《Nutrients》：Cold Exposure-Induced Intestinal Dysfunction: Mechanisms, Animal Models, and Nutritional Intervention Strategies
冷暴露（cold exposure）是一种重要环境应激源，可破坏生理稳态并诱导复杂的代谢、免疫、氧化和胃肠道反应。越来越多证据表明，肠道是冷暴露的敏感靶点，但其潜在机制及其相互关系仍未完全阐明。本综述总结并批判性评估当前关于冷暴露诱导肠道功能障碍与适应的证据，重点关注肠道屏障完整性（intestinal barrier integrity）、黏液与消化功能、炎症与氧化反应、细胞焦亡（pyroptosis）相关信号、肠道菌群（gut microbiota）重塑、动物模型及潜在干预策略。啮齿类、猪、禽类和鱼类实验研究表明，冷暴露可诱导肠道形态改变、上皮屏障破坏、通透性增加、紧密连接（tight junction）重塑、黏液与消化功能障碍、炎症激活、氧化应激、细胞凋亡，并在特定条件下诱导炎症小体（inflammasome）相关细胞焦亡。肠道微生物组成和代谢物的同步改变可能与上皮和免疫反应相互作用，尽管这些过程之间的时间与因果关系仍未充分界定。重要的是，肠道对冷的反应高度依赖背景，并随暴露温度、持续时间、模式、物种、营养状态、冷驯化史和既存疾病而变化。实验性结肠炎模型证据进一步提示，在特定条件下受控冷暴露可能促进黏膜修复和抗菌防御，表明冷暴露并非普遍有害于肠道健康。本综述还评估营养与食物来源策略，包括芦丁（rutin）、植物来源制剂、膳食葡萄糖、丁酸钠（sodium butyrate）、维生素D3（vitamin D3）、益生菌（probiotics）、益生元（prebiotics）及其他靶向菌群方法，这些策略在缓解冷相关肠道紊乱方面显示出潜力。最后，讨论主要方法与转化挑战，包括需要标准化冷暴露方案、因果与纵向研究、功能性微生物组分析，以及从动物模型到人类健康的更好转化。总体而言，当前证据支持一个多维且依赖背景的框架来理解冷暴露如何影响肠道稳态，并强调营养和食物来源干预是在寒冷环境条件下维持肠道健康的有前景策略。
1. 引言
冷暴露是需要协调生理适应以维持热稳态的环境挑战。当环境温度低于热中性范围时，哺乳动物通过外周血管收缩、战栗和非战栗产热增加产热并限制散热；棕色脂肪组织（BAT）中解偶联蛋白1（UCP1）依赖的线粒体产热是重要机制。冷驯化可改变战栗与非战栗产热的贡献并诱导多组织代谢适应。若冷暴露强度或持续时间超过适应能力，可影响能量代谢、内分泌、免疫和组织稳态。肠道因整合营养吸收、上皮屏障、黏膜免疫监视和菌群互作，是冷相关生理应激的重要但相对被低估的靶点。
文献检索与选择策略
本综述为叙述性综述，检索PubMed/MEDLINE、Web of Science Core Collection和Google Scholar，最终检索日期为2026年8月15日。检索词涵盖冷暴露、冷应激、冷驯化、低温、冷水浸泡、冷湿应激，以及肠道、肠屏障、通透性、紧密连接、MUC2、肠道菌群、炎症、氧化应激、焦亡、产热、营养、食物源生物活性化合物和营养干预等。纳入人类或实验模型中冷/低温暴露并报告肠道结构或功能、上皮或黏液屏障、消化、免疫、氧化、菌群或干预结局的研究；仅关注全身冷耐受或非肠道结局的研究不作为直接肠道保护证据。因属叙述性综述，未进行正式偏倚评分或定量合成，证据按实验模型、暴露方案、结局和机制或因果支持程度解释。
2. 冷应激诱导肠道屏障功能损伤的机制
冷暴露可通过增加产热和代谢需求、区域血流重分布、氧化应激、神经内分泌反应和免疫调节扰动肠道整合系统。冷诱导的血流动力学重分布可直接改变肠道灌注：健康人全身皮肤冷却降低腹腔和肠系膜上动脉血管传导，新生儿仔猪环境冷应激增加肠道血管阻力并减少小肠血流和氧输送，心输出量向产热组织重分布。氧供减少与需求增加不匹配可致黏膜缺氧和微循环障碍，损害上皮能量代谢与屏障完整性。现有证据支持冷暴露影响多个相互关联的肠道稳态组件，但精确时间与因果关系尚待确立。
