The Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.7 No.2 2018

総CONTROL OF STRESS RESPONSES USING DIETARY FUNCTIONAL NUTRIENTS

説

機能性栄養素を用いた家畜のストレス制御による生産性の向上
佐藤幹 1、大津晴彦 2、松下浩一 3、青木直人 1［要1

国立大学法人東京農工大学農学研究院

2

農研機構畜産部門

3

山梨県畜産酪農技術センター

東京都府中市

茨城県つくば市
山梨県中央市乙黒

約］

現在、家畜は育種改良によってその生産性を飛躍的に増加させている。一方、その飼養体系はその遺伝的能力を十分に発揮させるものとはなっていない。さらには、家畜の受ける様々なストレスもその生産性を低下させる要因となる。
栄養は、摂取、消化、吸収、輸送、代謝、同化と異化、そして排出の一連のプロセスを経て、家畜の生産性に寄与する。さらには、栄養は遺伝子発現などの代謝調節因子としても機能している。我々は、栄養素を分子として捉え、それにより様々な代謝調節を制御して、家畜の生産性を改善することを試みている。ストレスに対する応答制御もその一つである。
家畜には感染、環境、酸化ストレスなどの様々なストレスが存在し、生産性や生産物の質の低下を引き起こす要因となっている。本稿では、我々がこれまで行ってきた①ブロイラーの免疫調節、採卵鶏の暑熱ストレス緩和、③乳牛の酸化ストレス低減、の 3 つの観点からのストレス低減による生産性の向上を解説する。
キーワード：栄養、免疫、ストレス、ニワトリ、乳牛

はじめに感染や免疫ストレスに対する栄養制御

家畜は様々なストレスに曝され、その生産性

家畜における感染応答や免疫応答は異化代謝の低下を引き起こしているだけでなく、時にはを盛んにするとともに、飼料摂取量の減少など死にも至る状況となることもある。さらには、を引き起こし、生産性を低下させる大きな要因

育種改良により生産性を飛躍的に増加させていになるとともに、家畜の斃死を引き起こす。特る家畜にとって、生産に由来するストレスも存に、肉用鶏はライフスパンが短く、鶏肉におけ在する。我々は、これまで栄養を分子として捉る抗生物質などの残存が問題になるため、また、え、その栄養素が制御する代謝に着目した「分世界的に飼料への成長促進を目的とした抗生物子栄養」の領域を畜産に応用してきた［7］。本

質の添加が禁止される流れから、それに代わる稿では、機能性栄養素を用いた家畜のストレス技術開発が求められている。これには、動物生制御による生産性の改善に関する一例として、体の持つ免疫を賦活化し、感染に対する防御を

免疫ストレス、暑熱ストレス、そして酸化スト増強することが有効な方法の一つであると考えレスを制御する栄養分子を解説していく。

られる。
免疫系において重要なサイトカインである
TNF- α は、肉用鶏のゲノム上には存在しない

受理：2018年4月25日－ 57 －

家畜感染症学会誌
7 巻 2 号 2018

機能性栄養素を用いた家畜のストレス制御による生産性の向上［8］。すなわち、肉用鶏の免疫系を評価およびは肉用鶏において、飼料へ 100ppm の MGN-3

制御することを考えた場合、他の哺乳動物とはを添加すると、成長を損なうことなく、体内の異なる指標を用いなければいけない。我々は、免疫能を向上させることを明らかにしている哺乳動物の TNF- α の代わりを鳥類では TL1A

［5］。すなわち、MGN-3 は増体や飼料効率に影が担っていることを発見した［9］。この指標を響 を 与 え な い も の の、 脾 臓 の cluster of

用いることにより、鳥類の免疫能を制御する栄

differentiation 3（CD3）、interleukin（IL）-2

養素を探索することができるようになった。

および interferon（IFN）- γ の発現量を上昇さ

一方で、体内の持つ免疫能を大きく賦活化す

せるとともに、脾臓単核細胞の幼若化反応を増ると、感染症やそれに伴う斃死は減少するもの加させた（図 1）。さらには、大腸菌リポ多糖の、体内の代謝が異化的な方向に進むため、骨（LPS）を投与すると脾臓や腸管の炎症応答分格筋タンパク質の合成は抑制され、食肉の生産

