短鏈脂肪酸對(duì)腸道健康的調(diào)控機(jī)制及在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

■薛永強(qiáng) 張輝華 王 達(dá) 何 冰 索緒虎 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）

短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）是指碳原子數(shù)少于6 個(gè)的脂肪酸，主要有乙酸、丙酸、丁酸、戊酸等。SCFAs 是腸道微生物的諸多產(chǎn)物之一，可以被動(dòng)物快速地吸收，為動(dòng)物腸道快速提供能量、優(yōu)良的抗炎抑菌功能及維持動(dòng)物腸道屏障功能。SCFAs可以促進(jìn)動(dòng)物的腸道發(fā)育，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)動(dòng)物健康生長(zhǎng)的作用，受到廣泛的關(guān)注。本文就SCFAs對(duì)動(dòng)物腸道健康調(diào)控的可能機(jī)制及在動(dòng)物生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為SCFAs作為飼料添加劑在動(dòng)物腸道健康的調(diào)控及在生產(chǎn)上的應(yīng)用和開發(fā)提供理論上的參考。

1 SCFAs特性及代謝途徑

1.1 SCFAs的特性

SCFAs 是碳原子6 個(gè)以下的脂肪酸，分子結(jié)構(gòu)小且不穩(wěn)定，又稱揮發(fā)性脂肪酸（VFA），主要有乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和異戊酸等。通常，動(dòng)物的SCFAs的來(lái)源有兩方面：一是直接通過(guò)外源獲取，二是通過(guò)后腸微生物的發(fā)酵產(chǎn)生，后者也是動(dòng)物體獲取SCFAs的主要方式。對(duì)反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō)，SCFAs 是重要的能量來(lái)源，在瘤胃液內(nèi)的含量達(dá)90～150 mmol/l，牛瘤胃一晝夜所產(chǎn)生的SCFAs 可占機(jī)體所需能量的60%～70%。對(duì)非反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō)，SCFAs主要是膳食纖維通過(guò)微生物在結(jié)腸（豬）或盲腸（禽）發(fā)酵合成，是腸道上皮細(xì)胞的主要能量物質(zhì)，為其提供60%～70%的能量需求，是維持動(dòng)物腸道健康的重要物質(zhì)。

SCFAs 被腸道吸收后，乙酸和丙酸被運(yùn)輸至肝臟，主要是參與動(dòng)物體的能量代謝，而丁酸則主要為腸黏膜供能。腸上皮細(xì)胞的健康主要依賴于丁酸，是腸黏膜的主要供能物質(zhì)，其次是乙酸和丙酸。腸黏膜具有重要的屏障功能，包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、生物屏障和免疫屏障，其中免疫屏障最重要。腸黏膜的主要能量物質(zhì)不是葡萄糖，而是以谷氨酸、谷氨酰胺為代表的氨基酸，或是以丁酸為代表的短鏈脂肪酸為主。當(dāng)能量不足時(shí)，會(huì)造成腸黏膜萎縮甚至腸絨毛的壞死脫落，嚴(yán)重影響動(dòng)物的健康。因此，SCFAs 對(duì)維持動(dòng)物腸道健康和腸黏膜完整性具有重要的作用，為動(dòng)物補(bǔ)充SCFAs 可以緩解由于谷氨酰胺供應(yīng)不足造成的腸黏膜能量不足問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 SCFAs的代謝途徑

