硫胺素在瘤胃內(nèi)的合成及其在預(yù)防亞急性瘤胃酸中毒中的應(yīng)用

潘曉花　楊　亮　薛夫光　熊本海

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193)

硫胺素在瘤胃內(nèi)的合成及其在預(yù)防亞急性瘤胃酸中毒中的應(yīng)用

潘曉花楊亮薛夫光熊本海*

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100193)

摘要：亞急性瘤胃酸中毒是現(xiàn)代集約化反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的常見(jiàn)營(yíng)養(yǎng)代謝病，揭示亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生機(jī)制及其預(yù)防措施是畜牧業(yè)生產(chǎn)中的重要科學(xué)問(wèn)題。本文通過(guò)綜述硫胺素在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果、影響硫胺素合成的因素、硫胺素與亞急性瘤胃酸中毒的關(guān)系及其調(diào)控亞急性瘤胃酸中毒的可能作用途徑，進(jìn)一步揭示了亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生機(jī)理和硫胺素的生理作用，并為反芻動(dòng)物生產(chǎn)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：反芻動(dòng)物；硫胺素；亞急性瘤胃酸中毒；調(diào)控途徑

當(dāng)前我國(guó)反芻動(dòng)物生產(chǎn)中由于苜蓿等優(yōu)質(zhì)粗飼料資源不足，使得飼糧中精料的比例大幅度提高以滿足高產(chǎn)奶牛泌乳以及肉牛和肉羊強(qiáng)度育肥的能量需求，但高精料的飼喂模式增加了瘤胃酸中毒等營(yíng)養(yǎng)代謝病的發(fā)生率。Plaizier等[1]報(bào)道約有20%高產(chǎn)泌乳奶?；加衼喖毙粤鑫杆嶂卸?SARA)，北美國(guó)家每年奶牛業(yè)因瘤胃酸中毒損失5～10億美元[2]。若奶牛長(zhǎng)期處于亞急性瘤胃酸中毒狀態(tài)，則可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致肝水腫、腹瀉、蹄葉炎等疾病的發(fā)生，亞急性瘤胃酸中毒已成為制約我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展的重要因素，為此，尋求亞急性瘤胃酸中毒的預(yù)防與調(diào)控措施成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，高精料飼糧可能影響瘤胃微生物硫胺素的合成及流通，添加適量的硫胺素可通過(guò)提高瘤胃液pH、改善揮發(fā)性脂肪酸構(gòu)成以及降低乳酸和內(nèi)毒素的積累，緩解亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生[3-4]。但這些研究主要集中在硫胺素對(duì)瘤胃內(nèi)單一代謝物作用效果的研究，而亞急性瘤胃酸中毒影響硫胺素合成的原因以及硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒的作用途徑尚不可知。因此，本文針對(duì)硫胺素在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用以及硫胺素與亞急性瘤胃酸中毒的關(guān)系進(jìn)行綜述，旨在進(jìn)一步認(rèn)知硫胺素的營(yíng)養(yǎng)作用以及為生產(chǎn)中亞急性瘤胃酸中毒的有效預(yù)防和調(diào)控提供技術(shù)參考。