子の mRNA 発現は上昇するのに対し、MGN-3

性は低下する。すなわち、生産性の低下を伴わを給与した鶏ではその上昇が抑制されていたない程度の弱い免疫賦活化（mild induction）（図 2）。以上の結果から、MGN-3 の混餌給与は、を誘導する栄養素の添加が肉用鶏の生産には適肉用鶏の成長を抑制することなく、少なくとも切であるといえる。この誘導を引き起こす栄養大腸菌に対する抵抗性を改善する栄養素である素の報告は多数存在するが、ここでは我々が見ことが明らかとなった。

出した生産に適切な免疫制御分子である米ぬか
由来アラビノキシラン誘導体、5- アミノレブリ（2）5- アミノレブリン酸（5-ALA）

ン酸、そして腸管に定着性のある乳酸菌種に関

5- アミノレブリン酸（5-ALA）はポルフィリ

して解説する。

ン経路の出発物質でありスクシニル CoA とグ
リシンの複合体からなるヘムの前駆物質であ（1）米 ぬ か 由 来 ア ラ ビ ノ キ シ ラ ン 誘 導 体る。我々は、5-ALA が弱い酸化ストレスを誘（MGN-3）

導することに注目し、免疫制御因子として機能

米ぬか由来アラビノキシラン誘導体（MGN-

するかどうかを明らかにすることを試みた［6］。

3）は、米ぬか由来のヘミセルロースをマッシュ

まず、光合成細菌由来の 5-ALA を飼料中に添ルーム由来酵素で加水分解したものであり、キ加すると、濃度依存的に脾臓の CD3 の mRNA

シロースが主鎖でアラビノースポリマーが側鎖

発現量が上昇した。同様に、0.001 あるいは 0.01%の構造を持った物質である。消化管からはそのの 5-ALA を添加した飼料を給与した脾臓単核

ままの形ではほとんど吸収されないが、吸収さ細胞の幼若化反応は対照群に比べて増加した可能性などが哺乳動物で報告されていた。我々

5-ALA は抑制した（図 4）。また、5-ALA 添加

9. Takimoto, T., Sato, K., Akiba, Y., Takahashi, K. 2008. Role of chicken TL1A on inflammatory

responses and partial
characterization of its receptor.
Journal of Immunology
180:8327-8332.
れたわずかな分子が、NK細胞を活性化させる（図 3）。さらには、LPSで刺激した炎症応答を
図表

図1

 GN-3を給与したブロイラーの脾臓における免疫関連因子のmRNA発現と脾臓単核球細胞の幼M
図1 MGN-3を給与したブロイラーの脾臓における免疫関連因子のmRNA発現と脾臓単核若化反応（ConA）
14日間MGN-3を給与したブロイラーの脾臓から採取したサンプルを分析した（n=6）
球細胞の幼若化反応(ConA)

14日間MGN-3を給与したブロイラーの脾臓から採取したサンプルを分析した(n=6)－ 58 －

球細胞の幼若化反応(ConA)
14日間MGN-3を給与したブロイラーの脾臓から採取したサンプルを分析した(n=6)

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Vol.7 No.2 2018

図2

CONTROL OF STRESS RESPONSES USING DIETARY FUNCTIONAL NUTRIENTS GN-3を給与してLPS（E. coli LPS（serotype 0127:B8）投与2時間後のブロイラー脾臓における免M
図2 MGN-3を給与してLPS(E. coli LPS (serotype 0127:B8)投与2時間後のブロイラー脾臓
疫関連因子のmRNA発現
14日間 MGN-3を給与したブロイラーに1.5mg/kg体重LPSを投与して2時間後に脾臓を採取し、分における免疫関連因子のmRNA発現
析した（n=6）14日間MGN-3を給与したブロイラーに1.5mg/kg体重LPSを投与して2時間後に脾臓を採取し、分析した(n=6)

