综述：猪肠道杯状细胞：黏膜免疫与屏障功能的守护者

《Animal Feed Science and Technology》：Porcine intestinal goblet cells: Guardians of mucosal immunity and barrier function

　　

杯状细胞是肠上皮中的一种分泌细胞，其特征是能够持续产生和分泌黏蛋白（MUCs）。杯状细胞相关抗原通道（GAP）介导的抗原呈递可对无害腔内抗原产生肠道耐受性，并对感染产生全身性抵抗力。然而，多种因素会影响猪体内杯状细胞的数量并影响黏蛋白的产生。因此，旨在维持猪杯状细胞稳态的策略对于保护肠道健康、最终提升猪的健康状况和生产性能可能发挥重要作用。本综述总结了当前关于猪杯状细胞的知识，包括检查方法、发育与功能，以及猪小肠中存在GAPs的证据。本综述还列举了影响养猪生产中杯状细胞稳态的因素和营养素，并探讨了猪杯状细胞在营养物质消化吸收中的潜在作用。总体而言，本综述强调了维持由杯状细胞介导的肠道稳态部分的重要性，增进了对猪杯状细胞的理解，为开发改善养猪生产中肠道健康的新方法提供了机会。

**1. 引言**
肠道健康已成为养猪业研究的关键焦点，因其对生产性能和猪只整体健康具有深远影响。肠道不仅负责高效消化吸收膳食营养物质，还作为一个重要的免疫器官，容纳了体内超过70%的免疫细胞。然而，多种因素如应激、病原体和霉菌毒素会损害猪的肠道健康，导致腹泻等肠道疾病及随后生产性能的下降。因此，提高肠道健康是提高经济效益和确保现代养猪业可持续发展的关键策略。
单层肠上皮由吸收性上皮细胞（如肠细胞）和分泌性上皮细胞（如杯状细胞、潘氏细胞和肠内分泌细胞）组成，它们在营养吸收和黏膜免疫中发挥着至关重要的作用。过去十年间，肠道杯状细胞因其在稳态和疾病状态（如溃疡性结肠炎和克罗恩病）下对肠道健康调节的重要作用而日益受到关注。肠细胞是肠绒毛中最丰富的细胞类型，而杯状细胞约占所有绒毛细胞的5%。杯状细胞的密度从十二指肠到结肠逐渐增加。值得注意的是，猪的杯状细胞在小肠的绒毛和隐窝中都很丰富，并且杯状细胞在人类、猪和小鼠之间具有高度同源性。作为肠道先天免疫的关键组成部分，杯状细胞合成并分泌黏蛋白（MUCs），形成覆盖上皮的黏液层，从而防止肠腔中微生物和食物抗原的过度暴露。有趣的是，最近的一项研究表明，杯状细胞还通过采样腔内抗原并将其递送给固有层免疫细胞来促进全身免疫保护。因此，靶向杯状细胞稳态可能是一种改善肠道健康的潜在策略。与人类和小鼠的杯状细胞相比，猪的杯状细胞在养猪生产研究中受到的关注较少。为了增进对猪杯状细胞的理解，本综述讨论了猪杯状细胞的现有知识，并总结了养猪生产中潜在的影响因素和猪杯状细胞的营养调控。

**2. 猪杯状细胞与MUCs**
在猪的杯状细胞中，顶部充满含有MUCs的分泌囊泡，底部则被细胞核占据。杯状细胞来源的MUCs富含丝氨酸、苏氨酸和脯氨酸，表明这些氨基酸对于MUC稳态至关重要。MUCs在维持肠道稳态和肠道健康方面的关键作用已得到全面讨论。在人类和小鼠的肠道中存在多种功能性的杯状细胞亚群，如典型杯状细胞、非典型杯状细胞和防御型杯状细胞。猪肠道中是否存在类似的杯状细胞亚群仍不清楚。
对猪降结肠脱落上皮细胞的转录组学分析表明，在脱落内容物中普遍存在杯状细胞标志物，这意味着猪杯状细胞的快速更新。猪杯状细胞的快速周转可能与猪体内黏液的大量更新有关。猪小肠黏液的微观结构在颗粒穿透性方面与人类相似。据估计，55公斤的猪每公斤饲料摄入可产生3.9公斤MUCs。整个绒毛杯状细胞的内容物在大约12小时内被连续分泌和补充。
除了MUCs，猪的杯状细胞在其分泌囊泡中还含有多种功能蛋白，如凝集素（Intelectin）、水通道蛋白9（AQP9）和氯离子通道辅助蛋白1（CLCA1）。凝集素是一种Ca²⁺依赖性和D-半乳糖基特异性凝集素，在针对寄生虫感染的肠道先天免疫反应中发挥着至关重要的作用。水通道蛋白9是一种小的跨膜蛋白，支持水跨膜运输，这对于猪杯状细胞中的水平衡可能很重要。多项研究已证实AQP9在人类和小鼠炎症信号通路中的调节作用。氯离子通道辅助蛋白1是黏蛋白5AC（MUC5AC）表达和猪肠道黏液生产所必需的，CLCA1基因敲除猪在空肠、回肠和结肠中的杯状细胞数量显著减少。