2.1 物理屏障：上皮损伤、通透性改变与紧密连接重塑
肠道物理屏障由上皮细胞和紧密连接等构成，闭锁小带-1（ZO-1）和claudins参与旁细胞通透性调控。急性冷束缚水浸应激小鼠出现肠黏膜损伤、通透性增加、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）升高和菌群多样性降低。白细胞介素-6（IL-6）敲除可减轻上皮损伤、部分保留杯状细胞和屏障功能，并减少与线粒体凋亡诱导因子（AIF）相关的凋亡。慢性4 °C、每日3 h、持续10天可致结肠结构和紧密连接破坏，伴炎症、未折叠蛋白反应、凋亡和氧化应激，沉默信息调节因子1（SIRT1）受抑、p65乙酰化增强、核因子E2相关因子2（Nrf2）相关抗氧化反应受影响。肉鸡16 ± 1 °C暴露72 h增加空肠ZO-1基因表达但循环内毒素升高，提示紧密连接重塑未必代表屏障功能改善；12 ± 1 °C暴露4–12 h降低绒毛高度和绒毛/隐窝比，增加冷诱导RNA结合蛋白（CIRP）、Toll样受体4（TLR4）、肌醇需求酶1（IRE1）、葡萄糖调节蛋白78（GRP78）和核因子κB（NF-κB）。芦丁可改善绒毛/隐窝比、抗氧化能力、claudin-1和ZO-1表达并抑制TLR4/NF-κB。总体而言，冷诱导ZO-1和claudins变化并非单向，需结合通透性、定位和转位等功能指标区分病理破坏与适应重塑。
2.2 化学屏障：黏液层与消化功能改变
化学屏障由黏液、黏蛋白、抗菌分子和消化成分构成，黏蛋白2（MUC2）由杯状细胞持续分泌，形成宿主上皮与菌群间的动态界面。冷湿应激小鼠黏液层显著减少，Muc2和杯状细胞减少，菌群扰动可加重该变化。急性冷束缚水浸应激减少十二指肠、空肠和回肠杯状细胞；而重复严重冷暴露（?20 °C、每日20 min、2周）在耐缺氧小鼠中增加结肠杯状细胞体积分数和黏液产生，提示可能为适应反应。冷湿应激多组学提示黏膜菌群尤其Lactobacillus reuteri和宿主氨基酸代谢与Muc2表达及胃肠功能障碍相关，整合模型预测Muc2的调整R
2为75.0%，但该关联不能解释为直接因果。冷痛刺激健康志愿者可延迟胃排空并引起胰蛋白酶双相变化。冷湿应激小鼠蔗糖酶和乳糖酶活性增加，菌群活性改变；猪模型中胰蛋白酶活性随品种和冷适应能力而异。总体而言，冷暴露对化学屏障呈背景依赖性重塑。
2.3 免疫屏障：先天免疫、炎症信号与细胞焦亡激活
冷应激可激活肠道免疫。连续14天冷胃水小鼠通透性增加，结肠转录组显示免疫相关过程广泛激活，包括细胞因子–受体互作、白细胞迁移、B细胞活化、补体、IgA产生及Th1/Th2/Th17分化，同时菌群多样性降低、Proteobacteria增加。慢性4 °C、每日3 h、3周小鼠回肠TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-18、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、环氧化酶-2（COX-2）和高迁移率族蛋白B1（HMGB1）升高，TLR4/髓样分化因子88（MyD88）/NF-κB和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号激活，焦亡相关通路增强。TLR4并非被低温直接激活，而可能由上皮损伤、氧化应激、菌群改变和内源危险信号二次刺激。MAPK的细胞外调节蛋白激酶（ERK）、c-Jun N末端激酶（JNK）和p38分支可整合应激信号。NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3（NLRP3）炎症小体、凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和caspase-1参与IL-1β/IL-18成熟及消皮素D（GSDMD）裂解。慢性冷暴露可激活NLRP3/ASC/caspase-1及caspase-11通路。肠道炎症与上皮损伤可能双向强化，但因果顺序仍未完全确定；需区分病理炎症与生理性冷适应。