飼料を給与した区の体重は対照区に比べて有意

給与でヒナの増体には影響を与えなかった。

に大きく、血漿中の過酸化脂質濃度の指標であ

よって、本菌の給与によるこれら結果は、生産

るチオバルビツール酸反応物質（TBARS）濃性に大きな影響を及ぼすことなく、初生ヒナの度が高くなった。以上の結果から、0.001%5-

免疫能を活性化し、抗生物質の代替として感染

ALA 給与は、弱い酸化ストレスを通じて肉用症を減少させる可能性が示唆された。

鶏の免疫能を活性化して、成長を改善すること

暑熱ストレスに対する栄養制御が示された。

暑熱は採卵鶏において、産卵量の低下および（3）乳酸菌

卵殻質の悪化、破卵率の増加を誘発する。特に、ニワトリヒナは、孵化直後の免疫能が弱く、卵殻質の悪化が採卵鶏における生産性の低下を

残存卵黄由来の移行抗体によって感染防御を引き起こす。すなわち、卵殻質の低下は破卵率行っており、孵化後約 2 週間で発達していく。

の増加を引き起こし、最終的に収益の低下をもすなわち、孵化直後のヒナにおける免疫、特にたらす。この現象は、主に血中の酸塩基バラン

最初の感染経路である腸管の免疫能を発達させ

スの変調と血中カルシウム（Ca）イオン濃度

ることが、ヒナにおける感染を防除するには重の減少に起因し、これはそれぞれ暑熱による過要となる。

呼吸と飼料摂取量の低下により誘導される。ま乳酸菌などの生菌剤はこれを実現するためのた、産卵量の低下は、飼料摂取量の低下ととも

一つのツールである。我々は、有効な乳酸菌をに、体内の免疫応答の低下や酸化ストレスの増選択するために、TLR-2 のシグナリングを指加、いわゆる暑熱ストレスそのものが一因とし標として選抜し、その乳酸菌を初生ヒナに給与て影響していると考えられている。

して、腸管免疫の発達を誘導することを試みた

そこで、我々はこの改善策として、（1）飼料［4］。 な か で も、L.gasseri TL2919 は、7 日 齢

中 Ca 含量及び Ca 代謝を調節するビタミン Dの 腸 管 に お け る IL-2 お よ び IFN- γ の mRNA

（VitD）含量の調整、（2）飼料中食塩含量の調発現量を上昇させた（図 5）。一方で、本菌の整および重曹添加により、暑熱による卵殻質悪－ 59 －

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7 巻 2 号 2018

機能性栄養素を用いた家畜のストレス制御による生産性の向上

図3
図35-ALAを給与したブロイラーの脾臓におけるmRNA発現量と脾臓単核細胞の幼若化

5-ALAを給与したブロイラーの脾臓におけるmRNA発現量と脾臓単核細胞の幼若化反応
反応
図3 5-ALAを給与したブロイラーの脾臓におけるmRNA発現量と脾臓単核細胞の幼若化
10日間5-ALAを給与したブロイラーの脾臓から採取したサンプルを分析した（n=6）

10日間5-ALAを給与したブロイラーの脾臓から採取したサンプルを分析した(n=6)
反応10日間5-ALAを給与したブロイラーの脾臓から採取したサンプルを分析した(n=6)

