鎘污染對家禽健康生產的影響及營養干預控制技術研究進展

■ 高 峰 徐 鵬

（南京農業大學動物科技學院，江蘇省動物源食品生產與安全保障重點實驗室，江蘇省肉類生產與加工質量安全控制協同創新中心，江蘇 南京 210095）

鎘（Cadmium，Cd）是一種天然存在的有毒重金屬。環境鎘污染是家禽鎘暴露的主要來源。作為一種環境污染物，鎘可以在家禽體內高度積累，并對機體健康產生嚴重危害。禽肉是人類主要的蛋白質來源，鎘在家禽體內的積累不僅是危害家禽健康和生產的難題，也是關乎動物源食品安全的公共衛生問題。因此，深入了解家禽鎘中毒的分子機制并探索相應的解毒措施在家禽生產中具有重要意義。文章從環境鎘污染現狀、鎘對家禽的毒性作用、鎘毒性的分子機制以及營養干預控制技術4 個方面綜述當前鎘污染對家禽健康生產的影響及營養干預控制技術研究進展，以期為保障家禽健康生產提供參考。

1 環境鎘污染現狀

鎘污染的來源主要有兩個方面：包括化石燃料燃燒和礦冶活動在內的人為活動以及包括火山噴發、森林火災在內的自然活動，其中，人為因素導致的環境鎘污染遠高于自然因素。隨著工業化的推進，人類的諸多活動將鎘不斷排放到環境中，造成環境鎘污染。有調查顯示，我國土壤鎘濃度的超標率為7%，遠高于其他7 種被檢測的重金屬[1]。土壤鎘污染是導致植物中鎘蓄積的主要原因。家禽可通過采食含鎘植物導致鎘中毒。張玉鳳[2]調查了我國錦州灣海域的鎘污染情況，發現該海域海水鎘濃度超過國家一類海水水質標準，工廠附近海域的沉積物中鎘的濃度更是嚴重超標。李寧等[3]調查顯示，即使是城市飲用水也同樣存在鎘污染的風險。家禽可通過飲用受污染的水導致鎘中毒，并且水體鎘污染可引起水生動物體內的鎘蓄積，導致動物源性飼料原料（如魚粉）鎘污染，進而危害家禽健康。此外，鎘是一種大氣污染物，工業含鎘廢氣的排放也可通過呼吸道誘發家禽鎘中毒[4]。

飼料鎘污染是家禽鎘中毒的主要因素。家禽飼料中鎘污染的來源主要包括3 個方面：飼料原料作物的鎘污染，如相關報道表明四川省常用能量飼料DDGS、麥麩、米糠中鎘的超標率分別為8.33%、45.45%和66.67%[5]；微量元素添加劑通常伴有鎘污染，如不合格的硫酸鋅添加劑中鎘含量嚴重超標，甚至可接近30 g/kg[6]；飼料中某些酸性物質可溶解加工設備表面的鍍鎘金屬層，導致飼料鎘污染。Li 等[7]對北京和阜新地區215 家畜禽養殖場的飼料進行鎘含量抽檢，發現最大檢測值可達31 mg/kg，遠高于我國《飼料衛生標準》限量（0.5 mg/kg）。郭愷[8]檢測了元寶山地區235 份雞飼料樣品鎘含量，發現濃縮料、配合料和預混料的鎘超標率分別為9.86%、15.56%和12.16%，其中，最大檢測值為23.3 mg/kg。該調查還顯示，肉雞飼料中鎘的超標率（13.67%）高于蛋雞飼料（9.62%）。這與迪娜·吐爾生江等[9]的調查結果不同，他們發現黃淮海地區蛋雞飼料鎘的超標率為29.2%，遠高于肉雞飼料（12.8%）。這可能與飼料原料鎘污染情況和加工工藝的差異有關。禽肉是人類主要的蛋白質來源，鎘污染可直接影響動物源食品安全。王雅潔等[10]采集了2015—2017年間我國華北、東北、華東、華中、華南、西南和西北地區5 類畜禽肉（豬、牛、羊、雞、鴨）樣本，共計10 500 份，發現各地區雞肉樣本中鎘的超標率為0.33%～2.33%，鴨肉樣本的鎘超標率為0.67%～2.00%，均以西南地區的超標率為最高。上述調查結果表明，我國家禽養殖行業存在鎘污染的情況，其中飼料鎘污染現狀更為嚴重。這可能危害家禽的健康生產，并對人類健康構成潛在風險。

