浙大冯杰教授直播笔记:微量元素与动物机体免疫 ——之铁篇

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免疫力的先天基础是遗传,后天基础是营养。

充足和均衡的营养是维持最佳免疫应答的必须前提条件;

均衡的营养能给免疫大军源源不断提供充足的补给,有助于预防疾病,加强免疫力。

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生物学主要功能:

1、氧气运输:作为血红蛋白的重要元件参与氧气运输

2、能量代谢:作为肌红蛋白的重要元件提供充足氧气用于能量代谢

3、免疫功能:铁可在不同的价态进行转换并传递电子,是多种酶的辅因子,影响免疫功能

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上皮屏障中:

1、酶系统巨量,高代谢活性,是高效微工厂,对铁元素需求很高。

2、细胞骨架需要角质白、铁、锌、铜、锰、硒的参与。

3、细胞外基质的通透性和细胞粘附作用也需要铁、锌的参与。

4、基底膜胶原合成,胶原纤维形成交联都需要铁、铜、锰、锌的参与。

缺铁:

1、与饲喂正常铁日粮120mg Fe/kg的猪相比,饲喂低铁20 mg Fe/kg的猪十二指肠电阻抗值降低,甘露醇的粘膜-浆膜通量显著增加,从而证实缺铁增加了细胞通透性。(J Nutr 2016;146:1499-505,J. Nutr 2010;140:271-277)

2、缺铁大鼠肠道在补铁过程中更易发生铁介导的过氧化损伤和功能损伤。(Free Radical Biology & Medicine, Vol. 25, No. 6, pp. 660–665, 1998)

铁过量:

1、灌胃16 mg与24 mg铁能够导致大鼠肠道上皮细胞内的细胞器出现结构上的变化,并诱导结肠绒毛损伤;其中灌胃24 mg铁能显著诱导肠上皮细胞死亡。

2、铁过量对后肠道的影响更大。过量铁破坏了大鼠的肠道屏障功能,且对结肠影响较大。(Elements in Medicine and Biology, 2018,47:12–20)

铁与免疫细胞:

1、缺 铁:缺铁性贫血患者IL-6水平、中性粒细胞的吞噬活性和氧化爆发的能力均显著低于对照组(Hassan, et al. Medicine,2016, 95(47): e5395)

2、铁过量:损害巨噬细胞形态,减弱它的抑菌功能;减弱巨噬细胞对LPS诱导的炎症的免疫反应。(Rafiou A, et al. PLOS ONE, 2018, 13(5):e0196921.)

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过量铁能够显著改变大鼠盲肠微生物的多样性和菌群结构;

过量铁使粪便肠杆菌科的比例较高,乳酸杆菌比例较低;

体内可利用铁的量 , 与细菌的毒性呈正比。

小结:铁对机体免疫具有重要作用,但其缺乏和过载都会对机体免疫功能造成不利影响,对于生物而言,将细胞铁浓度保持在一定的生理范围内至关重要。

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仔猪缺铁症状:

食欲不振,生长缓慢,日渐消瘦,倦怠喜卧,动辄呼吸紧迫,皮毛粗糙,皮肤干燥缺乏弹性,有时轻度腹泻,粪便呈暗灰色、恶臭;

血液有明显的变化,呈淡红色,稀薄如水;

仔猪患贫血症后,轻则形成僵猪,重则3-4周死亡。

仔猪缺铁原因:

1、初生仔猪体内铁的储备量为 30-50 mg,每天从母乳中获取的铁元素不足 1mg,而哺乳仔猪的正常生长发育每天约需铁 7-8 mg,后期引发缺铁性贫血症状;

2、胎儿体内铁的状况一般与母体是否缺铁无关;(Proceedings of The Nutrition Society.2013)

3、初生仔猪铁代谢系统不成熟,易缺铁。

仔猪缺铁危害:

1、仔猪缺铁显著机体炎性因子水平较高,注射铁可降低炎性因子水平;(Biological trace element research (2015))

2、缺铁仔猪十二指肠绒毛形态变差;(蒲雨田,硕士学位论文,2015)

3、断奶仔猪腹泻率随着日粮铁水平(0, 50, 100和250 mg/kg)的升高而线性增加,且250 mg/kg 铁水平显著降低了断奶仔猪的日增重;(Biol Trace Elem Res (2008) 126 (Suppl 1):S57–S68)

4、饲料补铁可明显改善断奶仔猪生产性能;

5、适量补铁刺激T-淋巴细胞增殖,改善仔猪的免疫机能,改善肉色。(Animal Feed Science and Technology, 182(1-4):121-125)

仔猪铁过量危害:

1、铁过量显著降低了十二指肠、空肠和回肠绒毛高度和绒隐比;

2、铁过量能够导致肠道上皮细胞内的线粒体溶胀,并诱导绒毛破损;

3、铁过量损伤了断奶仔猪的紧密连接,并降低抗氧化酶活性,增加过氧化产物;

4、铁过量能够显著改变断奶仔猪盲肠微生物的多样性和菌群结构,不利于肠道健康。(课题组待发表研究)

如何补铁:

1、低剂量间隔补铁能够达到单次高剂量补铁的效果,且减少铁沉积和氧化损伤;

2、应该考虑补铁对仔猪造成的毒性;(The American Journal of Pathology, Vol. 177, No. 3, September 2010)

3、第21天的额外补铁对仔猪的血红蛋白、生长性能有改善趋势。(The American Journal of Pathology, Vol. 177, No. 3, September 2010)

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不同铁源及水平均对妊娠母猪铁营养状况有显著影响,其中添加Fe-Gly 效果优于FeSO4·H2O。(动物营养学报,2014,26(05):1180-1188.)

(提示:饲喂有机铁优于无机铁)

母猪饲料中添加酵母微量元素和氨基酸有机微量元素后,提高了哺乳期采食量和平均日采食量,可改善断奶窝重。无机组嗜碱性粒细胞的百分数和嗜酸性粒细胞的百分数偏高。(课题组待发表研究)

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