三丁酸甘油酯的生理功能及其在仔豬中的應(yīng)用

梁 琦 ，左 剛,

（1.江西生物科技職業(yè)學(xué)院動物科學(xué)系，江西 南昌 330000；2.北京德元順生物科技有限公司，北京 101101；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128）

規(guī)?；B(yǎng)殖過程中動物腸道會受到來自多方面的威脅與挑戰(zhàn)，比如細(xì)菌、病毒、飼料成分、環(huán)境因素等等。在這種背景下，動物直接表現(xiàn)為生長緩慢、消化不良、飼料報酬低下、腹瀉等一系列腸道受損的臨床表現(xiàn)[1]，因此，動物腸道健康對畜禽安全生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。抗生素作為一種可預(yù)防疾病、促生長的活性物質(zhì)在動物生產(chǎn)中備受人們青睞，它在修復(fù)腸道損傷，維持動物生長性能上扮演著一個重要的角色。但是，近些年畜牧業(yè)快速發(fā)展的同時，生產(chǎn)實踐中，誤用、濫用抗生素引起的藥物殘留，細(xì)菌耐藥性增加，機體免疫性能下降，過敏，變態(tài)反應(yīng)的案例屢見不鮮，這不僅影響到了畜產(chǎn)品的安全、質(zhì)量問題，還在一定程度上威脅到了消費者的身體健康，引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注[2-3]?；诖?，歐盟于2006年禁止飼用抗生素，我國做出了2020年飼用抗生素全面退出計劃，故當(dāng)前尋找一種綠色、安全、無毒的飼料添加劑來替代抗生素顯得十分重要[4]。三丁酸甘油酯是一種極具潛力的替代抗生素的物質(zhì)，它于1815年被偉大的化學(xué)家米歇爾·歐仁·舍夫維爾（Michel·Eugene·Chevreul）首 次 制出，之后三丁酸甘油酯逐漸被美國FDA認(rèn)可并應(yīng)用于食品工業(yè)，我國于2003年首次將三丁酸甘油酯引入動物營養(yǎng)領(lǐng)域，開啟了新的篇章[5]。近年來，國內(nèi)外對三丁酸甘油酯的研究取得了很大進展，文章對三丁酸甘油酯的生理功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用進行綜述，旨在為其的高效利用提供理論依據(jù)。

1 三丁酸甘油酯的概述和作用機理

三丁酸甘油酯（Tributyrin，TB）是由3分子丁酸和1分子甘油經(jīng)硫酸催化生成的一種酯類物質(zhì)，是丁酸的前體物質(zhì)，分子式為C15H26O6，相對分子量為303.26，沸點較高，常溫下為無色，略有香味和苦味的油狀液體，天然存在于乳脂中；易溶于乙醚、苯、丙酮、乙醇等有機溶劑，不溶于水，無毒副作用，且常溫下化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。上述這些特點使得TB具備成為一類優(yōu)良的飼料營養(yǎng)型添加劑的潛力，此外，TB還可被用作測定脂酶和脂肪酶的底物，功能較多，應(yīng)用廣泛。

相較于丁酸等衍生物過胃能力差、釋放量不足等特點，動物在攝入TB后，在不需要包被的情況下就容易過胃到達(dá)后腸，在小腸中受到胰脂肪酶的分解作用，釋放1分子甘油和3分子丁酸，其中甘油會被酯化生成甘油三酯，這部分甘油三酯只有少部分會被腸上皮細(xì)胞吸收，大部分甘油三酯以乳糜微粒的形式經(jīng)過淋巴進入血液循環(huán)，丁酸離子則是通過肉堿轉(zhuǎn)運途徑進入到腸黏膜上皮細(xì)胞中，并在線粒體中發(fā)生β-氧化同時釋放大量能量，這樣腸腔中的丁酸不僅可以酸化環(huán)境，阻止病原菌的增殖，還能為結(jié)腸細(xì)胞供應(yīng)能量[6]。

