TWI834407B - 天然矽片(nsp)於禽畜類動物呼吸道保護之應用及方法 - Google Patents
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Abstract
本發明係關於利用天然矽片(NSP)製備一種禽畜類動物呼吸道保護劑之用途與使用方法。本發明之以天然矽片(NSP)為主的禽畜類動物呼吸道保護劑，具有透過改善氣管完整性、促進抗菌肽表達及抑制發炎反應，進而對禽畜類動物的呼吸道產生保護作用之功效，並藉以防禦因呼吸道感染引起的疾病。
Description
本發明係關於一種利用天然矽片(NSP)做為保護禽畜類動物呼吸道之飼料添加劑的領域。更特別地，係關於天然矽片(NSP)作為飼料添加劑以改善禽畜類動物呼吸道組織形態、保護黏膜及抑制發炎反應的應用。
禽畜類的呼吸道疾病已然成為畜產業最常見的疾病，而且其發病原因較為複雜，至今已發展成為一系列疾病的症候群。如禽畜類的呼吸道疾病包括傳染性喉氣管炎、傳染性支氣管炎、雞慢性呼吸道病、傳染性鼻炎、雞新城疫、禽流感、雞痘以及禽麴黴菌病等。而目前普遍流行於豬場中的有豬生殖和呼吸綜合症(PRRS)、第二型豬環狀病毒(PCV-2)與豬流行性感冒病毒(SIV)感染等；近幾年又形成以多病原因子所造成豬呼吸道疾病複合症(PRDC)成為豬場疾病流行的主流。禽畜類呼吸道性疾病依病原的特性、毒力或感染型式，可能造成家禽程度不等之症狀以及死亡，在經濟損失方面則包括飼料效率降低、日增重降低、屠體廢棄率增加、禽類產蛋率下降、蛋的品質變差以及孵化率降低等，重則引發多重疾病、死亡率增加，造成嚴重的經濟損失。
在禽畜類呼吸道疾病的防治方面，一般是採加強各方面的飼養管理、做好消毒防疫工作、適當的疫苗接種以及施予藥物例如抗生素防治，以期能有效的控制禽畜類呼吸道疾病的發生。然而，例如最顯著影響秋冬開始發病的高病原性禽流感(Avian Influenza)是不易以固定的毒株做為疫苗，再者如豬繁殖和呼
吸障礙綜合症(Porcine Reproductive and Respiratory Syndrome，PRRS)，因台灣不同的病毒株，而國外疫苗專一性不足，於本土豬隻施用結果功效有限。而且禽畜類呼吸道疾病的病原複雜、症狀表現不一，在診斷與治療上皆不易進行，因此加強禽畜類呼吸道的保護作用是畜產業重要的課題。
天然矽片(NSP)是一種奈米級的黏土脫層產品，NSP具有極高的裸露(naked)表面積(達約750m2/g)，以及陰離子性(至少18,000個離子每片)，讓其具有高效性吸附細菌、病毒、毒素、臭味等多重功能。利用NSP的構造可增加物理包被病原細胞的外表，達到干擾病毒接近感受細胞受體，以及包被細菌阻止增殖為其作用機制，且業經實驗證明其使用不會有抗藥性菌株之產生及食品安全衛生問題。
於是，本發明之一方面，係關於利用天然矽片(NSP)製備一種禽畜類呼吸道保護劑之用途。於本發明之一些具體實施例，所述之禽畜類呼吸道保護劑係用以防禦因呼吸道感染引起的疾病。
於本發明之一些具體實施例，所述之禽畜類呼吸道保護劑可為一種飼料添加劑。於本發明之一些具體實施例，所述之禽畜類呼吸道保護劑可為一種呼吸疾病預防性組合物。
於本發明之一具體實施例，所述禽畜類呼吸道保護劑係用以改善氣管完整性。於本發明之一具體實施例，所述禽畜類呼吸道保護劑係用以促進氣管與肺臟抗菌肽表達。於本發明之一具體實施例，所述禽畜類呼吸道保護劑係用以抑制呼吸道發炎反應。
於另一方面，本發明係關於一種用於提升禽畜類呼吸道保護力之飼料添加劑，特徵在於包含天然矽片(NSP)。較佳地，所述之飼料添加劑係以100-1000
ppm，較佳為500-1000ppm之量添加於基礎飼料中。
於另一方面，本發明係關於一種禽畜類呼吸疾病預防性飼料組合物，特徵在於包含用於提升禽畜類呼吸道保護力之天然矽片(NSP)。於本發明之一具體實施例，所述之飼料組合物包含100-1000ppm，較佳為500-1000ppm之天然矽片(NSP)。
圖1a是顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞***物中氨含量的影響。圖1b是顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞***物中氨氣釋放量的影響。在肉雞第14、21、28和35日齡收集***物並進行氨氣分析。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。*；表示相對於對照組具有顯著差異(P<0.05)。