1反芻動(dòng)物硫胺素營(yíng)養(yǎng)的研究進(jìn)展

1.1硫胺素在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

過(guò)去研究認(rèn)為，瘤胃微生物能夠合成足夠的硫胺素來(lái)滿足反芻動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)需要量，不需要在飼糧中額外添加[5-6]。然而，在當(dāng)前集約化的飼養(yǎng)模式下，隨著飼糧中碳水化合物水平的提高，參與碳水化合物代謝的硫胺素需要量也隨之升高，瘤胃微生物合成的硫胺素量可能難以滿足動(dòng)物的需要。因而，近幾年來(lái)硫胺素在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用重新得到重視。Neville等[7]研究發(fā)現(xiàn)，育成期羔羊飼糧中添加100 mg/(只·d)的硫胺素可提高動(dòng)物的采食量，降低料肉比；Shaver等[8]向飼喂高精料高產(chǎn)奶牛的飼糧中添加300 mg/d的硫胺素，發(fā)現(xiàn)有助于提高奶牛產(chǎn)奶量和乳蛋白率；Kholif等[9]證明添加340 mg/d的硫胺素后奶牛產(chǎn)奶量增加了12.28%，乳脂和乳蛋白產(chǎn)量顯著提高，除乳脂率外，乳糖率和乳蛋白率無(wú)顯著差異；Solouma等[10]向母羊飼糧中添加40 mg/d的硫胺素，母羊血液中乳成分合成前體物(白蛋白、球蛋白、葡萄糖)含量及產(chǎn)奶量均顯著提高。產(chǎn)奶量、乳脂率及乳蛋白率可能與硫胺素促進(jìn)碳水化合物代謝有關(guān)。硫胺素以焦磷酸硫胺素形式參與丙酮酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶輔酶的脫羧反應(yīng)[11]。高精料碳水化合物比例的增大提高了硫胺素的需要量，但微生物硫胺素合成量的不足將導(dǎo)致葡萄糖通過(guò)多元醇、己糖胺、蛋白激酶C等途徑代謝轉(zhuǎn)化[12]，丙酮酸脫羧受阻而轉(zhuǎn)化為乳酸，這將降低乙酸、丙酸等乳成分前體物的供應(yīng)量。添加外源硫胺素可能通過(guò)促進(jìn)丙酮酸脫羧進(jìn)入三羧酸(TCA)循環(huán)而增加乳成分前體物的合成，從而提高泌乳性能。然而，硫胺素在反芻動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用效果并不一致，Rowghani等[13]研究了不同添加水平(0、4、6 mg/kg DM)的硫胺素對(duì)飼喂高精料飼糧條件下羔羊育肥性能、血液葡萄糖和尿素氮含量及胴體品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，除降低血液中尿素氮含量外，硫胺素對(duì)其他指標(biāo)無(wú)顯著影響。Silzell等[14]發(fā)現(xiàn)向閹公牛飼糧添加140 mg/kg DM的硫胺素并未對(duì)平均日增重、平均日采食量及飼料轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生顯著影響。上述研究中硫胺素作用效果存在差異的可能原因是試驗(yàn)動(dòng)物和硫胺素添加水平不同，以及飼糧營(yíng)養(yǎng)水平的差異引起瘤胃內(nèi)微生物合成硫胺素量的變化；另外，影響動(dòng)物生產(chǎn)性能的主要因素是采食量、飼糧營(yíng)養(yǎng)水平及消化率，各研究間飼糧和試驗(yàn)條件的不同也會(huì)導(dǎo)致硫胺素應(yīng)用效果的差異。

1.2硫胺素在瘤胃內(nèi)的合成及影響因素

硫胺素主要存在于瘤胃內(nèi)容物固相中的細(xì)菌體內(nèi)，而瘤胃內(nèi)容物液相中的含量較少[15]。硫胺素主要來(lái)源于瘤胃微生物的合成，部分來(lái)源于飼料原料經(jīng)微生物降解釋放。但有關(guān)瘤胃微生物合成的硫胺素量的報(bào)道尚不一致，Schwab等[16]研究發(fā)現(xiàn)硫胺素在瘤胃內(nèi)的表觀合成量為50.6 mg/d，與Breves等[17]報(bào)道的51.7 mg/d接近，但比Santschi等[18]報(bào)道的合成量高6.1 mg/d；Steinberg等[19]證明硫胺素合成量的變化范圍為23～50 mg/d(平均值為32 mg/d)，但NRC(2001)[20]過(guò)高估測(cè)了瘤胃硫胺素的合成量(127 mg/d)。上述研究結(jié)果差異的部分原因是各研究之間試驗(yàn)條件不一致；另外，硫胺素的合成還受多種因素的影響，現(xiàn)列舉如下。

1.2.1飼糧氮源

Buziassy等[21]研究表明，當(dāng)飼糧蛋白質(zhì)水平降低時(shí)，瘤胃中硫胺素的含量明顯降低，但當(dāng)飼糧中的蛋白質(zhì)全部用尿素替代時(shí)，硫胺素的含量不受影響。Breves等[17]也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)飼糧中氮含量降低26%后，瘤胃內(nèi)硫胺素凈合成量以及十二指腸硫胺素流通量均顯著降低；瘤胃內(nèi)硫胺素的合成量與十二指腸的微生物蛋白氮流量呈正相關(guān)關(guān)系(r=0.76)，進(jìn)一步說(shuō)明瘤胃微生物代謝活性影響硫胺素的合成。

