丁酸調(diào)控幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育研究進(jìn)展

王璐 劉理想 孫大明 劉軍花

（1. 國家動(dòng)物消化道營養(yǎng)國際聯(lián)合研究中心 江蘇省消化道營養(yǎng)與動(dòng)物健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)消化道微生物研究室，南京 210095；2. 動(dòng)物科學(xué)類國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，南京 210095）

1 幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮的生長發(fā)育

反芻動(dòng)物的胃分為4部分，分別為瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃和皺胃。瘤胃是反芻動(dòng)物主要消化吸收代謝的場(chǎng)所。瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）被瘤胃上皮吸收代謝，可為機(jī)體提供70%以上的能量需要。同時(shí)，瘤胃上皮還起著重要的免疫和屏障作用，其形態(tài)及功能的完善對(duì)保證反芻動(dòng)物健康具有重要意義。因此，利用營養(yǎng)調(diào)控手段促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育完善是保證動(dòng)物健康及提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵［1］。

1.1 瘤胃上皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能

瘤胃壁由內(nèi)到外由黏膜層（瘤胃上皮）、肌層和漿膜層3層組成。黏膜層呈棕黃色或棕黑色，表面分布著大量向瘤胃腔內(nèi)突出的上皮乳頭。瘤胃乳頭的生長增加了瘤胃上皮的吸收表面積。因此，了解瘤胃乳頭生長的機(jī)理，對(duì)于制定提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能的策略具有重要意義［2］。眾所周知，當(dāng)飼料來源由母乳過渡為粗飼料或精料開食料時(shí)，瘤胃乳頭快速發(fā)育［3］。瘤胃微生物發(fā)酵碳水化合物的產(chǎn)物VFA可誘導(dǎo)瘤胃乳頭生長，丁酸是瘤胃乳頭生長最有效的激活劑［4］。不同成年反芻動(dòng)物的瘤胃乳頭長度存在較大差異，牛約1 cm，羊約0.5 cm［2］。瘤胃乳頭可增加瘤胃上皮與底物的接觸面積，促進(jìn)機(jī)體對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。

瘤胃上皮由角質(zhì)層、顆粒層、棘突層和基底層4層組成［5］，每一層都有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能。角質(zhì)層細(xì)胞內(nèi)含有大量的角蛋白，是瘤胃內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境的重要物理性屏障［6］。顆粒層細(xì)胞呈扁平狀，細(xì)胞間由橋粒連接，是上皮的主要滲透屏障，可有效阻止外來物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入上皮底層。棘突層細(xì)胞呈橢圓形，有鋸齒狀邊緣?；讓蛹?xì)胞是柱狀細(xì)胞牢固地附著在基底膜上。棘突層細(xì)胞和基底層細(xì)胞含有功能完善的線粒體等其他細(xì)胞器，這些細(xì)胞成分有助于瘤胃上皮代謝，主要是把部分VFA轉(zhuǎn)化成酮體［7］。同時(shí)，基底層細(xì)胞還參與瘤胃上皮細(xì)胞的更新與修補(bǔ)。

1.2 瘤胃上皮的組織形態(tài)發(fā)育

與成年反芻動(dòng)物其他功能器官占空腹體重的百分比下降相反，在斷奶過程中，瘤胃占胃腸道總?cè)莘e從30%上升到70%［8］。由于未斷奶反芻動(dòng)物需要消化和吸收母乳中的營養(yǎng)物質(zhì)，因此小腸在此過程中起主要作用［9］。幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃上皮生理和代謝發(fā)育都不完全，瘤胃上皮未表現(xiàn)出高度角質(zhì)化特征［10］。幼齡反芻動(dòng)物攝入固體飼料后，瘤胃經(jīng)過物理和化學(xué)的作用逐漸發(fā)育成熟。早期的研究表明，瘤胃中飼料的物理刺激可以顯著增加瘤胃的重量和肌肉組織發(fā)育［11］。因此，為了促進(jìn)瘤胃上皮的正常發(fā)育，必須建立一個(gè)可行的瘤胃發(fā)酵過程，這表明在瘤胃腔內(nèi)存在VFA以促進(jìn)正常乳頭的發(fā)育［11］。幼齡反芻動(dòng)物在生命的最初幾個(gè)月如僅靠母乳飼喂，則使瘤胃重量、瘤胃容量、乳頭生長、角質(zhì)化程度、色素沉積和肌肉組織不能很好發(fā)育［8，10，12］，這是由于通過食管溝的反射性閉合將母乳直接分流至皺胃［13］，從而阻止了用于瘤胃發(fā)酵的底物進(jìn)入瘤胃。有研究表明，當(dāng)液態(tài)奶直接灌入瘤胃時(shí)可產(chǎn)生VFA并刺激瘤胃乳頭生長［12］。同時(shí)，相關(guān)研究也表明，口腔灌注一定濃度的VFA可導(dǎo)致羔羊瘤胃乳頭長度增加［14］。研究表明開食料中增加精料的量并沒有導(dǎo)致瘤胃肌層的改變，但確實(shí)增加了新生犢牛和羔羊的乳頭密度和乳頭長度［3］。丁酸和丙酸代謝可能引起瘤胃上皮細(xì)胞血流量的增加，也可直接影響瘤胃上皮生長發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)［15］。