**3. 猪杯状细胞检查的材料与方法**
多种材料和方法可用于检查杯状细胞的变化。在涉及猪的实验中，可以收集新鲜的肠组织或黏膜用于杯状细胞检查。对于体外药物或营养物质处理，猪的肠道外植体或类器官是观察杯状细胞的合适材料。在肠道类器官中，通过特定药物处理可实现杯状细胞富集（高达所有细胞的80%）。然而，由于肠道外植体寿命短，不适合长时间处理。此外，猪肠上皮细胞系-I2（IPEC-J2）细胞也可能成为杯状细胞检查的潜在材料，因为已成功免疫染色了众所周知的杯状细胞标志物MUC2。为了研究杯状细胞功能，可以通过敲除分泌性上皮细胞分化的关键调节因子——atonal同源物1（Atoh1）基因来消融小鼠的杯状细胞，尽管这也会导致潘氏细胞和肠内分泌细胞的缺失。需要注意上述体外模型的固有局限性。虽然猪肠道类器官模型包含多种上皮细胞类型，但缺乏体内微环境的关键组成部分，如固有层免疫细胞、肠神经、血管和微生物群。同样，IPEC-J2单层培养物是一个缺乏免疫或微生物相互作用的上皮细胞模型，而肠道外植体模型则忽略了肠道微生物群的潜在影响。因此，从这些模型中得出的与杯状细胞相关的发现应在特定背景下进行解释，并在更复杂的体内环境中进行验证。
杯状细胞的特征是细胞质上部含有丰富的含MUC分泌囊泡。因此，杯状细胞的检查通常与其MUCs和分泌囊泡有关。多种方法如组织化学染色和透射电子显微镜（TEM）可用于观察猪杯状细胞胞质中丰富的分泌囊泡。在苏木精-伊红（H&E）染色后，绒毛和隐窝中的空泡可初步用于识别潜在的猪杯状细胞。然而，为了准确识别和定量，需要针对MUCs或杯状细胞标志物的特异性染色方法。与H&E染色相比，阿利新蓝-过碘酸希夫（AB-PAS）染色和高铁二胺（HID）-AB染色能更直观地观察猪杯状细胞。AB-PAS染色可以区分中性MUCs和酸性MUCs，而HID-AB染色可以识别硫酸黏蛋白和唾液黏蛋白。值得注意的是，Rieger等人（2019）建立了一种改良的杯状细胞染色方法，可以在同一组织切片上观察中性MUCs、硫酸黏蛋白和唾液黏蛋白。杯状细胞也可以通过凝集素如欧洲荆豆凝集素I（UEA1）、小麦胚芽凝集素（WGA）和马拉开凝集素II（MALII）染色来可视化。UEA1染色在未断奶仔猪的小肠绒毛和断奶仔猪的小肠隐窝中更为明显。使用TEM可以检查猪杯状细胞内成分的变化，包括分泌囊泡和线粒体。除了观察分泌囊泡外，通过定量聚合酶链反应（qPCR）、蛋白质免疫印迹和免疫染色评估杯状细胞标志物如MUC2和三叶因子家族3（TFF3）也是检查猪杯状细胞的便捷方法。值得注意的是，杯状细胞含有丰富的内质网（ER）用于蛋白质合成，这意味着它们极易受到阻断蛋白质合成的内质网应激的影响。因此，在基因和蛋白质水平上同时研究杯状细胞标志物对于揭示杯状细胞内的实际变化非常必要。
为了准确检查杯状细胞的变化，可以使用流式细胞术和细胞分选从结肠或小肠中分离杯状细胞。在小鼠中，杯状细胞被鉴定为CD45^- CD24^- CK-18⁺ UEA-1⁺，而肠细胞被鉴定为CD45^- CD24^- CK-18^- UEA-1^-。然而，这种分选模式是否适用于猪的杯状细胞尚不清楚，这凸显了迫切需要一种针对猪的特异性杯状细胞分选策略。验证表面结合凝集素（如UEA1）或通过单细胞RNA测序发现新的表面标志物，有助于建立一种可靠的猪杯状细胞分离方法，这对于推进猪杯状细胞研究至关重要。
为了观察组织切片上的黏液厚度，收获的组织必须经过额外的处理，如用卡诺氏溶液固定和液氮冷冻保存。此外，McCright等人（2022）建立了一种Caco-2细胞和HT-29-MTX细胞共培养的体外肠道模型，用于研究猪小肠黏液的生物物理性质。然而，需要注意的是，虽然这种基于人类细胞的模型对于研究猪黏液的物理属性很有价值，但它缺乏猪肠道特异性的细胞和分子背景。因此，其应用主要限于研究猪黏液生物物理学，从该模型得出的发现应谨慎外推至猪肠道生物学。