図4

E. coli LPS(serotype0127:B8)投与3時間後のブロイラー脾臓
図4 5-ALAを給与してLPS(
5 -ALAを給与してLPS（E. coli LPS（serotype
0127:B8）
投与3時間後のブロイラー脾臓における
E.
coli
LPS
(serotype0127:B8)
投与3時間後のブロイラー脾臓
5-ALAを給与してLPS(
図4
免疫関連因子のmRNA発現における免疫関連因子のmRNA発現
10日間5-ALAを給与したブロイラーに1.5mg/kg体重LPSを投与して3時間後に脾臓を採取し、分における免疫関連因子のmRNA発現
10日間5-ALAを給与したブロイラーに1.5mg/kg体重LPSを投与して3時間後に脾臓を採取し、
析した
（n=6）
10日間5-ALAを給与したブロイラーに1.5mg/kg体重LPSを投与して3時間後に脾臓を採取し、分析した(n=6)
分析した(n=6)

化・破卵率増加を抑制する技術開発を試みた。

の実証レベル試験を行った。 本研究は、農林

また（3）飼料へのイソマルトオリゴ糖の添加

水産省の委託事業（気候変動プロジェクト）とにより、暑熱による産卵率低下抑制技術の開発して行った。

を行い、（4）それぞれの成果および成果の併用－ 60 －

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Vol.7 No.2 2018

CONTROL OF STRESS RESPONSES USING DIETARY FUNCTIONAL NUTRIENTS

図5 初生ヒナに各種乳酸菌を給与した時の腸管における免疫関連因子のmRNA発現量, control (no addition);, L. jensenii TL2937; , L. gasseri JCM1131T;
図5 初生ヒナに各種乳酸菌を給与した時の腸管における免疫関連因子のmRNA発現量, L. delbrueckii ssp. bulgaricus NIAI B6; , L. gasseri TL2919.

図5

9, control(no addition);
各乳酸菌を10
CFU/kg飼料に添加した(n=5), L. jensenii TL2937;, L. gasseri JCM1131T;

初生ヒナに各種乳酸菌を給与した時の腸管における免疫関連因子のmRNA発現量, L. delbrueckii ssp.
bulgaricus NIAI B6; , L. gasseri TL2919.
（n=5）
各乳酸菌を109CFU/kg飼料に添加した

各乳酸菌を109CFU/kg飼料に添加した(n=5)（1）飼料中 Ca 含量及びビタミン D（VitD）含度を一定にした。すなわち、食塩含量 0.22% の量の調整

飼 料 を 対 照 飼 料 と し、 食 塩 含 量 を 0.11% 〜

日 本 飼 養 標 準 の 要 求 量 は Ca 3.33%・VitD

0.075% まで減少させ、重曹をそれぞれ 0.158%

500IU/kg である。この飼料を対照飼料とし、〜 0.207％添加した 3 種および食塩含量 0.075%、

暑 熱 環 境 下 で、Ca 含 量 を 3.33、3.6、3.8%、

重曹 0.207% に炭酸水素カリウム 0.3% 添加した

VitD 含量を 500、1500IU/kg を掛け合わせた飼料の計 4 種の試験飼料を夏季に産卵鶏に給与

図6 夏季の暑熱環境下における採卵鶏の卵殻強度
合計 6 種の飼料を給与し、卵殻質への影響を検した。その結果、対照飼料給与区に対して、食暑熱時期の卵殻強度を測定した(n=100)

討した結果、Ca 3.6%、VitD 1500IU/kg の飼料

塩含量 0.075%、重曹 0.207% の飼料を給与したを給与することにより、対照飼料給与区に対し区において、産卵率に影響を与えず、卵殻質悪て、卵殻質悪化を抑制できることが示された。

化を抑制できる事が示された。

（2）酸塩基バランスの調整（3）イソマルトオリゴ糖によるストレス改善
図6 夏季の暑熱環境下における採卵鶏の卵殻強度
暑熱による卵殻質の低下は血中の重炭酸イオ
イソマルトオリゴ糖を 0.5g/ 羽 / 日、暑熱環
暑熱時期の卵殻強度を測定した(n=100)ン（HCO3-）濃度の低下に依存する。そこで、境下で産卵鶏に 2 週間給与することにより、そ重曹を飼料に添加してこれを防ぐことを行っの後、適温環境下に戻した際の産卵率が無添加+た。重曹には Na が含まれているため、食塩区に対して高くとともに、卵殻質も改善するこ+の含量を調節することにより、血中の Na 濃とを明らかにした。