動(dòng)物機(jī)體內(nèi)90%以上的SCFAs 以離子形式存在。對(duì)反芻動(dòng)物來(lái)說(shuō)，SCFAs的吸收主要在瘤胃內(nèi)進(jìn)行，主要轉(zhuǎn)化為能量物質(zhì)供機(jī)體使用，被瘤胃上皮利用或被轉(zhuǎn)運(yùn)至肝臟代謝。而非反芻動(dòng)物主要由腸道中微生物發(fā)酵而成，主要在結(jié)腸進(jìn)行，產(chǎn)生的SCFAs有90%～95%為乙酸、丙酸和丁酸，其余僅占5%～10%。丁酸產(chǎn)生后，主要作為腸道上皮的能量物質(zhì)而被消耗，部分剩余少量丁酸進(jìn)入肝臟參與糖異生、酮體和甘油三酯的合成，間接影響機(jī)體的糖脂代謝。乙酸和丙酸產(chǎn)生后，主要被運(yùn)輸至肝臟。乙酸可用于膽固醇的合成，在肝臟中合成長(zhǎng)鏈脂肪酸、谷氨酸、谷氨酰胺和β-羥丁酸，此外還可被肌肉、心臟和腦等組織攝取和利用。丙酸在肝臟中主要進(jìn)行糖異生作用，可抑制膽固醇的合成，并對(duì)脂肪的合成有抑制作用。

2 SCFAs對(duì)動(dòng)物腸道健康的調(diào)控及作用機(jī)制

腸道是動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化、吸收和代謝的重要場(chǎng)所，也是機(jī)體抵御外界環(huán)境刺激的重要屏障，動(dòng)物腸道的健康至關(guān)重要。SCFAs 與動(dòng)物能量代謝之間密切相關(guān)，可參與腸上皮能量供應(yīng)，影響腸道環(huán)境。SCFAs可通過(guò)對(duì)動(dòng)物腸道能量、腸道屏障及機(jī)體代謝等方面的調(diào)控，促進(jìn)動(dòng)物腸道發(fā)育，提高動(dòng)物的免疫功能，保障動(dòng)物的健康。

2.1 SCFAs對(duì)腸道能量的調(diào)控

SCFAs與機(jī)體能量代謝之間密切相關(guān)，對(duì)動(dòng)物腸道的健康具有積極的影響。對(duì)反芻動(dòng)物，SCFAs是重要的能量來(lái)源，牛瘤胃一晝夜所產(chǎn)生的SCFAs可占機(jī)體所需能量的60%～70%。對(duì)非反芻動(dòng)物，結(jié)腸內(nèi)發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs 可為結(jié)腸上皮提供60%～70%的能量。通常情況下，腸道優(yōu)先利用丁酸，其次是丙酸和乙酸。研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物在前腸優(yōu)先利用的能源物質(zhì)是葡萄糖和谷氨酰胺，而丁酸卻是結(jié)腸的首要能源物質(zhì)。丁酸可通過(guò)羥甲基戊二酰輔酶A 循環(huán)中的β-氧化作用進(jìn)行能量代謝，是腸道黏膜上皮細(xì)胞的主要能量來(lái)源。SCFAs 可以提高腸道絨毛高度和絨毛高度/隱窩深度比值，增加腸道二糖酶的活性，增加腸道與食物的接觸面積，促進(jìn)腸道的發(fā)育，加強(qiáng)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力。由此可見，為動(dòng)物補(bǔ)充SCFAs可以為動(dòng)物腸道黏膜提供能量，維持腸道形態(tài)，促進(jìn)腸黏膜發(fā)育，保障腸道的健康。

目前SCFAs對(duì)能量的調(diào)控機(jī)制尚不明確，更多的集中于分子方面。研究發(fā)現(xiàn)SCFAs 在不同組織內(nèi)的濃度不同，門靜脈血液、外周血液及胃腸道內(nèi)分別約為400、100、100 mmol/l，表明SCFAs 在不同組織內(nèi)的具有不同的能量調(diào)控效應(yīng)。微生物對(duì)維持結(jié)腸內(nèi)NADH/NAD+和ATP 水平有很強(qiáng)的作用，因?yàn)榻Y(jié)腸細(xì)胞以微生物產(chǎn)生的丁酸作為其主要能量來(lái)源。結(jié)腸細(xì)胞受影響最大的途徑是丁酸代謝途徑，其次是氧化代謝途徑。丁酸可通過(guò)兩種途徑對(duì)機(jī)體能量進(jìn)行調(diào)控：①增加肝臟和肌肉中過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ輔助激活因子-1α（PPARγ coactivator-1α，PGC-1α）和一磷酸腺苷激活蛋白激酶的表達(dá)；②促進(jìn)棕色脂肪中線粒體解偶聯(lián)蛋白和PGC-1α的活性與表達(dá)量，加劇脂肪酸氧化，增加機(jī)體產(chǎn)熱。此外還有研究發(fā)現(xiàn)SCFAs 可通過(guò)激活腸道糖異生作用（intestinal gluconeogenesis，IGN），調(diào)節(jié)宿主能量代謝和機(jī)體健康。