1.3 瘤胃上皮功能的發(fā)育

飼料中的碳水化合物經(jīng)過前段消化道發(fā)酵產(chǎn)生的VFA可為反芻動(dòng)物提供70%以上的能量需要。大部分VFA直接從瘤網(wǎng)胃吸收進(jìn)入血液，約20%進(jìn)入瓣胃和真胃吸收，只有少部分隨食糜進(jìn)入小腸。丁酸在瘤胃上皮中主要參與線粒體內(nèi)的生酮作用，約80%的丁酸轉(zhuǎn)化為酮體（乙酰乙酸和β-羥基丁酸），該過程產(chǎn)生的ATP將為瘤胃上皮細(xì)胞提供80%以上的能量來源［16-17］。酮體主要來自瘤胃中產(chǎn)生的丁酸，但在哺乳初期，它們也來自脂肪組織的代謝。VFA代謝產(chǎn)生的酮體、乳酸及丙氨酸等進(jìn)入血液后也是合成動(dòng)物性產(chǎn)品（羊肉或牛奶）的重要前體物質(zhì)，與動(dòng)物生產(chǎn)性能的發(fā)揮息息相關(guān)。

瘤胃上皮細(xì)胞吸收的VFA，在瘤胃內(nèi)腔以解離狀態(tài)和未解離狀態(tài)兩種形式存在［18］，通過氧化代謝通路氧化產(chǎn)生CO2，之后經(jīng)過碳酸酐酶的催化作用產(chǎn)生碳酸，碳酸又水解成氫離子和碳酸氫根離子。由于Na+吸收與H+分泌到腔內(nèi)的含量增加相關(guān)，因此Na+/H+交換劑是影響細(xì)胞內(nèi)VFA解離產(chǎn)生H+的主要原因［19］。腔內(nèi)H+的增加會(huì)促進(jìn)腔內(nèi)微環(huán)境中VFA的質(zhì)子化，從而促進(jìn)HSCFA的被動(dòng)擴(kuò)散［19］。瘤胃上皮的SCFA-/HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以將SCFA-轉(zhuǎn)運(yùn)到瘤胃上皮細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)［20-21］。研究表明，由上皮碳酸酐酶合成或基底外側(cè)吸收而分泌的碳酸氫鹽可穩(wěn)定瘤胃pH值［22］。在瘤胃上皮發(fā)現(xiàn)的陰離子交換劑也有助于碳酸氫鹽和SCFA-的交換，這進(jìn)一步有助于提高瘤胃pH值［23］。

反芻動(dòng)物瘤胃上皮具有獨(dú)特的代謝機(jī)制，可防止外周血中丁酸的出現(xiàn)，即瘤胃上皮中的高丁酰輔酶合成酶活性可確保丁酸的快速活化，由上皮細(xì)胞氧化成β-羥基丁酸。丁酸通過瘤胃上皮代謝，很容易從肝臟門脈血液中移除高位丁酰輔酶A合成酶活性，可確?？焖倩罨碗S后對(duì)酮體的代謝。來自綿羊肝臟的?；o酶A合成酶特異性地作用于C3至C7直鏈脂肪酸。?；o酶A來自綿羊腎的合成酶對(duì)C3至C7直鏈脂肪酸具有特異性［24］。這些VFA是通過碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生的，并且在反芻動(dòng)物中主要用作變性基質(zhì)。反芻動(dòng)物優(yōu)先利用VFA可能與脂肪酸活化酶的水平有關(guān)。而且，?；o酶A合成酶通常是非平衡酶，可以在控制整個(gè)細(xì)胞過程中發(fā)揮作用。因此，乙酸、丙酸和丁酸活化反應(yīng)可以作為VFA代謝中的重要調(diào)節(jié)步驟［24］。

幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃很小且功能尚未發(fā)育完全，占總胃腸道容積的30%，只表現(xiàn)乳頭發(fā)育的原始狀態(tài)，但成年綿羊的瘤胃占胃腸道容積的80%，且瘤胃乳頭發(fā)育基本完全，瘤胃上皮細(xì)胞發(fā)生角質(zhì)化［25］。瘤胃上皮代謝變化與形態(tài)發(fā)育相協(xié)調(diào)，包括葡萄糖氧化減少，VFA氧化及酮體量增加［26］。犢牛單獨(dú)飼喂母乳時(shí)瘤胃幾乎沒有發(fā)育，但是向幼齡反芻動(dòng)物飼喂固體飼料后，瘤胃體積和重量以及乳頭長度和密度都明顯增加［27］。由此說明，瘤胃的生長和肌肉的發(fā)育前提是存在固體飼料，而瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生的VFA也是瘤胃上皮形態(tài)及功能發(fā)育所必需的。

有研究表明，丁酸對(duì)瘤胃上皮發(fā)育的刺激作用最大，丙酸對(duì)瘤胃上皮的刺激作用略小于丁酸，但遠(yuǎn)大于乙酸所產(chǎn)生的刺激作用。因此，可以合理地預(yù)測(cè)，瘤胃上皮的發(fā)育程度與化合物的生理或生化活性有關(guān)。據(jù)報(bào)道稱，瘤胃中脂肪酸增加會(huì)導(dǎo)致瘤胃血流量增加，且相對(duì)增加速率為丁酸＞丙酸＞乙酸［28］。有研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃乳頭的生長很可能是瘤胃壁代謝某些化合物或脂肪酸對(duì)血流量影響的結(jié)果［28］。在體外試驗(yàn)培養(yǎng)基中添加丁酸可抑制瘤胃上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用，同樣，添加葡萄糖也抑制對(duì)丁酸的利用［29］。也有研究表明，在羔羊84日齡前，葡萄糖和丁酸被瘤胃上皮細(xì)胞利用的效率隨日齡增長變化不明顯，一直到42日齡后才在培養(yǎng)基中檢測(cè)到β-羥丁酸，但到84日齡時(shí)，β-羥丁酸的濃度已經(jīng)接近成年水平［30］。研究發(fā)現(xiàn)，隨著羔羊日齡的增加（0-84日齡），瘤胃上皮細(xì)胞3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合酶和乙酰乙酸輔酶A硫解酶的mRNA表達(dá)量也在上升，到84日齡時(shí)即達(dá)到成年水平，且不受日糧和瘤胃內(nèi)VFA的影響［14］，表明瘤胃上皮的代謝功能隨日齡的增長而逐漸增強(qiáng)。

2 丁酸與幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育

2.1 瘤胃內(nèi)丁酸的主要來源

幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃尚未發(fā)育完全，因此瘤胃中丁酸的主要來源是飼喂乳中存在的丁酸。盡管母乳中的游離丁酸濃度相對(duì)較低（0.16 g/L），但它可能足以影響瘤胃的發(fā)育和功能［31］。隨著反芻動(dòng)物日齡的不斷增加，瘤胃中的丁酸主要是由瘤胃微生物發(fā)酵碳水化合物而產(chǎn)生。在瘤胃中產(chǎn)生的3種主要VFA（乙酸，丙酸和丁酸）中，丁酸含量最少，根據(jù)日糧組成，其在總發(fā)酵酸中的摩爾比例可在5%-20% 之間［32］。

2.2 日糧丁酸補(bǔ)飼

幼齡反芻動(dòng)物剛出生時(shí)主要飼料來源是液態(tài)奶，攝入的固體飼料含量較少，此時(shí)瘤胃微生物菌群體系尚未健全。這導(dǎo)致瘤胃中可利用的丁酸非常低，直至反芻動(dòng)物大量攝入固體飼料并建立瘤胃微生物區(qū)系和瘤胃發(fā)酵模式后，瘤胃中丁酸水平才顯著增加［33-34］。此外，由于考慮到經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，代乳料通常代替全脂乳被用作幼齡反芻動(dòng)物的日糧。但有研究表明，代乳料會(huì)使瘤胃發(fā)育遲緩，主要是由于其缺乏乳脂以及植物來源的抗?fàn)I養(yǎng)因子［35］。并且植物（棕櫚油，椰子油）或動(dòng)物（豬油，牛脂）替代品基本不能滿足幼齡反芻動(dòng)物所需的丁酸含量。因此，日糧丁酸補(bǔ)飼可以作為一種促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)育的手段。