－ 61 －

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7 巻 2 号 2018

機能性栄養素を用いた家畜のストレス制御による生産性の向上（4）成果の併用による実証試験（1）ト レハロースの乳牛における生産性および酸化ストレスに対する影響それぞれの成果の実証試験としては、飼料中
Ca・VitD 調整飼料および食塩含量調整重曹添

まず初めに、乳牛の生産性と酸化ストレスに

加飼料の給与で夏季の卵殻質悪化を抑制できる

対するトレハロースの影響を検討した［1, 2,

こと、イソマルトオリゴ糖添加飼料給与により3］。泌乳後期の乳牛を用い、対照区とトレハロー

産卵率低下を抑制できることが確認された。そス 1% 添加区を設定した。まず、トレハロース

れぞれの成果は異なる部分を改善するものであ

給与時の乾物摂取量、泌乳量、乳質を表 1 に示ることから、その併用が可能であることが推察した。乾物摂取量は、トレハロース添加飼料給された。その結果、暑熱環境下における卵殻質

与で、対照区に比べ有意に増加し、乳量も有意悪化は、（1）（2）（3）の併用で抑制できることに増加した。一方、乳質には大きな影響は認めが示された（図 6）。同時に、暑熱環境下におられなかった。よって、トレハロース添加飼料

ける産卵率低下抑制は、1 年鶏で確認された。

は、乳牛の摂取量を増加させ、その結果、生産以上より、暑熱環境下における鶏卵生産を抑性を向上させる効果があることが明らかとなっ制する飼料メニューを提示することができたとた。

考えられる。

次に、トレハロースの持つ独自の機能性が生産物、あるいは生体に及ぼす影響を明らかにす

酸化ストレスに対する栄養制御

ることを試みた。トレハロースの機能性の一つ

乳牛は周産期における分泌組織の急速な分として、抗酸化作用がある。そこで、本研究で化、著しい乳腺の成長、乳の合成と分泌の開始は DPPH ラジカル消去活性およびスーパーオなどの生理的要因によりエネルギー要求量が増

キシドディスムターゼ（SOD）活性より抗酸

大することが知られている。そして周産期に伴化能を、TBARS より過酸化脂質濃度を評価しう代謝変調（例えば代謝疾病、周産期疾病、感た。まず、ルーメン内容物であるが、トレハロー染症、あるいは蹄病に起因する運動器疾病など）

ス給与により DPPH ラジカル消去活性は上昇には酸化ストレスが大きく関わっていると考え

す る 傾 向、SOD 活 性 は 有 意 に 増 加、TBARS

られている。さらには、生体が酸化ストレスには有意に減少した（図 7）。この結果は、トレ曝されることにより、ヘキサナール等の牛乳のハロースの給与により、ルーメン内の抗酸化活

酸化臭が生じるとされている。

性が上昇し、過酸化脂質濃度が低下したことをこれらの問題点を同時に解決する飼料原料と意味している。血液では、SOD 活性には大き
図5 初生ヒナに各種乳酸菌を給与した時の腸管における免疫関連因子のmRNA発現量
して、我々はトレハロースに着目した。ここでな影響は認められなかったものの、DPPH ラジ, control (no addition);, L. jensenii TL2937; , L. gasseri JCM1131T;
は、乳牛の酸化ストレスに対するトレハロース
カル消去活性および TBARS 濃度が有意に変化,
L.
delbrueckii
ssp.
bulgaricus
NIAI
B6;
,
L.
gasseri
TL2919.
の添加効果と生産性に対する影響を解説する。
し、ルーメン内同様の結果を示した（図7）。
9
各乳酸菌を10 CFU/kg飼料に添加した(n=5)
さらには、生産物である乳中の DPPH ラジカ

