腸道菌群對圍產(chǎn)期母豬能量失衡的影響及作用機(jī)制

張龍林 李 浩 譚碧娥 范志勇

(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128)

母豬養(yǎng)殖是現(xiàn)代規(guī)模化養(yǎng)豬生產(chǎn)的核心環(huán)節(jié)，母豬健康狀況和繁殖性能是影響豬場經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵。母豬圍產(chǎn)期是妊娠期向哺乳期的過渡階段，泛指妊娠后期與哺乳前期的結(jié)合時期(分娩前10天至分娩后10天)。母豬在“妊娠后期—分娩—哺乳”這一過程中，伴隨著自身生理狀況與外部環(huán)境的迅速變化，分解與合成代謝持續(xù)旺盛，機(jī)體氧化應(yīng)激加強(qiáng)。這一短暫階段所發(fā)生的劇烈變化，常使母豬機(jī)體無法及時做出適應(yīng)性的調(diào)節(jié)，進(jìn)而引發(fā)其能量代謝紊亂，集中表現(xiàn)為母豬厭食、母胎競爭養(yǎng)分和產(chǎn)程延長。以厭食為標(biāo)志，分娩前后母豬能量代謝障礙發(fā)生率為30%～35%[1]。因此，針對母豬圍產(chǎn)期能量代謝特征來制定相應(yīng)的營養(yǎng)策略，值得引起廣大學(xué)者們的注意。

腸道中棲息著的大量腸道菌群影響著飼糧消化、營養(yǎng)物質(zhì)吸收和能量供應(yīng)，并能調(diào)控宿主正常的生理功能及疾病的發(fā)生，與宿主存在互利共生的重要關(guān)系[2-3]。在圍產(chǎn)期，腸道菌群的特征性變化可能是加劇母豬能量代謝障礙的重要外源因素，這使其成為調(diào)控母豬圍產(chǎn)期能量平衡的重要靶點。因此，本文就母豬在圍產(chǎn)期階段自身生理變化、飼糧結(jié)構(gòu)特點及腸道菌群特征進(jìn)行剖析，以探討圍產(chǎn)期母豬易發(fā)生能量代謝障礙的原因，旨在為母豬能量平衡的調(diào)控和相關(guān)研究提供參考。

1 母豬圍產(chǎn)期生理特點

圍產(chǎn)期階段是母豬由妊娠期向哺乳期轉(zhuǎn)變的過渡階段，即妊娠后期與哺乳前期的結(jié)合。在分娩開始之前，為滿足宮內(nèi)胎兒的快速發(fā)育和完善乳腺功能，母豬的代謝負(fù)荷不斷增加，處于能量正平衡階段，也是能量代謝障礙的發(fā)生階段。而分娩結(jié)束之后，母豬生理趨于單一，即以哺乳為核心消耗能量，處于能量負(fù)平衡階段，也是能量代謝障礙的恢復(fù)階段。能量正平衡及能量負(fù)平衡和圍產(chǎn)期結(jié)局有著密不可分的關(guān)系，能量失衡現(xiàn)象的發(fā)生不但對胎兒及新生仔豬健康產(chǎn)生不良影響，還對母豬妊娠特有疾病的發(fā)生和發(fā)展具有促進(jìn)作用。相對而論，維持分娩前母豬機(jī)體的能量平衡是影響后續(xù)繁育能力的關(guān)鍵，因此下文主要分析母豬在妊娠后期的生理特征，主要包括腸道、肝臟、脂肪組織和胎盤等參與母豬能量分配的主要器官或組織，并分別就其在能量平衡中所處位置和相互關(guān)系進(jìn)行分析(圖1)。

圖A表示理想狀態(tài)下的能量分配特征：a)脂肪相對趨于以FFA的形式動員，背膘沉積減弱；b)血液中的FFA主要被肝臟利用(β氧化>50%)，肝臟正常向外周組織供應(yīng)葡萄糖；c)胎盤正常轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖給胎兒發(fā)育提供能量。圖B表示常見生產(chǎn)狀態(tài)下的能量分配特征：d)能量相對趨于沉積，背膘沉積加速；e)肝臟FFA利用下降，肝細(xì)胞葡萄糖代謝量和FFA合成上升，向外周組織供應(yīng)葡萄糖能力減弱；f)胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，胎盤代償性增長(脂毒性)，進(jìn)一步消耗本該分配給胎兒的能量，并加劇能量和背膘的沉積。+表示增強(qiáng)，-表示減弱。