2.2.1 丁酸的性質(zhì)和功能 丁酸又稱酪酸，為無色至淺黃色透明油狀液體，有腐臭的酸味。與水混溶，易溶于有機(jī)溶劑。丁酸可以從哺乳動(dòng)物腸道中膳食纖維的細(xì)菌以及汗液甚至糞便中提取，也是牛乳的成分之一［36］。丁酸有抑制腫瘤細(xì)胞增殖分化，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)機(jī)體免疫和抗病能力，維護(hù)腸道的正常機(jī)能的作用［37-38］。

2.2.2 日糧丁酸的來源和形式 丁酸主要以丁酸鹽或丁酸酯的形式作用［39］，相對(duì)于游離丁酸，使用丁酸鹽或丁酸酯的主要優(yōu)點(diǎn)是它們?cè)陲暳仙a(chǎn)過程中更穩(wěn)定，緩解丁酸的腐臭味，不易快速揮發(fā)且更易于處理［31］。然而，不同來源的丁酸添加劑具有不同的性質(zhì)和作用。丁酸鈉是丁酸最常用的添加形式，性價(jià)比較高，且易溶于水并迅速在水溶液中解離［40］。日糧中添加的丁酸鈉在瘤胃中迅速解離并且大部分被胃腸道吸收。與丁酸鈉相比，丁酸鈣在水溶液中較難溶解，少部分可以被小腸消化吸收。當(dāng)丁酸以甘油單酯，二甘油酯或三丁酸甘油酯形式添加時(shí)，必須從甘油中釋放出來才能促進(jìn)瘤胃上皮的發(fā)育。

日糧丁酸補(bǔ)飼的效果可以通過保護(hù)丁酸在胃中的釋放和利用來調(diào)節(jié)。通常采用微囊化和脂肪包衣來達(dá)到此目的［41-42］。當(dāng)丁酸以保護(hù)形式添加時(shí)，僅在瘤胃中部分釋放，大多數(shù)活性物質(zhì)在小腸中逐漸釋放［43］。當(dāng)以無保護(hù)形式補(bǔ)飼時(shí)，丁酸被胃腸道近端部分的上皮細(xì)胞迅速吸收，并且不能在血液和近端小腸的內(nèi)容物中檢測(cè)到［44］。

2.2.3 日糧丁酸的補(bǔ)飼方式 犢牛的瘤胃發(fā)育在很大程度上取決于營養(yǎng)因素，初生犢牛提前飼喂固體飼料可加速其生長，這在早期斷奶干預(yù)中尤為重要［45］。自由采食固體飼料對(duì)犢牛瘤胃的重量，體積和功能的發(fā)育有積極影響［46］。此外，從反芻動(dòng)物剛出生開始就攝入固體飼料會(huì)增加犢牛對(duì)固體飼料的攝入量，并且可能對(duì)瘤胃微生物區(qū)系，瘤胃發(fā)酵及其瘤胃上皮的形成產(chǎn)生積極影響［47］。瘤胃中的發(fā)酵產(chǎn)物，例如VFA（主要是丁酸和少量的丙酸），是瘤胃上皮細(xì)胞發(fā)育的主要刺激物［28］。液態(tài)飼料（初乳，牛奶或代乳品）是幼齡反芻動(dòng)物最重要的營養(yǎng)來源。因此，實(shí)踐中給犢牛飼喂數(shù)量有限的液態(tài)奶和含碳水化合物飼料的混合物，這些混合物迅速發(fā)酵成丁酸和丙酸，以加速瘤胃發(fā)育［48］。羔羊從2月齡開始采食固體飼料，這種飼料經(jīng)瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生VFA。幼齡反芻動(dòng)物出生時(shí)，瘤胃上皮細(xì)胞以相似的速率氧化葡萄糖和丁酸。在斷奶時(shí)（42-56日齡）葡萄糖氧化速率降低，丁酸變成主要的氧化底物［30］。此外，在斷奶時(shí)，使丁酸生成酮體β-羥基丁酸的瘤胃上皮細(xì)胞增加了六倍［30］。有研究表明，在犢牛斷奶前后的飼糧中添加丁酸鈉可使斷奶犢牛瘤胃乳頭的長度和寬度有效增加，肌層厚度也有增加趨勢(shì)［30］。在幼齡反芻動(dòng)物代乳料或開食料中添加丁酸會(huì)有缺點(diǎn)，即瘤胃上皮細(xì)胞強(qiáng)烈增殖，特別是分化和成熟導(dǎo)致角質(zhì)層增厚，瘤胃角化過度會(huì)影響瘤胃上皮對(duì)VFA的吸收［49-50］。此外，研究表明，日糧添加丁酸會(huì)降低綿羊瘤胃食糜中的纖維素分解酶和木聚糖分解酶的活性，而瘤胃中的淀粉分解酶活性較高［51］。無論是在代乳料還是在開食料中直接添加丁酸，其特殊的腐臭味會(huì)降低反芻動(dòng)物的采食量以及平均日增重［52-53］。采用包被形式的丁酸比單一添加丁酸時(shí)經(jīng)濟(jì)成本高。同時(shí)，也有研究表明，使用瘤胃瘺管動(dòng)物，直接往其瘤胃內(nèi)灌服丁酸也可促進(jìn)瘤胃的發(fā)育［54］，但此法對(duì)反芻動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)激。Liu等［55］發(fā)現(xiàn)飼喂母乳的條件下補(bǔ)飼開食料，同時(shí)采用口腔灌服丁酸鈉的形式對(duì)幼齡反芻動(dòng)物傷害相對(duì)較小，更能反映丁酸對(duì)幼齡反芻動(dòng)物的實(shí)際作用，并且更加貼近于生產(chǎn)。