2 鎘對家禽的毒性作用

鎘主要通過皮膚、胃腸道或呼吸道進入體內。家禽采食含鎘飼料后，鎘主要在小腸被吸收，其中十二指腸的吸收效率最高，是空腸和回腸的兩倍。被吸收后的鎘可通過血液循環被運送至全身各組織器官，進而產生毒性作用。張娟[11]探究了鎘在蛋雞體內的組織蓄積規律，發現鎘主要沉積在肝臟、腎臟中（腎臟＞肝臟），其次為小腸（十二指腸＞回腸＞空腸），再次為生殖器官（卵巢＞子宮＞輸卵管），極少量沉積在心臟、肌肉和腦中。鎘一旦進入體內就很難排出，且其半衰期長達10～30 年。因此，即使少量的鎘暴露也可通過蓄積對各組織器官造成損傷，影響家禽健康和生產性能。

2.1 肝臟

肝臟是機體代謝的主要部位，具有重要的解毒功能。作為鎘蓄積的主要靶器官，鎘對家禽肝臟具有強烈的毒性作用。有研究顯示，飼料鎘污染會誘發肝臟炎癥反應和氧化應激，導致肉雞肝臟損傷，生產性能顯著下降[12]。Liu 等[13]研究發現，飼糧添加濃度為150 mg/kg 的鎘可通過誘發氧化應激導致肉雞肝細胞排列紊亂和壞死，肝臟出現明顯的組織病理學變化。這與Yu 等[14]的研究結果一致，他們發現連續20、40 d或60 d 飼喂鎘濃度為140 mg/kg 的飼料，均會導致肉雞肝臟發生局灶性出血，肝臟組織發生嚴重病變，抗氧化相關酶活性顯著降低。

2.2 腎臟

腎臟是機體排泄鎘的重要器官。經肝臟代謝形成的鎘-金屬硫蛋白復合物可被運輸至腎臟，經腎小球過濾而對近端腎小管造成嚴重損傷，危害腎臟功能。趙滿[15]在飼糧中添加濃度為50 mg/kg 的鎘，結果顯示，肉雞平均日增重顯著降低，料重比顯著增加，腎臟出現明顯損傷。主要表現為腎臟離子穩態失衡、腎小管上皮細胞和線粒體腫脹、腎臟凋亡細胞數量以及內質網應激相關基因的表達顯著增加，但對腎臟的抗氧化功能沒有顯著影響。這與在蛋雞上觀察到的結果類似，Wang 等[16]同樣發現飼料鎘污染會導致腎臟出現組織病理學變化，并通過激活NF-κB 途徑誘發蛋雞腎臟炎癥反應，引起蛋雞腎臟損傷。鎘誘發家禽腎臟內質網應激的機制可能涉及其介導的miR-30a-GRP78-JNK 信號通路，這將進一步激活磷脂酰乙醇胺（LC3-Ⅱ），從而誘導自噬的發生，最終引起腎臟功能障礙[17]。

2.3 腸道

Berzina 等[18]研究發現1 日齡雄性肉仔雞遭受亞慢性鎘暴露（50.2 mg/kg）導致鎘在腸道中的蓄積量相較于未暴露組提高154 倍，腸黏膜杯狀細胞和顆粒淋巴細胞數量顯著增加，腸道發生炎癥反應，生產性能顯著下降，這與Yang 等[19]的研究結果相似，Yang 等[19]研究發現，1 日齡肉仔雞飼喂含鎘飼料（4 mg/kg，以干物質計）后，肉雞腸道形態發生顯著變化，腸道緊密連接蛋白相關基因的表達顯著降低，腸道通透性顯著增加，促炎細胞因子如IL-1β、IFN-γ、NF-κB 的mRNA表達均顯著提高。腸道菌群在維護機體健康方面發揮著重要的作用，該研究表明，鎘暴露下肉雞腸道菌群穩態發生改變，α多樣性指數如Chao、ACE 和PD 顯著降低，這可能影響苯丙氨酸、色氨酸等的生物合成從而影響腸道和機體健康。