1.2.2飼糧結(jié)構(gòu)及碳水化合物水平

Hunt等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在以干草和苜蓿為主的飼糧中添加淀粉可提高瘺管牛瘤胃內(nèi)B族維生素的合成量。Schwab等[16]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)奶牛飼喂60%粗飼料飼糧時(shí)，非纖維性碳水化合物(NFC)水平的增加會(huì)提高維生素B1的瘤胃合成量；但當(dāng)奶牛飼喂35%粗飼料飼糧時(shí)，增加NFC水平降低了硫胺素的瘤胃表觀合成量。Tafaj等[23]證明硫胺素與精料水平之間存在負(fù)的二次曲線關(guān)系，70%高精料條件下瘤胃液硫胺素含量最高，60%和50%精料組硫胺素含量較低，40%和25%精料組硫胺素含量居中。Miller等[5]報(bào)道，飼喂高谷物飼糧(含90%玉米)的肉牛瘤胃中硫胺素的含量明顯低于低谷物飼糧(含30%玉米)。上述報(bào)道表明，適當(dāng)?shù)卦黾语暭Z中碳水化合物水平及添加易消化碳水化合物能夠促進(jìn)硫胺素的合成，但過(guò)量的碳水化合物反而不利于硫胺素的合成，進(jìn)一步說(shuō)明硫胺素的合成主要受能量攝入量和可消化有機(jī)物攝入量的影響[23]。這可能是由于瘤胃丙酸細(xì)菌能夠合成硫胺素或其中間產(chǎn)物[24]，適當(dāng)?shù)靥岣唢暭Z中碳水化合物的水平增加了瘤胃內(nèi)細(xì)菌代謝的能量供應(yīng)，促進(jìn)埃氏巨型球菌和反芻獸新月單胞菌等丙酸產(chǎn)生菌的增殖[25]，從而提高了硫胺素的合成；但玉米等易發(fā)酵碳水化合物比例過(guò)高，會(huì)誘發(fā)酸中毒，引起揮發(fā)性脂肪酸及乳酸的積累及pH降低，導(dǎo)致埃氏巨型球菌和反芻獸新月單胞菌等丙酸產(chǎn)生菌生長(zhǎng)受到抑制[25]，進(jìn)而影響硫胺素的合成。此外，瘤胃液pH的降低會(huì)促進(jìn)細(xì)菌硫胺素酶的釋放，硫胺素酶將進(jìn)一步降解硫胺素[26]。

1.2.3瘤胃內(nèi)環(huán)境及代謝物

瘤胃液pH和代謝產(chǎn)物會(huì)對(duì)硫胺素合成產(chǎn)生影響。Tufaj等[27]研究表明，當(dāng)全混合日糧(TMR)中硫胺素含量相同但粗飼料(牧草青貯)顆粒大小不同時(shí)，高產(chǎn)奶牛瘤胃硫胺素含量與pH呈負(fù)相關(guān)(R2=0.21～0.26)；Tafaj等[23]通過(guò)逐漸提高飼糧精料水平研究硫胺素含量與發(fā)酵類型之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)瘤胃硫胺素含量與pH之間存在線性負(fù)相關(guān)的關(guān)系(R2=0.07～0.09)，采樣時(shí)間點(diǎn)在16:00和19:00時(shí)兩者強(qiáng)相關(guān)(R2=0.70～0.77)，且瘤胃內(nèi)硫胺素含量與短鏈脂肪酸(SCFA)濃度呈線性正相關(guān)關(guān)系，與其他短鏈脂肪酸相比，丙酸濃度與硫胺素含量的相關(guān)度更高[23]。上述瘤胃液pH和短鏈脂肪酸濃度的變化影響硫胺素含量的可能原因是，高精料飼糧條件下奶?？焖侔l(fā)酵使得碳水化合物攝入量增加，引起丙酸濃度的升高和pH降低[4]，同時(shí)飼糧能量水平的增加提高了瘤胃微生物合成硫胺素的效率[17]。但若瘤胃液pH過(guò)低發(fā)生亞急性瘤胃酸中毒或急性酸中毒時(shí)，瘤胃微生物類型構(gòu)成的變化、酸中毒后奶牛瘤胃細(xì)菌產(chǎn)生的硫胺素酶活性升高、硫胺素的吸收障礙以及代謝需要量增加等因素可能會(huì)引起硫胺素的缺乏[26]。

