膽堿在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

■李華偉 姜貝貝 王洪榮

（揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009）

（參考文獻(xiàn)76篇，刊略，需者可函索）

膽堿屬于B族維生素，動(dòng)物能夠外源攝入也能夠內(nèi)源性合成。由于膽堿與蛋氨酸、VB12、葉酸等存在互作，使得膽堿在調(diào)控反芻動(dòng)物生長、生產(chǎn)及發(fā)育方面的作用機(jī)制較為復(fù)雜。另外膽堿及其代謝物如甜菜堿、乙酰膽堿、卵磷脂、鞘磷脂在體內(nèi)參與廣泛的代謝，在甲基供應(yīng)、滲透壓維持、生物膜組成以及神經(jīng)傳導(dǎo)等方面發(fā)揮重要作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，膽堿與癌癥、非酒精性脂肪肝、精神分裂以及機(jī)體健康都具有重要關(guān)系，同位素示蹤技術(shù)與代謝組學(xué)的結(jié)合，使得人們對膽堿功能的了解愈加深入而全面。目前其他學(xué)科研究膽堿代謝的方法及技術(shù)不斷向畜牧學(xué)科進(jìn)行滲透，過瘤胃保護(hù)技術(shù)的出現(xiàn)，使得膽堿在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用越來越廣，研究內(nèi)容逐漸深入。本文從反芻動(dòng)物膽堿消化、吸收、代謝、在反芻動(dòng)物生長中的作用及甲基化調(diào)控方面進(jìn)行資料整理，以期為膽堿在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的科學(xué)使用提供參考。

1 膽堿產(chǎn)品的利用形式及效果

飼喂未經(jīng)包被的氯化膽堿，超過80%被瘤胃微生物降解，因此反芻動(dòng)物生產(chǎn)中膽堿主要以過瘤胃保護(hù)的形式進(jìn)行添加。過瘤胃保護(hù)膽堿（RPC）主要是以氯化膽堿為基質(zhì)，通過長鏈脂肪酸、乙基纖維素、丙烯酸樹脂等材料進(jìn)行包被，通過擠壓膨化、空氣懸浮法、流化床法等方法造粒制成。目前RPC產(chǎn)品在生產(chǎn)工藝、包被材料的使用等方面已經(jīng)成熟，對RPC質(zhì)量的評(píng)估主要關(guān)注過瘤胃保護(hù)效果及其在后腸道的釋放效率，因此對包被材料以及造粒工藝的選擇是產(chǎn)品競爭的關(guān)鍵。受包被材料及加工工藝的影響，RPC的應(yīng)用效果不盡一致。

2 反芻動(dòng)物膽堿的代謝特點(diǎn)

2.1 膽堿的消化

膽堿在瘤胃中被大量降解，使得反芻動(dòng)物攝入的游離膽堿較少（不足日糧膽堿的1%），主要來自飼料中固有的游離膽堿及卵磷脂解離的游離膽堿。游離態(tài)的膽堿在瘤胃液中存在時(shí)間較短，采食后灌注游離膽堿，1 h即可達(dá)到50%～80%的降解率，僅極少量游離膽堿被微生物攝入?？崭箺l件下灌注膽堿，1 h后即可通過呼出氣體回收1/3的膽堿，4 h后膽堿全部轉(zhuǎn)化為甲烷排出；但是飼喂后灌注膽堿，6 h后才有50%的膽堿轉(zhuǎn)化為甲烷。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，游離膽堿在瘤胃中經(jīng)甲烷菌的作用轉(zhuǎn)化為三甲胺，進(jìn)而生產(chǎn)甲烷，并且甲胺與三甲胺經(jīng)由不同微生物及酶系催化生成甲烷，因此通過添加甲胺抑制三甲胺生成甲烷的措施沒有效果。