圖2為使用蘇木精和伊紅(H&E)染色CON組動物(A)與於飼料中添加天然矽片之NSP組動物(B)氣管切片的組織染色結果。軟骨厚度的結果代表氣於管周圍每45°角處的8次平均測量值。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。放大倍率為4x。
圖3為使用蘇木精和伊紅(H&E)染色CON組動物(A)與NSP組動物(B)氣管切片的組織染色結果。以整個氣管中段計數白細胞。通過切片的白細胞計數(具有細胞核染色的細胞，箭頭)量化白細胞浸潤。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。放大倍率為20x。
圖4係顯示使用過碘酸(PA)染色CON組動物(A)與於飼料中添加天然矽片之NSP組動物(B)的黏膜厚度。結果代表氣於管周圍每45°角處的8次平均測量值。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。箭頭所指為粘膜層。放大倍率為20x。
圖5係顯示CON組動物(A)與於飼料中添加天然矽片之NSP組動物(B)的
過碘酸(PA)染色結果。以整個氣管中段計數杯狀細胞。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。箭頭所指為杯狀細胞。放大倍率為20x。
圖6係顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞氣管與肺臟組織中緊密結合蛋白(occludin，OCLN)mRNA表現的影響。以每組3個重複中的4個樣本進行分析。結果係對於β-肌動蛋白正常化，並以相對於對照組的比例表示。CON=對照組，NSP=於飼料中添加天然矽片之NSP處理組。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異，P<0.05。
圖7係顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞氣管與肺臟組織中黏液蛋白mucin 2(MCU2)mRNA表現的影響。以每組3個重複中的4個樣本進行分析。結果係對於β-肌動蛋白正常化，並以相對於對照組的比例表示。CON=對照組，NSP=於飼料中添加天然矽片之NSP處理組。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異，P<0.05。
圖8係顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞氣管與肺臟組織中抗菌蛋白AvBD8(avian β-defensin 8)mRNA表現的影響。以每組3個重複中的4個樣本進行分析。結果係對於β-肌動蛋白正常化，並以相對於對照組的比例表示。CON=對照組，NSP=於飼料中添加天然矽片之NSP處理組。數值代表平均值±SE。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異，P<0.05。
圖9係顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞氣管與肺臟組織中IL-1β mRNA表現的影響。結果係對於β-肌動蛋白正常化，並以相對於對照組的比例表示。數值代表平均值±SE,n=4。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。CON=對照組，NSP=於飼料中添加天然矽片之NSP處理組。
圖10係顯示於飼料中添加天然矽片對於肉雞氣管與肺臟組織中IL-6 mRNA表現的影響。結果係對於β-肌動蛋白正常化，並以相對於對照組的比例表
示。數值代表平均值±SE,n=4。條上的a,b；不同字母表示具有顯著差異(P<0.05)。CON=對照組，NSP=於飼料中添加天然矽片之NSP處理組。
本發明係關於一種天然矽片(NSP)做為禽畜類動物呼吸道保護劑之用途。本發明亦提供一種包含天然矽片(NSP)做為禽畜類動物呼吸道保護用添加劑之飼料組合物。