2.4 肠道菌群：冷应激诱导的菌群失调与宿主–菌群互作
急性冷束缚水浸应激降低菌群多样性并增加需氧革兰阴性菌，其丰度与肠损伤严重程度相关。慢性4 °C、每日3 h、3周改变菌群多样性和组成，Lactobacillus、Romboutsia、Corynebacterium、Turicibacter等变化与炎症和焦亡相关。冷胃水14天改变菌群结构和代谢物谱，Proteobacteria增加。短链脂肪酸（SCFAs）是微生物代谢与宿主生理的重要连接。7 °C、每日3 h、10天在活跃期冷暴露增加盲肠pH、降低总SCFA和乙酸并抑制蠕动，提示昼夜相位影响冷反应。冷暴露与菌群互作呈双向：冷刺激促进肝胆固醇向胆汁酸转化、增加粪胆汁酸排泄、改变菌群并促进适应产热；猪源粪菌移植可影响小鼠体温稳定及UCP1和PPARγ辅激活因子-1α（PGC-1α）。果蝇中菌群耗竭降低10 °C存活，Klebsiella michiganensis BD177回补恢复抗冷并涉及精氨酸/脯氨酸代谢。鸡早期冷应激后菌群持续差异，盲肠单胺类神经化学物质与菌群相关。菌群变化不应一概视为病理失调，未来需纵向宏基因组、代谢组和因果操纵研究。
3. 研究冷暴露诱导肠道功能障碍的动物模型
动物模型可在控制温度、时长、频率、饮食和遗传背景条件下研究冷暴露的生理、代谢、免疫和肠道后果，但不同物种热调节能力、体表面积、代谢率和肠道生理差异大，单一模型无法复制全部肠道冷反应。
3.1 小型哺乳动物模型
3.1.1 小鼠
小鼠常用于冷诱导肠道反应和全身冷适应研究。急性冷束缚水浸应激致严重黏膜损伤、通透性增加、TNF-α升高和菌群多样性下降，但该模型混合寒冷、浸水和束缚。4 °C、每日3 h、10天或3周模型显示结肠结构损伤、紧密连接破坏、炎症、凋亡、氧化应激、内质网应激、菌群改变和焦亡通路激活。小鼠也用于研究UCP1、PGC-1α、活化转录因子4（ATF4）、成纤维细胞生长因子21（FGF21）及胆汁酸–菌群–产热轴，并可结合IL-6、SIRT2等基因敲除进行机制验证。局限在于小鼠依赖非战栗产热，4 °C结果不宜直接外推至人类或家畜，常规饲养温度也可能造成慢性热挑战。
3.1.2 大鼠
大鼠适用于胃肠生理、上皮增殖、消化功能和冷适应研究。慢性冷应激降低隐窝基底上皮细胞增殖，改变DNA沿隐窝–绒毛轴分布，增加肠腔亚硝酸盐和蛋白浓度、髓过氧化物酶活性和肥大细胞数。刷状缘膜组成改变，碱性磷酸酶、乳糖酶和亮氨酸氨基肽酶活性增加而蔗糖酶降低。4 °C、每日6 h、14天可出现生理性冷适应。小鼠更利于遗传操作，大鼠更利于胃肠生理和消化功能研究。
3.2 大型哺乳动物模型
3.2.1 猪
猪因营养和生理相关性高、品种冷适应差异明显而适合冷暴露肠道研究。耐冷民猪与敏感约克夏猪在7 °C慢性冷暴露中表现不同：约克夏猪氨基酸转运和消化功能受损，民猪较稳定。8 ± 3 °C、22天约克夏猪出现空肠和回肠黏膜病变、Occludin降低和免疫稳态改变，膳食葡萄糖部分缓解。慢性冷暴露还改变糖脂代谢、菌群和结肠黏膜免疫。猪模型适合转化营养研究，但成本高、样本量小且受品种、年龄、体重和饲养条件影响。
3.2.2 绵羊及其他大型反刍动物
绵羊等反刍动物消化生理以瘤胃发酵为主。约?1至1 °C与18–21 °C比较28天，绵羊降低干物质和有机物表观消化率，改变瘤胃周转，增加肠道消化对全消化道营养利用的相对贡献。牛长期冷暴露研究显示生理应激、盲肠菌群和微生物代谢途径变化。此类模型适合研究饲料利用、瘤胃发酵、氮代谢和能量分配，但不利于分离小肠上皮屏障分子机制。
