丁酸的營(yíng)養(yǎng)生理與藥理作用

徐運(yùn)杰， 劉以林， 陳學(xué)華，蘇雙良，全麗萍

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丁酸，屬飽和一元羧酸短鏈脂肪酸的一種，是酪酸梭菌的主要代謝產(chǎn)物，俗稱酪酸，含四個(gè)碳原子，具有揮發(fā)性。 分子式為 CH3（CH2）2COOH，沸點(diǎn)為162.5℃，熔點(diǎn)-4.7℃，有難聞的酸臭味。易溶于水，但易被鹽析，易溶于乙醇、丙二醇、乙醚、大多數(shù)揮發(fā)油和大部分有機(jī)溶劑；與低級(jí)醇生成的酯類具有水果的香味。丁酸味先辣后甜，有合成乳脂中短鏈脂肪酸的功能，丁酸鹽在動(dòng)物體上皮組織中轉(zhuǎn)變?yōu)橥w，酮體是氧化不完全的丁酸產(chǎn)物，包括乙酰乙酸、β-羥丁酸和丙酮。β-羥丁酸能有效地用來(lái)合成乳脂。丁酸具有很高的能值，也有合成乳糖的功能。丁酸在肝臟中主要參與糖異生、酮體生成及甘油三酯合成等過(guò)程，提供能量從而間接促進(jìn)肝細(xì)胞的生長(zhǎng)發(fā)育，并以丁酸酯形式存在動(dòng)物脂肪和植物油中。

1 丁酸的營(yíng)養(yǎng)生理與藥理作用

1.1 改善應(yīng)激狀態(tài)下臟器功能 肝臟是身體內(nèi)以代謝功能為主的一個(gè)實(shí)質(zhì)性器官，并在身體里面扮演著去氧化、儲(chǔ)存肝糖、制造膽汁酸、分泌性蛋白質(zhì)的合成等角色。實(shí)際生產(chǎn)中，由于各種原因，如不合理用藥、通風(fēng)不良、霉菌毒素、母豬便秘、微量元素超標(biāo)等都會(huì)對(duì)肝功能帶來(lái)?yè)p傷。羅千江等（2018）探究了丁酸鈉在預(yù)防內(nèi)毒素誘導(dǎo)的肝臟損傷中的作用及機(jī)制。方法是將40只C57bl/6雌性小鼠隨機(jī)分成丁酸鈉+內(nèi)毒素組、內(nèi)毒素組、丁酸鈉組、正常對(duì)照組各10只。結(jié)果表明，丁酸鈉使肝臟組織中炎癥因子TNF-α、IL-1β、IL-6 mRNA相對(duì)表達(dá)水平減少，肝臟病理?yè)p傷減輕，炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)明顯減少，肝臟細(xì)胞凋亡減少。由此可知，丁酸鈉可減輕內(nèi)毒素誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，在內(nèi)毒素誘導(dǎo)的肝臟損傷中起保護(hù)作用。洪健等（2017）用小鼠作為模型研究了丁酸對(duì)高脂誘導(dǎo)的肥胖的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉能部分緩解由高脂引起的葡萄糖不耐受，并顯著降低血液中瘦素和胰島素的水平，顯著上調(diào)線粒體β-氧化和解耦聯(lián)相關(guān)的關(guān)鍵基因以及線粒體自身編碼的8個(gè)基因mRNA水平的表達(dá)，顯著升高肝葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白GLUT2和調(diào)控線粒體功能的關(guān)鍵蛋白PGC-1α的表達(dá)，試驗(yàn)表明丁酸鈉可能通過(guò)增強(qiáng)肝線粒體功能緩解食源性小鼠肥胖。丁酸鈉還能夠減輕嚴(yán)重燙傷后肝臟水腫，增加肝臟血流量（唐富春等，2016），下調(diào)促炎因子的表達(dá)和上調(diào)抗炎因子的表達(dá)，保護(hù)內(nèi)毒素性肝損傷 （劉慶春等，2016）。李嬌龍等（2012）在日糧中添加0.1%三丁酸甘油酯后，發(fā)現(xiàn)能顯著緩解脂多糖（LPS）多次刺激造成的肝細(xì)胞和能量損失，與何進(jìn)田等 （2016）和華春秀等（2017）的試驗(yàn)結(jié)果類似。丁酸鈉對(duì)內(nèi)毒素血癥肝損傷具有保護(hù)作用的機(jī)制可能與下調(diào)Toll樣受體（TLR4）的表達(dá)有關(guān)。