2.2 SCFAs對(duì)腸道屏障的調(diào)控

動(dòng)物的腸道屏障是抵御外來(lái)病原入侵的重要屏障，包括機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和微生物屏障等四大屏障。任何一個(gè)屏障功能破壞，都導(dǎo)致機(jī)體的代謝紊亂，影響動(dòng)物腸道的健康，進(jìn)而導(dǎo)致生產(chǎn)性能下降。

2.2.1 SCFAs對(duì)機(jī)械屏障的調(diào)控

緊密連接是由多種蛋白組成的復(fù)合體，主要包括跨膜蛋白[閉合蛋白（Claudins）、閉鎖蛋白（Occludin）、連接黏附分子（JAM）]和細(xì)胞質(zhì)蛋白（閉合小環(huán)蛋白，ZO），與腸道機(jī)械屏障性能密切相關(guān)。增加緊密連接相關(guān)蛋白的表達(dá)，對(duì)維持動(dòng)物腸道機(jī)械屏障，抑制病原物質(zhì)入侵機(jī)體發(fā)揮著重要的意義。丙酸可顯著促進(jìn)Occludin-1、G 蛋白偶聯(lián)受體5A（GPRC5A）等基因的表達(dá)，表明丙酸可維持細(xì)胞的通透性，加強(qiáng)腸道的機(jī)械屏障功能，改善動(dòng)物的健康。Tong 等研究發(fā)現(xiàn)，丙酸可提高腸道緊密連接蛋白ZO-1、Occludin、鈣黏蛋白的表達(dá)，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞生長(zhǎng)，改善腸道屏障功能。腸道跨膜電阻（Transepithelial electrical resistance，TER）和FITC 標(biāo)記葡聚糖4 kDa（Fluorescein isothiocyanate dextran 4 kDa，F(xiàn)D4）是反映細(xì)胞外通透性和腸道屏障的重要指標(biāo)。Wang 等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可改善斷奶仔豬的腸道形態(tài)，提高空腸的TER，降低FD4，改善斷奶應(yīng)激造成的腸道損傷，增強(qiáng)腸道的屏障功能。Huang等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉顯著增加斷奶仔豬空腸和結(jié)腸中Occludin蛋白的表達(dá)，通過(guò)降低腸道通透性降低腹瀉的發(fā)生。丁亞萍等研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs能促進(jìn)大鼠腸黏膜細(xì)胞的增殖，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，增強(qiáng)腸黏膜細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)，保護(hù)腸道機(jī)械屏障，其機(jī)制可能是通過(guò)調(diào)整結(jié)腸黏膜細(xì)胞的增殖周期，從而影響其增殖活性。Bai等報(bào)道丁酸鈉能夠通過(guò)提高緊密連接蛋白ZO-1 和Occludin-5 的表達(dá)，降低腸道的通透性，增強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞的機(jī)械屏障功能。丁瑩研究發(fā)現(xiàn)，不同水平的SCFAs 可以增加肉雞空腸中Claudin-1 基因的表達(dá)，可通過(guò)增加細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK1/2）和p38 絲裂原活化蛋白激酶（p38 mitogen-activated protein kinase，p38MAPK）的表達(dá)來(lái)增加ZO-1、Caludin-1、Claudin-8 和Occludin 的表達(dá)來(lái)增強(qiáng)腸道屏障功能。