2硫胺素與亞急性瘤胃酸中毒

2.1亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生機(jī)制及其影響

當(dāng)反芻動(dòng)物過(guò)量地采食高精料飼糧時(shí)，碳水化合物快速降解導(dǎo)致?lián)]發(fā)性脂肪酸及乳酸等酸類物質(zhì)的積累，同時(shí)飼糧中物理有效中性洗滌纖維含量降低，減少了奶牛唾液分泌量，導(dǎo)致瘤胃液緩沖功能下降，pH迅速降低，當(dāng)瘤胃液pH低于5.6的時(shí)間長(zhǎng)于3 h/d則發(fā)生亞急性瘤胃酸中毒[28]。目前，研究認(rèn)為亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生主要有乳酸中毒、有機(jī)酸中毒以及內(nèi)毒素和組胺作用機(jī)制[4]。亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生引起瘤胃微生物區(qū)系及瘤胃代謝產(chǎn)物的變化，主要表現(xiàn)為：第一，瘤胃微生物區(qū)系結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。亞急性瘤胃酸中毒狀態(tài)下有機(jī)酸的積累引起瘤胃液pH逐漸降低，由于不同細(xì)菌生長(zhǎng)耐受的pH存在差異，pH的下降會(huì)影響不同細(xì)菌的生長(zhǎng)增殖而導(dǎo)致區(qū)系失衡。如牛鏈球菌、反芻獸新月單胞菌和埃氏巨型球菌的耐受pH分別為5.6、4.8和5.4，當(dāng)pH下降到6.0以下時(shí)，瘤胃內(nèi)主要的乳酸產(chǎn)生菌(如牛鏈球菌和乳酸桿菌)的數(shù)量明顯增加，而主要的乳酸利用菌(如埃氏巨型球菌和反芻獸新月單胞菌)的生長(zhǎng)受到抑制；此外，纖維分解菌數(shù)量也會(huì)顯著降低，原蟲(chóng)大量死亡，使得瘤胃微生物區(qū)系失衡[29-30]。第二，瘤胃微生物的代謝產(chǎn)物發(fā)生變化。瘤胃長(zhǎng)期處于酸性環(huán)境下，革蘭氏陰性菌將會(huì)大量死亡裂解，釋放內(nèi)毒素和組胺等異常代謝物[1,31-32]；瘤胃酸度的改變導(dǎo)致牛鏈球菌等細(xì)菌的代謝路徑和代謝產(chǎn)物由乙酸-丙酸型發(fā)酵轉(zhuǎn)化為乳酸型發(fā)酵，乳酸積累增加。第三，瘤胃上皮結(jié)構(gòu)形態(tài)及通透性發(fā)生改變。適當(dāng)?shù)脑黾语暭Z精料比例和營(yíng)養(yǎng)水平可提高瘤胃乳頭的長(zhǎng)度和密度，但過(guò)高精料誘發(fā)亞急性瘤胃酸中毒，主要原因有揮發(fā)性脂肪酸濃度過(guò)高引起瘤胃乳頭角質(zhì)化不全，形態(tài)異常；亞急性瘤胃酸中毒可通過(guò)降低瘤胃復(fù)層扁平上皮的厚度而減弱顆粒層間的黏附作用，引起瘤胃上皮細(xì)胞的滲透性增強(qiáng)，從而降低了瘤胃上皮組織的屏障保護(hù)功能[33]；另外，內(nèi)毒素可通過(guò)增加一氧化氮(NO)的產(chǎn)生量進(jìn)而改變緊密連接蛋白ZO-1的結(jié)構(gòu)和功能[34]，以及誘導(dǎo)產(chǎn)生的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白介素(IL)-3和IL-4促進(jìn)細(xì)胞凋亡并破壞緊密結(jié)合蛋白，從而增加瘤胃黏膜的通透性[35]。