腎是屬于泌尿系統(tǒng)的一部分，負(fù)責(zé)過(guò)濾血液中的雜質(zhì)、維持體液和電解質(zhì)的平衡，最后產(chǎn)生尿液經(jīng)尿道排出體外，同時(shí)也具備內(nèi)分泌的功能調(diào)節(jié)血壓。腎臟中特有的酶是甘油激酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶。唐富波等（2016）研究了丁酸鈉對(duì)嚴(yán)重燙傷大鼠腎血流量和微血管通透性的影響，結(jié)果表明，丁酸鈉能增加嚴(yán)重燙傷后腎血流量，降低腎微血管通透性和組織含水率，對(duì)嚴(yán)重燙傷大鼠的腎臟功能損傷有明顯的保護(hù)作用。同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉在應(yīng)激狀態(tài)下具有小腸保護(hù)作用，其保護(hù)機(jī)制與清除氧自由基，減輕炎癥反應(yīng)和降低小腸血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）表達(dá)有關(guān)（唐富波等，2016）。丁酸鈉通過(guò)促進(jìn)結(jié)腸組織輔助性T細(xì)胞1、輔助性T細(xì)胞2、輔助性T細(xì)胞等17類細(xì)胞因子平衡發(fā)揮促進(jìn)結(jié)腸炎緩解的作用（林雪等，2016）。

1.2 改善宮內(nèi)發(fā)育遲緩仔豬臟器的發(fā)育 宮內(nèi)發(fā)育遲緩（IUGR）通常指動(dòng)物在圍產(chǎn)期，由于受到各種因素的影響導(dǎo)致胎兒或其器官生長(zhǎng)發(fā)育受阻，不僅會(huì)降低仔豬初生質(zhì)量和成活率，而且會(huì)阻礙其出生后的生長(zhǎng)發(fā)育（Longo等，2014）。臨床生產(chǎn)上將出生體質(zhì)量低于正常體質(zhì)量的10%或平均初生質(zhì)量的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的新生兒定義為IUGR，也有將妊娠期短于正常周期（SGA）稱為IUGR。 IUGR在豬上的發(fā)生率高達(dá)20%，給豬生產(chǎn)帶來(lái)了巨大的損失（Wu等，2004）。研究表明，IUGR能顯著降低豬胰腺質(zhì)量，阻礙胰腺發(fā)育，原因可能與胎兒在母體子宮內(nèi)受到營(yíng)養(yǎng)等因素的影響有關(guān)，胎兒為了維持機(jī)體重要組織器官（腦等）發(fā)育正常，選擇性地減少了如胰腺、肝臟等非重要組織器官的營(yíng)養(yǎng)供給，從而阻礙其生長(zhǎng)速率，進(jìn)而造成體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂肪和葡萄糖等代謝紊亂（石現(xiàn)瑞等，2005；El-shim 等，2002）。 何進(jìn)田等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，IUGR組乳豬胰腺質(zhì)量顯著低于正常組，但在日糧中添加三丁酸甘油酯（TB）后胰腺質(zhì)量較IUGR組提高了31.03%，與正常體質(zhì)量組相比無(wú)顯著差異。原因可能是：（1）三丁酸甘油酯在膽汁和胰脂肪酶作用下分解為丁酸和甘油，丁酸能被腸道細(xì)胞快速吸收，能作為能源物質(zhì)為機(jī)體細(xì)胞供能，促進(jìn)上皮組織發(fā)育，增強(qiáng)腸道黏膜的通透性，從而促進(jìn)機(jī)體器官的生長(zhǎng)發(fā)育；（2）丁酸對(duì)胰島素的釋放具有誘導(dǎo)作用，而胰島素通過(guò)與胰腺腺泡細(xì)胞上的特異性受體相結(jié)合，促進(jìn)胰腺消化酶的生物合成，提高胰腺相關(guān)酶活力如脂肪酶和胰蛋白酶等酶的分泌。李嬌龍等（2012）研究發(fā)現(xiàn)TB能有效緩解脂多糖刺激引起的肉雞胰腺能量代謝。

1.3 改善動(dòng)物腸道健康 小腸是單胃動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)最主要的消化吸收?qǐng)鏊澄镌谙纼?nèi)水解產(chǎn)生的氨基酸、小肽、葡萄糖、脂肪酸和無(wú)機(jī)鹽等主要經(jīng)過(guò)小腸壁進(jìn)行吸收并進(jìn)入血液。完整的小腸上皮結(jié)構(gòu)是保證這一環(huán)節(jié)正常進(jìn)行的前提，如果此部位受損，會(huì)導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失和浪費(fèi)，嚴(yán)重的還會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物發(fā)生腸炎等疾病。李虹瑾等（2017）研究了包膜丁酸鈉對(duì)斷奶仔豬腸道菌群及生長(zhǎng)性能的影響，結(jié)果表明，仔豬基礎(chǔ)日糧中添加包膜丁酸鈉后，小腸絨毛結(jié)構(gòu)更為完整，絨毛更長(zhǎng)更粗壯，且絨毛呈圓指狀，同時(shí)有效提高仔豬腸道有益菌的含量。機(jī)理是：（1）丁酸進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)可分解為丁酸根離子和氫離子，隨著胞內(nèi)氫離子濃度的提升，對(duì)氫離子耐受性差的病原性細(xì)菌，如沙門氏菌、大腸桿菌等大量消亡，而抗酸性的乳桿菌等有益菌則得以存活，并且大量繁殖，從而可有效調(diào)節(jié)胃腸道有益菌和有害菌之間的平衡，使整個(gè)腸道趨于健康狀態(tài)；（2）丁酸可直接為腸上皮細(xì)胞提供能量，是腸上皮細(xì)胞的快速能量源，可通過(guò)更新中間細(xì)胞而刺激腸絨毛細(xì)胞的生長(zhǎng)和修復(fù)、增加小腸絨毛高度、降低隱窩深度、提高絨毛高度與隱窩深度的比值、增加腸道對(duì)飼料的吸收率并維持腸道完整形態(tài)（Kotuni等，2004）。