**4. 猪小肠中杯状细胞的发育**
在人类和猪中，杯状细胞在出生前就出现在小肠中。在妊娠第40天（d 40），在胎猪的十二指肠中可检测到分化的杯状细胞。在妊娠第45-90天，胎猪十二指肠和空肠中的未成熟杯状细胞数量急剧增加。到妊娠第110天，猪杯状细胞趋于成熟，呈现明显的杯状形态和丰富的分泌囊泡。猪杯状细胞的产前发育为出生后抵御外界病原微生物提供了坚实的保护。
杯状细胞在猪小肠中的发育始于胚胎期（E）。猪杯状细胞在E40时从肠道干细胞分化而来。在E45-E90期间，未成熟杯状细胞的数量增加。在E110时，大多数杯状细胞成熟。在出生后的哺乳期，杯状细胞数量逐渐增加。在断奶后的14天内，由于饮食转变和生理发育，猪杯状细胞数量呈现先增加后减少再增加的变化。
出生后杯状细胞的发育受生长因子（如母乳中的表皮生长因子[EGF]）和环境刺激的共同调节。在小鼠中，出生后两周内杯状细胞数量逐渐升高。与新生仔猪相比，7日龄哺乳仔猪空肠中的杯状细胞数量没有变化，而来自7日龄仔猪的肠道类器官中杯状细胞数量与新生仔猪相比略有增加。与7日龄或14日龄仔猪相比，18日龄仔猪在十二指肠和回肠中拥有更多含有硫酸黏蛋白的杯状细胞。这些发现表明猪的杯状细胞对生长因子和环境刺激的反应相对不敏感。肠道微生物群在出生后杯状细胞发育中的作用可能存在争议。接受13天成年猪粪便微生物群移植（FMT）的无菌新生仔猪在近端小肠中表现出更少的杯状细胞。同时，接受10天FMT的常规饲养仔猪在回肠和结肠中表现出腹泻率降低、杯状细胞数量增加和MUC2表达升高。
肠上皮单层中存在多种类型的细胞，表明上皮细胞分化是一个高度调控且复杂的生物学过程。肠上皮细胞分化受多种信号通路调节，如Notch信号通路和Wnt/β-catenin信号通路，杯状细胞的分化由这两个通路的失活促进。向吸收性细胞或分泌性细胞的谱系承诺依赖于Notch信号通路的活性。Notch信号通路抑制剂Dibenzazepine增加了肠道Krüppel样因子4（Klf4）的表达并促进杯状细胞分化。Notch信号通路的靶基因Hairy和增强子分裂同源物1（Hes1）可以抑制Atoh1的转录，从而阻断分泌细胞的承诺。Atonal同源物1是Wnt/β-catenin信号通路的靶基因，其敲除导致包括杯状细胞在内的分泌性上皮细胞的丢失。

**5. 猪杯状细胞的多方面功能**
**5.1. MUC的产生和分泌**
杯状细胞中的MUC生物合成是一个复杂的过程，MUC2是研究最深入的MUC。MUC2的生物合成始于内质网（ER），在那里MUC2通过折叠、二聚化和初步N-糖基化最初形成。然后MUC2二聚体被转移到高尔基体并进行广泛的O-糖基化。O-糖基化后，MUC2在低pH和高钙条件下与其他功能蛋白一起包装在分泌囊泡中。含有MUC的分泌囊泡通过胞吐作用释放，这可以由乙酰胆碱介导的杯状细胞毒蕈碱乙酰胆碱受体1（mAChR1）激活迅速触发。分泌囊泡也可能受到许多因素的影响，例如饮食和微生物信号。例如，无蛋白饮食会导致MUC产量显著下降。
O-糖基化的MUCs是肠道黏液的主要结构成分。MUC聚糖链的长度可能对肠道健康很重要。在腹泻仔猪中，结肠中短聚糖丰富而长聚糖缺乏。根据O-聚糖类型，杯状细胞来源的MUCs可分为中性MUCs和酸性MUCs（包括硫酸黏蛋白和唾液黏蛋白）。酸性MUCs（主要是硫酸黏蛋白）对细菌酶解具有很强的抵抗力，保护肠道屏障。在仔猪中，含有唾液黏蛋白的杯状细胞位于小肠隐窝，而含有硫酸黏蛋白的杯状细胞主要存在于小肠绒毛和结肠隐窝中。腹泻仔猪表现出中性MUCs杯状细胞数量增加，酸性MUCs杯状细胞数量减少，这表明酸性MUCs对肠道健康的重要性。MUCs中O-聚糖水平的上述变化可能在猪腹泻中发挥重要作用。如前所述，酸性MUCs的缺乏可能由于其抵抗细菌酶解的能力而促进细菌入侵并损害肠道屏障。此外，MUC O-聚糖可以增强短链脂肪酸（SCFAs）的产生，促进肠道屏障稳态，并且来自腹泻仔猪的短MUC O-聚糖被肠道微生物群发酵会导致SCFAs水平显著下降，从而损害肠道屏障稳态。此外，来自腹泻仔猪的短MUC O-聚糖的发酵促进了结肠中乳杆菌的丰度。腹泻仔猪结肠中与乳杆菌相关的乳酸增加可能是腹泻的关键诱因，因为乳酸的吸收非常缓慢。猪结肠中乳酸的积累导致渗透负荷，引起肠黏膜水分分泌。因此，短MUC O-聚糖可能因其降低SCFA产量和增加乳杆菌及乳酸丰度的能力而成为猪腹泻的一个原因。