綜上所述，SCFAs動(dòng)物腸道機(jī)械屏障的調(diào)控主要是通過(guò)促進(jìn)腸道中緊密連接蛋白Claudin、Occludin和ZOs 等相關(guān)基因的表達(dá)，降低腸道的通透性，促進(jìn)腸黏膜細(xì)胞的增殖，改善動(dòng)物腸道的機(jī)械屏障功能。

2.2.2 SCFAs對(duì)化學(xué)屏障的調(diào)控

腸道化學(xué)屏障主要由覆蓋在腸上皮細(xì)胞上的黏液層組成，腸道微生物、宿主炎癥介質(zhì)、腸道分泌物（胃酸、糖蛋白、消化酶等）都能夠影響腸道的化學(xué)屏障。黏蛋白（Mucin，MUC）是由上皮細(xì)胞分泌，存在于黏液層最主要的分子，能夠阻止有害的大分子物質(zhì)進(jìn)入上皮細(xì)胞層，在腸道化學(xué)屏障中起著重要的作用。SCFAs能促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞炎性小體激活，促進(jìn)抗炎因子的產(chǎn)生，上調(diào)腸道中MUC1、MUC2、MUC3和MUC4的基因表達(dá)和胰液中胰酶的分泌，加強(qiáng)腸道化學(xué)屏障功能。Gaudier等研究發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄水平上，丁酸可特異性調(diào)節(jié)腸道杯狀細(xì)胞中MUC 基因的表達(dá)，顯著上調(diào)黏液蛋白MUC2、MUC3和MUC5AC基因的表達(dá)。丁酸對(duì)不同黏蛋白基因調(diào)控作用不同，對(duì)MUC3基因表達(dá)是由丁酸本身調(diào)控，可能是通過(guò)組蛋白脫乙酰酶（Histone deacetylase，HDAC）途徑。而MUC2 和MUC5AC 基因調(diào)控可能涉及丁酸代謝物?？梢姸∷峥纱龠M(jìn)腸道黏液黏蛋白的分泌，增強(qiáng)腸道化學(xué)屏障功能。Diao等研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬灌胃SCFAs可以降低腸細(xì)胞促凋亡基因Bax 和Caspase-3基因表達(dá)，降低細(xì)胞的凋亡指數(shù)，通過(guò)MAPK 信號(hào)通路來(lái)刺激腸道黏蛋白MUC1、MUC2基因的表達(dá)，加強(qiáng)腸上皮細(xì)胞的化學(xué)屏障功能。Bai 等報(bào)道，SCFAs 能夠提高磷酸酯酶基因（phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome 10，PTEN）的表達(dá)，并通過(guò)PTEN/PI3K（phosphoinositide 3-kinase，磷脂酰肌醇激酶）信號(hào)通路促進(jìn)MUC2的表達(dá)和誘導(dǎo)癌細(xì)胞的分化，增強(qiáng)腸道上皮細(xì)胞的化學(xué)屏障功能。

以上結(jié)果表明，SCFAs對(duì)化學(xué)屏障的調(diào)控主要是通過(guò)促進(jìn)黏蛋白MUC 相關(guān)基因的表達(dá)、降低腸道細(xì)胞的凋亡指數(shù)及腸道分泌物的酶活性等，可通過(guò)多條途徑對(duì)化學(xué)屏障相關(guān)MUC 基因進(jìn)行調(diào)控，增強(qiáng)動(dòng)物腸道的化學(xué)屏障功能。