表1トレハロース添加飼料給与時の乳牛の生産成績
対照区

トレハロース区

乾物摂取量（kg/day）

20.6

21.2*

乳量（kg/day）

20.5

21.2*

3.6

3.6

乳質（%）
蛋白

図6

夏季の暑熱環境下における採卵鶏の卵殻強度
図6 夏季の暑熱環境下における採卵鶏の卵殻強度
暑熱時期の卵殻強度を測定した（n=100）

暑熱時期の卵殻強度を測定した(n=100)－ 62 －

脂肪

4.7

4.8

ラクトース

4.6

4.6

無脂固形分

9.2

9.2

固形分

13.9

14.0

*：対照区に対して有意差あり（p<0.05）。

The Journal of Farm Animal in Infectious Disease
Vol.7 No.2 2018

CONTROL OF STRESS RESPONSES USING DIETARY FUNCTIONAL NUTRIENTS

ル消去活性および TBARS 濃度も血液と同様のwith trehalose results in milk with low lipid peroxideand high antioxidant content. J. Dairy Science.
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［4］ Sato, K., Takahashi, K., Tohno, M., Miura, Y.,
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2008. Role of chicken TL1A on inflammatory
responses and partial characterization of its receptor.
Journal of Immunology 180:8327-8332.

結果を示した（図 7）。すなわち、トレハロー
ス添加飼料は、乳牛の抗酸化活性を上昇させ、酸化ストレスを緩和する強力な資材であることが明らかとなった。
おわりにこれらの研究成果の一部は、すでに現場レベルで実用化されている。今後も、家畜に対するストレスに対して分子栄養という基礎研究用いて制御し、畜産現場で実用化できる応用技術に発展させ、我が国および世界の畜産産業・畜産学の発展に今後も寄与していきたいと考えている。
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Itabashi, H. 2013. Time course of changes inantioxidant activity of milk from dairy cows fed atrehalose-supplemented diet. Animal Science
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Kanda, S., Takahashi, Y., Mitsuzumi, H., Itabashi ,H.
2010. Supplementation of the diet of dairy cows

図7

トレハロース添加飼料給与時の抗酸化活性
図7 トレハロース添加飼料給与時の抗酸化活性
乳牛用飼料に乾物当たり1%のトレハロースを添加した（n=6）。

乳牛用飼料に乾物当たり1%のトレハロースを添加した(n=6)。

表1

トレハロース添加飼料給与時の乳牛の生産成績－ 63 －

乾物摂取量(kg/day)

対照区

トレハロース区

20.6

21.2*

家畜感染症学会誌
7 巻 2 号 2018

機能性栄養素を用いた家畜のストレス制御による生産性の向上

Improvement of animal productions by the control
of stress responses using dietary functional nutrients

Kan Sato1, Haruhiko Ohtsu2, Kouichi Matsushita3, Naoto Aoki1
L aboratory of Animal Science, Department of Biological Production,
Tokyo University of Agriculture and Technology, Fuchu, Japan
2
National Institute of Livestock and Grassland Science, Tsukuba, Ibaraki, Japan
3
Yamanashi Prefectural Livestock Experiment Station, Koufu, Japan1【Abstract】
Recent increase of animal productions is mainly depended on the genetic selection. However, the feeding
system of highly developing animals to substantiate high productivity is not relevant until now. In addition, various
stresses induce the decrease of animal productions.
Nutrition deals with ingestion of foods, digestion, absorption, transport of nutrients, intermediary metabolism,
underlying anabolism and catabolism, and excretion of unabsorbed nutrients and metabolites. In addition, nutritioninteracts with gene expressions, which are involved in the regulation of animal performances. The stress reactionsin animals are also improved by nutrients. The various stresses, such as immune, environment, and oxidative
stress, play the factors to reduce the quality and quantity of animal productions. The present review shows
overviews on the nutritional regulation of metabolism, physiological functions and gene expressions underlying
the various stresses for improvement of animal production in chickens and dairy cows.
Keywords:Nutrition, Immune response, Stress, Chicken, Dairy cow－ 64 －