中鏈脂肪酸的生理功能及在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

薛永強(qiáng)，張輝華，王 達(dá)，雷志偉，何 冰，楊 博

(1.華南理工大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510006； 2.廣東省脂類科學(xué)與應(yīng)用工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510006； 3.佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528230； 4.安徽五糧泰生物工程股份有限公司，安徽 六安 237000)

在現(xiàn)代化規(guī)模養(yǎng)殖過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)調(diào)控和技術(shù)改進(jìn)在促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能和健康保障方面起著重要作用。然而，動(dòng)物生產(chǎn)過(guò)程中，隨著集約化養(yǎng)殖規(guī)模的不斷加大，嚴(yán)重的藥物依賴性和動(dòng)物健康狀況不斷下降的現(xiàn)象日益加劇。當(dāng)前對(duì)抗生素的過(guò)度使用導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性和抗生素殘留，嚴(yán)重威脅人類和動(dòng)物的健康，因此全面替代飼用抗生素已成為當(dāng)前畜牧發(fā)展的必然趨勢(shì)，開發(fā)高效、綠色、安全的動(dòng)物促生長(zhǎng)劑和免疫調(diào)節(jié)劑是我國(guó)乃至全球畜牧業(yè)未來(lái)發(fā)展的重要任務(wù)和方向。中鏈脂肪酸(MCFAs)可以為動(dòng)物快速提供能量，對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)、腸道發(fā)育、腸道菌群、免疫調(diào)控及肉品質(zhì)有重要影響，是一種潛在的抗生素替代品。本文就MCFAs的理化特性、代謝途徑、生理功能及在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果進(jìn)行綜述，旨在為研究MCFAs在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用提供理論上的參考。

1 MCFAs概述

MCFAs是含有6～12個(gè)碳原子的飽和脂肪酸，主要包括己酸(C6)、辛酸(C8)、癸酸(C10)和月桂酸(C12)，以中鏈甘油三酯(MCT)的形式存在于動(dòng)物乳脂和各種飼料原料中，尤其是椰子油、棕櫚油[1-2]。MCFAs和MCT都具有特定的營(yíng)養(yǎng)和代謝作用，包括快速消化、被動(dòng)吸收和強(qiáng)氧化，對(duì)幼小動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)有著重大的意義[3]。MCFAs可以為機(jī)體快速供能，直接被腸道上皮細(xì)胞吸收，有助于幼仔腸道的完整性，還可以通過(guò)促進(jìn)人體對(duì)長(zhǎng)鏈脂肪酸的分解而用于減肥[4]。MCT是以C8和C10脂肪酸為主要原料的一種人工合成的中鏈脂肪酸甘油脂，是應(yīng)用時(shí)間最久、應(yīng)用領(lǐng)域最廣的中鏈脂肪酸產(chǎn)品[5]，被用于為弱小動(dòng)物快速地補(bǔ)充能量和提高抗病能力[6-7]。

2 MCFAs代謝

MCFAs分子量相對(duì)較小，乳化能力強(qiáng)，水解能力較長(zhǎng)鏈脂肪酸(LCFAs)強(qiáng)，還可促進(jìn)LCFAs的乳化。MCFAs可以自由進(jìn)入肝細(xì)胞線粒體進(jìn)行氧化，不需要依賴肉堿載體的轉(zhuǎn)運(yùn)，具有快速供能的特點(diǎn)，也不會(huì)在體內(nèi)積累[3]。MCT可以直接進(jìn)入小腸細(xì)胞，經(jīng)體內(nèi)脂肪酶水解生成MCFAs，迅速被小腸上皮細(xì)胞吸收[8]。水解生成的MCFAs多數(shù)以游離形式被動(dòng)擴(kuò)散吸收。在腸細(xì)胞內(nèi)，MCFAs對(duì)脂肪酸結(jié)合蛋白的親和力比較低，因此大部分不再酯化，而是擴(kuò)散到門靜脈血液中，并與白蛋白結(jié)合，直接運(yùn)輸?shù)礁闻K[9-12]，只有一小部分MCFAs被乳糜微粒吸收[13]。MCFAs通過(guò)門靜脈轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟后通過(guò)線粒體的β-氧化被有效地用于能量產(chǎn)生[14-15]，為機(jī)體快速供能。