**5.2. 杯状细胞相关抗原通道（GAP）介导的抗原呈递**
除了提供MUC外，杯状细胞还被证明通过GAP将腔内抗原递送到固有层的免疫细胞。2012年，来自华盛顿大学医学院的Newberry及其同事发现了一种意外的抗原呈递途径，称为人类和小鼠中的GAP。在稳定状态下，杯状细胞可以将肠腔中的低分子量可溶性抗原递送到固有层的CD103⁺CX3CR1^-树突状细胞，这些细胞诱导调节性T细胞发育并促进免疫球蛋白A（IgA）和白细胞介素（IL）-10的产生，从而维持对无害腔内抗原的肠道耐受性。杯状细胞相关抗原通道的形成可以由乙酰胆碱介导的毒蕈碱乙酰胆碱受体3/4（mAChR3/4）在杯状细胞中的激活迅速诱导。
断奶前，GAPs仅在结肠杯状细胞中形成，而小肠GAPs被母乳中的EGF抑制。最近有报道称，结肠GAP介导的活体动物乳杆菌易位到肠系膜淋巴结（MLN）和脾脏，为断奶前个体提供了对抗全身性大肠杆菌感染的坚实保护。在健康成年个体中，GAPs仅在小肠杯状细胞中形成，而结肠GAPs被杯状细胞内在的髓样分化初级反应蛋白88（Myd88）依赖性微生物感知以及随后的表皮生长因子受体（EGFR）和细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）信号通路的激活所抑制。值得注意的是，结肠杯状细胞比小肠杯状细胞表达更高水平的Toll样受体（TLR）1、TLR2、TLR4和TLR5，这使得结肠杯状细胞更容易受到微生物信号的影响。然而，在沙门氏菌感染条件下，沙门氏菌利用小肠GAPs易位到MLNs。沙门氏菌诱导的IL-1β产生强烈抑制小肠GAPs，从而损害抗原特异性T细胞增殖，这可能是对沙门氏菌感染的一种自我保护反应。
杯状细胞相关抗原通道可能对猪的健康非常重要，因为它们在肠道免疫监视和耐受以及全身保护中起着重要作用。然而，在养猪生产中，对肠道GAPs的了解很少。为了研究猪体内是否存在GAPs，将10 kD罗丹明偶联葡聚糖注射到健康的50日龄猪的小肠腔内。如预期的那样，通过在同一细胞中葡聚糖和MUC2的染色（白色星号），证实了肠道上皮中GAPs的存在。葡聚糖也被上皮中的非杯状细胞摄取，如所示MUC2染色阴性的葡聚糖阳性细胞（白色箭头）。确实，其他分泌细胞如肠内分泌细胞和潘氏细胞也可以吸收腔内抗原，尽管与杯状细胞介导的抗原呈递相比，其他细胞介导的抗原呈递较少见。此外，还观察到GAP介导的抗原呈递的不同阶段。杯状细胞摄取的葡聚糖主要集中在顶部区域（阶段I），然后被转移到底部区域（阶段II）。摄取后，杯状细胞中的葡聚糖被递送到靠近杯状细胞的固有层免疫细胞（阶段III）。这些发现成功地证实了猪小肠中存在GAPs，为进一步研究GAP介导的养猪生产中的肠道健康奠定了基础。在哺乳仔猪中，成熟的杯状细胞不表达EGFR。因此，可以推测哺乳仔猪的小肠GAPs不会被母乳中的EGF抑制，这可能在未来的工作中进行探索。

**6. 养猪生产中杯状细胞稳态的影响因素**
尽管杯状细胞在维持肠道稳态中发挥着重要作用，但在养猪生产中，它们容易受到许多因素的影响，如断奶、生长迟缓、感染、霉菌毒素、抗生素和应激。图3总结了养猪生产中杯状细胞稳态的主要影响因素：断奶、宫内生长受限（IUGR）、感染、霉菌毒素、抗生素和应激。