本文中，術語“天然矽片(NSP)”係指，一種藉由使用一端胺-曼尼斯寡聚物做有機高分子脫層劑，將經澎潤之蒙脫土直接脫層，繼而以鹼金屬陽離子或鹼土金屬陽離子進行置換而得到的奈米矽片，具有雙層平板或二片組成一個單位的結構、平均片徑大小為約100×100×1nm3、表面積為約200~800m2/g、離子電荷密度為約5,000~20,000離子/片，水溶液之等電點(isoelectric point,IEP)出現在pH=6.4。
本文中，“禽畜類動物”係指，經人工豢養的鳥類(家禽)及經是人類飼養馴化並且可控制繁殖的動物(家畜)。家禽類包括(但不限定於)鴨、雞、鴿子、鵝以及火鳥、鵪鶉等。家畜類包括(但不限定於)豬、牛、羊、馬、駱駝、兔、貓、狗等。
本文中，“呼吸道保護”係指，利用物質或治療對動物鼻、氣管與肺臟產生保護作用。此類保護作用包括，改善禽畜類動物呼吸道組織形態、保護呼吸道黏膜及抑制發炎反應，其中發炎反應是指具有血管系統的活體組織對致炎因子及局部損傷所發生的防禦性為主的反應。
本發明之其他特色及優點將於下列實施範例中被進一步舉例與說明，而該實施範例僅作為輔助說明，並非用於限制本發明之範圍。
以下實施例使用之實驗動物為一日齡雄性白肉雞，購自台一農牧場(台
中，台灣)。依照體重平均分配至各處理組，進行為期5週的試驗。
實施例一、於飼料中添加天然矽片(NSP)改善禽畜類動物呼吸道組織形態
提高增重與採食
將白肉雞分成2組，每組4重複(欄)，每欄5隻雞，分別為：對照組(Control,CON)，餵予基礎飼糧，無添加天然矽片(NSP)；於飼料中添加天然矽片之NSP組，餵予(基礎飼糧+500ppm NSP)。自實驗第0天開始，以每週為單位秤量體重，每日於固定時間點紀錄飼料採食量，並計算體增重及飼料轉換率。結果列示於下表1。
由表1之結果顯示，於飼料添加天然矽片(NSP)能提高雞隻的體增重與採食效率。
降低***物中氨含量及氨氣釋放
由於動物***出的氨氣(ammonia)會傷害禽類呼吸道絨毛，而絨毛受損亦會妨害動物生長，故若能降低***物中氨的含量，不僅可防止呼吸道絨毛受損傷，也有助於禽類生長。因此，於本實例中進一步測試，飼料添加天然矽片(NSP)對於肉雞***物中氨含量及氨氣釋放的影響。於14、21、28、35日齡，每組逢機取8隻作為樣本(每欄2隻)，以塑膠袋固定於雞隻泄殖腔，收集排出糞便4小時，隨即將糞便密封於15mL離心管中。將1gram分裝於另一離心管中，以石蠟膜
(parafilm)封口使其密封，低速離心使其完全沉澱於底部，置於28℃下30分鐘後，以橡膠導管伸入離心管中，橡膠導管另一頭再接氨氣測定儀，於1分鐘內測量氨氣濃度，取最大值。另以市售套組，分析糞便中的氨含量。
由圖1a的結果，在各時間點，於飼料中添加NSP的肉雞組皆顯示，添加NSP能明顯降低肉雞***物中之氨含量；另由圖1b的結果亦顯示，於飼料中添加NSP飼養雞隻，在肉雞25與35天日齡時，皆能降低糞便中氨氣釋放。表示飼料添加天然矽片(NSP)能有效減少肉雞的氨氣排放，可藉此改善造成禽類呼吸道絨毛損傷的有害環境，以達到保護飼養動物呼吸道的功效。
改善呼吸道組織形態
為直接證明飼料添加NSP對於呼吸道組織形態的改善效能，於28日齡採樣，每組逢機取4隻作為樣本，取氣管(Trachea)做成石蠟切片，以H&E染色觀察組織形態，取氣管中段(middle line)測量軟骨層厚度(cartilage thickness)、黏膜層完整性(integrity)、與免疫細胞浸潤(leukocyte infiltration)。
圖2之結果顯示，於飼料添加NSP能夠刺激餵食動物的氣管軟骨增生，並且提高氣管軟骨層厚度。而從圖3之結果顯示，於飼料添加NSP可降低免疫細胞浸潤，使氣管有較緻密與完整的結構，且呈現的上皮細胞整齊排列。相對於無NSP添加的對照組，NSP組動物的氣管黏膜層緻密完整，結構整齊排列，上皮細胞無腫脹，杯狀細胞也無增大(黑色箭頭所示)。
另進一步確認添加NSP飼養動物對於改善氣管黏膜型態的影響。於28日齡採樣，每組逢機取4隻作為樣本，取氣管(Trachea)做成石蠟切片，以過碘酸希夫(Periodic acid Schiff，PAS)染色法，取氣管中段測量黏液分泌(mucin secretion)、黏膜層厚度(mucosal layer thickness)杯狀細胞數目(goblet cell number)。