瓣胃有著較強(qiáng)的膽堿降解能力，過瓣胃的游離膽堿更能夠代表日糧提供的游離膽堿。通過培養(yǎng)瘤胃、瓣胃（固形物+瘤胃液無菌上清）和皺胃內(nèi)容物，進(jìn)行體外膽堿降解試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)瓣胃與瘤胃降解膽堿的能力相當(dāng)，而皺胃幾乎沒有降解膽堿的能力。這意味著日糧源的游離膽堿經(jīng)受瘤胃、瓣胃兩個(gè)階段的微生物降解才能到達(dá)小腸，這也是反芻動(dòng)物游離膽堿攝入較少的原因。游離膽堿被原蟲攝入后生成卵磷脂，降解速度大大降低，避免其在瘤胃中進(jìn)一步降解，確保小腸膽堿供應(yīng)。通過添加14C-膽堿進(jìn)行的飼養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，瘤胃游離膽堿僅有0.44%轉(zhuǎn)化成血液卵磷脂，而小鼠攝入的游離膽堿有37%～54%進(jìn)入到血液及內(nèi)臟組織，說明反芻動(dòng)物經(jīng)日糧攝入的游離膽堿極少。

小腸是膽堿吸收的主要部位，并且膽堿在此存在形式多樣。在微生物及酶作用下，卵磷脂分離出游離膽堿、脂肪酸，游離膽堿可被腸道微生物氧化生成甜菜堿、三甲胺、氧化三甲胺（TMAO）等。目前研究證明，這些小分子有著重要功能，其中TMAO在維持滲透壓、蛋白結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、肉品風(fēng)味、肥胖以及心血管疾病等方面都有重要作用。

2.2 膽堿的吸收

膽堿主要在小腸吸收，主要通過擴(kuò)散和載體轉(zhuǎn)運(yùn)的途徑進(jìn)行吸收。在小腸囊泡間隙，機(jī)體能夠利用小腸絨毛膜囊泡間的空隙及滲透壓的差異，以滲透的形式吸收膽堿。早期研究認(rèn)為，膽堿吸收是通過Na+依賴性吸收，但是Markus Kessler（1978）利用分離的小腸絨毛膜囊泡體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，提高溶液中的Na+強(qiáng)度，并不影響囊泡對膽堿的吸收，說明膽堿在小腸中的吸收也存在主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的途徑。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，膽堿進(jìn)入囊泡需要一個(gè)載體轉(zhuǎn)運(yùn)的過程，且主要在小腸的上段吸收，主要膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體如表1所示。

表1 膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體[20]

2.3 膽堿的代謝

添加膽堿形式不同，對血液膽堿的影響存在顯著差異。在人的研究中發(fā)現(xiàn)，相同添加水平條件下（2.3 g膽堿），以氯化膽堿形式補(bǔ)充，30 min后血液膽堿即可超出正常水平86%，但是4 h后恢復(fù)正常；以卵磷脂形式補(bǔ)充，1 h后血液膽堿上升，但是4～12 h都可以維持較高的血清膽堿濃度，超出對照組265%。反芻動(dòng)物主要以卵磷脂形式進(jìn)行攝取膽堿，與其維持血液膽堿的穩(wěn)定有著重要關(guān)系。

反芻動(dòng)物膽堿周轉(zhuǎn)速度較慢，有助于對抗長期的低膽堿攝入。有研究發(fā)現(xiàn)，綿羊血液膽堿代謝池15.50 d更新50%，而小鼠僅需2.06 d，說明綿羊膽堿代謝速度遠(yuǎn)低于其他單胃動(dòng)物。這可能與綿羊體內(nèi)膽堿與葉酸、蛋氨酸甲基供應(yīng)方面的互相替代作用、膽堿下游代謝物的多途徑補(bǔ)充有關(guān)。

2.4 膽堿的內(nèi)源性合成

反芻動(dòng)物具有強(qiáng)大的內(nèi)源性膽堿合成能力，以維持機(jī)體正常的膽堿代謝。有研究發(fā)現(xiàn)，綿羊膽堿池中由日糧直接攝入的膽堿不及1%，超過99%的膽堿通過內(nèi)源性合成。綿羊肝臟利用磷脂酰乙醇胺生成磷酸膽堿的能力不及小鼠，肝臟微粒體膽堿合成能力僅為小鼠的1/4。綿羊肝臟合成及日糧攝入的膽堿僅能滿足機(jī)體需要的29%，但是小鼠的膽堿合成僅限于肝臟，而綿羊的腎臟、肺、小腸上皮、心、腦以及肌肉均可合成膽堿，使得綿羊內(nèi)源性合成膽堿的總量大大超過小鼠，使其對日糧源膽堿的依賴大大降低。因此在生產(chǎn)過程中，充分調(diào)動(dòng)反芻動(dòng)物內(nèi)源性膽堿合成，即可滿足其膽堿需求。