2 TB的生理功能

2.1 保護腸黏膜，促進腸道發(fā)育

腸黏膜上皮細(xì)胞主要由柱狀細(xì)胞、杯狀細(xì)胞、內(nèi)分泌細(xì)胞構(gòu)成。它們在促進小腸消化、吸收營養(yǎng)物質(zhì)和保護腸黏膜上扮演著重要角色。故腸道黏膜上皮的完整性是小腸維持消化、吸收功能的重要條件。Hou等[7]發(fā)現(xiàn)日糧添加0.1%TB可通過抑制細(xì)胞凋亡、促進緊密連接形成、激活表皮生長因子受體（EGFR）信號通路等途徑而緩解乙酸誘導(dǎo)的腸道損傷。Cresci等[8]發(fā)現(xiàn)喂食0.83～10mL的TB可通過保護腸道緊密連接蛋白（ZO-1, occludin）而對短期乙醇誘導(dǎo)的小鼠腸道具有保護作用。Wang等[9]研究發(fā)現(xiàn)在斷奶仔豬日糧中添加750 mg/kg的TB可有效升高絨毛高度與隱窩深度的比值，提高回腸RNA/DNA，蛋白質(zhì)/DNA的含量，同時升高回腸中鈉葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白-1（SGLT1）和葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白2（GLUT2）的mRNA表達(dá)量，這表明TB可通過促進腸絨毛發(fā)育，柱狀上皮細(xì)胞更新、蛋白質(zhì)合成以及葡萄糖的吸收來促進腸黏膜的生長發(fā)育。此外，我們還發(fā)現(xiàn)TB與乳糖醇或乳桿菌GG的組合對動物腸道生長發(fā)育具有促進作用[10]。

2.2 緩解炎癥，增強腸道免疫力

Wang等[11]研究了TB對敵草快處理下豬腸道炎癥的影響，發(fā)現(xiàn)TB可通過降低腸道腫瘤壞死因子-α（TNF-α），干擾素-γ（IFN-γ）和白介素-6（IL-6）的mRNA表達(dá)量而緩解腸道炎癥，同時還發(fā)現(xiàn)在敵草快處理下仔豬日糧中添加TB可緩解腸道上皮細(xì)胞線粒體功能紊亂，具體表現(xiàn)為降低活性氧濃度、提高線粒體膜電位和ATP含量，這對保護腸黏膜和增強腸道免疫屏障起到非常重要的作用。Glueck等[12]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加TB可通過提高基質(zhì)金屬蛋白酶9（MMP9）、精氨酸酶1（Arg1）和誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）mRNA表達(dá)量來保護長期乙醇飼喂的小鼠近端結(jié)腸的免疫應(yīng)答。Li等[13]表明日糧添加TB能夠減少脂多糖誘導(dǎo)的肉雞小腸促炎細(xì)胞因子白介素-1β（IL-1β）、IL-6、前 列 腺 素E2（PGE2）的 表達(dá)以及提高腸道能量(ATP、ADP、TAN）狀態(tài)。Leonel等[14]也證實了TB能夠減少嗜中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞浸潤以及增加調(diào)節(jié)T細(xì)胞（Treg）、轉(zhuǎn)化生長因子-β（TGF-β）和白介素-10（IL-10）的含量來抑制炎癥進而增強機體腸道免疫力。上述結(jié)果表明在外源性物質(zhì)的干預(yù)下日糧添加TB可通過降低腸道炎癥，增強動物腸道免疫力。

2.3 調(diào)節(jié)胰島素和脂質(zhì)代謝

機體代謝紊亂容易引起動物生長發(fā)育受阻，胰島素和脂質(zhì)代謝紊亂引起的動物生長發(fā)育受阻較為常見。研究發(fā)現(xiàn)，胎兒宮內(nèi)發(fā)育受阻（IUGR）與胰島素抵抗，脂質(zhì)代謝紊亂，脂肪肝和炎癥密切相關(guān)。He等[15]對21日齡的斷奶仔豬的研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加0.1%的TB可通過增加肝臟中肝脂酶、脂蛋白脂酶、總脂肪酶活性和上調(diào)相關(guān)mRNA表達(dá)量，從而減輕IUGR仔豬胰島素抵抗和脂代謝異常的潛力，最終提高IUGR仔豬早期的代謝效率。脂多糖（LPS）可誘導(dǎo)機體脂質(zhì)和脂蛋白的代謝紊亂，從而引起動物生長發(fā)育受阻，Miyoshi等[16]研究發(fā)現(xiàn)，口服TB能夠加速脂肪酸的氧化從而減緩腹腔注射LPS大鼠的血漿中甘油三酯，總膽固醇（TC）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）水平的升高，最終防止脂質(zhì)代謝紊亂。Yang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加丁酸甘油酯（BG）可顯著增加21日齡肉雞血清中的丙氨酸，低密度和極低密度脂蛋白和脂質(zhì)的濃度相應(yīng)增加。Yin[18]證實了日糧添加BG可干預(yù)并顯著降低肉雞的腹脂率（腹脂重/最終體重），究其原因可能是BG通過顯著誘導(dǎo)甲狀腺激素應(yīng)答（THRSP）和早期生長應(yīng)答1（EGR-1）這兩種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子以及參與過氧化物酶體增殖物激活受體-α（PPAR-α）信號傳導(dǎo)途徑的幾個差異表達(dá)基因（DEG）來干預(yù)脂質(zhì)分解代謝，而這個過程可能與相關(guān)物質(zhì)的合成、儲存、運輸和分泌的減少以及脂質(zhì)和脂肪酸的氧化水平相應(yīng)提高的生理活動有關(guān)。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，代乳粉中添加TB可顯著增加犢牛血漿中胰高血糖素樣肽2（GLP-2）的水平。同時在代謝能攝入低的情況下，TB可維持犢牛的生長性能[19]。