2.2亞急性瘤胃酸中毒與硫胺素缺乏

紅細(xì)胞轉(zhuǎn)酮醇酶活性系數(shù)，即焦磷酸硫胺素(TPP)效應(yīng)值可反映機(jī)體硫胺素狀態(tài)。硫胺素的缺乏會(huì)降低轉(zhuǎn)酮醇酶的活性，增加紅細(xì)胞中TPP的水平，當(dāng)TPP效應(yīng)值高于45%時(shí)，說(shuō)明機(jī)體可能缺乏硫胺素[36]。已有研究發(fā)現(xiàn)，牛和羊出現(xiàn)臨床性急性酸中毒癥狀時(shí)，TPP效應(yīng)值分別為46.7%和109.3%[26]，綿羊發(fā)生亞急性瘤胃酸中毒時(shí)，TPP效應(yīng)值為59.4%[37]，同時(shí)Karapinar等[38]以1～2歲的育肥牛為研究對(duì)象，研究含75%燕麥的高精料飼糧對(duì)機(jī)體硫胺素含量的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高精料組血液TPP效應(yīng)的平均值達(dá)到47.2%，明顯高于對(duì)照組(19.53%)。上述結(jié)果說(shuō)明，高精料飼喂條件下，雖然飼糧中硫胺素含量隨著谷物水平的增加而增加，但動(dòng)物機(jī)體仍缺乏硫胺素，硫胺素的缺乏會(huì)引起血液中丙酮酸和乳酸濃度的升高，轉(zhuǎn)酮醇酶和丙酮酸脫氫酶活性的降低[39]，代謝產(chǎn)物乳酸及揮發(fā)性脂肪酸的積累，有可能誘發(fā)酸中毒的發(fā)生。引起硫胺素缺乏的可能原因是TPP是丙酮酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶的輔酶，參與碳水化合物代謝過(guò)程中α-酮酸的氧化脫羧反應(yīng)，高精料飼糧中碳水化合物水平增加引起硫胺素的需要量增加；同時(shí)，高精料誘發(fā)瘤胃酸中毒發(fā)生時(shí)，瘤胃液pH的下降以及乳酸的積累不利于瘤胃微生物的生長(zhǎng)，合成B族維生素的微生物生長(zhǎng)受到抑制，導(dǎo)致硫胺素合成量減少；此外，酸中毒后細(xì)菌產(chǎn)生的硫胺素酶活性升高，增加了硫胺素的降解量[26]。

3硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒

3.1硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒研究進(jìn)展

硫胺素的不足將引起碳水化合物代謝受阻，導(dǎo)致中間代謝產(chǎn)物丙酮酸和乳酸積累，從而誘發(fā)瘤胃酸中毒的發(fā)生。當(dāng)前已有研究表明，飼糧中添加硫胺素可緩解亞急性瘤胃酸中毒。董淑紅等[3]證明，試驗(yàn)山羊處于亞急性瘤胃酸中毒狀態(tài)后，試驗(yàn)組飼糧中添加240 mg/kg硫胺素可提高瘤胃液pH，顯著降低瘤胃液內(nèi)乳酸和乙酸濃度及乙酸/丙酸，同時(shí)顯著提高丙酸與丁酸的濃度，緩解了山羊亞急性瘤胃酸中毒。同時(shí)，Wang等[40]研究表明，泌乳奶牛高精料飼糧中添加180 mg/kg的硫胺素具有降低乳酸產(chǎn)生菌牛鏈球菌和乳酸桿菌的數(shù)量，提高乳酸利用菌埃氏巨型球菌數(shù)量的作用，從而抑制了乳酸積累，提高了瘤胃液pH。H?ltershinker等[41]證明亞急性瘤胃酸中毒下硫胺素具有保護(hù)原蟲(chóng)的作用。另外，硫胺素還可能通過(guò)促進(jìn)瘤胃上皮組織生長(zhǎng)及其功能而緩解亞急性瘤胃酸中毒。王龍[42]發(fā)現(xiàn)，在犢牛高精料飼糧中添加120 mg/kg硫胺素可促進(jìn)瘤胃上皮組織的發(fā)育，表現(xiàn)為亞急性瘤胃酸中毒組犢牛瘤胃上皮乳頭出現(xiàn)囊腫及角質(zhì)層的異常脫落，而添加硫胺素的犢牛瘤胃上皮乳頭發(fā)育相對(duì)良好，瘤胃上皮乳頭頂端未出現(xiàn)微膿腫，且角質(zhì)層光滑平整，但硫胺素促進(jìn)瘤胃上皮發(fā)育作用途徑尚不清楚。