2.5 膽堿的循環(huán)利用

反芻動(dòng)物皺胃與血液之間存在膽堿的循環(huán)利用。對皺胃卵磷脂來源研究過程中發(fā)現(xiàn)，去原蟲條件下，皺胃卵磷脂含量是瘤胃中的三倍。靜脈注射14C-膽堿后，在皺胃內(nèi)容物中檢測到了大量的14C-卵磷脂，綜上表明，皺胃的分泌物及膽汁返流可能補(bǔ)充了皺胃卵磷脂，唾液-瘤胃-皺胃-小腸和血液之間形成了膽堿的循環(huán)利用，但是關(guān)于皺胃分泌物及膽汁返流供應(yīng)膽堿的比例及生物學(xué)功能，暫未見相關(guān)報(bào)道。

反芻動(dòng)物腸肝循環(huán)是保證膽堿高效利用的重要途徑。綿羊每天由日糧攝入的膽堿為0.17～0.21 mmol，并通過膽汁分泌13 mmol卵磷脂，因此反芻動(dòng)物必須具有強(qiáng)大的再吸收和重新利用能力，以維持機(jī)體膽堿池和膽汁分泌之間的平衡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)門靜脈和降主動(dòng)脈的非酯化膽堿濃度差為11.2 mmol/d，遠(yuǎn)高于日糧供應(yīng)，說明經(jīng)消化道攝入了較多的膽汁源游離膽堿。肝臟每天攝入的游離膽堿約為15.1 mmol/d，與腸道吸收的非酯化膽堿相當(dāng)，從膽堿動(dòng)態(tài)平衡方面再次證實(shí)了膽堿的腸肝循環(huán)。反芻動(dòng)物有80%以上的膽堿經(jīng)腸肝循環(huán)利用，而單胃動(dòng)物僅有不足10%的膽堿經(jīng)膽汁攝入再循環(huán)，因此膽堿的腸肝循環(huán)有助于反芻動(dòng)物耐受長期的低膽堿攝入。

3 膽堿對反芻動(dòng)物生長發(fā)育的影響

3.1 膽堿對肉牛、肉羊育肥的影響

適度添加RPC有提高日增重（ADG）的效果，并且效果因添加時(shí)間存在差異。肉牛育肥過程中添加20 g/d RPC，ADG較對照組增加了8.6%(P＜0.10)，對采食量沒有顯著影響。在高精料日糧（精粗比=9∶1）條件下添加0.25%的RPC，肉牛ADG較對照組提高了11.6%，飼料利用效率提高了6.8%；并且添加RPC有降低大理石評(píng)分的趨勢。在高精料（精粗比=8∶2）條件下，添加RPC對育肥肉羊并沒有達(dá)到相應(yīng)的促生長效果，但是在試驗(yàn)第28 d試驗(yàn)組血液胰島素、游離脂肪酸、生長激素顯著升高（P＜0.05），而試驗(yàn)第56 d并沒有顯著差異，說明添加RPC的效果與動(dòng)物品種、添加時(shí)間有關(guān)。

3.2 膽堿對奶牛泌乳及繁殖的影響

添加RPC有提高產(chǎn)奶量的效果。與對照組相比，添加RPC能夠提高7%的產(chǎn)奶量、校正乳產(chǎn)量，但是也有報(bào)道添加RPC對奶牛產(chǎn)奶量沒有積極效果。對RPC添加效果的差異可能受試驗(yàn)?zāi)膛５捏w況分、試驗(yàn)動(dòng)物的一致性、試驗(yàn)動(dòng)物品種、泌乳階段及試驗(yàn)持續(xù)的時(shí)間等多方面的影響。

添加RPC對乳品質(zhì)的影響不盡一致。膽堿是組成卵磷脂的重要成分，并參與脂肪的代謝運(yùn)輸，因此添加膽堿有促進(jìn)乳腺中脂質(zhì)的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)并促進(jìn)乳脂合成的作用。研究表明，添加RPC有提高乳脂、乳蛋白、乳糖、總固形物的作用，但是也有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，RPC后對上述指標(biāo)并沒有顯著影響。

RPC有改善奶牛機(jī)體代謝的作用，但是對繁殖沒有顯著的改善。在泌乳前期，由于奶牛采食量上升緩慢，為滿足泌乳需要，動(dòng)用大量體脂，造成血中酮體增加，形成臨床或亞臨床酮病。添加RPC有降低和預(yù)防脂肪肝綜合征的作用，但是對于產(chǎn)褥熱、子宮炎、胎衣不下和降低死亡率方面并沒有積極效果，無法改善因能量負(fù)平衡造成的奶牛受胎率低下的問題。