2.4 生殖器官

鎘已被證明是一種具有生殖毒性的環境污染物，對多物種的生殖器官具有明顯的毒性作用[20]。肉雞的繁殖性能關系到子代商品肉雞的健康和經濟效益。當前，尚未有鎘暴露對肉雞卵巢影響的報道，僅在蛋雞上見到少量研究。Zhu 等[21]研究發現，蛋雞鎘暴露（60.67 mg/kg）會通過MAPK、AKT/Fox3a 和mTOR 信號通路引起卵巢的氧化應激、細胞凋亡和卵泡閉鎖，進而降低產蛋率和蛋品質。在睪丸上，Li 等[22]研究發現肉雞鎘暴露（150 mg/kg）會引起睪丸組織病理學變化、氧化應激、內分泌失調和細胞凋亡。Najafi 等[23]發現類似的現象，腹腔注射氯化鎘溶液會引起肉雞睪丸結構變化和功能性損傷，導致精液品質下降。目前，少有報道揭示飼料鎘污染對家禽生殖器官的影響，需要進一步研究以保障家禽的繁殖性能。

除上述器官外，鎘對家禽的其他組織器官同樣具有毒性作用。例如，盡管只有少量的鎘能夠在肌肉組織中蓄積，但鎘暴露同樣可以誘導肉雞胸肌發生氧化應激和炎癥反應，導致胸肌肉品質下降[24]。此外，脾臟[25]、胰腺[26]、血液紅細胞[27]等也是鎘致家禽毒性的重要靶標。由此可見，鎘誘導的家禽毒性涉及多器官損傷。因此，需要進一步研究鎘的毒性機理，從而為保障家禽健康，預防鎘污染危害提供研究思路和理論支撐。

3 鎘毒性的分子機制

3.1 氧化應激

氧化應激是鎘致家禽毒性最主要的機制[8，16，18]。氧化應激會引起活性氧（ROS）的過量產生，從而損傷蛋白質、脂質以及DNA 等，導致細胞功能障礙和疾病[28]。其實質是機體氧化-抗氧化系統的失衡。鎘通過多種途徑誘導氧化應激。首先，進入機體的鎘會通過攻擊細胞膜的脂質成分誘導脂質過氧化而破壞膜的流動性，隨后轉移到細胞中。丙二醛（MDA）是脂質過氧化產物，與鎘、ROS 都可抑制抗氧化防御酶如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）的活性[29]。同時，鎘可以與非酶抗氧化劑谷胱甘肽（GSH）結合，進一步破壞氧化還原平衡，引起ROS 的過量產生。其次，鎘可以從各種蛋白質中釋放出具有氧化還原活性的金屬離子（如鐵、銅），這些金屬離子可通過激活芬頓（Fenton）反應引起氧化應激[30]。另外，鎘離子（Cd2+）與鈣離子（Ca2+）在結構上類似，具有一些相同的物理化學性質。故而Cd2+可以通過細胞膜鈣通道進入細胞內，并競爭性地結合某些Ca2+受體，導致細胞內Ca2+濃度增加，引起氧化應激發生[31-32]。

3.2 內質網應激

內質網是一種動態且重要的細胞器，通過控制蛋白質的合成、鈣穩態等參與多種細胞功能。內質網應激會誘發未折疊蛋白質反應（UPR）。該反應可通過激活CHOP（促凋亡轉錄因子）、ASK1/JNK 級聯（凋亡信號調節激酶1/ jun 氨基末端激酶）和Bax/Bcl2（凋亡相關蛋白）介導細胞凋亡[33]。先前的研究表明，鎘誘導哺乳動物卵巢顆粒細胞發生內質網應激，并增加Bax/Bcl2 的比率，導致顆粒細胞凋亡[34]。這證實了在雞上的研究結果，即鎘暴露通過提高雞卵巢的內質網應激水平來損害生殖系統[35]。此外，越來越多的證據表明，鎘可通過激活內質網應激誘導雞相關細胞凋亡和組織損傷[36-37]。因此，內質網應激也是鎘致家禽毒性的主要機制之一。

3.3 細胞自噬

細胞自噬（Ⅱ型程序性細胞死亡）是一種細胞保護機制，通過利用溶酶體降解受損的蛋白質和細胞器以維持細胞穩態。過度的自噬會引起細胞死亡和組織損傷。鎘誘導的ROS 和Ca2+穩態失衡是自噬的誘發因素。研究表示，鎘可誘導雞胚成纖維細胞產生大量的ROS，并經過mTOR 途徑激活細胞自噬[38]。在另一項研究中，鎘暴露破壞了細胞內Ca2+穩態，引起雞肝細胞自噬和內質網應激。但與硒聯合處理后，即可通過調節細胞內Ca2+穩態緩解肝細胞損傷[39]。此外，也有報道顯示，鎘暴露可誘導雞胚肝細胞線粒體功能障礙和PINK1/Parkin 介導的線粒體自噬，導致肝臟和肝細胞脂質代謝紊亂[40]。