3.2硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒的可能作用途徑

亞急性瘤胃酸中毒發(fā)生的根本原因是飼糧精粗比例不合理引起瘤胃微生物代謝紊亂，進(jìn)一步引起瘤胃內(nèi)有機(jī)酸的積累以及微生物死亡裂解釋放異常代謝物質(zhì)，同時(shí)瘤胃上皮組織因長(zhǎng)期處于低pH環(huán)境而受損，進(jìn)一步引起代謝物的吸收障礙而加重機(jī)體的瘤胃酸中毒。因此，探討硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒的作用機(jī)制，應(yīng)從瘤胃微生物系統(tǒng)(包括原蟲(chóng)、真菌和細(xì)菌)及其代謝產(chǎn)物的整體變化以及與瘤胃上皮組織功能和動(dòng)物機(jī)體代謝的相互聯(lián)系方面入手。

3.2.1系統(tǒng)地調(diào)控瘤胃內(nèi)碳水化合物代謝及微生態(tài)平衡

當(dāng)前，硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒作用途徑的研究主要側(cè)重于瘤胃發(fā)酵指標(biāo)及單一代謝產(chǎn)物(如揮發(fā)性脂肪酸、乳酸、內(nèi)毒素、組胺等)的研究，而對(duì)于反芻動(dòng)物瘤胃代謝與動(dòng)物機(jī)體代謝兩者之間的關(guān)聯(lián)以及不同代謝物之間的內(nèi)在聯(lián)系缺乏研究。除引起上述乳酸、短鏈脂肪酸代謝產(chǎn)物濃度變化外，Brownlee[12]證明硫胺素缺乏還會(huì)因葡萄糖代謝磷酸戊糖途徑中轉(zhuǎn)酮醇酶以及TCA循環(huán)中丙酮酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶的活性受到抑制，導(dǎo)致葡萄糖通過(guò)多元醇、己糖胺、蛋白激酶C等途徑代謝轉(zhuǎn)化，且Bubber等[11]發(fā)現(xiàn)硫胺素缺乏情況下TCA循環(huán)中的琥珀酸脫氫酶、琥珀酸硫激酶、蘋(píng)果酸酶等非硫胺素依賴酶的活性也顯著降低，其降低程度高于丙酮酸脫氫酶和α-酮戊二酸脫氫酶，這將引起整個(gè)TCA循環(huán)中間代謝產(chǎn)物濃度的變化，可見(jiàn)硫胺素對(duì)碳水化合物的多個(gè)代謝途徑均有影響。此外，硫胺素對(duì)瘤胃微生物的影響僅局限于牛鏈球菌、溶纖維丁酸弧菌、反芻獸新月形單胞菌、乳酸桿菌和埃氏巨型球菌等乳酸代謝相關(guān)菌[40]，而瘤胃微生物之間存在共生競(jìng)爭(zhēng)等復(fù)雜的關(guān)系，幾種細(xì)菌的變化并不能反映硫胺素所引起的瘤胃微生物整體變化。因而，當(dāng)前研究?jī)H從單一角度無(wú)法準(zhǔn)確揭示硫胺素的作用，將來(lái)的研究需從瘤胃微生物消化代謝、瘤胃代謝產(chǎn)物組成平衡和清除等整體角度系統(tǒng)闡明硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒的作用機(jī)制。目前，高通量測(cè)序技術(shù)和代謝組學(xué)技術(shù)的發(fā)展為系統(tǒng)地研究瘤胃微生物及其代謝產(chǎn)物的整體變化提供了技術(shù)手段[43-44]，這將有助于揭示硫胺素和亞急性瘤胃酸中毒對(duì)瘤胃微生物區(qū)系及其代謝產(chǎn)物的整體變化。