**6.1. 断奶**
从出生到断奶，仔猪回肠绒毛高度和小肠杯状细胞数量增加。然而，在断奶期间，仔猪的肠道健康（包括杯状细胞稳态）因饮食从母乳转变为饲料而受到干扰。在断奶后的前14天，绒毛高度呈现先下降后上升的趋势，隐窝深度逐渐增加，表明断奶诱导了早期肠道屏障损伤。在断奶后第1天，仔猪空肠和回肠中的杯状细胞数量短暂升高，表明杯状细胞具有应对断奶应激以恢复肠道稳态的潜力。在断奶后第3-7天，猪杯状细胞数量恢复到断奶前水平。在断奶后第14天，整个小肠杯状细胞数量和杯状细胞标志物基因表达显著增加，这可能归因于猪杯状细胞的生理发育。断奶还影响MUCs的化学修饰。在断奶后第5天，仔猪小肠隐窝中含有唾液黏蛋白的杯状细胞数量减少，而含有硫酸黏蛋白的杯状细胞数量增加。在断奶后第13天，含有唾液黏蛋白的杯状细胞在小肠隐窝中再次占主导地位。
除了饮食转变，断奶年龄也对猪杯状细胞稳态有很大影响。与21日龄断奶的仔猪相比，7日龄或14日龄断奶的仔猪表现出肠道屏障受损，回肠和结肠杯状细胞数量降低。这些结果强调了适当断奶年龄对仔猪保留杯状细胞相关的肠道稳态的重要性。
因此，断奶相关的杯状细胞数量和MUC组成波动可能暂时削弱对肠道病原体的防御，导致断奶后腹泻的高发生率。在这一时期支持杯状细胞恢复的营养干预（如功能性氨基酸、生物活性植物提取物）可能有助于稳定肠道屏障功能并提高抗病能力。

**6.2. 生长迟缓**
宫内生长受限（IUGR）仔猪在妊娠期间生长发育受损，导致胎儿出生体重和存活率显著降低。与正常出生体重的仔猪相比，新生IUGR仔猪空肠和回肠中的杯状细胞数量减少。IUGR新生仔猪小肠中肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和干扰素-γ（IFN-γ）等细胞因子的水平低于正常出生体重的仔猪，这可能归因于免疫细胞数量减少，代表部分先天免疫系统缺陷。IUGR诱导的猪杯状细胞数量、分化和MUC表达缺陷在哺乳阶段（14日龄）和生长阶段（49日龄和90日龄）仍然存在，表明IUGR猪的肠道先天免疫长期受损。值得注意的是，Notch配体Delta样配体1（Dll1）的mRNA表达在IUGR仔猪的回肠中上调，这可能导致猪杯状细胞缺陷，因为Dll1介导的Notch信号激活抑制杯状细胞增殖。除了IUGR，早产也会导致仔猪生长迟缓。出生时，早产仔猪的小肠杯状细胞数量与正常仔猪没有差异，但11日龄早产仔猪与11日龄正常仔猪相比杯状细胞数量显著减少。

