膽汁酸的生物學(xué)特性及其在單胃動(dòng)物生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

◆作者：周 苗 龍 菲

◆單位：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院

膽汁酸(bile acids,BAs)是經(jīng)肝臟中膽固醇代謝產(chǎn)生，由腸道微生物修飾而形成的一類雙親性類甾醇物質(zhì)，約占膽汁含量的50%～70%，為動(dòng)物機(jī)體膽固醇代謝的主要形式（Di Ciaula 等，2017）。自上世紀(jì)BAs 被分離鑒定并發(fā)現(xiàn)具有脂糖代謝等作用以來(lái)，其在腸道、肝臟、肌肉和褐色脂肪等組織中的受體及信號(hào)傳導(dǎo)功能和機(jī)制又陸續(xù)被報(bào)道關(guān)注（Eggink 等，2018）。同時(shí)高脂飼料、日糧纖維等相關(guān)研究也顯示BAs 代謝及其穩(wěn)態(tài)與動(dòng)物炎癥、細(xì)胞毒性、能量消耗、肝臟損傷等生命現(xiàn)象息息相關(guān)（Ridlon JM 等，2016）。因此，深入了解BAs 的生物學(xué)特性、功能特點(diǎn)、應(yīng)用效果、作用方式及合成代謝等，有利于BAs 的開(kāi)發(fā)利用，同時(shí)助力畜禽健康生產(chǎn)。

1 BAs 概要

1.1 BAs 種類

根據(jù)BAs 的合成及代謝位點(diǎn)，可將BAs 分為初級(jí)和次級(jí)BAs；而依其性質(zhì)又可將其分為游離型BAs 和結(jié)合型BAs。但研究表明，不同生物間BAs 總庫(kù)及其組成存在一定差異，但也有相似之處。有報(bào)道稱人類初級(jí)BAs是由肝臟中膽固醇合成的三羥基膽酸和二羥基鵝去氧膽酸（Di Ciaula 等，2017）；而三羥基膽酸、α- 鼠膽酸和β- 鼠膽酸為嚙齒類動(dòng)物的主要初級(jí)BAs 組成（Sayin SI 等,2013）；豬則以二羥基鵝去氧膽酸、豬膽酸及三羥基膽酸為主要初級(jí)BAs。在結(jié)合型BAs 方面，不同物種的主要結(jié)合型BAs 類型也存在差異。有研究報(bào)道，人類結(jié)合型BAs 主要為甘氨結(jié)合型BAs, 而嚙齒類動(dòng)物主要以?；墙Y(jié)合型BAs 存在。次級(jí)BAs 由于是由腸道微生物對(duì)結(jié)合型BAs 加工修飾的產(chǎn)物，而不同物種的腸道微生物種類及數(shù)量不盡相同，故物種間次級(jí)BAs也存在一定差異。如人類主要為石膽酸和脫氧膽酸, 嚙齒類主要為ω- 鼠膽酸、脫氧膽酸、熊脫氧膽酸及石膽酸，豬則主要包括豬脫氧膽酸、脫氧膽酸、石膽酸和熊脫氧膽酸。造成上述差異可能是由于各物種BAs 的硫酸化、三羥基氨基化、甘氨酸酰胺化及牛磺酸酰胺化等基團(tuán)修飾程度不同。

1.2 BAs 結(jié)構(gòu)

BAs 為膽固醇的衍生物，其結(jié)構(gòu)一般包含1 條由5 個(gè)碳原子構(gòu)成的酸性側(cè)鏈和4 個(gè)固醇環(huán)。由4 個(gè)固醇環(huán)組成的類固醇核為1 個(gè)五碳環(huán)和3 個(gè)六碳環(huán)組成，該結(jié)構(gòu)是1 個(gè)同時(shí)分別擁有疏水面和親水面的晶格結(jié)構(gòu)，是其發(fā)揮某些特定生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（于恒彩等，2020）。有報(bào)道顯示羥基的數(shù)量和方向是決定BAs 疏水性的決定因素，其數(shù)量越少，疏水性越強(qiáng)（郁歡歡等，2019）。酸性支鏈則通常與Gly 或Tau 發(fā)生結(jié)合反應(yīng), 形成不同種類的結(jié)合型BAs。