3.3 禽类模型
肉鸡是环境冷应激常用畜禽模型。16 ± 1 °C、72 h可改变生长性能、增加循环内毒素并改变空肠Occludin、ZO-1、iNOS和腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）表达；12 ± 1 °C、4–12 h降低绒毛高度和绒毛/隐窝比，增加CIRP–TLR4–IRE1相关信号、炎症介质和紧密连接相关基因。间歇温和冷刺激可提高后续急性冷挑战的抵抗力。禽类模型既可研究冷诱导肠道损伤，也可研究冷驯化，但年龄、发育阶段、饲养密度、饮食和品种影响显著。
3.4 鱼类模型
3.4.1 黄颡鱼
黄颡鱼对低温敏感，冷应激增加葡萄糖和甘油三酯消耗，增强胆固醇作为替代能源的利用，并改变产热、氧化磷酸化、内质网蛋白加工及碳水化合物、脂质、氨基酸和核苷酸代谢。冷暴露还改变肠道微生物群落，降低微生物丰度并增加潜在致病菌。
3.4.2 其他鱼类模型
长吻鮠在4 °C、26 °C或32 °C暴露后，冷暴露降低肠道微生物丰富度，改变群落组成，增加Aeromonas和Acinetobacter等潜在机会致病菌，并改变能量代谢和细胞维持相关预测功能。银鲳用于模拟18 °C至6 °C冬季降温，显示摄食活动、肠道微生物组成和群落组装变化。鲤在4 °C与25 °C比较显示肠道菌群显著重构，并涉及抗生素抗性基因。尼罗罗非鱼逐步从24 °C降至14 °C可降低核心温度和通气率，并改变氧化和线粒体参数。鱼类模型适用于温度依赖代谢和微生物适应研究，但外温与恒温生理差异明显，低温应相对物种最适温度解释。
3.5 冷暴露动物模型的比较与选择
各模型互补而非层级关系。小哺乳动物适合机制研究，大型哺乳动物尤其猪适合生理营养和品种适应研究，禽类适合家禽生产及病理–驯化转变研究，鱼类适合外温动物温度依赖代谢和微生物生态研究。绝对暴露温度不能跨物种直接比较，应按物种热中性或最适温度范围描述，并报告年龄、性别、基础温度、暴露温度、时长、频率、湿度、饲养条件、摄食状态、核心温度和冷驯化史。小样本研究需谨慎解释阴性结果。
4. 冷暴露诱导肠道功能障碍的干预策略
冷暴露肠道功能障碍涉及屏障破坏、氧化应激、炎症、消化改变和菌群失调，单一靶点干预可能不足。策略包括复温、食物源生物活性化合物、营养和菌群靶向干预及受控冷驯化，但证据异质，需区分直接冷肠模型证据与其他应激模型证据。
4.1 复温与热恢复
快速恢复核心温度是临床显著低体温的基础治疗，可用被动或主动外部复温、加温静脉液、加热湿化氧、灌洗和体外复温。复温并非生物学中性过程，可能改变组织氧合、微循环、线粒体活性、活性氧氮和凋亡，导致短暂氧化应激或再灌注样损伤。直接证明特定复温方案预防冷诱导肠损伤的证据仍有限，复温目前应视为全身低体温支持措施而非肠道特异性策略。
4.2 食物来源生物活性化合物与药食同源物质
4.2.1 芦丁
芦丁是研究较充分的食物源化合物。4 °C、每日3 h、21天小鼠给予150 mg/kg芦丁可改善回肠绒毛/隐窝比、抗氧化能力、胰蛋白酶活性，抑制TLR4/NF-κB，恢复claudin-1、occludin和ZO-1，并部分纠正菌群紊乱。肉鸡冷应激中膳食芦丁改善生长和肠屏障、降低丙二醛（MDA）、抑制NF-κB并调节盲肠菌群。仍需剂量–反应和跨物种验证。
4.2.2 藿香正气散（HXZQS）：药食同源复方
HXZQS在冷湿和高湿诱导胃肠功能障碍模型中加速恢复，改变消化酶和菌群组成，富集Lactobacillus并恢复微生物互作网络。PacBio HiFi全长16S rRNA测序和氨基酸代谢组学显示HXZQ恢复黏液屏障，增加Lactobacillus reuteri、减少Helicobacter，并涉及谷氨酸和天冬氨酸代谢。该证据来自冷湿胃肠功能障碍模型，且复方成分复杂，难以归因于单一化合物。