圖4之結果顯示，於飼料中添加NSP會促進餵養動物之氣管黏膜層厚度增加，而上皮細胞則無腫脹現象。另外，由圖5之杯狀細胞染色結果顯示，飼料
中添加NSP可顯著降低氣管杯狀細胞增生與肥大。杯狀細胞在受到過敏原的刺激或有炎症產生時會迅速增加，同時分泌大量黏液，這是應對感染或過敏而產生的生理反應。由圖4、5之結果，表示於飼料中添加NSP可增強對於動物呼吸道的保護，減低產生發炎或過敏反應。
實施例二、天然矽片(NSP)保護禽畜類動物呼吸道黏膜
於28日齡採樣，每組逢機取4隻作為樣本，刮取氣管(Trachea)黏膜，以qRT-PCR方法分析緊密結合蛋白occludin(OCLN)、黏液蛋白Mucin 2、及抗菌蛋白AvBD1(avian β-defensin 1)、AvBD8與抗菌肽cathelicidin 3(CADLN3)的基因表現。
圖6之結果顯示，於飼料添加NSP會促進提升飼養動物之氣管與肺臟中的緊密結合蛋白occludin含量。緊密結合蛋白(occludin)是一種膜整合蛋白，為組成緊密連接(tight junction,TJ)的主要蛋白質成分之一，並且在緊密連接細胞旁通透性屏障的調節中具有特殊作用。
已知黏液蛋白會在呼吸道疾病，例如哮喘、支氣管炎、慢性阻塞性肺病、囊性纖維化等中過度表現，而由圖7顯示，於飼料添加NSP會降低飼養動物之氣管與肺臟黏液蛋白mucin 2含量。另外，由圖8之結果顯示，於飼料添加NSP可提高飼養動物之氣管與肺臟抗菌蛋白AvBD8的表現量。
綜合上述對於呼吸道黏膜蛋白表現的測試結果，於飼料添加NSP會提高飼養動物之氣管與肺臟抗菌蛋白AvBD8基因表現、降低黏液蛋白mucin 2表現，但對抗菌蛋白AvBD1與CATLN3的含量變化沒影響。
實施例三、天然矽片(NSP)抑制禽畜類動物呼吸道發炎反應
於本實例係進一步檢視，飼料中添加NSP對於飼養動物抗呼吸道發炎的作用。於28日齡採樣，每組逢機取4隻作為樣本，刮取氣管(Trachea)黏膜，以西方吸漬法(Western blot)分析介白素Interleukin-1β(IL-1β)與介白素Interleukin-6(IL-6)的含量。
圖9之結果顯示，以添加NSP之飼料餵養的雞隻(NSP組)，其氣管與肺臟中的介白素-1β(IL-1β)含量，明顯較無添加NSP飼料餵養的雞隻(對照組CON組)低，表示於飼料中添加NSP可降低飼養動物的氣管發炎因子IL-1β產生。此外，由圖10之結果亦顯示，以添加NSP之飼料餵養的雞隻(NSP組)，其氣管與肺臟中的介白素-6(IL-6)含量，明顯較無添加NSP飼料餵養的雞隻(對照組CON組)低，表示於飼料中添加NSP也會降低氣管與肺臟中的發炎因子IL-6產生。
綜合以上的實驗結果，從氣管組織形態上顯示，添加NSP對於飼料餵養的動物的呼吸系統有正面作用：相較於CON組，於飼料中添加天然矽片之NSP組雞隻之氣管黏膜層緻密完整，結構整齊排列，上皮細胞無腫脹，且杯狀細胞無增生與肥大情形；再配合氣管中黏膜蛋白與發炎因子表現的數據，表示NSP可透過改善氣管完整性、促進抗菌肽表達和抑制發炎反應，進而對呼吸道產生有益的保護作用。此外，由***物氨氣含量的測定結果顯示，於飼料中添加天然矽片可有效降低***物中的氨含量及氨氣釋放，藉以改善飼養場環境中會對禽畜類呼吸道絨毛造成損傷的不利條件，並提高禽畜類動物的體增重與採食效率。
雖然以有限數量的實施例說明本發明的實施方式，本領域具通常知識的技術人員仍有可能加以修改或變化，因此本發明的保護範圍應只受專利範圍限制，而非受限於上述實施例。
Claims (6)
- 一種天然矽片(NSP)用於製備禽畜類呼吸道保護劑之用途，其中該天然矽片具有表面積為200~800m2/g及離子電荷物理性質密度為約5,000~20,000離子/片。
- 如請求項1所述之用途，其中該禽畜類呼吸道保護劑係一種飼料添加劑。
- 如請求項1所述之用途，其中該禽畜類呼吸道保護劑係一種呼吸疾病預防性組合物。
- 如請求項1所述之用途，其中該禽畜類呼吸道保護劑係用以改善氣管完整性。
- 如請求項1所述之用途，其中該禽畜類呼吸道保護劑係用以促進氣管與肺臟抗菌肽之基因表現。
- 如請求項1所述之用途，其中該禽畜類呼吸道保護劑係用以抑制呼吸道發炎反應。
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