**6.3. 感染**
在养猪生产中，由于肠道免疫系统不成熟，仔猪容易发生肠道感染。大肠杆菌感染是仔猪腹泻的主要诱因。新生仔猪小肠杯状细胞中表达大肠杆菌的受体，表明仔猪的杯状细胞可能受到大肠杆菌的影响。然而，大肠杆菌对猪杯状细胞的影响不一致。一方面，大肠杆菌（分离株编号UI-VDL 05–27242）感染导致感染后5天杯状细胞的数量和大小增加。在无菌仔猪中，大肠杆菌O149:K88ac感染增加了结肠中的MUC1蛋白表达。另一方面，多项研究报告称大肠杆菌K88和大肠杆菌W25K感染在感染后4天或14天下调仔猪整个小肠和结肠杯状细胞数量。这种争议可能归因于使用了不同的大肠杆菌以及肠道共生菌的状况。作为大肠杆菌的一种强效毒素，脂多糖（LPS）通过腹腔注射或膳食补充处理也会诱导猪小肠杯状细胞丢失。鼠伤寒沙门氏菌是另一种广泛存在于养猪生产中的病原菌，6-12周龄的猪容易感染鼠伤寒沙门氏菌。感染后10分钟，鼠伤寒沙门氏菌侵入猪小肠杯状细胞，导致杯状细胞顶部局灶性破坏。鼠伤寒沙门氏菌感染也会降低仔猪空肠和结肠杯状细胞数量。在猪小肠中，劳森胞内菌（引起猪增生性肠病的病原体）感染导致杯状细胞数量和MUC2表达减少，这与劳森胞内菌侵入的肠隐窝百分比相关。劳森胞内菌相关的猪杯状细胞缺陷可能归因于Wnt/β-catenin信号活性减弱和Atoh1表达降低。在引起猪痢疾的病原体猪痢疾短螺旋体早期感染期间，观察到猪结肠隐窝基部杯状细胞MUCs的显著丢失和MUC糖基化的改变。
猪流行性腹泻病毒（PEDV）感染导致仔猪呕吐、腹泻甚至死亡。PEDV感染后可以侵入猪的杯状细胞，如在含MUC的分泌囊泡周围显示PEDV-N染色阳性，这降低了仔猪杯状细胞数量和MUC2表达。为了应对PEDV入侵，猪杯状细胞产生钙蛋白酶-1，一种钙激活的半胱氨酸蛋白酶，以减轻PEDV诱导的肠道损伤。杯状细胞来源的钙蛋白酶-1通过结合并水解病毒刺突蛋白的S1结构域来抑制PEDV入侵。猪传染性胃肠炎病毒（TGEV）也会引起仔猪严重的肠道腹泻。TGEV通过以唾液酸依赖性方式识别MUC型糖蛋白来侵入猪杯状细胞。在猪肠道类器官单层培养中，TGEV感染后24小时MUC2蛋白表达升高，48小时前下降。然而，在仔猪的空肠中，TGEV抑制Notch信号活性，促进杯状细胞分化，并增加杯状细胞数量和MUC2表达。在猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）感染期间，仔猪空肠隐窝中的中性MUCs和酸性MUCs水平以及MUC2表达显著上调，这可能是对PRRSV感染的保护性反应。在感染其他病毒如猪德尔塔冠状病毒（PDCoV）、猪圆环病毒2型和猪轮状病毒时也观察到猪杯状细胞丢失和MUC2表达减少。猪德尔塔冠状病毒感染激活Notch信号活性和Hes1表达，阻断猪空肠中的杯状细胞分化，而Notch抑制可减轻PDCoV诱导的猪肠道类器官单层培养中的杯状细胞丢失。
与病原细菌和病毒感染相比，寄生虫感染往往温和地刺激猪杯状细胞以诱导保护性反应。在猪蛔虫感染中，猪杯状细胞增殖在盲肠猪蛔虫入侵部位被激活。猪鞭虫感染有助于增加猪结肠和盲肠杯状细胞数量以及中性MUC、酸性MUC和硫酸黏蛋白的丰度。
总之，这些发现突出了杯状细胞完整性和功能的重要性，可将其作为增强宿主对特定病原体抵抗力的战略方法。

**6.4. 霉菌毒素**
霉菌毒素是多种真菌的次级代谢产物，在猪饲料中极为普遍，摄入霉菌毒素对猪的生产性能极其有害。呕吐毒素（DON）是猪饲料中最常见的霉菌毒素之一。在仔猪中，DON摄入导致空肠和回肠绒毛（而非隐窝）杯状细胞数量减少。从机制上讲，DON激活蛋白激酶R和丝裂原活化蛋白激酶p38信号通路，抑制抵抗素样分子β的表达，从而下调MUC1-3和TFF3的表达。作为另一种相关的霉菌毒素，伏马毒素B1（FB1）对猪小肠和小肠外植体中的杯状细胞稳态没有影响。值得注意的是，在猪空肠外植体中，与单独DON处理相比，DON和FB1联合攻毒进一步降低了杯状细胞数量。DON也会加剧感染PEDV的仔猪空肠杯状细胞的丢失。玉米赤霉烯酮攻毒可以降低猪盲肠杯状细胞数量和TFF3表达，并部分通过抑制转化生长因子-β1（TGF-β1）/Smads信号通路破坏上皮屏障。同样，其他霉菌毒素如展青霉素和T-2毒素也会损害养猪生产中的杯状细胞稳态。

**6.5. 抗生素**
抗生素在现代养猪生产中起着至关重要的作用，主要用于预防和治疗细菌性疾病以维持健康和生产性能。抗生素对猪杯状细胞稳态的影响是多样的。多种抗生素如阿莫西林、磷霉素、氨苄西林、庆大霉素、甲硝唑和阿维拉霉素促进了猪杯状细胞的发育。然而，衣霉素处理已被证明会降低仔猪空肠杯状细胞数量，这与内质网应激的诱导有关。

**6.6. 应激**
在养猪生产中，热应激显著损害动物福利和生产性能。与热中性条件相比，3小时热应激加3小时冷却处理降低了后备母猪的回肠杯状细胞数量。在生长猪的结肠中，7天热应激导致杯状细胞数量降低和肠道微生物群失调，并且热应激介导的猪肠道微生物群在FMT后降低了小鼠结肠杯状细胞数量。相比之下，另一项研究表明，暴露于持续热应激（最少6小时，最多72小时）的生长猪在整个小肠中表现出杯状细胞数量增加和绒毛高度/隐窝深度比降低。除了热应激，束缚应激激活促肾上腺皮质激素释放激素受体1信号，降低怀孕猪整个小肠和结肠杯状细胞数量和MUC2表达。