3.2.2調(diào)控瘤胃上皮屏障功能

3.2.3促進(jìn)瘤胃上皮增殖與更新

飼糧的營(yíng)養(yǎng)水平會(huì)通過(guò)胰島素樣生長(zhǎng)因子(IGF)系統(tǒng)調(diào)節(jié)瘤胃上皮的生長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)[51]，IGF系統(tǒng)包括IGF-Ⅰ、IGF-Ⅱ、IGF受體、IGF結(jié)合蛋白(IGFBP)和IGFBP酶。硫胺素缺乏會(huì)引起組織生長(zhǎng)和增殖受阻，Molina等[52]以小鼠為試驗(yàn)對(duì)象，發(fā)現(xiàn)硫胺素缺乏組小鼠血漿IGF-Ⅰ含量降低28%～60%，腎臟組織IGF-Ⅰ含量降低20%～60%，IGFBP-3和IGFBP-1/2含量降低。據(jù)此，硫胺素可能通過(guò)調(diào)控IGF系統(tǒng)進(jìn)而影響瘤胃上皮的增殖與更新，但仍需進(jìn)一步的驗(yàn)證。

4小結(jié)

綜上所述，硫胺素的合成受飼糧中氮源、碳水化合物水平及飼糧結(jié)構(gòu)的影響。高精料飼糧條件下，碳水化合物代謝對(duì)硫胺素的需要量增加，同時(shí)碳水化合物分解產(chǎn)生大量的乳酸和揮發(fā)性脂肪酸會(huì)誘發(fā)瘤胃酸中毒的發(fā)生，引起瘤胃液pH迅速下降及瘤胃微生物區(qū)系失調(diào)和功能紊亂，合成B族維生素的微生物生長(zhǎng)受到抑制而導(dǎo)致硫胺素合成量減少；此外，酸中毒后細(xì)菌產(chǎn)生的硫胺素酶活性升高，增加了硫胺素的降解量。由此可見(jiàn)，亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生與硫胺素缺乏密切相關(guān)。高精料飼糧條件下添加硫胺素具有提高動(dòng)物生產(chǎn)性能和緩解亞急性瘤胃酸中毒的作用，其作用途徑可能是系統(tǒng)地調(diào)控瘤胃微生物代謝及碳水化合物的代謝，調(diào)控瘤胃上皮的屏障功能，并促進(jìn)瘤胃上皮的增殖與更新。因此，為進(jìn)一步深入了解亞急性瘤胃酸中毒的發(fā)生機(jī)制及硫胺素緩解亞急性瘤胃酸中毒的作用機(jī)制，今后需加強(qiáng)硫胺素在瘤胃內(nèi)碳水化合物和瘤胃微生物代謝方面的系統(tǒng)研究以及對(duì)瘤胃上皮功能的影響，這將為亞急性瘤胃酸中毒的診斷與預(yù)防以及減少反芻動(dòng)物生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失提供新的科學(xué)思路與方法。

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(責(zé)任編輯菅景穎)

Ruminal Thiamine Synthesis and Thiamine’s Application for Subacute Rumen Acidosis Prevention

PAN XiaohuaYANG LiangXUE FuguangXIONG Benhai*

(Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, State Key Laboratory of Animal Nutrition, Beijing 100193, China)

Abstract:Subacute ruminal acidosis (SARA) is a common chronic digestive disorder in high-yielding dairy cows fed highly digestible grain diets, and to reveal the occurrence mechanisms of SARA and the effects of thiamine on SARA were the important scientific problems for modern intensive ruminant production. This paper reviewed the application effect of thiamine on ruminant production, the factors affecting thiamine synthesis in the rumen, the relationship between thiamine and SARA as well as the possible regulating routes of thiamine to relieve SARA, and further revealed the occurrence mechanisms of SARA and the physiological function of thiamine, thus provided the theory reference for ruminant production.[Chinese Journal of Animal Nutrition, 2016, 28(5)：1294-1301]

Key words:ruminant; thiamine; subacute rumen acidosis; regulation pathway

doi：10.3969/j.issn.1006-267x.2016.05.002

收稿日期：2015-11-17

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(31572435)；奶牛產(chǎn)業(yè)體系北京市創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

作者簡(jiǎn)介：潘曉花(1988—)，女，河南商丘人，博士，從事反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究。E-mail: panxiaohuacaas@163.com *通信作者：熊本海，研究員，博士生導(dǎo)師，E-mail: xiongbenhai@caas.cn

中圖分類號(hào)：S816

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-267X(2016)05-1294-08

*Corresponding author, professor, E-mail: xiongbenhai@caas.cn