4.2.3 山楂及其他新兴植物来源干预
山楂富含黄酮和酚酸。高海拔冷应激肉鸡中，山楂提取物提高血清超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）活性，降低异嗜细胞/淋巴细胞比等氧化炎症指标，但直接肠道结局证据不足。白藜芦醇和槲皮素具生物学合理性，但尚需在冷暴露肠道模型中直接验证；来自热应激、氧化应激或代谢病模型的证据应与冷暴露证据区分。
4.3 饮食与菌群靶向干预
4.3.1 膳食葡萄糖与能量供应
慢性冷应激猪模型中，膳食葡萄糖补充减轻约克夏猪小肠黏膜损伤，降低TLR4、MyD88、NLRP3、cleaved caspase-1、成熟IL-1β和HMGB1表达。其作用未必是直接抗炎，可能通过增加可利用能量、减少产热组织与肠道间代谢竞争而支持上皮维持。
4.3.2 丁酸钠
丁酸钠是结肠细胞重要能量底物，并调节屏障、免疫、线粒体代谢和炎症信号。10 ± 1 °C、48 h肉鸡模型中，丁酸钠减轻氧化应激并抑制NLRP3/caspase-1相关焦亡，提示对冷诱导肠损伤有保护作用，但菌群调节、上皮代谢和直接炎症小体调控的相对贡献尚未完全分离。
4.3.3 丁酸钠联合维生素D
316 ± 1 °C、72 h肉鸡中，1 g/kg丁酸钠联合2000 IU/kg维生素D
3改善平均日增重，降低血清内毒素和回肠IL-1β，增加IL-10和Nrf2，部分稳定菌群并改善回肠形态及屏障、抗氧化和黏膜免疫相关基因。因二者联合给药，独立贡献和交互作用尚不能完全区分。
4.3.4 益生元与益生菌
抗性淀粉益生元和商业益生菌在冷应激联合E. coli挑战肉鸡中影响体重、饲料转化和死亡率，但并非所有处理均一致有益。因模型包含感染挑战，不能直接解释为对单纯冷诱导肠损伤的保护。未来应在标准化冷暴露下评估明确菌株、益生元底物和后生元。
4.3.5 菌群靶向移植
粪菌移植可直接检验菌群是否因果参与冷适应。将不同猪品种粪菌移植给小鼠后，可改变肠道菌群、代谢物、SCFA和部分肠道功能。但保护性“冷适应菌群”的鉴定困难，因菌群随宿主、品种、饮食、地点和饲养环境变化，明确菌群和后生元可能更易转化。
4.4 冷驯化与环境管理
受控重复温和冷刺激可在严重冷暴露前诱导产热、抗氧化、神经内分泌和免疫适应。肉鸡发育期约低于常规3 °C的间歇温和冷刺激改善后续急性冷挑战反应，减少肠道炎症细胞浸润和结构损伤，降低TLR4/MyD88/NF-κB激活。效果依赖降温幅度、时长、频率、发育阶段和恢复间隔。农业上应结合环境管理，维持适宜温度、减少骤变、改善保温和通风并保证能量供应。
4.5 证据强度与转化考量
直接冷–肠证据目前以芦丁、膳食葡萄糖、丁酸钠、丁酸钠联合维生素D
3及HXZQ/HXZQS相对较强；益生菌、益生元、山楂等为间接或模型依赖证据；白藜芦醇和槲皮素需更多直接验证。干预研究终点不统一，生长性能、血清氧化标志或炎症细胞因子改善不等于肠道功能恢复。未来应整合组织学、通透性、紧密连接定位、黏液完整性、消化功能、菌群组成与功能、炎症信号和全身恢复，并开展剂量–反应和长期安全性研究。
5. 结论与未来展望
冷暴露不应被视为对肠道内在有害的刺激。其肠道效应高度依赖背景，可从病理损伤到适应重塑，特定条件下甚至有益预适应。严重或长期冷暴露可损害上皮完整性，改变黏液和消化功能，增强氧化和炎症反应并扰动菌群；受控或间歇温和冷暴露可促进生理适应并提高后续冷应激耐受。实验性结肠炎模型提示特定条件下冷暴露可保护上皮完整性并促进黏膜再生和抗菌防御。未来需标准化且生理相关的冷暴露方案，纵向评估损伤、适应和恢复，区分原发肠道效应与全身血流动力学、代谢和热调节继发效应，加强宿主–菌群因果验证、统计功效和功能性肠道终点，并进一步评估营养和食物源干预的剂量、安全性和转化价值。
