,添加生物素后,血清钙和磷均下降。添加生物素对血清胆固醇、卵磷脂、低密度脂蛋白和高密度脂蛋白含量均无显著影响;添加生物素后可提高血清甘油三酯的浓度,但各试验组之间均无显著性差异(P>0.05)[4]。生物素主要影响磷脂代谢,因此,添加生物素可通过提高乙酰辅酶A的活性,促进脂肪酸合成,从而引起血脂水平升高。另外,生物素还与乙酰胆碱、胆固醇的代谢有关。添加生物素提高了肌肉组织中总脂肪酸和饱和脂肪酸水平,对单不饱和脂肪酸的含量几乎无影响[9]。一般长链不饱和脂肪酸的合成和必需脂肪酸的代谢都需要生物素。生物素还与乙酰胆碱、胆固醇的代谢有关。生物素供应情况影响着脂肪酸的代谢。饲喂生物素缺乏的日粮会使肝脏组织中的棕榈酸去饱和作用的速度提高5倍多[10]。随着生物素添加水平的提高,血清丙氨酸氨基转移酶活性下降(P=0.361),血清天门冬氨酸氨基转移酶活性降低(P=0.061),对血清蛋白几乎没有影响。
        2.3 生物素缺乏对神经内分泌系统的影响
        生物素可影响内分泌腺体的分泌功能和质量,通过该系统对身体产生影响。
        添加生物素后,血清甲状腺素T4、三碘甲状原氨酸T3、生长激素和皮质醇水平呈上升趋势(P>0.05)[6],胰高血糖素水平呈下降趋势。Rabin等报道,生物素缺乏将导致 Lewis 鼠的胸腺的质量显著下降和细胞结构的变化,对绵羊红细胞的免疫反应被抑制,脾脏中T细胞总数、辅助性T细胞表现为上升趋势;对髓鞘碱性蛋白的传人免疫反应被抑制。添加生物素提高了血清生长激素水平。添加生物素可通过提高血清生长激素水平,促进动物的正常生长发育和饲料转化效率的改善。添加生物素可提高血清胰岛素水平,降低胰高血糖素水平,维持血液中葡萄糖的稳定[3]。
        2.4 生物素缺乏对肉仔鸡生长性能的影响
        在 0周~3周、4周~6周和0周~6周,不同生物素添加水平对肉仔鸡平均日采食量、平均日增重和饲料转化效率均无显著影响(P>0.05),由此可见,饲料中的生物素已能够基本满足肉仔鸡的正常生长需要,这与许多研究报道结果一致。随着生物素添加水平的提高,饲料转化效率有改善的趋势,其改善趋势 0周~3周比 4周~6周明显[4]。Btyskvo将 D-生物素添加到日粮中,鸡成活率、体增重、饲料转化率均提高。文凤云等[11]的研究表明,生物素对肉仔鸡的生长性能具有显著影响(P<0.05),随着日粮生物素添加水平的提高,肉仔鸡的体重也随之显著提高。
        2.5 生物素缺乏对蛋鸡产蛋性能的影响
        2.5.1 生物素缺乏对蛋鸡产蛋的影响 
        在饲料中添加一定量的生物素可提高蛋鸡的产蛋率,同时提高的蛋壳质量。刘汉林报道,生物素对蛋鸡产蛋性能方面影响不显著,但从正常产蛋期和高峰期两阶段实验结果来看,发现存在一定趋势。李克明等报道,在饲料中添加100 μg/kg~400 μg/kg生物素,产蛋个数提高1.05%~6.11%,产蛋率提高0.78%~4.51%;平均蛋重提高0.43%~1.14%;每产1 kg鸡蛋可节约饲料0.133 kg~0.188 kg,经济效益提高9.26%~15.59%。武英等[12]报道,饲料中添加100 μg/kg生物素,可使产蛋率提高5.69%,破蛋率明显降低。较高添加量(100 μg/kg、150 μg/kg)的生物素能有效提高产蛋率和产蛋量,并明显增强蛋壳厚度。
        产蛋鸡日粮中添加100 μg/kg和150 μg/kg生物素都能提高饲料报酬,也有减少破蛋率的作用。添加50μg/kg未能提高产蛋性能,原因尚待分析。可以认为,在蛋鸡饲料中添加100 μg/kg生物素,综合经济效益较好[13]。
        2.5.2 生物素缺乏对蛋鸡机体的影响 