2.4 調(diào)節(jié)腸道菌群

腸道微生物由數(shù)千億個細(xì)菌組成，其中包括有益菌和有害菌，腸道菌群的穩(wěn)態(tài)對維持動物腸道微生物屏障具有至關(guān)重要的意義。研究報道，動物腸道菌群一旦遭到破壞后容易引起機體腹瀉，肥胖，血糖和脂質(zhì)代謝紊亂，免疫性能下降等系列臨床癥狀，甚至易引發(fā)II型糖尿病，高血壓等疾病，故維持腸道菌群的穩(wěn)態(tài)顯得至關(guān)重要。TB具有能順利過胃，并在后腸定點緩釋的特點，對腸道微生物的穩(wěn)態(tài)具有積極作用。Rivera-Cha′vez等[20]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)鏈霉素處理的小鼠可減少腸腔中產(chǎn)丁酸梭狀芽孢桿菌的數(shù)量，從而降低腸道內(nèi)丁酸濃度，促進上皮細(xì)胞氧化和需氧鼠傷寒沙門氏菌的繁殖，而日糧添加TB則可恢復(fù)小鼠腸道上皮細(xì)胞低氧濃度以及抑制鼠傷寒沙門氏菌的繁殖。Yang等[17]證實了肉雞日糧中添加丁酸甘油酯可顯著增加腸道中雙歧桿菌的豐度，同時也提高了血清細(xì)菌代謝物的濃度，包括膽堿，甘油磷酸膽堿，二甲胺，三甲胺，三甲胺-N-氧化物，乳酸和琥珀酸。劉兵等[21]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加2000 mg/kg微囊化TB可顯著提高仔豬盲腸中乳酸桿菌數(shù)量，顯著降低大腸桿菌數(shù)量，對芽孢桿菌數(shù)量無顯著影響。曹陽[22]也認(rèn)為肉雞日糧中添加500 mg/kg的TB可抑制大腸桿菌、沙門氏菌數(shù)量，增加乳酸桿菌數(shù)量。不難發(fā)現(xiàn)，TB可減少腸道有害菌如鼠傷寒沙門氏菌和大腸桿菌的數(shù)量，增加腸道有益菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌的數(shù)量，究其原因我們猜測可能是TB過胃到達(dá)后腸逐步釋放丁酸根離子，會降低腸道pH，而大部分病原微生物適宜生存的pH要比腸道益生菌要高，故日糧添加TB可在一定程度上抑制腸道病原微生物的活力，維持腸道菌群平衡。