3.4 表觀遺傳變化

表觀遺傳變化也是鎘毒性作用的重要分子機制。當前，已有的鎘誘導家禽表觀遺傳變化的研究多是關于MicroRNA 的。作為非編碼RNA，MicroRNA 可在轉錄后水平負調控基因表達，并在細胞凋亡、自噬、壞死等病理過程中發揮著重要作用。有研究表示，鎘暴露引起蛋雞脾臟miRNA-33-AMPK 軸失調，并通過影響AKT/mTOR 和HSP70-NF-κB/JNK 信號通路誘導BNIP3 依賴性自噬[41]。在腎臟中，鎘暴露可通過影響miR-26a-5p/PTEN/PI3K/AKT 信號通路誘導蛋雞腎臟壞死性凋亡[42]。也有研究表示，miR-30a-GRP78同樣是鎘致家禽腎臟毒性的關鍵靶點[17]。

4 營養干預控制技術

關于如何控制家禽鎘中毒尚沒有統一的策略。但營養干預被認為是一種可行的措施。該措施主要通過針對鎘毒性的潛在分子機制來篩選關鍵的營養解毒物質。

4.1 植物提取物

植物提取物是從植物中提取出的一類天然小分子化合物，一般具有抗氧化、抗病毒等功能，其有效成分包括精油、多糖、多酚以及黃酮類化合物等。當前，許多研究發現利用植物提取物強大的抗氧化功能可緩解鎘的毒性作用。白藜蘆醇（Resveratrol）是一種天然二苯乙烯多酚化合物，Zhang等[43]研究結果表示，日糧添加白藜蘆醇可通過增強抗氧化酶活性，減弱腎臟線粒體自噬，緩解鎘誘導的蛋雞腎臟損傷。Hu 等[44]研究發現，在日糧中添加姬松茸多糖（ABP）可顯著降低肝臟MDA 含量和促炎細胞因子的mRNA 表達，提高抗氧化酶活性，緩解鎘暴露誘導的雞肝臟損傷。

4.2 硒

硒（Se）是許多細胞功能所必需的微量元素，也是當前研究較多且效果較好的鎘解毒劑。一方面，硒與鎘具有拮抗作用，可在體內形成硒-鎘復合物，減少鎘在體內的蓄積；另一方面，硒具有強大的抗氧化能力并對機體免疫功能具有調節作用，從而發揮其解毒功能。有研究表示，日糧中補充硒可顯著降低鎘在蛋雞脾臟中的蓄積量，并通過增加抗氧化酶活性來減輕氧化應激和細胞凋亡，緩解鎘誘導的蛋雞脾臟損傷[45]。硒的化學形式決定了硒的生物利用度。有研究表示，在日糧中添加不同的硒源會產生不同的解毒效果。納米硒（Nano-Se）和有機硒（酵母硒，SeY）對鎘致蛋雞心臟損傷的緩解作用均要強于無機硒（亞硒酸鈉，SSe）[46]。

4.3 微生態制劑

近年來，微生物對重金屬的生物吸附能力及其安全、環保、高效的優勢特征受到了業內的廣泛關注。乳酸菌（LAB）是畜禽生產中常用的益生菌添加劑，也是各種微生物吸附劑中能夠防治肉雞鎘中毒的潛在解毒劑。Chen 等[47]在體外分離篩選出禽源耐鎘乳酸菌，結果顯示，口服耐鎘乳酸菌提高了肉雞的生產性能，減少了鎘在肝臟、腎臟中的蓄積，對肉雞的亞慢性鎘中毒具有明顯的保護作用。這與李惠嘉[48]的研究結果一致，耐鎘乳酸菌可劑量依賴性地緩解雪山草雞鎘中毒。

5 小結

環境鎘污染是家禽生產中危害較大且亟待解決的問題，可導致鎘在家禽不同組織器官中的蓄積，誘導氧化應激的發生，引起細胞功能障礙以及各個組織器官發生病理學變化，最終危害家禽的生產性能。使用具有抗氧化功能的營養添加劑如植物提取物、有機硒等可減少鎘在家禽組織器官中的蓄積，緩解鎘誘導的家禽毒性。未來應進一步研究鎘對家禽的毒性作用及潛在分子機制，尤其是對種禽繁殖性能的影響這一方向的空白尚需填補。綜合控制環境污染，強化飼料質量監督，在明確鎘毒性機制的基礎上進一步探索高效、安全的解毒物質及其與鎘的互作機理對保障家禽生產和人類健康具有重要意義。