        生物素缺乏可使蛋雏鸡软骨特别是骨盆发育不良,影响到以后的生产性能。李健等通过显微观察发现,没有生物素的纯合日粮使肉用仔鸡的软骨血管组织,仅达到繁殖区的底部,导致软骨区的骨细胞养分供应不足,成骨过程缓慢。发生软骨障碍的雏鸡注射生物素后,病情可以减轻。有报道指出,仅在雏鸡日粮中使用生物素并不能缓解其骨骼变形等缺乏症,只有在母鸡的供给量充足后,才能消除雏鸡的缺乏症,这说明母体的生物素营养对后代具有极其重要意义[9]。
        2.5.3 对种鸡的影响 
        在种鸡日粮中添加一定量的生物素,能很大程度的提高种蛋的受精率和孵化率,同时还能提高饲料的转化率。孟德连等[13]认为,向鸡日粮中添加生物素,既可以提高种蛋孵化率,也能提高母鸡产蛋率,但对孵化率的影响比产蛋率大。在种鸡日粮中添加生物素,可提高产蛋率及种蛋的孵化率。周桂莲在其综述中对畜禽饲料中添加生物素的效果进行了详细报道,向采食商品饲料(生物素含量为230 μg/kg)种火鸡的种蛋中注射生物素(87 μg/枚),可使种蛋孵化率提高3%~4%;在肉种鸡饲料中添加 270 μg/kg和 345 μg/kg的生物素,可使种蛋孵化率提高3%~4%;在玉米-豆粕为基础的种火鸡饲料中添加高水平的生物素(750 μg/kg),可显著改善其产蛋率和种蛋孵化率。杨晓建[14]报道,在种母鸡日粮中添加100 μg/kg~200 μg/kg的生物素,对提高产蛋率,以及种蛋受精率和孵化率等有比较明显的影响,其中以150 μg/kg的经济效益最好。Chen在玉米-豆粕为基础的种火鸡饲料中添加高水平的生物素(750 μg/kg),可显著改善其产蛋率和种蛋孵化率。Robel发现,种火鸡产蛋鸡后期饲料中添加高水平的生物素(520 μg/kg~620 μg/kg),可提高种蛋孵化率。
        3 鸡生物素缺乏的影响因素
        影响到鸡对生物素的吸收利用的因素有很多,其中包括以下几个方面:饲料的种类、疾病、饲料中生物素的存在状态、饲料中的颉颃物和饲料的加工储藏条件等。
        先天原因:生物素酶缺乏症(biotinidase deficiency)引起生物素吸收与利用障碍,患者体内生物素水平显著下降;多种羧化酶合成酶缺乏症(holocarboxylase synthetase deficiency)患者休内生物素水平正常,但是对生物素需求显著提高,导致相对缺乏。生物素酶缺乏导致肠道摄取生物素的能力下降,体内与蛋白质结合的生物素裂解减少,机体生物素缺乏[15]。
        一般说来,许多饲料中可利用生物素所占比例还不到总量(采用微生物法测定)的一半。微生物可合成相当数量的生物素,但对家禽来说则变化很大且不可靠。Pavcekl报道,当在日粮中添加过氧化程度很高的亚油酸时,12 h后,生物素损失96%,当有α生育酚时,48 h后生物素仅损失40%。许多试验表明,在玉米-豆粕型日粮中添加生物素能提高增重和改善饲料转化效率。与植物性饲料原料相比较,动物蛋白中生物素含量则相当不稳定,变化范围大,谷物中生物素含量受品种、季节和产量(特别是胚乳与果皮的比例)的影响,不同饲料原料中生物学效价不同,同一种饲料原料对不同的试验动物测定的生物学效价也不同。肠道微生物区系的影响不大,Coates等发现,当雏鸡采食生物素缺乏日粮时,其缺乏症状无菌鸡并不比正常鸡严重[3]。同时还受到生物素颉颃物的影响。生物素的主要颉颃物有抗生物素蛋白(avidin)和链酶抗生物素蛋白(streptavidin)[3]。加工储藏条件的影响。生物素对氧化条件不稳定,对热敏感,特别是在有助于脂肪过氧化反应条件下,添加抗氧化剂如维生素 C和维生素 E可降低破坏作用。当饲料腐败时,生物素迅速被破坏[9]。
        4 诊断指标确定
        血液丙酮酸羧化酶是评价生物素状况的良好指标。
        文凤云等[11]证明,如血浆生物素浓度低于1 μg/kg时,即为生物素缺乏的下限。
        在实际生产中,生长速度、饲料转化效率、孵化率和哺乳性能等指标都是评价生物素水平是否适宜的重要参数。