1.1 腸道

腸道不僅是營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的場所，也是消耗能量的主要器官之一。對母豬而言，腸道總長可達(dá)28 m以上，占據(jù)母豬體重的3%～6%，因此腸道本身即消耗大量能量，每日能量消耗占機(jī)體的20%～35%，氧消耗約占30%。同時，作為機(jī)體最大的免疫器官，腸道時刻與外源抗原接觸，其中發(fā)生的免疫反應(yīng)也是影響腸道能量代謝的重要因素。在影響腸道免疫機(jī)能的諸多因素中，腸道菌群可通過影響腸上皮細(xì)胞代謝和緊密連接蛋白表達(dá)、刺激黏蛋白分泌和免疫細(xì)胞的免疫應(yīng)答以調(diào)控腸屏障功能，進(jìn)而改變宿主炎癥反應(yīng)[4]。菌群代謝物，如短鏈脂肪酸(short chain fatty acid，SCFA)、胺類和膽汁酸(bile acid，BA)等，是連接腸道菌群和宿主代謝的“橋梁”，不僅對腸道細(xì)胞具有刺激作用，還可隨體液進(jìn)入肝臟等組織，進(jìn)一步參與調(diào)控機(jī)體的能量代謝。此外，微生物細(xì)胞的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)、肽聚糖等分子，在腸屏障功能下降時能夠進(jìn)入機(jī)體介導(dǎo)炎癥反應(yīng)和免疫應(yīng)答，從而影響宿主能量代謝。

研究表明，不同腸段的菌群具有不同的結(jié)構(gòu)和功能特征，前腸菌群和后腸菌群間存在顯著區(qū)別。其中，前腸菌群主要與小腸上皮細(xì)胞的氨基酸代謝、免疫疾病和癌癥的生成等有關(guān)，而后腸菌群則主要影響和反映宿主營養(yǎng)物質(zhì)和能量代謝的特征[5]。因此，選擇更接近后腸菌群尤其是結(jié)腸菌群結(jié)構(gòu)的糞便菌群進(jìn)行分析，在研究母豬腸道菌群和宿主間能量代謝的互作關(guān)系方面具有相對的合理性。在母豬妊娠過程中，腸道菌群隨著分娩臨近呈現(xiàn)進(jìn)程性變化，進(jìn)而參與母豬的能量代謝。在門水平上，厚壁菌門(Firmicutes)和擬桿菌門(Bacteroidetes)是母豬后腸中的優(yōu)勢菌群，可占據(jù)總菌群豐度的90%以上，二者的比值(F/B)與宿主脂肪沉積密切相關(guān)。研究表明，相比妊娠前期(妊娠第30天)和中期(妊娠第60天)，母豬在妊娠末期(妊娠第110天)糞便中厚壁菌門的豐度顯著降低(依次為54.76%、57.12%和41.98%)，擬桿菌門豐度顯著升高(依次為26.27%、25.05%和35.25%)，F(xiàn)/B顯著降低(依次為2.08%、2.28%和1.19%)[6]；而母豬相應(yīng)表現(xiàn)為體重和背膘厚度顯著上升，炎癥因子和脂代謝激素亦相應(yīng)發(fā)生變化。此外，較妊娠前期和中期而言，圍產(chǎn)期母豬腸道菌群在屬水平上表現(xiàn)為有益菌豐度相對下降，條件病原菌豐度相對上升，即大腸桿菌(Escherichiacoli)、梭狀芽孢桿菌(Clostridia)、紅蝽桿菌科(Coriobacteriaceae)、變形桿菌(Proteus)等豐度增加，而乳桿菌科(Lactobacteriaceae)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等有益菌豐度相對下降[7-9]。優(yōu)勢菌群相對豐度的下降可加劇腸道氧化應(yīng)激，引起腸道上皮分泌大量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)。過量的ROS會直接攻擊機(jī)體細(xì)胞內(nèi)的DNA、脂質(zhì)及蛋白質(zhì)，使其功能和結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而誘發(fā)氧化應(yīng)激引起母豬采食量下降和能量代謝障礙[10]。此外，隨著分娩臨近，母豬腸道受到免疫和激素的雙重作用而引起通透性增加，使腸道菌群更易對宿主代謝產(chǎn)生影響，這可能是母豬在妊娠最后階段易發(fā)生能量代謝障礙的潛在生理因素[11]。