1.4 抑制神經(jīng)元的凋亡 莊奕筠等（2017）研究了丁酸鈉對(duì)小鼠腦缺血再灌注損傷的保護(hù)作用，結(jié)論是丁酸鈉能夠抑制炎性因子與氧化應(yīng)激，使B淋巴細(xì)胞癌-2（Bcl-2）蛋白的表達(dá)增加，Bcl-2相關(guān)X蛋白的表達(dá)減少，從而對(duì)神經(jīng)元的凋亡起到抑制作用。丁酸鈉還能夠改善腦組織線粒體呼吸功能（王惠等，2016）。

1.5 誘導(dǎo)癌細(xì)胞的凋亡 孫素霞等（2013）研究了丁酸鈉對(duì)大腸癌細(xì)胞（HT-29）凋亡以及鈣離子濃度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度而誘導(dǎo)大腸癌細(xì)胞（HT-29）凋亡。陳玲等（2013）研究表明，丁酸鈉能夠抑制子宮內(nèi)膜癌細(xì)胞 （HEC-2B）的增殖，可能與下調(diào)NDRG1蛋白的表達(dá)有關(guān)。

1.6 提高母豬的繁殖性能 母豬是一個(gè)豬場(chǎng)的生產(chǎn)機(jī)器，其PSY和MSY可以說(shuō)是一個(gè)豬場(chǎng)贏利多少的分水嶺。實(shí)際生產(chǎn)中，母仔一體化營(yíng)養(yǎng)的關(guān)鍵是母豬奶水量的多少和質(zhì)的優(yōu)劣。朱彥賓等（2017）研究了丁酸鈉對(duì)母豬繁殖力的調(diào)控，發(fā)現(xiàn)日糧中添加500 mg/kg丁酸鈉，母豬產(chǎn)后采食量均明顯提高，仔豬斷奶體重及仔豬成活率明顯高于對(duì)照組。侯嘉等（2013）研究表明，泌乳母豬日糧中添加微囊丁酸鈉能夠減少母豬分娩助產(chǎn)比例及縮短產(chǎn)程，提高斷奶母豬7 d內(nèi)的發(fā)情率。日糧中添加0.1%丁酸鈉，還能夠改善種母豬的便秘（章利豐等，2014）。王二紅等（2010）研究了日糧中添加丁酸鉀對(duì)經(jīng)產(chǎn)母豬繁殖性能、血液生化指標(biāo)和乳成分的影響，結(jié)果表明，日糧中添加0.15%丁酸鉀可以提高泌乳母豬的日采食量、日泌乳量、哺乳仔豬平均日增重，也能提升母乳中乳脂、乳糖、乳蛋白和總固形物的含量。

2 丁酸鹽的毒性

丁酸鹽是組蛋白去乙?；敢种苿粋€(gè)顯著性能是它能夠抑制組蛋白去乙?；负铣?。王潔等（2015）以小鼠為動(dòng)物模型，研究了丁酸鈉的器官毒性，結(jié)果表明，丁酸鈉長(zhǎng)期腹腔給藥安全，無(wú)明顯毒副作用。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著人們生活水平的提高，健康意識(shí)和食品安全意識(shí)的增強(qiáng)，作為飼料企業(yè)，可以通過(guò)多種方法和現(xiàn)代動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，如低蛋白氨基酸平衡技術(shù)、飼料原料預(yù)處理技術(shù)、飼料外源酶匹配添加技術(shù)、飼料酸化劑組合添加技術(shù)、有機(jī)礦代替無(wú)機(jī)礦低劑量添加高效利用技術(shù)、中草藥植物提取物復(fù)配替抗技術(shù)、功能性添加劑合理添加技術(shù)等，來(lái)降低或取消畜禽生產(chǎn)中抗生素使用。其中丁酸就是一種應(yīng)用前景較好的功能性營(yíng)養(yǎng)添加劑，其添加形式主要有丁酸鈉和三丁酸甘油酯等。但由于丁酸鈉其特有的氣味，且易在胃中被分解，難以到達(dá)腸道，所以建議進(jìn)行包被加工。