2.3 丁酸對(duì)瘤胃上皮發(fā)育的影響

丁酸調(diào)控幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育是一個(gè)歷久彌新的話題。早期研究主要從宏觀層面闡述了丁酸對(duì)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)育的影響。Sander等和Hodson［56-57］通過瘤胃瘺管給犢牛灌注乙酸鈉、丙酸鈉、丁酸鈉、氯化鈉和葡萄糖發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉和丙酸鈉刺激瘤胃乳頭生長的能力比乙酸鈉、氯化鈉和葡萄糖的強(qiáng)。添加丁酸鈉能明顯促進(jìn)瘤胃黏膜的發(fā)育，瘤胃乳頭的生長可能與瘤胃壁代謝丁酸供能直接相關(guān)。Walker等［58］也發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸能促進(jìn)瘤胃乳頭生長并能產(chǎn)生一定的生化作用，但在7周齡和9周齡斷奶羔羊中瘤胃發(fā)育遲緩，丁酸利用率下降。Flatt等［59］研究表明，低纖維日糧或乙酸、丙酸、丁酸和乳酸的混合鈉鹽溶液都會(huì)促進(jìn)瘤胃乳頭的發(fā)育。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在飼喂?fàn)倥５娜樘侨芤褐刑砑佣∷徕c可增加瘤胃乳頭長度［60］。在犢牛代乳料中添加丁酸鈉刺激瘤胃發(fā)育，增加了乳頭長度與寬度，并發(fā)現(xiàn)在代乳料與發(fā)酵劑混合物日糧中添加丁酸鈉，更有利于犢牛的瘤胃上皮發(fā)育［4］。同時(shí)，在代乳料中添加丁酸鈉還可促進(jìn)瘤胃上皮對(duì)丁酸，丙酸和乙酸的吸收代謝，增加瘤胃乳頭的長度及寬度［61-62］。在犢牛開食料中添加0.3%的丁酸鈉也可有效增加瘤胃乳頭長度和寬度，促進(jìn)瘤胃上皮發(fā)育［47］。上述早期研究結(jié)果表明，在代乳料/開食料中添加或是通過瘤胃灌注適量丁酸可有效促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮形態(tài)發(fā)育并促進(jìn)其吸收代謝功能。