1.2 肝臟

肝臟作為葡萄糖、蛋白質(zhì)和脂肪三大營養(yǎng)物質(zhì)代謝的樞紐，在機(jī)體能量分配方面居于主導(dǎo)地位。正常生理狀態(tài)下，肝臟以三羧酸循環(huán)、糖原的合成與分解等生化反應(yīng)為中間環(huán)節(jié)，實現(xiàn)對能量的儲存或動員。即能量正平衡或采食后時，肝臟將機(jī)體暫時無法消耗的葡萄糖轉(zhuǎn)化為肝糖原，多余的葡萄糖和生酮氨基酸轉(zhuǎn)化為脂質(zhì)并轉(zhuǎn)運(yùn)到外周組織中(主要是脂肪組織)以實現(xiàn)能量的儲存。能量負(fù)平衡或葡萄糖供應(yīng)不足時，肝臟通過增加游離脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)的β氧化以滿足自身的能量供應(yīng)，并通過糖異生和肝糖原的動員途徑來增加外周組織的葡萄糖供應(yīng)，而在此過程中肝細(xì)胞對于FFA的合成減少。在妊娠過程中，母豬往往伴隨著生理性的胰島素抵抗，即隨著分娩臨近而血糖和胰島素水平逐漸上升，肝臟對葡萄糖的利用能力下降[12]。FFA在肝組織的蓄集可能是導(dǎo)致肝細(xì)胞胰島素敏感性下降的主要原因[13]。研究表明，圍產(chǎn)期母豬肝臟的耗氧量顯著增加，可達(dá)到母豬總耗氧量的40%，這可能由肝細(xì)胞中脂肪酸β氧化增加引起[14]。

目前肝臟糖脂代謝參與圍產(chǎn)期母豬能量分配的機(jī)制尚不清晰，“腸源”因素和“胎源”因素均可能成為影響母豬肝臟能量代謝的關(guān)鍵。來自腸道的營養(yǎng)素和菌群代謝物通過門靜脈隨血液進(jìn)入肝臟，進(jìn)而影響肝細(xì)胞的糖脂代謝，這也在某種意義上使肝臟成為腸道的下游器官[15]。例如，LPS進(jìn)入肝臟后會激活Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)誘發(fā)其發(fā)生炎癥反應(yīng)，使得肝細(xì)胞糖代謝量和FFA合成量增加，而FFA的β氧化相對削弱[16-17]。另外，作為圍產(chǎn)期能量消耗的主要器官，胎盤可反饋性地影響肝臟對能量的分配。由于宮內(nèi)胎豬約2/3的體重增長于妊娠后期，母豬對于能量的需求增加促使飼糧飼喂量大幅上升。然而，宮內(nèi)劇烈的合成代謝會產(chǎn)生大量ROS，當(dāng)超過胎盤抗氧化系統(tǒng)的自凈功能時，就會引起胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)功能的顯著下降，進(jìn)而使母體攝入的過多能量無法順利地轉(zhuǎn)運(yùn)給胎兒利用[18-19]。無法消耗的能量被肝臟轉(zhuǎn)化成FFA，進(jìn)一步合成甘油三酯沉積到脂肪組織中。由以上推論，F(xiàn)FA在肝臟中β氧化和從頭合成兩大生化反應(yīng)的相對強(qiáng)弱可能決定母豬攝入能量的主要去路，即β氧化相對增強(qiáng)、從頭合成相對減弱時或許更利于緩解母豬的能量代謝障礙。