1.3 BAs 合成

BAs 的合成主要通過(guò)經(jīng)典和替代兩條途徑，其中經(jīng)典途徑是BAs 合成的主要途徑，由限速酶7α- 羥化酶（cholesterol 7-alpha-hydroxylas, CYP7A1）控制反應(yīng)進(jìn)程。經(jīng)典合成途徑中，膽固醇在CYP7A1 的作用下生成7α－羥固醇，再通過(guò)甾醇12α-羥化酶（YP8B1） 的作用進(jìn)行加氫、羥化及側(cè)鏈氧化斷裂等過(guò)程生成CA 等初級(jí)BAs（蘇冠寧等，2019）。初級(jí)BAs 與Gly 或Tau結(jié)合，形成結(jié)合型BAs，而通過(guò)BAs COA 氨基酸N－乙?；D(zhuǎn)移酶（BAAT）和BAs COA 合成酶（BACS），可使Gly 或Tau 與未結(jié)合的初級(jí)BAs 在C24 位置結(jié)合，從而形成結(jié)合型BAs。但未結(jié)合的BAs 和結(jié)合后的BAs 中有一部分可以被磺基轉(zhuǎn)移酶家族2A1 (SULT2A1)硫酸化，一部分BAs 經(jīng) 過(guò)UGT2B4、UGT1A3 和UGT2B7d 等尿苷二磷酸－葡萄糖醛酸基轉(zhuǎn)移酶作用而被糖酯化，還有一部分被細(xì)胞色素P450 3A11 及P450 3A4 羥基化。最后結(jié)合型BAs 在腸道菌群及相關(guān)酶的作用下重新去結(jié)合，形成游離型BAs，并轉(zhuǎn)化為次級(jí)BAs（Meadows V 等,2020）。

2 BAs 生理作用

2.1 促進(jìn)脂類物質(zhì)攝取

脂類作為動(dòng)物重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育供給能量及必要的功能物質(zhì)，不但可以提高飼料報(bào)酬, 而且能促進(jìn)動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。其消化吸收需要BAs的參與，而現(xiàn)今大多數(shù)動(dòng)物所分泌的BAs 量不能滿足其對(duì)高脂飼料中的脂肪的代謝分解，甚至造成腸道黏膜損傷，因此在動(dòng)物飼糧中添加BAs 及其鹽制品進(jìn)行補(bǔ)充顯得尤為重要。研究表明，在脂肪的消化過(guò)程中,BAs 不但起到輔助脂肪酶的作用, 同時(shí)能夠增強(qiáng)脂肪酶的活性。由于BAs 環(huán)戊烷多氫菲核的兩側(cè)既含有親水基（羧基、羥基等）又含有疏水基（烷基等），使其具有較強(qiáng)的表面活性，能有效降低油水間的表面張力，從而促進(jìn)脂類乳化形成較小微粒增大其與脂肪酶的接觸面積，同時(shí)可以促進(jìn)脂肪酶與乳糜微粒的結(jié)合加速其消化。此外，脂肪酶原轉(zhuǎn)變?yōu)橹久赴l(fā)揮功能的活化過(guò)程需要BAs 的參與，并且BAs 可以與脂肪酶形成復(fù)合物從而改變其pH適應(yīng)值，擴(kuò)大脂肪酶的作用場(chǎng)所，另有報(bào)道稱顯示外源添加膽汁酸可能促進(jìn)動(dòng)物分泌膽汁。所以當(dāng)動(dòng)物攝入脂類物質(zhì)時(shí)，首先經(jīng)過(guò)BAs 的乳化作用，然后經(jīng)過(guò)脂肪酶分解，其產(chǎn)物BAs 被包裹形成乳糜微粒被腸道絨毛吸收。向梟（2019）等發(fā)現(xiàn)在齊口裂腹魚幼魚高脂飼料中添加適宜BAs 可以提高胰肝臟及前中腸蛋白酶和脂肪酶活性，顯著增強(qiáng)了機(jī)體對(duì)脂肪的消化利用能力（P<0.05），從而提高其生長(zhǎng)性能，趙盼月（2019）等在歐洲鰻鱺飼糧中添加BAs 也得到了類似的結(jié)果。