隨著研究的深入，丁酸調(diào)控瘤胃上皮發(fā)育的研究逐漸從宏觀層面延展到細(xì)胞和分子水平。Mentschel等［63］研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加丁酸刺激瘤胃黏膜基底層干細(xì)胞細(xì)胞的有絲分裂，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的增殖，使乳頭長度增加。Sakata等［64］也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，短鏈脂肪酸是消化道的生理腔內(nèi)營養(yǎng)因子，可以促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞的分裂。體外細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，丁酸和胰島素相互作用能促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞 DNA 合成［65］。Gálfi等［66］發(fā)現(xiàn)丁酸抑制瘤胃上皮細(xì)胞分化作用是依賴pH變化的過程，因?yàn)榱鑫干掀ぜ?xì)胞在不同pH值下的代謝和運(yùn)輸過程不斷變化，加上局部生長因子，可廢除丁酸的抑制作用。進(jìn)一步研究表明，丁酸鈉對(duì)瘤胃上皮細(xì)胞生長具有濃度依賴性的抑制作用［67］。將較高濃度（5 mmo/L）的丁酸鈉添加到瘤胃上皮細(xì)胞培養(yǎng)物中，促進(jìn)了角質(zhì)化細(xì)胞的形成，表明高濃度的丁酸在誘發(fā)瘤胃上皮細(xì)胞過度角質(zhì)化中起重要作用［68］。在體試驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了這一觀點(diǎn)，長期瘤胃灌注高濃度的丁酸會(huì)導(dǎo)致瘤胃上皮角質(zhì)層增厚，細(xì)胞增殖減少［69］。Jamila等［70］每天給山羊瘤胃內(nèi)灌注0.3 g/kg體重的丁酸鈉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瘤胃上皮層的乳頭大小增加，這與產(chǎn)生較高的細(xì)胞層數(shù)目有關(guān)，并且細(xì)胞周期蛋白與mRNA表達(dá)水平增加。研究表明，丁酸通過改善瘤胃上皮細(xì)胞增殖和凋亡相關(guān)的基因表達(dá)促進(jìn)瘤胃乳頭生長。在上皮細(xì)胞生長過程中，細(xì)胞增殖速度明顯高于細(xì)胞凋亡速度。Liu等［55］研究發(fā)現(xiàn)，口服丁酸鈉可以改善斷奶羔羊的動(dòng)物生產(chǎn)性能，促進(jìn)瘤胃乳頭生長，并增強(qiáng)與瘤胃上皮VFA攝取和代謝相關(guān)的基因的表達(dá)。丁酸可以刺激微生物發(fā)酵產(chǎn)物的吸收和代謝，調(diào)節(jié)參與維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的蛋白質(zhì)的活性，以及參與調(diào)控瘤胃上皮組織內(nèi)代謝物的細(xì)胞間流動(dòng)的蛋白質(zhì)的活性，這些作用促進(jìn)了瘤胃上皮組織的代謝發(fā)育［71］。

丁酸不僅是瘤胃上皮細(xì)胞的主要能量來源，而且還是間接刺激上皮細(xì)胞增殖的信號(hào)分子［54］。丁酸可以通過內(nèi)分泌和旁分泌的方式來發(fā)揮作用，影響激素和生長因子如IGF-1的分泌，進(jìn)一步促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖［9，72］。有研究表明，飼喂非常低水平的丁酸也可促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃上皮發(fā)育［73-74］，因此丁酸對(duì)瘤胃上皮生長和成熟的影響可能更多地依賴于生長因子的間接作用模式而不是直接為細(xì)胞增殖提供能量。IGF-1通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑加速細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞增殖分化以及表面積增加［75］。大量研究表明，體外試驗(yàn)注射不同的IGF-1的濃度會(huì)改變瘤胃乳頭的數(shù)量和大小，DNA的合成也會(huì)發(fā)生變化［76］。有研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1和丁酸可通過協(xié)同作用顯著促進(jìn)DNA的合成和增殖，因此IGF-1和丁酸對(duì)瘤胃上皮細(xì)胞的生長具有協(xié)同促進(jìn)作用［77］。

3 小結(jié)與展望

丁酸作為反芻動(dòng)物瘤胃微生物降解植物性飼料的主要產(chǎn)物，也是瘤胃上皮及宿主重要的能量來源。本文主要介紹了幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮生長發(fā)育特點(diǎn)以及丁酸對(duì)其發(fā)育的影響。開食料/代乳料添加或是口腔/瘤胃灌注合適濃度的丁酸能促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育，主要表現(xiàn)為瘤胃乳頭的增長和細(xì)胞層的增厚，該過程與瘤胃上皮細(xì)胞增殖的加速密切相關(guān)。但是過高濃度的丁酸反而對(duì)瘤胃上皮的發(fā)育產(chǎn)生不利影響，主要表現(xiàn)為瘤胃上皮的過度角質(zhì)化。所以真正明晰不同幼齡反芻動(dòng)物（犢?；蚋嵫颍┰诓煌黼A段對(duì)丁酸的需求量將是未來的研究重點(diǎn)。同時(shí)，丁酸促進(jìn)瘤胃上皮發(fā)育的深層機(jī)理尚不清楚，還有待進(jìn)一步探索。