1.3 脂肪組織

哺乳動物體內(nèi)脂肪組織分為2類，即棕色脂肪組織(brown adipose tissue，BAT)和白色脂肪組織(white adipose tissue，WAT)。前者由于解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)基因的大量表達(dá)，使生物氧化中呼吸鏈和ATP生產(chǎn)解偶聯(lián)，能量以熱量形式散失；后者則主要為脂肪沉積的場所[20]。由于UCP1基因變異缺少，豬體內(nèi)的脂肪都是WAT[21]。在母豬圍產(chǎn)期階段，機(jī)體不能利用的多余能量最終被運(yùn)輸?shù)絎AT中以脂肪形式沉積，導(dǎo)致脂肪組織出現(xiàn)肥大。近年來研究表明，WAT不僅僅作為能量儲備場所，同時也具有旺盛的內(nèi)分泌功能，可通過分泌激素參與機(jī)體的能量代謝[22]。瘦素和脂聯(lián)素是脂肪組織分泌的2種主要激素。瘦素可抑制中樞神經(jīng)攝食信號，進(jìn)而抑制母豬能量攝入和增加能量消耗[23]。脂聯(lián)素是一種胰島素超敏化激素，可以增加促進(jìn)骨骼肌細(xì)胞的脂肪酸氧化和糖吸收，并抑制肝臟的糖異生[23]。此外，脂肪組織可分泌腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-6，IL-6)等細(xì)胞因子進(jìn)而調(diào)節(jié)胰島素分泌和下調(diào)胎盤功能[22]。然而，由于目前對脂肪組織分泌功能的規(guī)律和調(diào)控機(jī)制尚不清晰，脂肪組織在圍產(chǎn)期母豬能量平衡中的參與作用仍有待進(jìn)一步研究。

1.4 胎盤

胎盤作為維系母體與胎兒的樞紐，可以通過運(yùn)輸養(yǎng)分及排出代謝廢物等影響母胎養(yǎng)分競爭及能量分配和代謝，其轉(zhuǎn)運(yùn)功能下降將直接導(dǎo)致胎兒由于營養(yǎng)不足而生長發(fā)育受阻。豬胎盤屬于非蛻膜彌散型胎盤，正常妊娠過程中，胎兒完全依賴胎盤從母體轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)素來生存。隨著妊娠進(jìn)行，胎盤基層脂質(zhì)層厚度和胎盤褶皺顯著增加，血管數(shù)量增多，以使其對營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力增強(qiáng)，從而滿足胎兒的快速發(fā)育[24]。在母豬妊娠后期，胎盤血管形成停止，但胎盤線粒體數(shù)目增多，氧化代謝增強(qiáng)[18]，母體隨之發(fā)生適應(yīng)性變化，如子宮血流量增加[25]，血漿中丙氨酸、高密度脂蛋白、FFA及二酰甘油含量增加[26]，而這意味著母體此階段代謝強(qiáng)度增強(qiáng)；同時，胎兒快速生長，代謝廢物(尿素、尿酸、肌酐及肌酸等)產(chǎn)生增加[27]。以上結(jié)果導(dǎo)致母豬機(jī)體內(nèi)的ROS水平達(dá)到高峰，加劇氧化應(yīng)激進(jìn)程，引起胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，最終影響胎兒的正常生長發(fā)育。