        酶联免疫吸附测定方法已被用于测定血液及其它液体中的生物素含量,该方法是利用链霉抗生物素蛋白的强结合特性[9]。
        同位素稀释法和同位素示踪法己被用于生物素分析,该方法敏感,所得结果可与植物乳杆菌测定法相媲美[9]。
        极谱分析法也用于生物素测定,其灵敏度达到微生物水平。纸层析方法也被报道用于生物素测定[9]。
        5 临床症状
        表现生长缓慢,羽毛发育不良,食欲不振,脚、胫和趾、嘴和眼周围皮肤炎症,眼皮肿胀,上下眼皮粘合、角化,足底粗糙,龟裂出血,生成硬壳性结痂[16],剖检可见死亡鸡只消瘦、脱水,心、肝、胃肠等内脏器官无明显病变[17]。
        体脂肪呈粉红色,肌胃和小肠内有黑色液体滞留,十二指肠内容物呈苍白乳油状。肝破裂时,腹腔内有大量凝血块。组织学检查可见许多器官发生脂肪浸润,肾脏、肝脏细胞浆内有大量的脂肪滴,支气管上皮细胞内和肺泡间隙内也发现多量脂肪滴[16]。肾脏苍白,肾小管和输尿管中沉积尿酸盐。心脏苍白。肌胃内有黑棕色液体。
        剖检可见肝脏轻度肿大、苍白,胆囊空虚,肠道充满食物;肾脏苍白或出血;心耳扩张,心室收缩;肺淤血、水肿。组织学检查可见心肌纤维变性,水肿,异嗜细胞浸润。肺脏血管淤血,结缔组织和三级支气管水肿,黏膜炎性细胞浸润。胆管周围炎性细胞浸润,胆管中度增生[16]。
        在肉鸡生长发育过程中,由于生物素独特的代谢过程极易导致缺乏,从而影响到生物膜磷脂组成成分中不饱和脂肪酸的组成。一些与生物素有关的酶的功能的正常发挥受到影响,在肉鸡SDS的发生发展中起极为主要的作用[18]。
        6 预防
        张晋辉[19]报道,当日粮中添加生物素,尤其在后期添加150 μg/kg~300 μg/kg生物素时,能够有效地预防肉鸡腿病的发生。常广全[20]报道,日粮中添加生物素有助于降低肉仔鸡的猝死率,以日粮添加200 μg/kg为佳。
        张晋辉[19]报道,在玉米-豆粕型日粮中添加了生物素,并不能显著改善肉仔鸡的生长性能,但是当日粮中添加生物素,尤其在后期添加0.15 mg/kg~0.30 mg/kg时,能够有效的预防肉鸡腿病的发生。
        Cooke报道,在商品肉鸡日粮中添加生物素,可使鸡死亡率降低0.83%,分析其原因,可能是由于添加生物素防止了肉仔鸡脂肪肝肾综合征和猝死症的发生,其机理非常值得研究[21]。Blair等报道,在种鸡饲料中添加生物素,能减少新生雏鸡脂肪肝肾综合征所造成的死亡率。Hulan等报道,在饲料中添加生物素后,雏鸡的猝死病大幅度降低。Bryskov在鸡日粮中添加生物素,成活率提高4.3%,体增重提高2%~4%,饲料转化效率提高4.6%[9]。
        7 结语
        进一步分析鸡生物素缺乏的原因,包括生物素在日粮中含量不足、饲料中颉颃物质的影响、饲料储存不当造成的生物素损失、肠道菌群失调等方面造成的生物素缺乏,还应该从疾病方面考虑,找出影响鸡生物素吸收的疾病。这非常重要,因为这些病不消除,生物素就得不到充分吸收利用,不能从根本上解决生物素的缺乏。  
        现在的鸡生物素缺乏症诊断指标还比较少。要想对该病进一步确诊,仅这些诊断指标是不够的,既使结合临床症状也不能确诊。这需要对该病进一步研究,找出能够诊断该病的诊断指标和一些先进的仪器,提高该疾病诊断的准确度。
        对鸡生物素缺乏症应该采取综合防治措施。除了在饲料中添加足够量的生物素之外,还应该考虑更多因素:饲料中的成分及其对生物素吸收的影响、饲料的储藏条件、环境对生物素吸收的影响、疾病对生物素的影响、推迟育成鸡上蛋鸡笼的时间、减少使用抗生素等,采取综合措施防治,才能达到理想的效果,减少发病。

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