2.2 免疫調(diào)節(jié)

研究表明，動(dòng)物機(jī)體中溶菌酶（LSZ）水平在一定程度上能夠反映其非特異免疫的能力。而B(niǎo)As 可以促進(jìn)LSZ 分泌，從而增強(qiáng)動(dòng)物的非特異性免疫功能。有報(bào)道顯示在鯉魚飼料中添加BAs 可以顯著提高血清及肝臟中LSZ 水平，并且能提高SOD及ALP 含量,證實(shí)添加BAs 可以增強(qiáng)免疫能力（P<0.05）。曹愛(ài)智（2011） 等人發(fā)現(xiàn)BAs 可以顯著提高肉雞血清LSZ 含量、新城疫抗體水平和碳粒廓清指數(shù)（P<0.05）。此外，BAs 具有一定的抑菌活性，可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，從而控制細(xì)菌生長(zhǎng)增殖。Mohit 等發(fā)現(xiàn)脫氧膽酸（deoxycholic acid,DCA） 能夠降低雞亞臨床壞死性腸炎誘導(dǎo)的腸道炎癥基因表達(dá)和細(xì)胞凋亡，從而減輕回腸炎癥，并呈劑量依賴性。

2.3 保肝護(hù)膽

肝臟作為代謝和循環(huán)的重要器官，其正常功能的維護(hù)顯得尤為重要。陸江（2019）等人發(fā)現(xiàn)在蛋雞飼糧中添加不同水平的膽汁酸可以降低其血液中甘油三酯(TG)、膽固醇(TC)、低密度脂蛋白(LDL-C)含量，提高高密度脂蛋白（HDL-C）水平，減少肝臟中TG、TC 及游離脂肪酸（FAA） 含量，并呈一定劑量關(guān)系，此外還發(fā)現(xiàn)BAs 是可能通過(guò)PPARα 及FXR-SREBP1c 和FXR-PPARα 通路調(diào)節(jié)肝臟脂脂代謝，從而達(dá)到保護(hù)肝臟的作用。另有報(bào)道稱在高脂肉雞飼糧中添加BAs 可以顯著降低雞肝臟中TG 水平、脂肪酸合成酶（FAS）活性和肝型脂肪酸結(jié)合蛋白基因（L-FABP）的基因表達(dá)量及血清中丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（ALT）、天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（AST）活性（P<0.05），顯著提高脂蛋白脂酶基因（LPL）、載脂蛋白B 基因（ApoB）的表達(dá)量和激素敏感脂酶（HSL）活性（P< 0.05），證實(shí)BAs 具有一定保護(hù)肝臟，改善高脂日糧造成的肝臟損傷和脂代謝功能異常的作用。

雖然BAs 有許多有益生物學(xué)作用，但其也有細(xì)胞毒性及線粒體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)毒性，可導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，因此維持動(dòng)物機(jī)體BAs 的相對(duì)平衡對(duì)發(fā)揮其有益生理功能及減緩毒性至關(guān)重要。BAs 的量和種類呈動(dòng)態(tài)變化并受食物和晝夜節(jié)律影響, 動(dòng)物通過(guò)其調(diào)節(jié)自身受體興奮性及腸道菌群來(lái)影響初級(jí)膽汁酸，控制次級(jí)膽汁酸代謝,即通過(guò)BAs 的腸內(nèi)生物轉(zhuǎn)化途徑調(diào)控其合成、分泌?，F(xiàn)今關(guān)于BAs 調(diào)控主要集中在腸道菌群、激素和營(yíng)養(yǎng)素手段，但研究顯示大多營(yíng)養(yǎng)素方法調(diào)節(jié)BAs 的過(guò)程都與腸道菌群有關(guān)，如某些纖維通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群促進(jìn)BAs 分泌。