3.3 膽堿對母體的影響

在妊娠階段，胎兒體內(nèi)的游離膽堿濃度是母體的6～7倍，因此妊娠對母體的膽堿供應(yīng)需求較高，隨雌激素濃度的升高，機(jī)體內(nèi)源性合成的膽堿需求增大，對肝臟帶來巨大壓力。在胎兒生長過程中，從母體血液到胎兒，形成了梯度膽堿供應(yīng)系統(tǒng)，其中臍帶血中游離膽堿濃度約為母體的3倍，伴隨著胎兒生長，母體的雌激素、雄激素分泌增加，內(nèi)源性膽堿合成增加，但是產(chǎn)后數(shù)天內(nèi)逐漸恢復(fù)正常。受胎兒對膽堿需求的影響，母體的內(nèi)源性膽堿合成加強(qiáng)，對蛋氨酸、葉酸的需求增加，因此妊娠階段補(bǔ)充膽堿、蛋氨酸以及葉酸等甲基供體，將有助于改善奶牛的代謝。

3.4 膽堿對胎兒發(fā)育的影響

膽堿對神經(jīng)傳導(dǎo)、神經(jīng)管發(fā)育以及血管內(nèi)皮的生長都具有重要作用；在胎兒階段供應(yīng)充足的膽堿，影響后期的認(rèn)知能力。在胎兒發(fā)育階段補(bǔ)充膽堿，有助于保障腦部發(fā)育，圍產(chǎn)期和新生兒補(bǔ)充膽堿，有助于預(yù)防衰老性記憶功能衰退以及降低神經(jīng)毒物的損害；抑制膽堿攝入及代謝，將造成神經(jīng)管畸形。腦部發(fā)育過程中，磷酸膽堿缺乏容易造成認(rèn)知障礙。對于膽堿影響胎兒神經(jīng)發(fā)育影響的機(jī)制，可能與海馬神經(jīng)增殖、凋亡和分化有關(guān)。妊娠期添加膽堿，有助于增加海馬神經(jīng)生成，增加膽堿能神經(jīng)元的體積，甚至提高基底前腦的乙酰膽堿儲(chǔ)存和釋放能力，提高腦部神經(jīng)營養(yǎng)因子及生長因子濃度，對長期增強(qiáng)和去極化誘導(dǎo)的絲裂原活化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、改變海馬和腦皮質(zhì)基因表達(dá)都有重要影響。膽堿對神經(jīng)發(fā)育及功能發(fā)揮的影響從DNA甲基化、基因表達(dá)以及基因組印記方面，更能闡明其機(jī)制。

3.5 膽堿缺乏對機(jī)體的影響

膽堿缺乏與肝臟受損及癌癥有關(guān)，而添加膽堿有助于提高認(rèn)知、學(xué)習(xí)和記憶。膽堿缺乏誘發(fā)脂肪肝，并引起肝臟和肌肉受損。這主要是膽堿缺乏后，造成細(xì)胞膜變脆以及相應(yīng)的DNA及蛋白降解，進(jìn)而引起組織細(xì)胞的凋亡。膽堿需求在個(gè)體間的差異較大，主要與膽堿代謝相關(guān)代謝酶磷脂酰-N-甲基轉(zhuǎn)移酶（PEMT；rs12325817）、膽堿脫氫酶（CHDH；rs9001和rs12676）、5,10-亞甲基四氫葉酸脫氫酶（MTHFD1；rs2236225）遺傳多態(tài)性有關(guān)，膽堿缺乏的個(gè)體，容易產(chǎn)生器官損傷。