2.5 抗癌作用

研究表明，作為一種廣泛存在于乳脂和蜂蜜中的天然活性物質(zhì)，從半衰期、藥代動力學(xué)上看TB的抗癌作用要強于丁酸[5]。Yan等[23]研究發(fā)現(xiàn)體外添加2 mmoL/LTB，作用時間48 h，與對照組相比，TB可顯著降低33.6%癌細(xì)胞濃度，以及通過抑制B淋巴細(xì)胞瘤-2（BcL-2）、提高免抗人單克隆抗體（Bax）濃度和裂解DNA修復(fù)酶（PARP）的方式來促進癌細(xì)胞凋亡和阻止DNA合成，這表明TB在體外具有抑制人胃癌SGC-7901癌細(xì)胞發(fā)育的功能。研究結(jié)果與MAIER[24]的發(fā)現(xiàn)相一致。TB作為一種組蛋白脫乙?；敢种苿℉DAC），具有抑制前列腺癌的作用，Kuefer[25]發(fā)現(xiàn)添加0.1 mMTB可抑制雞蛋上微腫瘤的發(fā)育，以及TB處理的腫瘤在前列腺癌細(xì)胞系PC3中顯示出最強的作用，核凋亡含量為38%。Kang[26]也通過體內(nèi)和體外試驗證實了作為HDAC的TB可抑制黑色素瘤，體外試驗中，他發(fā)現(xiàn)TB乳劑可通過延長DNA復(fù)制過程的G0/G1期和誘導(dǎo)DNA片段化的方式誘導(dǎo)小鼠B16-F10黑色素瘤細(xì)胞凋亡；體內(nèi)試驗發(fā)現(xiàn)，腹腔注射TB乳劑可抑制靜脈內(nèi)注射黑素瘤細(xì)胞后C57BL/6J 小鼠肺腫瘤集落的形成，表明TB乳劑可作為一種有效的抗黑色素瘤藥物。Gaschott[27]在體外研究發(fā)現(xiàn)，在人的Caco-2結(jié)腸細(xì)胞系中同時添加TB和二羥基膽鈣化醇〔（OH）2D3〕，TB可通過上調(diào)維生素D受體水平來減緩Caco-2細(xì)胞的生長和誘導(dǎo)其分化，同時使（OH）2D3受體水平提高1.5倍，且不干擾其活性，進一步證實了TB可化學(xué)預(yù)防和治療結(jié)直腸癌。TB可能是通過促進癌細(xì)胞凋亡和阻止DNA合成的方式來發(fā)揮其抗癌作用。

3 TB在仔豬上的應(yīng)用

TB在促進仔豬生長發(fā)育的研究較多。劉兵等[21]發(fā)現(xiàn)日糧添加0.2%TB可使仔豬的平均日增重（ADG）顯著增加10.53%，平均日采食量（ADFI）顯著增加4.59%，料重比（F/G）顯著下降5.37%。楊玲[28]研究發(fā)現(xiàn)斷奶仔豬日糧中添加0.08%或0.15%TB可提高仔豬生長性能，改善腸道結(jié)構(gòu)和降低腹瀉率，但添加0.15%效果最佳。候改鳳等[29]認(rèn)為日糧添加0.2%TB可提高斷奶仔豬生產(chǎn)性能和飼料養(yǎng)分消化率。IUGR新生幼畜容易受到生長限制，Dong等[30]發(fā)現(xiàn)在哺乳第17天，IUGR+TB組仔豬要比IUGR組仔豬的體重顯著更重，第21天斷奶時仔豬的脾臟和小腸發(fā)育的更好，腸絨毛的表面積顯著增加，腸道內(nèi)消化酶（乳糖酶、蔗糖酶等）的活性更高，同時還能顯著增加腸內(nèi)免疫球蛋白（IgG）、G蛋白偶聯(lián)受體41（GPR41）mRNA的表達(dá)量。Gu等[31]研究發(fā)現(xiàn)TB可顯著提高斷奶后一周仔豬的生長性能和生長遲緩的仔豬比例，增加斷奶后前兩周仔豬的ADG和ADFI，還可通過上調(diào)成纖維細(xì)胞生長因子9（FGF9）mRNA的表達(dá)量而提高回腸黏膜總膽汁酸水平來增加仔豬食欲，進而促進仔豬生長。Murray[32]則闡述了TB在修復(fù)初生仔豬肌肉損傷進而維持動物生長性能的機制，他認(rèn)為日糧添加0.5%的TB可通過抑制HDAC的活性來提高肌肉衛(wèi)星細(xì)胞的生肌作用，這在一定程度上解釋了TB對衛(wèi)星細(xì)胞活性和肌肉生長發(fā)育的影響。

4 小結(jié)

上述資料表明，飼糧中添加TB可保護動物腸道黏膜、緩解炎癥、增強腸道免疫力、調(diào)節(jié)胰島素和脂質(zhì)代謝、維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)等，在生產(chǎn)中可能用來提高仔豬生長性能，促進生長發(fā)育。TB作為一種全新的替抗物質(zhì)在調(diào)節(jié)腸道生長發(fā)育上正逐漸嶄露頭角，被廣大養(yǎng)殖戶所認(rèn)可，具有良好的應(yīng)用前景。但其作用機理需要進一步深入探究。