**6.7. 其他影响因素**
杯状细胞稳态在不同猪品种间存在差异。与长白猪仔猪相比，撒坝猪（中国云南省中部的一个独特地方猪种）拥有更高数量的空肠杯状细胞，这与牛磺熊去氧胆酸呈正相关。与杜洛克×长白×约克夏新生仔猪相比，梅山新生仔猪在十二指肠和空肠中表现出更高的杯状细胞数量和增加的MUC2表达。此外，采食量影响猪的杯状细胞稳态。高采食效率猪的盲肠中有更多杯状细胞。在断奶后最初3天采食量低的仔猪中，含有酸性MUC的杯状细胞大小与高采食量仔猪相比显著减小。同样，饲喂限制也会降低哺乳仔猪小肠杯状细胞数量。由于消化系统不成熟，大豆抗原蛋白大豆球蛋白和β-伴大豆球蛋白降低了仔猪杯状细胞数量，这可能归因于内质网应激增强和自噬流受阻。饮用碱性矿泉水通过脑-微生物-肠轴介导的激活肠道Wnt/β-catenin信号通路，促进包括杯状细胞在内的分泌细胞分化，从而预防仔猪腹泻。

**7. 营养素对猪杯状细胞的调控**
目前，关于营养素对养猪生产中杯状细胞稳态影响的研究很多。这些营养素包括氨基酸、脂质、植物提取物、益生菌、维生素、元素等。然而，对于大多数营养素，它们的作用机制在很大程度上尚不清楚，需要进一步探索。
表1列出了多种营养素对猪杯状细胞稳态的影响。大多数营养素（如苏氨酸、谷氨酸、甘氨酸、磷脂酰乙醇胺、丁酸钠、多种植物提取物、益生菌、维生素、元素、胆汁酸、酸化剂）被证明可以增加杯状细胞数量或MUC表达。少数营养素（如三丁酸甘油酯、粗甘油）被报道会降低杯状细胞数量。
高蛋白饮食和低蛋白饮食都可以增加仔猪回肠杯状细胞数量。与高蛋白饮食相比，低蛋白饮食在稳态和大肠杆菌感染条件下更有利于仔猪，表现为更高水平的杯状细胞丰度和MUC唾液酸化。几种氨基酸已被证明可以改善猪杯状细胞稳态，如苏氨酸、谷氨酸和甘氨酸。其中，苏氨酸是最重要的，因为杯状细胞来源的MUCs富含苏氨酸。膳食苏氨酸补充有助于生长猪回肠绒毛和隐窝中含有酸性MUC和中性MUC的杯状细胞数量显著增加。新生仔猪苏氨酸缺乏会导致产生酸性MUC的杯状细胞丢失和严重腹泻。真回肠可消化苏氨酸过量或不足都会导致仔猪MUC表达和硫酸黏蛋白丰度下降。在IUGR仔猪中，苏氨酸处理下调Dll1和Hes1表达，上调生长因子非依赖性1转录抑制因子（Gfi1）和Klf4表达，从而增加回肠杯状细胞数量和MUC2表达。此外，断奶前补充甘氨酸通过减轻内质网应激诱导的杯状细胞凋亡，部分增强了猪杯状细胞数量。
不同脂质对猪杯状细胞稳态的影响各不相同。例如，磷脂酰乙醇胺补充上调SAM指向域含ETS转录因子（Spdef）表达以促进杯状细胞分化，从而改善IUGR仔猪的肠道屏障功能。相比之下，三丁酸甘油酯降低了断奶仔猪的杯状细胞数量，但不影响生长性能。在小鼠中，磷脂酰胆碱缺乏会触发杯状细胞的程序性坏死，这是一种促炎性的程序性细胞死亡，导致肠道损伤和炎症。杯状细胞程序性坏死是否存在于炎症状态下及其在猪肠道炎症中的作用值得探索，以改善猪的肠道健康。
近年来，由于其免疫调节和抗氧化特性，多种植物提取物被用于替代养猪生产中的抗生素。猪杯状细胞稳态可以通过多种植物提取物得到改善，如二氢青蒿素、姜黄素和木寡糖。补充维生素、元素、胆汁酸、酸化剂、纤维和多种益生菌（如鼠李糖乳杆菌GG和解淀粉芽孢杆菌SC06）也达到了类似的效果。虽然这些益处的证据很充分，但大多数这些营养干预措施的确切分子机制需要进一步研究。