此外，胎盤也會通過分泌肽類或激素影響?zhàn)B分分配，進(jìn)而影響母胎對養(yǎng)分和能量的競爭[28]。胎盤組織中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體作為調(diào)節(jié)胎兒營養(yǎng)物質(zhì)供給的重要介質(zhì)，受到來自于母體的葡萄糖、氨基酸及脂肪酸等營養(yǎng)素的影響。且胎兒生長發(fā)育異常與胎盤營養(yǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)體活性的改變有關(guān)，而母體營養(yǎng)可能主要通過調(diào)節(jié)胎盤脂質(zhì)和能量代謝來影響?zhàn)B分分配，進(jìn)而影響胎兒的生長發(fā)育[29-30]。Père等[31]研究發(fā)現(xiàn)，母豬妊娠后期發(fā)生代償性胰島素抵抗，但葡萄糖含量未改變，而FFA含量急速上升。這提示妊娠期間母體肥胖會促使機(jī)體脂肪分解和動員增強(qiáng)，進(jìn)一步提高胎盤脂質(zhì)水平，促進(jìn)胎盤組織中的異位脂肪積累，形成脂毒性胎盤環(huán)境[32]，反饋抑制胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)能力，進(jìn)而影響母豬能量代謝。因此，胎盤作為母胎養(yǎng)分分配的主要競爭場所，應(yīng)當(dāng)將養(yǎng)分更多地運(yùn)輸至胎兒以保證其快速發(fā)育；而圍產(chǎn)期階段母豬體內(nèi)ROS增多及脂溶性胎盤激素的增加，會引起胎盤營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)能力下降，進(jìn)一步利用脂肪酸進(jìn)行代償增殖，使胎兒養(yǎng)分供應(yīng)不足，胎盤效率下降，并形成一定的惡性循環(huán)。

2 腸道菌群對圍產(chǎn)期母豬能量代謝的影響及潛在機(jī)制

腸道菌群作為機(jī)體的“第九大系統(tǒng)”，可以通過多種機(jī)制影響宿主代謝，是調(diào)控機(jī)體能量代謝的外源性靶點。在母豬圍產(chǎn)期階段，腸道菌群及其代謝物(主要為BA和SCFA)可以分別影響母豬的采食量、脂肪沉積及炎癥反應(yīng)等，多種途徑參與調(diào)控宿主機(jī)體的能量代謝(圖2至圖4)。

BA：膽汁酸 bile acid；SCFA：短鏈脂肪酸 short chain fatty acid；TGR5：G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1 G protein-coupled bile acid receptor 1；PYY：酪酪肽 peptide YY；GLP-1：胰高血糖素樣肽-1 glucagon-like peptide-1；CCK：膽囊收縮素 cholecystokinin；Leptin：瘦素；Ghrelin：胃饑餓素；ClpB：酪蛋白分解蛋白酶B caseinolytic protease B；LPS：脂多糖 lipopolysaccharide。

BA：膽汁酸 bile acid；SCFA：短鏈脂肪酸 short chain fatty acid；FiaF：饑餓誘導(dǎo)脂肪因子 fasting-induced adipocyte factor；TMAO：氧化三甲胺 trimethylamine-N-oxide；VLDL：極低密度脂蛋白 very low density lipoprotein；SREBP-1：甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1 sterol regulatory elemental binding protein-1；ChREBP：碳水化合物應(yīng)答元件結(jié)合蛋白 carbohydrate response elemental binding protein；FXR：法尼酯衍生物X受體 Farnesoid X receptor；Acc：乙酰輔酶A羧化酶 acetyl-CoA carboxylase；Fas：脂肪酸合成酶 fatty acid synthase；AMPK：磷酸腺苷活化蛋白激酶 adenosine monophosphate-activated protein kinase；GPR41：G蛋白偶聯(lián)受體41 G protein-coupled receptor 41；GPR43：G蛋白偶聯(lián)受體43 G protein-coupled receptor 43；LPL：脂蛋白脂酶 lipoprteinlipase；PKC：蛋白激酶C protein kinase C。

MAPK：絲裂原活化蛋白激酶 monophosphate-activated protein kinase；TNF-α：腫瘤壞死因子-α tumor necrosis factor-α；IL-1β：白細(xì)胞介素-1β interleukin-1β；IL-6：白細(xì)胞介素-6 interleukin-6；LPS：脂多糖 lipopolysaccharide；NF-κB：核轉(zhuǎn)錄因子-κB nuclear factor-kappa B。