2.2.3 SCFAs對(duì)免疫屏障的調(diào)控

腸道不僅是動(dòng)物體消化吸收的主要場(chǎng)所，也是動(dòng)物體中最大的免疫器官。SCFAs 可通過(guò)多條途徑影響腸道細(xì)胞的增殖、分化和凋亡，參與機(jī)體的免疫調(diào)控，提高機(jī)體的免疫屏障功能。SCFAs可顯著提高母豬初乳中的免疫球蛋白（Immunoglobulin，IgA）水平，進(jìn)而通過(guò)垂直傳播提高仔豬的免疫力。鈕海華研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉能夠促進(jìn)仔豬胰腺、脾臟等免疫器官的發(fā)育，增加血清IgG、IgM和黏膜中漿細(xì)胞IgA+的含量，提高斷奶仔豬的免疫功能。丁酸鈉對(duì)仔豬的免疫功能和抗炎能力的調(diào)控可能與其酸化性能有關(guān)，低酸度可以促進(jìn)免疫器官的發(fā)育，促進(jìn)膽汁的分泌，同時(shí)改善腸道微生物環(huán)境，產(chǎn)生生理活性物質(zhì)。Wang 等研究發(fā)現(xiàn)，添加丁酸鈉可降低斷奶仔豬空腸黏膜中組胺、類胰蛋白酶、腫瘤壞死因子α（TNF-α）、干擾素γ（IFN-γ）和白介素（IL-6）的含量，這可能通過(guò)JNK（c-Jun NH2-terminal kinase，c-Jun 氨基末端激酶）信號(hào)通路來(lái)完成。SCFAs 可通過(guò)游離脂肪酸受體2（free fatty acid receptor 2，F(xiàn)FA2）來(lái)調(diào)節(jié)腸道的炎癥反應(yīng)，Carretta 等對(duì)牛的試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，丁酸可激活中性粒細(xì)胞，誘導(dǎo)Ca2+內(nèi)流、使ERK1/2 和p38MAPK 磷酸化，調(diào)節(jié)反芻動(dòng)物先天免疫應(yīng)答，而Ca2+、ERK1/2 和MAPK 參與FFA2的激活。Xiong 等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸可緩解仔豬因大腸桿菌攻毒造成的腸道炎癥反應(yīng)，丁酸對(duì)炎癥的調(diào)控機(jī)制通過(guò)抑制HDAC 來(lái)影響宿主防御肽（host defense peptides，HDP）的表達(dá)來(lái)完成。丁酸鈉可通過(guò)減少IL-6、IL-8的表達(dá)來(lái)緩解脂多糖（LPS）造成的炎癥反應(yīng)，可以作為有效的抗炎劑。丁酸可激活GPR109A 受體誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞IL-18 的分泌，GPR109A 可通過(guò)IL-10 和乙醛脫氫酶1A1（acetaldehyde dehydrogenase 1A1，ALDH1A1）誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞分化，增強(qiáng)樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的抗炎作用，抑制腸道的炎癥反應(yīng)。Chen 等研究表明，對(duì)生長(zhǎng)豬靜脈注射丁酸鈉，可顯著降低腸道中促炎因子IL-6、IL-8、IL-12p40 和TNF-α的表達(dá)，促進(jìn)腸道sIgA 的分泌，升高了抗炎因子IL-10 和表皮生長(zhǎng)因子（epidermal growth factor，EGF）的表達(dá)，增強(qiáng)腸道免疫屏障。Xu等得到同樣的結(jié)果，丁酸鈉顯著降低了新生仔豬回腸炎癥因子IL-6、IL-8、IFN-γ、TNF-β和HDAC的表達(dá)，降低腸道炎癥反應(yīng)，推測(cè)丁酸鹽通過(guò)抑制HDAC、控制組蛋白乙?；癄顟B(tài)和調(diào)節(jié)多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄作用于細(xì)胞來(lái)調(diào)節(jié)免疫功能。SCFA能通過(guò)抑制HDAC調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）通路，增加p70 S6 激酶乙酰化和rS6 磷酸化水平以及輔助型T細(xì)胞1（Th1）、Th17和分泌IL-10 的T 細(xì)胞比例。Lin 等報(bào)道SCFAs 可通過(guò)Toll 樣受體（Toll-like receptors5，TLR5）、TLR2/1、TLR4 和TLR9 誘導(dǎo)激活核轉(zhuǎn)錄因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB），進(jìn)而促進(jìn)TNF-α的分泌，抑制單核細(xì)胞趨化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）和IL-8的產(chǎn)生。Tong等研究發(fā)現(xiàn)，丙酸可抑制腸道中促炎 因 子IL-1β、IL-6 和TNF-α 的 表 達(dá)，可 能 通 過(guò)STAT3（信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白，signal transducer and activator of transcription）信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。氧化應(yīng)激會(huì)破壞動(dòng)物腸道的免疫力，丁酸鈉可顯著降低血清和腸道黏膜中丙二醛（MDA）和TNF-α的含量，升高血清中IFN-γ含量，增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，提高免疫功能。可見，SCFAs 通過(guò)多條途徑調(diào)控動(dòng)物的免疫功能，促進(jìn)動(dòng)物的免疫器官發(fā)育、免疫物質(zhì)的活性，增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子表達(dá)，降低促炎細(xì)胞因子表達(dá)，及增強(qiáng)抗氧化能力，進(jìn)而增強(qiáng)動(dòng)物的免疫屏障功能。