3 BAs 在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 改善生產(chǎn)性能

生產(chǎn)性能一直是考量飼料飼喂效果的主要指標(biāo)，肉用畜禽通產(chǎn)用平均日增重（ADG）、平均日采食量（ADFI）、料肉比（F/G）來(lái)衡量。飼料中的脂類作為高效的供能物質(zhì)，對(duì)促進(jìn)豬的生長(zhǎng)有著至關(guān)重要的作用，而因脂類不溶于水等特性，故動(dòng)物對(duì)脂類的吸收受到一定的限制。

3.1.1 肉用

在仔豬生產(chǎn)中，斷奶仔豬因飼料形態(tài)及成分的變化等因素，常誘發(fā)斷奶綜合征而出現(xiàn)腹瀉、生產(chǎn)性能降低等現(xiàn)象。研究表明，在飼糧中添加適量BAs 能降低斷奶仔豬腹瀉率，提高ADG，降低F/G。李翠梅（2011）等在基礎(chǔ)日糧中添加0.05%的20% BAs發(fā)現(xiàn)斷奶仔豬腹瀉率較抗生素組 降 低 超 過(guò)50% 、ADG 提 高6%、F/G 降低3%。有研究在保育豬日糧中添加0.05% 的30%BAs，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)仔豬末重提高7.01%, ADG 提高9.42%, F/G 降低0.08%。并且有研究稱在整個(gè)生豬生產(chǎn)過(guò)程中，添加BAs 可以增強(qiáng)豬群免疫能力，顯著降低發(fā)病率、料肉比，提高養(yǎng)殖效益（P<0.05）。在肉雞生產(chǎn)中，添加BAs 能顯著提高快大型肉雞ADG，降低了F/G（P<0.05），并且顯著提高了屠宰率、腿肌率和胸肌率，同時(shí)降低腹脂率，進(jìn)一步提高飼料報(bào)酬和胴體品質(zhì)（P<0.05）。消化酶是動(dòng)物對(duì)食物進(jìn)行化學(xué)性消化的主要基礎(chǔ)保障，而研究發(fā)現(xiàn)BAs 可以有效增強(qiáng)肉雞腸道脂蛋白脂肪酶、糜蛋白酶、脂肪酶和胰蛋白酶的活性，降低激素敏感性脂肪酶的活性（P<0.05），并且能夠影響與脂質(zhì)代謝密切相關(guān)的酶的表達(dá)，如降低甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子1、乙酰輔酶a 羧化酶和脂肪酸合酶及提高肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1的表達(dá)，通過(guò)上述途徑從源頭上對(duì)動(dòng)物糖脂代謝進(jìn)行調(diào)控，從而改善動(dòng)物生產(chǎn)性能。

3.1.2 蛋用

在蛋雞生產(chǎn)中，有研究發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)蛋后期羅曼粉蛋雞日糧中添加200 mg/kg 的30% BAs 能夠顯著降低死亡率、料蛋比及提高產(chǎn)蛋 率（P<0.05）。 崔明明（2018） 發(fā)現(xiàn)BAs 改善產(chǎn)蛋高峰期海蘭褐蛋雞的產(chǎn)蛋率，但降低了平均蛋重。不過(guò)在改善蛋品質(zhì)方面發(fā)揮了優(yōu)勢(shì)功效，顯著增加蛋白高度、蛋黃顏色、蛋黃蛋白比和哈氏單位，同時(shí)提高了蛋殼質(zhì)量，減少了破殼蛋和沙皮蛋發(fā)生機(jī)率，改善蛋殼厚度。此外，有報(bào)道稱BAs 可以協(xié)同中草藥微生態(tài)制劑，從而改善蛋雞的生產(chǎn)性能及產(chǎn)品品質(zhì)，在當(dāng)今這個(gè)消費(fèi)者追求畜產(chǎn)品品質(zhì)的時(shí)代，BAs 為提高蛋品質(zhì)提供了一條新的道路。在種蛋生產(chǎn)中，研究發(fā)現(xiàn)蛋內(nèi)BAs 含量對(duì)子代生產(chǎn)性能有一定影響，左旭冬（2016）等發(fā)現(xiàn)添加100 mg/kg 的CDCA能提高種蛋內(nèi)LDL-C 和TC 含量, 并能降低母仔雞的ADG、腓腸肌中乳酸脫氫酶（LDH）活性及公仔雞腓腸肌總蛋白沉積量（P<0.05），但高劑量（500 mg/kg）不利于子代肌肉發(fā)育，因此在種禽飼糧中使用BAs 時(shí)需要注意使用劑量及時(shí)間。