2.1 采食量

機(jī)體能量的攝入離不開采食，而腸道菌群及其代謝物能夠直接或間接影響神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)，形成影響機(jī)體采食的信號，進(jìn)而影響攝食行為，維持機(jī)體能量代謝的穩(wěn)態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1(G protein-coupled bile acid receptor 1，GPBAR1，也稱TGR5)在腸內(nèi)分泌細(xì)胞中高表達(dá)，而BA能夠激活TGR5，導(dǎo)致外周釋放酪酪肽(peptide YY，PYY)、胰高血糖素樣肽-1(glucagon-like peptide-1，GLP-1)等厭食激素[33-34]，進(jìn)而影響機(jī)體食欲。此外，腸道菌群代謝物與腸道內(nèi)受體結(jié)合直接作用于腸內(nèi)分泌細(xì)胞或迷走神經(jīng)，調(diào)節(jié)機(jī)體食欲。研究指出，SCFA能夠抑制組蛋白去乙?；?histone deacetylase，HDAC)活性，提高組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性和促進(jìn)血管收縮素合成，激活多種G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPCR)如G蛋白偶聯(lián)受體43[GPR43，也稱FFA受體2(FFAR2)]和G蛋白偶聯(lián)受體41[GPR41，也稱FFA受體3(FFAR3)][35-36]，刺激腸L細(xì)胞釋放PYY、GLP-1，減緩腸道代謝物和營養(yǎng)物質(zhì)傳遞時間，增加飽腹感。同時，SCFA能增加膽囊收縮素(cholecystokinin，CCK)、胰島素、瘦素及胃饑餓素等外周激素的含量，反饋信號至大腦神經(jīng)系統(tǒng)從而調(diào)節(jié)宿主食欲[37]。乙酸還能進(jìn)入大腦中直接激活副交感神經(jīng)系統(tǒng)中的迷走神經(jīng)，發(fā)揮抑制食欲的作用[38]。除此之外，腸道代謝物還能通過腸上皮細(xì)胞移位進(jìn)入外周循環(huán)發(fā)揮作用[39]。腸道菌群產(chǎn)生的氨基酸序列與各種食欲調(diào)節(jié)性腦腸肽序列相似，因此由其介導(dǎo)的信號通路也受到了免疫球蛋白的影響[40]。而免疫球蛋白又可以與大腸桿菌產(chǎn)生的小蛋白序列酪蛋白分解蛋白酶B(caseinolytic protease B，ClpB)相互作用，影響腸道屏障功能，引起機(jī)體發(fā)生免疫反應(yīng)[37]。同時，腸道菌群產(chǎn)生的LPS也會通過腸道細(xì)胞發(fā)揮免疫作用[37]。這都很有可能由于引起味覺受體細(xì)胞分化減少和味覺檢測下降，從而影響宿主食欲，導(dǎo)致采食量下降。

2.2 脂肪沉積

饑餓誘導(dǎo)脂肪因子(fasting-induced adipocyte factor，F(xiàn)iaF)是一種由腸上皮細(xì)胞分泌的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)信號因子，在肝臟和脂肪組織中也均有分布。其在機(jī)體內(nèi)能激活血管生成素1受體(Tie2)，抑制脂肪組織中脂蛋白脂酶(lipoprteinlipase，LPL)表達(dá)，激活富含甘油三酯的脂蛋白分解成FFA以供脂肪組織利用，從而抑制脂肪堆積[41]。同時，F(xiàn)iaF也與甾醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1(sterol regulatory elemental binding protein-1，SREBP-1)和碳水化合物應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(carbohydrate response elemental binding protein，ChREBP)的表達(dá)有關(guān)。SREBP-1和ChREBP能夠通過甾醇調(diào)節(jié)元件(sterol regulatory elemental，SRE)和碳水化合物反應(yīng)元件(carbohydrate response elemental，ChoRE)，參與介導(dǎo)肝臟對胰島素和葡萄糖脂肪生成過程，調(diào)控機(jī)體脂質(zhì)和葡萄糖代謝紊亂[42]。而腸道菌群能夠介導(dǎo)圍產(chǎn)期母豬脂質(zhì)代謝相關(guān)基因的表達(dá)，調(diào)控機(jī)體能量代謝，進(jìn)而參與母豬能量代謝紊亂機(jī)制，是脂肪沉積和儲存的重要環(huán)境調(diào)節(jié)因子。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群能抑制FiaF表達(dá)，從而加速甘油三酯代謝和促進(jìn)脂肪沉積[43-44]。且腸道菌群在一定程度上也能夠增強(qiáng)SREBP-1和ChREBP基因的表達(dá)，激活乙酰輔酶A羧化酶(acetyl-CoA carboxylase，Acc)和脂肪酸合成酶(fatty acid synthase，F(xiàn)as)基因，從而起到促進(jìn)脂肪酸的合成和脂肪沉積的作用[45]。