**8. 猪杯状细胞在营养物质消化吸收中的潜在作用**
在小肠中，腔内营养物质被各种消化酶消化，随后被肠细胞吸收。尽管杯状细胞作为分泌性上皮细胞不直接参与营养物质的消化和吸收，但它们可以通过多种方式间接影响这些过程。在出生后生长迟缓的仔猪中，小肠杯状细胞数量显著降低，恢复杯状细胞稳态可有效改善仔猪生长性能，对抗生长迟缓，表明杯状细胞与营养物质利用之间存在潜在联系。此外，杯状细胞已被证明具有营养感知能力，因为果糖处理显著增强了杯状细胞富集类器官中果糖响应基因葡萄糖转运蛋白5（Glut5）、葡萄糖-6-磷酸酶（G6Pase）和酮己糖激酶（Khk）的表达。
杯状细胞来源的MUCs是肠道黏液层的关键组成部分，这是肠道营养物质消化和吸收的关键微环境。黏液层中有多种消化酶，如脂肪酶和胰蛋白酶，消化酶在黏液层中的均匀分布促进了腔内营养物质的高效消化和吸收。此外，黏液层对于维持肠细胞稳态至关重要，从而支持高效的营养吸收。通过覆盖肠上皮，黏液层将腔内内容物与下层组织物理分离，保护上皮免受微生物和抗原诱导的损伤和炎症。在小鼠中，MUC2缺乏严重损害黏液层完整性，使肠道微生物群与上皮直接接触。同样，腹泻仔猪表现出杯状细胞数量减少、黏液层变薄和肠道屏障完整性受损，这些都有助于营养吸收和生长性能的缺陷。有趣的是，几项研究表明，增加黏液层厚度并不影响营养吸收的效率，这表明黏液层中的营养扩散不受更厚黏液层的影响。
据报道，杯状细胞来源的TFF3可以通过多种作用维持上皮稳态，支持营养吸收。三叶因子3与MUCs协同作用，保护肠上皮免受植物血凝素、油酸、牛磺胆酸和艰难梭菌毒素A引起的各种损伤。三叶因子3促进肠上皮细胞的再生和迁移，并在小鼠中发挥抗凋亡作用。在猪中，TFF3已被证明能显著减轻脂多糖（LPS）诱导的猪原代肠上皮细胞损伤和炎症，这可以改善肠细胞的营养吸收功能。值得注意的是，产肠毒素大肠杆菌感染引发仔猪强烈的TFF3表达，表明杯状细胞在营养吸收中具有保护作用。
黏液层可以被共生微生物群定植，它们在营养物质降解和合成中发挥重要作用。在腹泻仔猪中，杯状细胞数量或黏液层厚度的减少改变了微生物组中共生微生物群的组成和结构。共生微生物群利用腔内营养物质和MUC O-聚糖产生有益代谢物，如SCFAs和维生素，它们不仅为肠上皮提供能量，还有助于维持肠道屏障完整性。腹泻仔猪表现出异常的MUC O-聚糖谱，与健康仔猪相比，短O-聚糖链更普遍，发酵腹泻仔猪的MUCs产生的SCFAs如乙酸、丙酸和丁酸较少。共生微生物群对于将初级胆汁酸代谢为次级胆汁酸是必不可少的，这些胆汁酸有助于脂质的消化和吸收，并通过调节胆汁酸受体维持肠道屏障完整性。在腹泻仔猪中，杯状细胞缺陷引起的肠道微生物群失调降低了石胆酸和猪去氧胆酸的丰度。值得注意的是，猪小肠中异常的胆汁酸谱损害了脂质吸收，如结肠内容物中游离脂肪酸浓度升高所示。总之，猪杯状细胞也可以通过操纵共生微生物群及其代谢物来影响营养物质的消化和吸收。
据报道，GAPs将无害的腔内抗原（包括营养物质）递送到固有层树突状细胞，从而维持对营养物质的肠道耐受性。GAP介导的肠道耐受性防止了对腔内营养物质的炎症反应，为营养物质的消化和吸收奠定了基础。在猪中，小肠中存在GAPs已得到证实。猪GAPs对营养物质消化吸收的影响需要在未来工作中进一步研究。

**9. 结论与展望**
从实际角度来看，猪杯状细胞不仅仅是被动的屏障成分，而是肠道健康和生产力的主动调节者。首先，保持杯状细胞稳态成为增强抗病能力的可行策略，特别是针对常见的肠道病原体如PEDV和ETEC。其次，杯状细胞对肠道微环境的深刻影响使其成为营养利用效率的关键介质。因此，饲料配方和管理应考虑它们对杯状细胞生物学的影响。在养猪生产中，开发非侵入性生物标志物（如粪便中的MUC聚糖谱）来监测杯状细胞功能，可以促进主动的健康管理。未来的研究应侧重于验证这一策略并评估其成本效益。
杯状细胞中介导的GAPs抗原呈递对肠道和全身保护具有相似的重要性。本文证明了在50日龄生长猪的小肠中存在GAPs，为进一步研究GAP介导的肠道健康奠定了坚实基础。解开猪GAPs的发育变化，特别是从出生到断奶后的阶段，是一项值得开展的任务，以提出针对GAPs改善肠道健康的潜在策略。在养猪生产中，猪杯状细胞稳态可能受到断奶、感染和霉菌毒素等各种负面因素的损害。然而，研究表明多种营养素对猪杯状细胞丰度和MUC产量有益，并且可以减轻负面影响。因此，利用适当的营养素来抵消养猪生产中由负面因素引起的杯状细胞紊乱是可行的。