2.2.4 SCFAs對(duì)微生物屏障的調(diào)控

動(dòng)物腸道內(nèi)寄居著大量的微生物菌群，這些微生物菌群對(duì)動(dòng)物的健康和免疫具有重要的作用。穩(wěn)定的腸道菌群對(duì)動(dòng)物的生理功能和健康至關(guān)重要，腸道微生物構(gòu)成的微生物屏障是腸道屏障的重要組成部分。SCFAs可在腸道中釋放H+，在一定程度上降低腸道pH 值，腸道的酸性環(huán)境有利于有益菌如乳酸桿菌等的生長(zhǎng)，而抑制有害菌如大腸桿菌等的增殖。酸性的腸道環(huán)境影響病原微生物的代謝，對(duì)維護(hù)動(dòng)物腸道菌群平衡具有重要意義。日糧中添加SCFA可以減少腸道中大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌的數(shù)量，增加腸道乳酸菌等有益菌的數(shù)量，穩(wěn)定腸道菌群結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)腸道微生物屏障功能。李虹瑾等研究表明，丁酸鈉可降低腸道有害菌含量，提高有益菌含量，穩(wěn)定斷奶仔豬的腸道菌群，促進(jìn)腸道發(fā)育。Van Immerseel等研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs可顯著降低肉雞盲腸食糜中沙門氏菌的含量。Zhang 等研究發(fā)現(xiàn)，生長(zhǎng)豬盲腸灌注丙酸提高結(jié)腸中擬桿菌門的豐度，降低厚壁菌門的豐度，提高了普氏菌屬和擬桿菌屬的豐度。Chen 等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸可顯著提高生長(zhǎng)豬的菌群多樣性和豐富度?？梢姡琒CFAs 可通過(guò)提高腸道有益菌含量，降低有害菌的含量，來(lái)加強(qiáng)腸道微生物屏障功能，其機(jī)制可能主要是通過(guò)SCFAs釋放H+來(lái)降低腸道pH而發(fā)揮作用。