同時，腸道菌群的代謝物在一定程度上也能影響機(jī)體的脂質(zhì)代謝，參與圍產(chǎn)期母豬的機(jī)體能量調(diào)控的過程。有研究指出，SCFA能夠降低肝臟Fas的活性，激活磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated protein kinase，AMPK)活性，催化Acc的磷酸化，從而增加肝臟內(nèi)脂質(zhì)β氧化[46]。而腸道菌群的脂質(zhì)代謝物膽堿能夠轉(zhuǎn)化為氧化三甲胺(trimethylamine-N-oxide，TMAO)，導(dǎo)致由磷脂酰膽堿為主要成分的極低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)的含量降低，間接影響肝臟甘油三酯的儲存量，引起機(jī)體肝臟脂肪變性，進(jìn)而造成機(jī)體脂質(zhì)代謝紊亂[47]。眾多研究指出，機(jī)體的脂肪沉積在一定程度上也與肝臟中法尼酯衍生物X受體(Farnesoid X receptor，F(xiàn)XR)的作用有關(guān)，而FXR作為一種BA激活的核受體，能夠改變BA在腸肝循環(huán)中的代謝途徑，增加甘油三酯的消化吸收，減少FAA的氧化，進(jìn)而參與BA合成和肝臟甘油三酯的蓄積過程[48]。另外，腸道菌群代謝物還能直接靶向作用于脂肪組織，參與機(jī)體的脂質(zhì)代謝紊亂過程。有研究表明，SCFA轉(zhuǎn)運(yùn)至WAT后，能夠與脂肪細(xì)胞GPR41/GPR43結(jié)合，激活蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)，抑制發(fā)揮胰島素活性的關(guān)鍵過程——PKC的磷酸化，3-磷酸肌醇激酶活性抑制增加，從而參與胰島素介導(dǎo)的脂肪細(xì)胞脂肪積累，抑制脂肪分解，促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化[49]。

2.3 炎癥

機(jī)體生成炎癥介質(zhì)是一個高耗能的過程，因此機(jī)體的能量代謝和炎癥的發(fā)生密切相關(guān)。而腸道菌群及其代謝物在一定程度上能夠參與母豬圍產(chǎn)期炎癥反應(yīng)過程，調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，進(jìn)一步影響母豬能量代謝調(diào)控。LPS是腸道中革蘭陰性菌細(xì)胞壁最外一層的組成成分，可通過特殊的脂質(zhì)轉(zhuǎn)移蛋白(LPS結(jié)合蛋白)與細(xì)胞表面CD14受體和MD2受體結(jié)合后被分裂成能與TLR4結(jié)合的單體分子，從而激活LPS相關(guān)信號通路對腸道細(xì)胞發(fā)揮作用。有研究指出，LPS能夠通過核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)、絲裂原活化蛋白激酶(monophosphate-activated protein kinase，MAPK)及Wnt1等信號通路誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞分泌大量的TNF-α、白細(xì)胞介素-1β、IL-6等炎癥因子，抑制細(xì)胞間的緊密連接蛋白——閉合小環(huán)蛋白-1(zonula occludens-1，ZO-1)和閉鎖蛋白(occludin)表達(dá)，損傷腸道屏障，從而增加腸道通透性，導(dǎo)致機(jī)體能量代謝發(fā)生紊亂[50-51]。同時，血漿中LPS含量升高，也會導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生代謝性內(nèi)毒素血癥，引起強(qiáng)大的免疫系統(tǒng)反應(yīng)和全身性炎癥的發(fā)生[52]。而腸道菌群及其代謝物在一定程度上可以增強(qiáng)機(jī)體的腸道屏障，緩解炎癥反應(yīng)的發(fā)生。大量研究證實，腸道中的雙歧桿菌能夠抑制LPS，減少血漿和脂肪組織中炎癥因子含量[53]。同時，腸道代謝物SCFA也已被證明可以改善腸道屏障損傷，進(jìn)而緩解機(jī)體炎癥[54]。研究發(fā)現(xiàn)，丁酸被上皮細(xì)胞表面受體GPR41識別后，能夠通過MAPK介導(dǎo)的信號通路來促進(jìn)機(jī)體對炎癥反應(yīng)的應(yīng)答[55]。