3 MCFAs的生理功能

3.1 供能作用

MCFAs氧化可產(chǎn)生大量的乙酰CoA進(jìn)入TCA循環(huán)而提供能量，可以將MCFAs補(bǔ)充到幼小動(dòng)物飼糧中，給予能量供應(yīng)。MCFAs可用于治療脂質(zhì)吸收障礙、吸收不良綜合征、胰腺功能不全、膽囊紊亂、腸胃炎、糖尿病等疾病，并可作為早產(chǎn)兒的能量來(lái)源[16-17]。對(duì)幼小動(dòng)物來(lái)說(shuō)，MCT可改善動(dòng)物的能量狀況，提高幼小動(dòng)物的存活率[18]，是動(dòng)物獲得即時(shí)能量的重要來(lái)源，在動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中具有很大的利用價(jià)值。

3.2 維持腸道完整性

腸道形態(tài)是影響動(dòng)物腸道健康和功能的重要因素。小腸絨毛高度、隱窩深度是反映小腸結(jié)構(gòu)功能的兩個(gè)重要指標(biāo)，絨毛的邊緣存在著大量的腸上皮細(xì)胞，具有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收功能，若腸上皮細(xì)胞減少，將會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收功能下降[19]。MCFAs可為腸上皮細(xì)胞快速提供能量，提高黏膜結(jié)合酶和腸道二糖酶的活性，提高腸道絨毛高度，改善動(dòng)物的消化吸收功能[20-21]，維持動(dòng)物腸道的完整性。De Keyser等[22]研究發(fā)現(xiàn)，MCT6/8可以緩解仔豬LPS攻毒造成的腸道損傷，提高腸道絨毛高度和血清IgA的水平，進(jìn)而促進(jìn)仔豬的生長(zhǎng)。改善腸道完整性的可能機(jī)制是：(1)通過(guò)抑制Toll樣受體4(TLR4)和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白(NOD)信號(hào)通路降低腸道促炎細(xì)胞因子的表達(dá)；(2)通過(guò)抑制受體相互作用蛋白激酶3(RIP3)和混合系列蛋白激酶樣結(jié)構(gòu)域(MLKL)的mRNA表達(dá)來(lái)減少腸細(xì)胞壞死[23]。

3.3 平衡腸道菌群

MCFAs及單甘酯具有良好的抑菌效果，有利于穩(wěn)定動(dòng)物腸道菌群的平衡，且中鏈單甘酯的抑菌效果優(yōu)于游離脂肪酸[24]。MCFAs是一種陰離子表面活性劑，與細(xì)菌病原體的細(xì)胞膜有著相似的親水親油值，可以穿透細(xì)菌等病原體的細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)抑制細(xì)菌DNA復(fù)制和脂肪酶活性，發(fā)揮抑菌作用[25]。研究發(fā)現(xiàn)，月桂酸單甘油酯(GML)可抑制芽孢萌芽或殺死芽孢，抑制金黃色葡萄球菌、糞腸球菌等細(xì)胞壁的合成，癸酸單甘酯能破壞幽門桿菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁[26-27]，可見MCFAs的抑菌作用是通過(guò)影響細(xì)菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞壁來(lái)完成。Sun等[28]體外研究表明，增加pH值與MCFAs抑菌效果呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明MCFAs的抑菌作用效果取決于脂肪酸的離解程度，受動(dòng)物體胃腸道pH值的影響。MCFAs對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌的抑菌效果強(qiáng)，而對(duì)革蘭氏陰性菌的抑菌效果較弱，而且在某些情況下月桂酸(C12∶0)的抑菌效果要優(yōu)于辛酸(C8∶0)和癸酸(C10∶0)[28]，辛酸和癸酸混合具有協(xié)同效應(yīng)[29]，此外月桂酸單甘酯和癸酸單甘酯的抑菌效果強(qiáng)于對(duì)應(yīng)的游離脂肪酸[24]，可見，MCFAs的抑菌效果和其種類密切相關(guān)。

3.4 腸道免疫調(diào)節(jié)