3.2 增強(qiáng)抗病能力

在無(wú)抗飼糧時(shí)代，增強(qiáng)畜禽自身抗病能力是每個(gè)從業(yè)者的首要任務(wù)之一，其中通過(guò)營(yíng)養(yǎng)手段保障和促進(jìn)免疫系統(tǒng)的發(fā)育及免疫能力的發(fā)揮，改善機(jī)體抵抗應(yīng)激及修復(fù)受損細(xì)胞和組織能力是提高抗病能力的主要途徑之一。IgA、IgG 和IgM 等免疫球蛋白是動(dòng)物防御病原體侵害的重要免疫物質(zhì)，在維護(hù)機(jī)體健康中具有非常重要的生理作用。李翠梅（2011）等發(fā)現(xiàn)BAs 能顯著提高仔豬血清IgG、IgM 及IgA濃度, 并提高IL-2 含量（P<0.05）。另也有報(bào)道指出，在斷奶仔豬日糧中添加2 g/kg 的豬源鵝去氧膽酸可以提高其血漿IgG和IgA 水平，并發(fā)現(xiàn)其可以改善斷奶仔豬腸道上皮的增殖分化，證實(shí)BAs 可以增強(qiáng)機(jī)體正常的細(xì)胞免疫和體液免疫能力。環(huán)境病原菌也是誘發(fā)動(dòng)物疾病的重要因素之一，并且對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)效益造成嚴(yán)重影響，因產(chǎn)氣莢膜梭菌（Clostridium perfringens,Cp）導(dǎo)致的雞壞死性腸炎（Necrotic enteritis，NE）在全球每年可造成20余億美元的經(jīng)濟(jì)損失。Bilal 等發(fā)現(xiàn)DCA 能改變彎曲菌AR101 在雞空腸的定殖水平，在28日齡時(shí)減少了93%的空腸彎曲菌定殖。Mohit 等報(bào)道添加1.5 g/kg 的DCA 能減少肉雞回腸產(chǎn)氣莢膜梭菌的定殖（P<0.05），同時(shí)DCA能顯著降低回腸組織中Infγ、Litaf、Il1β 和Mmp9 的炎癥介質(zhì)的mRNA 積累，從而通過(guò)減輕炎癥反應(yīng)來(lái)預(yù)防壞死性腸炎誘導(dǎo)的生產(chǎn)性能下降。此外，BAs 能夠增強(qiáng)肉雞的抗熱應(yīng)激能力及改善肝腎功能，緩解脂質(zhì)代謝異常帶來(lái)的負(fù)面影響。

4 小結(jié)與展望

BAs 作為膽汁的主要成分，在糖脂代謝、免疫調(diào)節(jié)等方面有著重要作用，近年受到越來(lái)越多的關(guān)注。在動(dòng)物生產(chǎn)中不少研究表明BAs 在輔助高脂日糧的使用及肝臟正常功能的維護(hù)上有著不錯(cuò)的效果。但現(xiàn)今的研究多關(guān)注于BAs 的直接應(yīng)用效果，鮮有系統(tǒng)深入的機(jī)制研究。因此，還需廣大從業(yè)人員對(duì)BAs 進(jìn)一步深入探索，探明其作用機(jī)制、各種飼糧添加量及不同來(lái)源組成的BAs 的效果等問(wèn)題，以促進(jìn)BAs 的生產(chǎn)及應(yīng)用。