2.3 SCFAs對(duì)機(jī)體代謝的調(diào)控

SCFAs 在維持腸道環(huán)境、電解質(zhì)平衡、為宿主細(xì)胞和腸道微生物群提供能量等方面發(fā)揮著重要作用。研究表明，SCFAs通過(guò)刺激多種組織的激素和神經(jīng)信號(hào)，調(diào)節(jié)能量穩(wěn)態(tài)和脂質(zhì)代謝，參與機(jī)體的代謝過(guò)程。肥胖患者口服丙酸鹽可顯著增加體內(nèi)結(jié)腸細(xì)胞釋放的血漿肽（postprandial plasma peptide，PYY）和胰高血糖素樣肽（glucagon-like peptide-1，GLP-1），增加肌肉和脂肪組織對(duì)葡萄糖的吸收、胰島素分泌，減少胰高血糖素，通過(guò)糖代謝和脂肪代謝的調(diào)控減少機(jī)體能量的攝入，降低患者體重。SCFAs可以通過(guò)對(duì)瘦素、PYY、GLP-1 和GLP-2 等胃腸激素的調(diào)節(jié)來(lái)調(diào)控機(jī)體的糖類和脂肪代謝。SCFAs 可通過(guò)調(diào)節(jié)GPR來(lái)增加胃腸激素PYY、GLP 的表達(dá)，增加肌肉和脂肪對(duì)葡萄糖的吸收，增加胰島素的分泌和減少胰高血糖素的產(chǎn)生。Lu等研究表明，SCFAs通過(guò)改變GPR43和GPR41 的表達(dá)，增加機(jī)體能量消耗，提高葡萄糖耐受能力，調(diào)控體脂含量和體重。Jiao等研究表明，SCFAs可降低脂肪酸合成基因fatty acid synthase（FAS）、acetyl-CoA carboxylase（ACC）的mRNA表達(dá)，增加脂肪分解基因carnitine palmitoyltransferase-1α（CPT-1α）的mRNA 表達(dá)，降低不同組織的脂質(zhì)合成，降低機(jī)體脂肪的沉積。

3 SCFAs在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 對(duì)生長(zhǎng)性能的影響

SCFAs 具有調(diào)節(jié)腸道菌群、腸道免疫、改善生長(zhǎng)性能等多種生理功能，在動(dòng)物生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。飼料中添加SCFAs 對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響不太一致。在豬生產(chǎn)中，添加丁酸鈉可顯著增加斷奶仔豬和生長(zhǎng)豬的日增重、采食量和飼料轉(zhuǎn)化率，并且顯著降低腹瀉率。也有研究發(fā)現(xiàn)，口服SCFAs可降低斷奶仔豬的平均日采食量，對(duì)生長(zhǎng)豬的生長(zhǎng)性能沒(méi)有顯著影響。在家禽生產(chǎn)中，添加乙酸可顯著增加肉雞體重和飼料轉(zhuǎn)化率，改善肉雞的腸道組織學(xué)形態(tài)，在2～6周齡時(shí)，0.3%的添加量表現(xiàn)出較好的生長(zhǎng)性能，與Ahsan等結(jié)果一致。Sikandar等結(jié)果顯示，添加丁酸鈉可以顯著降低肉雞的料重比，但也有報(bào)道稱飲水中添加乙酸對(duì)肉雞的生長(zhǎng)性能沒(méi)有影響。在反芻動(dòng)物生產(chǎn)中，Guilloteau 等研究發(fā)現(xiàn)，將丁酸鈉添加到代乳粉中能被犢牛腸道迅速吸收，提高犢牛的生長(zhǎng)速度和飼料轉(zhuǎn)化率，這可能與改善反芻動(dòng)物胃腸道消化能力、提高消化酶活性有關(guān)。而Beiranvand等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加丙酸鈉對(duì)犢牛的生長(zhǎng)性能卻沒(méi)有影響。也有報(bào)道稱丙酸鹽可提高反芻動(dòng)物體增重但效果不顯著，或丙酸鹽可顯著增加斷奶期犢牛的體重。由此可見，SCFAs在生產(chǎn)性能上的研究結(jié)果不一致，因此需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累。從以上結(jié)果我們可以看出，生產(chǎn)性能的不一致可能與添加的SCFAs 種類（乙酸、丙酸、丁酸、酸鹽）、添加方式（拌料、口服、粉劑或包膜）、配伍方式（SCFAs復(fù)配或與其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)搭配使用）及添加量有關(guān)。之后的研究應(yīng)該更多的聚焦于不同類型的SCFAs對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能的研究、多種SCFAs的協(xié)同增效研究、SCFAs與其他營(yíng)養(yǎng)物之間的混合配伍等方面，具體的應(yīng)用研究和應(yīng)用效果還有待進(jìn)一步的研究。