MCFAs對(duì)人和動(dòng)物機(jī)體的免疫系統(tǒng)具有一定的調(diào)節(jié)作用，參與機(jī)體免疫系統(tǒng)的調(diào)控。GPR84是一種在免疫細(xì)胞中高度表達(dá)的信號(hào)蛋白，而MCFAs可作為GPR84的配體，表明MCFAs參與機(jī)體的免疫調(diào)控[30]。研究發(fā)現(xiàn)，辛酸及MCT抑制Caco-2細(xì)胞白介素(IL)-8的分泌[31]，而癸酸卻能刺激腸上皮細(xì)胞IL-8的分泌[32]，可見免疫調(diào)節(jié)與MCFAs種類相關(guān)。Kono等[33]對(duì)大腸桿菌脂多糖攻毒大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，MCT顯著促進(jìn)大鼠IgA的分泌和IL-6的表達(dá)，抑制腫瘤壞死因子α(TNF-α)、IL-18、巨噬細(xì)胞炎性蛋白-2(MIP-2)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)等促炎細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)。Carlson等[34]研究發(fā)現(xiàn)，MCT可以降低小鼠的炎癥反應(yīng)，用于治療炎癥引起的慢性疾病。陳少魁[20]研究發(fā)現(xiàn)，MCFAs可通過(guò)抑制TLR4和NOD信號(hào)通路來(lái)降低斷奶仔豬炎癥因子的表達(dá)，并增加抗炎因子的表達(dá)。Xu等[23]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加MCT降低了斷奶仔豬空腸熱休克蛋白70(heat-shock protein 70)和血漿TNF-α的表達(dá)，并通過(guò)抑制RIP3和NOD的mRNA表達(dá)來(lái)抑制空腸和回腸細(xì)胞壞死?？梢?，MCFAs具有良好的抗炎作用，可通過(guò)多條途徑緩解機(jī)體炎癥反應(yīng)，參與機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)。

3.5 抗病毒作用

MCFAs的單甘酯具有抗病毒特性，尤其是月桂酸單甘油酯(GML)，可以抑制病毒的感染和傳播，起到預(yù)防和治療相關(guān)病毒性疾病的作用。中鏈單甘酯可以顯著降低囊膜病毒如單純性皰疹病毒、綿陽(yáng)髓鞘脫落病毒等的病毒滴度[35]，GML可顯著抑制流感病毒、口腔炎病毒的增殖[36]，抑制SIV病毒的感染和傳播[37-38]?？鼓夷げ《镜臋C(jī)理可能是中鏈單甘酯的親脂性，可以插入病毒的囊膜，導(dǎo)致病毒復(fù)制能力的減弱或喪失，沒(méi)有復(fù)制能力的病毒就充當(dāng)了抗原的角色，激發(fā)動(dòng)物產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，從而起到了抗病毒的作用。

4 MCFAs在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 MCFAs在豬生產(chǎn)中的應(yīng)用

目前關(guān)于MCFAs對(duì)豬的影響結(jié)果不盡一致，多數(shù)研究表明日糧中添加MCFAs可改善豬的生長(zhǎng)性能。Dove[39]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加5%的MCT能夠顯著提高斷奶仔豬的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率。Dierick等[29]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加MCFAs顯著提高斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能，調(diào)節(jié)和穩(wěn)定斷奶仔豬的胃腸道菌群環(huán)境。Hanczakowsk等[40]試驗(yàn)表明，在斷奶仔豬日糧中添加MCFAs(0.3%辛酸，0.3%癸酸)，癸酸顯著提高仔豬斷奶28 d后的日增重，改善仔豬斷奶后的生長(zhǎng)性能，而辛酸可以顯著降低腸道中大腸桿菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌的含量，說(shuō)明不同類型MCFAs的效果不同。張昊等[41]研究表明，1.4%的固態(tài)MCT可以顯著增加斷奶仔豬的平均日增重，顯著提高血液中D-木糖和總蛋白的含量，降低血液中尿素氮的含量，說(shuō)明MCT可改善斷奶仔豬的腸道吸收能力和蛋白代謝，促進(jìn)仔豬的生長(zhǎng)性能。Hanczakowska等[42]研究發(fā)現(xiàn)，添加MCFAs的可以提高仔豬日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，而對(duì)腸道微生物和腸道形態(tài)卻沒(méi)有影響。Li等[43]研究表明，MCT替代大豆油可提高仔豬斷奶后兩周的日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，1.4%和2.1%的替代量可顯著提高仔豬斷奶后12～14 d的表觀消化率，并顯著增加斷奶后14 d血液中總蛋白的含量，降低尿素氮和丙二醛的含量，說(shuō)明添加MCT可改善斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能、營(yíng)養(yǎng)利用率和抗氧化能力。但也有研究表明，日糧中添加MCFAs對(duì)豬的生長(zhǎng)性能沒(méi)有顯著影響。Allee等[44]研究表明，添加10%的MCTs與同等劑量的牛油、豬油和玉米油相比，斷奶仔豬增重和飼料轉(zhuǎn)化效率沒(méi)有顯著差異。陳晨[45]研究表明，日糧中添加MCFAs對(duì)斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，但提高了血液中總蛋白含量，降低總膽固醇含量，影響機(jī)體脂質(zhì)代謝，并提高斷奶仔豬腸絨毛高度，降低胃和腸道前段的pH值，促進(jìn)仔豬對(duì)營(yíng)養(yǎng)的消化吸收，改善仔豬的腸道健康，推薦添加水平為0.2%。陳少魁[20]研究表明，4%的MCFAs對(duì)仔豬的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，但增加了腸道二糖酶的活性，改善腸道吸收消化供功能，可緩解仔豬因LPS刺激造成的腸道損傷，并減少炎癥因子的表達(dá)，緩解炎癥反應(yīng)。綜上所述，MCFAs對(duì)豬生長(zhǎng)性能的影響不一致，可能與添加量、MCFAs類型及配伍形式相關(guān)，但日糧中添加MCFAs可以改善豬腸道的吸收功能，穩(wěn)定胃腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)，對(duì)豬的健康具有積極的作用，但其配伍方式、添加量、生產(chǎn)工藝等還需要進(jìn)一步的研究。