3 飼糧結(jié)構(gòu)變化對圍產(chǎn)期母豬腸道菌群的影響

腸道菌群可能是影響母豬能量代謝的關(guān)鍵要素，而飼糧是影響菌群結(jié)構(gòu)的首要外源因素。研究指出，腸道菌群對于飼糧結(jié)構(gòu)的變化存在一定的適應(yīng)期[56]，當(dāng)飼糧結(jié)構(gòu)變化速度大于機(jī)體腸道菌群適應(yīng)速度，將直接引起母豬腸道菌群的劇烈變化，進(jìn)而引發(fā)腸道菌群紊亂。母豬圍產(chǎn)期階段，飼糧從妊娠飼糧更換為哺乳飼糧，飼糧中纖維減少、蛋白質(zhì)增加的結(jié)構(gòu)變化引起母豬腸道菌群發(fā)生紊亂[57]。飼糧中的纖維經(jīng)結(jié)腸微生物發(fā)酵分解產(chǎn)生大量的乙酸、丙酸和丁酸等SCFA，通過腸道黏膜吸收入血液發(fā)揮作用。作為腸道菌群產(chǎn)生的主要代謝物，SCFA被認(rèn)為是能量平衡、腸道炎癥信號和胰島素敏感性的重要調(diào)節(jié)因子。研究指出，當(dāng)纖維含量較低時，腸道中的SCFA含量減少，通過改變GPCR蛋白信號及HDAC的抑制程度，影響多種免疫細(xì)胞調(diào)節(jié)腸黏膜免疫，增加腸道通透性，最終導(dǎo)致機(jī)體能量代謝紊亂和多種炎癥疾病的發(fā)生[36]。

此外，飼糧中的蛋白質(zhì)經(jīng)由腸道菌群降解并發(fā)酵產(chǎn)生氨、胺類、酚類、吲哚類及支鏈脂肪酸，而高蛋白質(zhì)飲食會提高腸道內(nèi)pH，增加腸道菌群的多樣性及罕見菌屬的比例，且會降低SCFA總產(chǎn)量，特別是乙酸鹽和丙酸鹽[58-59]。此外，未被前腸分解利用的過量蛋白質(zhì)進(jìn)入后腸中繼續(xù)被微生物發(fā)酵，氨基酸(鳥氨酸/精氨酸、精氨酸、賴氨酸、酪氨酸和組氨酸)經(jīng)由結(jié)腸細(xì)菌分解產(chǎn)生腐胺、胍丁胺、尸胺、酪胺和組胺等毒性胺類物質(zhì)，損害腸壁組織和加快腸蠕動，腸道通透性增加。因此，高蛋白質(zhì)和低纖維的不合理飼糧結(jié)構(gòu)或飼糧結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過快會誘發(fā)腸道菌群發(fā)生變化[60]，這是引起母豬能量代謝障礙的關(guān)鍵。

4 小 結(jié)

圍產(chǎn)期階段的母豬能量代謝失衡是制約其繁育成績的關(guān)鍵因素，而對于腸道菌群作為外源性因素影響母豬能量代謝的機(jī)制現(xiàn)如今研究還比較少，未來研究將可能主要針對以下幾方面進(jìn)行：1)腸道菌群對機(jī)體能量代謝的調(diào)控機(jī)制研究，特別是腸-肝軸、腸-腦軸的機(jī)制深入闡明；2)細(xì)胞線粒體層面對機(jī)體能量代謝穩(wěn)態(tài)的分子調(diào)控機(jī)制；3)動物能量代謝紊亂的相關(guān)疾病，如胰島素抵抗、氧化應(yīng)激和酮癥等的外源營養(yǎng)干預(yù)技術(shù)及其對畜禽主要經(jīng)濟(jì)性狀的影響機(jī)制等方面的研究。