4 膽堿對反芻動(dòng)物的調(diào)控作用

4.1 膽堿的營養(yǎng)功能

膽堿參與卵磷脂的合成，是細(xì)胞膜組成的重要成分，參與肝臟VLDL的構(gòu)建。膽堿缺乏，容易造成肝臟內(nèi)脂肪沉積，降低血液中甜菜堿、卵磷脂、蛋氨酸的濃度。攝入的蛋氨酸有28%用于膽堿生成，因此添加膽堿有節(jié)約蛋氨酸的作用。添加膽堿有助于肉毒堿的合成，促進(jìn)脂肪酸的氧化，進(jìn)而降低肝臟的脂肪沉積。膽堿與其他B族維生素（如：葉酸、VB12、VB6和核黃素）都有著廣泛的聯(lián)系，參與核酸及氨基酸代謝，甲基供應(yīng)、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）生成。SAM的生成消耗限制性氨基酸蛋氨酸，SAM供應(yīng)甲基，促進(jìn)3分子磷脂酰乙醇胺生成1分子卵磷脂，SAM供出甲基后，生成S-腺苷高半胱氨酸（SAH），進(jìn)而代謝生成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸在蛋氨酸合成酶、5-甲基四氫葉酸共同作用下，重新生成蛋氨酸。另外膽堿的代謝產(chǎn)物甜菜堿提供甲基，在甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶（BHMT）作用下，催化同型半胱氨酸生成蛋氨酸，進(jìn)而參與廣泛的代謝。因此膽堿對動(dòng)物體的營養(yǎng)作用與其他甲基供體如葉酸、SAM等密切相關(guān)，其他甲基供體不足的條件下，都會(huì)增加對膽堿及其代謝物的需求。

4.2 膽堿對滲透壓的調(diào)節(jié)

膽堿代謝物氧化三甲胺、甜菜堿對細(xì)胞滲透壓的調(diào)節(jié)具有重要作用。尿液濃縮的過程中，腎髓質(zhì)中滲透壓是血液中的3～5倍，腎髓質(zhì)通過積累鈉、尿素建立梯度高滲區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)尿液的濃縮。攝入的TMAO有保護(hù)腎臟細(xì)胞免受尿素?fù)p害的作用，攝入的甜菜堿有保護(hù)腎臟組織免受氧化應(yīng)激的作用。另外研究發(fā)現(xiàn)，TMAO能夠抑制高果糖誘導(dǎo)的腎臟炎癥反應(yīng)并抑制炎癥因子和腫瘤壞死因子-α的產(chǎn)生、降低血中的尿酸濃度的作用。研究發(fā)現(xiàn)，高滲條件能夠誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞的甜菜堿轉(zhuǎn)運(yùn)載體（BGT-1）生成，促進(jìn)膽堿的轉(zhuǎn)運(yùn)，生成甜菜堿調(diào)控腎小管上皮細(xì)胞的滲透壓，并維持正常生理功能。

4.3 膽堿的甲基化調(diào)控作用

膽堿主要由代謝產(chǎn)物甜菜堿提供甲基。在肝臟、腎臟中，膽堿經(jīng)兩步催化反應(yīng)生成甜菜堿。在線粒體內(nèi)膜，黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）依賴型膽堿氧化酶，催化膽堿生成甜菜醛，在甜菜堿脫氫酶的作用下，生成甜菜堿，分布于線粒體基質(zhì)和胞漿中，發(fā)揮重要作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)，同型半胱氨酸所需的甲基有近60%源于甜菜堿。

膽堿及其代謝產(chǎn)物甜菜堿通過供甲基的形式，促進(jìn)同型半胱氨酸生成SAM，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)入核供甲基，調(diào)控基因組的甲基化、DNA穩(wěn)定及基因的轉(zhuǎn)錄。在動(dòng)物試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，添加膽堿改變了基因組整體甲基化及特異基因的甲基化甚至超甲基化，進(jìn)而導(dǎo)致基因沉默和降低基因的表達(dá)。

5 結(jié)語

反芻動(dòng)物能夠長期耐受低膽堿攝入，主要與反芻動(dòng)物強(qiáng)大的內(nèi)源性合成（肝臟、肌肉、心臟、小腸等均可合成）能力、較低的周轉(zhuǎn)率以及較強(qiáng)的循環(huán)利用能力（皺胃-腸-血液循環(huán)，腸肝循環(huán)）有關(guān)。受瘤胃微生物降解作用，日糧中膽堿對反芻動(dòng)物機(jī)體膽堿池的貢獻(xiàn)率極低，因此反芻動(dòng)物補(bǔ)充膽堿需要以過瘤胃保護(hù)的形式進(jìn)行。添加膽堿對反芻動(dòng)物生長及生產(chǎn)的促進(jìn)作用只是揭開了甲基化調(diào)控的序幕，如何有效利用甲基供體開展精準(zhǔn)調(diào)控，尚需大量研究。