4.2 MCFAs在家禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

MCFAs由于代謝和功能特點(diǎn)，在家禽營(yíng)養(yǎng)中也得到了廣泛的應(yīng)用。馬允莉[46]研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加MCFAs可增加蛋雞的產(chǎn)蛋率和蛋重，降低破蛋率，此外，MCFAs可顯著降低肉雞的腹脂率，有效地控制雞球蟲病的發(fā)生。Shokrollahi等[47]研究表明，日糧中添加MCFAs對(duì)肉雞的生長(zhǎng)性能沒(méi)有顯著影響，但顯著降低血清中血糖、膽固醇和低密度脂蛋白含量，升高高密度脂蛋白含量，并降低腹脂率，對(duì)肉雞的健康和生長(zhǎng)性能具有積極的促進(jìn)作用。Wang等[48]研究發(fā)現(xiàn)，用椰子油代替大豆油對(duì)肉雞的生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，但顯著降低了血清總膽固醇、低密度脂蛋白、低密度脂蛋白/高密度脂蛋白的含量，并降低了腹部脂肪的沉積。劉夢(mèng)蕓[49]研究結(jié)果顯示，GML顯著提高雞蛋的蛋白高度、哈夫單位，增強(qiáng)了蛋黃的顏色，顯著增加雞蛋中總蛋白含量以及組氨酸和谷氨酸的含量，對(duì)蛋雞的生產(chǎn)性能、蛋品質(zhì)、腹脂形態(tài)和雞蛋營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)具有顯著的提升效果，并且150 mg/kg GML可顯著提高肉雞的飼料轉(zhuǎn)化率和腸道形態(tài)，顯著提高雞胸肉中必需脂肪酸、不飽和脂肪酸和氨基酸的含量，改善肉雞的肉品質(zhì)。Immerseel等[50]研究發(fā)現(xiàn)，MCFAs可以降低蛋雞沙門氏菌在盲腸中的定植，降低腸上皮細(xì)胞毒力基因的表達(dá)和侵襲?？梢?，MCFAs可以降低家禽有害菌的含量，降低腹部脂肪的沉積，對(duì)家禽的生長(zhǎng)性能和健康具有積極的作用。

4.3 MCFAs在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

反芻動(dòng)物由于瘤胃的特殊作用，與非反芻動(dòng)物的消化吸收有著明顯的區(qū)別，目前關(guān)于反芻動(dòng)物添加MCFAs的報(bào)道較少。Liu等[51]研究發(fā)現(xiàn)日糧中添加椰子油對(duì)綿羊的生長(zhǎng)無(wú)抑制作用，顯著降低了瘤胃液中產(chǎn)甲烷菌和原蟲的數(shù)量、瘤胃液中總揮發(fā)性脂肪酸的濃度和產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌的數(shù)量，減少甲烷氣體的排放量。Sun等[52]研究發(fā)現(xiàn)，乳脂中的脂肪含量隨SMCFA/LCFA比值呈線性增加趨勢(shì)，增加MCFAs有助于改善乳脂的合成，并與Vyas等[53]研究結(jié)果相一致。Jordan等[54]研究發(fā)現(xiàn)，每天飼喂250 g的椰子油可顯著提高肉用育肥母牛的日增重，腸道的甲烷排出量及瘤胃的原蟲數(shù)量顯著降低。但Sutter等[55]研究發(fā)現(xiàn)在育肥公牛飼糧中添加3%的椰子油可顯著降低公牛的日增重，與前者出現(xiàn)不一致的結(jié)果。由此可見，MCFAs可以減少反芻動(dòng)物腸道甲烷排出量和原蟲數(shù)量，但是具體的添加方式和添加類型還需要進(jìn)一步的研究。