3.2 對(duì)腸道健康的影響

SCFAs 對(duì)動(dòng)物的腸道健康具有積極的影響。丁酸鈉能夠顯著增加腸道緊密連接蛋白、改善腸道形態(tài)，提高斷奶仔豬的抗氧化能力和免疫能力。降低腸道中有害菌的含量，升高有益菌含量，減少腸道上皮細(xì)胞凋亡，改善腸道屏障功能，促進(jìn)斷奶仔豬腸道的發(fā)育。添加丁酸鈉下調(diào)生長(zhǎng)豬腸道促炎因子的表達(dá)，增加結(jié)腸sIgA 的分泌，增強(qiáng)免疫力?？s短母豬的返情率，增加初乳中甘油三酯、催乳素、瘦素和TNF-α、IgA的水平，提高仔豬的免疫力和生長(zhǎng)速度。三丁酸甘油酯（可被胰脂肪酶分解產(chǎn)生丁酸）可以緩解肉雞LPS 攻毒造成的腸道損傷，提高腸道二糖酶的活性。顯著增加蛋殼厚度，并且有增加蛋重的趨勢(shì)。丁酸鈉可促進(jìn)肉雞的免疫器官（胸腺、脾臟）發(fā)育，改善腸道形態(tài)，增強(qiáng)免疫功能，并且1 g/kg 可用來(lái)替代抗生素的使用。500 mg/kg的乙酸或丙酸可以提高小腸淀粉酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶活性，降低腸道中大腸桿菌的數(shù)量，促進(jìn)腸道的消化吸收能力。在反芻動(dòng)物方面，丁酸鈉可改善犢?？漳c腸道形態(tài)，增強(qiáng)腸細(xì)胞的增殖，降低黏膜細(xì)胞凋亡，改善犢牛的腸道健康。抑制山羊瘤胃上皮細(xì)胞NF-κB 活化及促炎因子合成，緩解炎癥損傷，降低細(xì)胞的凋亡率，保護(hù)山羊瘤胃上皮細(xì)胞的完整和屏障功能。以上資料表明，SCFAs可改善動(dòng)物腸道形態(tài)，改善動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu)，維護(hù)腸道的完整性，促進(jìn)腸道的發(fā)育，且在單胃動(dòng)物中的應(yīng)用居多，在反芻動(dòng)物中的應(yīng)用還需進(jìn)一步的研究和開發(fā)使用。

4 結(jié)論

總體來(lái)說(shuō)，SCFAs 是腸道微生物的重要代謝產(chǎn)物，具有為動(dòng)物體提供能量、維持腸道完整性、調(diào)節(jié)腸道菌群和免疫功能調(diào)控等多種生物學(xué)功能。在飼料中添加SCFAs可以提高動(dòng)物的抗病力，在畜牧業(yè)生產(chǎn)中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前關(guān)于SCFAs 的添加多數(shù)為單一的添加，以丁酸的添加為主，且在單胃動(dòng)物中的應(yīng)用居多。不同添加量、添加形式、配伍原則及與其他營(yíng)養(yǎng)素的協(xié)同相關(guān)的研究相對(duì)匱乏，很難于生產(chǎn)實(shí)踐中提出具體的方案。因此，加強(qiáng)SCFAs在動(dòng)物實(shí)踐中的作用機(jī)理和效果研究，研究不同類型SCFAs的混合配伍及與其他功能性營(yíng)養(yǎng)素的協(xié)同增效，在禁抗限抗的大形勢(shì)下，不僅為開發(fā)新型無(wú)抗飼料添加劑提供新思路，還為解決動(dòng)物腸道健康和生產(chǎn)帶來(lái)巨大的效益。