5 MCFAs的替抗應(yīng)用

當(dāng)前MCFAs在抗生素替代中的應(yīng)用研究相對(duì)較少。Han等[56]研究發(fā)現(xiàn)，保育豬飼喂含MCFAs的飼料所表現(xiàn)出的生長(zhǎng)性能與抗生素促進(jìn)劑或氧化鋅之間無(wú)顯著差異，可替代抗生素促生長(zhǎng)劑用于保育豬。Han等[57]研究指出，MCFAs和有機(jī)酸聯(lián)合使用可替代金霉素在斷奶仔豬上的應(yīng)用，添加有機(jī)酸和MCFAs提高斷奶仔豬的平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，降低腹瀉率，提高血清IgA水平和抗氧化能力，調(diào)節(jié)其腸道微生物菌群結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)斷奶仔豬的免疫能力，可作為金霉素替代品用于斷奶仔豬。Fortuosoa等[58]研究發(fā)現(xiàn)，相比于桿菌肽，添加100～300 mg/kg的GML可以顯著降低肉雞感染球蟲和細(xì)菌的幾率，改善飼料轉(zhuǎn)化效率和肉品質(zhì)，降低肉雞的腹脂率，是一種潛在的抗生素替代品。Yen等[59]研究發(fā)現(xiàn)，硫酸粘桿菌素可以抑制腸道中的梭菌數(shù)量，但同時(shí)抑制了乳酸菌的生長(zhǎng)，添加MCT可以有效的改善仔豬的飼料轉(zhuǎn)化率，減少腸道中梭菌的數(shù)量，而對(duì)有益菌無(wú)抑制作用，無(wú)論是否添加硫酸粘桿菌素，飼糧中添加MCT均可改善仔豬的腸道微生物環(huán)境，提高飼料利用率，可作為硫酸粘桿菌素的替代品用于斷奶仔豬。Dierick等[29]也得到同樣的結(jié)果，研究表明，日糧中添加2.5% MCT可提高斷奶仔豬的增重和飼料利用效率。可見，MCFAs可作為一種非常有潛力的抗生素替代品用于動(dòng)物生產(chǎn)。

6 小結(jié)和展望

MCFAs具有獨(dú)特的理化性質(zhì)，能夠被動(dòng)物快速吸收來(lái)補(bǔ)充能量，同時(shí)具有抗菌、抗病毒、免疫功能調(diào)控、維持腸道完整性及平衡腸道菌群等多種生理功能，是一種非常有潛力的抗生素替代品。MCFAs應(yīng)用于動(dòng)物生產(chǎn)可以改善動(dòng)物的生長(zhǎng)/生產(chǎn)性能、腸道發(fā)育、菌群平衡、預(yù)防和治療相關(guān)疾病，在畜牧發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)于MCFAs對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)影響的結(jié)果不太一致，在不同動(dòng)物、不同階段所發(fā)揮的具體作用及效果的研究相對(duì)較少，如添加形式、添加量、配伍原則及發(fā)揮不同作用(抗炎、抗菌和抗病毒)時(shí)的機(jī)制等方面的研究十分有限。當(dāng)前關(guān)于MCFAs的應(yīng)用研究相對(duì)較少，而且缺乏基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，很難于生產(chǎn)實(shí)踐中提供具體的生產(chǎn)方案，要想通過(guò)運(yùn)用MCFAs解決當(dāng)下養(yǎng)殖過(guò)程中的突出問(wèn)題，仍需要做進(jìn)一步的理論和實(shí)踐方面的研究。加強(qiáng)MCFAs在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用效果和作用機(jī)理的研究，不僅對(duì)開發(fā)新型無(wú)抗飼料添加劑提供理論基礎(chǔ)，而且對(duì)解決動(dòng)物生產(chǎn)實(shí)踐和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要的意義。