日糧蛋白水平對單胃動物腸道消化吸收功能及健康影響的研究進展

燕 磊，安 沙，蔣夢宇，呂尊周，周桂蓮*，咼于明

（1.山東新希望六和集團有限公司，山東青島 266061；2.農(nóng)業(yè)部飼料及畜禽產(chǎn)品質量安全控制重點實驗室，四川新希望六和科技創(chuàng)新有限公司，畜禽飼料與畜產(chǎn)品質量安全控制四川省重點實驗室，四川成都 610101；3.中國農(nóng)業(yè)大學動物科學技術學院，北京 100193）

腸道作為動物機體特殊的功能器官，具有營養(yǎng)消化吸收和腸黏膜屏障的雙重功能。腸道健康受自身發(fā)育情況、腸道內環(huán)境和微生態(tài)系統(tǒng)的影響[1]。日糧營養(yǎng)供給是腸道消化和吸收功能以及屏障功能的關鍵因素[2]。蛋白質作為畜禽生長發(fā)育中所必需的營養(yǎng)物質，蛋白水平過高，不僅會造成浪費現(xiàn)象，還會引起有害微生物增殖，使腸道健康受損；蛋白水平過低或氨基酸不平衡，不僅影響腸道正常的發(fā)育，導致腸黏膜破損，限制腸道吸收，加重腸道負擔，還會影響畜禽的生長性能[3]。Hernández 等[4]報道，當降低日糧蛋白水平并補充必需氨基酸，可減少豬糞中氮的排放，避免蛋白資源的浪費。Portejoie 等[5]、Le 等[6]和Zhao 等[7]研究表明，當日糧蛋白水平分別從20% 降到12%、18% 降到12%、17.42%降到13.54%，可有效減少豬糞中氨氣的排放。此外，質量較差的蛋白來源易導致腸黏膜上皮結構損壞，破壞機體黏膜免疫[8]。本文主要綜述了國內外日糧蛋白水平與動物腸道健康的關系，為動物生產(chǎn)中優(yōu)化日糧配方及保障動物腸道健康提供參考。

1 日糧蛋白水平對腸道營養(yǎng)吸收功能的影響

1.1 日糧蛋白水平對腸道發(fā)育及腸道形態(tài)結構的影響動物消化吸收營養(yǎng)物質的主要場所是小腸，其發(fā)育主要包括上皮細胞的增殖和分化，表現(xiàn)為小腸長度和重量增加，同時伴隨著隱窩深度、絨毛高度及形態(tài)等變化[9]。腸絨毛在營養(yǎng)物質消化和吸收過程中起著重要作用，絨毛高度、隱窩深度及二者比值（V/D）反映了腸黏膜的吸收功能。同時，健康的腸道結構將保證動物機體營養(yǎng)物質的吸收和黏膜免疫[10]。

Gu 等[11]將日糧蛋白水平從6% 提高至24% 左右時，發(fā)現(xiàn)仔豬小腸各段V/D 顯著降低，表明日糧蛋白水平過高會影響仔豬腸道的健康發(fā)育。同樣，當?shù)鞍姿竭^低，氨基酸供給將無法滿足動物生長需要，導致腸道發(fā)育受阻。張錦秀等[12]研究表明，當日糧中蛋白水平從21%降低到18%左右時，仔豬十二指腸、空腸和回腸V/D 均有所提高。Almeida 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，將20%～21%高蛋白日糧的蛋白水平降低到16%～17%時，仔豬十二指腸隱窩深度有增加趨勢，空腸的隱窩深度增加、V/D 降低，但影響均不顯著，對回腸形態(tài)無顯著影響。Yue 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，當日糧蛋白水平從23.1% 降低到18.9%時，豬腸道形態(tài)無顯著變化，而降低到17.2%時，豬腸道絨毛高度降低、隱窩深度增加。綜上所述，當日糧蛋白水平過低時，影響小腸黏膜形態(tài)，易導致黏膜受損，從而影響消化吸收功能。

有研究發(fā)現(xiàn)，當日糧蛋白水平較低時，額外補充氨基酸含量可減少腸黏膜萎縮，對腸道健康具有調節(jié)作用[15-16]。Incharoen 等[17]研究表明，日糧蛋白水平由18.1%降低到9.4%，不額外補充氨基酸，肉雞十二指腸和回腸的絨毛高度和面積顯著降低。而Ren 等[18]報道，在蛋白水平為17.32%的低蛋白日糧基礎上適當補充氨基酸對斷奶仔豬腸道絨毛無顯著影響，若不額外補充氨基酸，低蛋白日糧將導致十二指腸絨毛高度顯著降低。Zhang 等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在蛋白水平為17.9% 的低蛋白日糧基礎上添加支鏈氨基酸能修復斷奶仔豬腸道中受損的腸絨毛。Gottardo 等[20]報道，當?shù)鞍姿綖?9.8%的日糧中添加精氨酸、谷氨酰胺和蘇氨酸可顯著提高肉雞腸道V/D。以上研究說明，日糧蛋白水平對腸道發(fā)育有一定協(xié)同作用[21]。

Ospina-Rojas 等[22]研究報道，當日糧中蘇氨酸含量由0.70% 提高到0.77%，能夠提高肉仔雞腸道中黏液蛋白含量，原因在于蘇氨酸作為腸道黏液蛋白的主要成分，日糧中添加蘇氨酸可促進腸道黏液蛋白的分泌。Wu 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，飼喂低蛋白（20%）日糧時可有效控制斷奶仔豬腹瀉，但豬的生產(chǎn)性能下降，這可能是由氨基酸失衡造成的。同樣，Nyachoti 等[24]報道，同高蛋白水平（23%）日糧相比，低蛋白水平（17%、19%）日糧組試驗豬的采食量有所下降，可能是因為日糧中缺乏異亮氨酸和纈氨酸。相關報道顯示，日糧中添加某些氨基酸可以提高蛋白利用率，促進畜禽生長發(fā)育[25]。Deng 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白（12.7%、16.7%）日糧中額外添加谷氨酰胺或精氨酸有利于仔豬生長和腸道發(fā)育。Heo 等[27]報道，當日糧蛋白水平從24%降至18%時，日糧中添加異亮氨酸和纈氨酸，仔豬生長性能并未降低。因此，降低日糧蛋白水平的同時需要補充一定的氨基酸，才能保證腸道的健康發(fā)育和動物正常生長。

1.2 日糧蛋白水平對腸道吸收功能的影響 小腸的消化吸收功能與腸道自身分泌的酶、激素和轉運載體有很大關系[28]。日糧蛋白及其消化產(chǎn)物通過對胃腸道消化酶的分泌表達、營養(yǎng)轉運等來調節(jié)動物胃腸道營養(yǎng)物質的消化吸收。

1.2.1 日糧蛋白水平對腸道酶活性的影響 動物為了從日糧中攝取營養(yǎng)，需要消化酶將日糧中營養(yǎng)成分分解成易于吸收的形式，而日糧中營養(yǎng)物質（如蛋白質）影響消化酶基因的表達[28]。同時，腸道酶活性是評價動物機體對日糧中營養(yǎng)物質消化代謝的重要指標，而底物濃度的高低將直接影響酶的分泌量與活性。

Bikker 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，分別給仔豬飼喂蛋白水平為22%和15%的日糧，均不會影響小腸麥芽糖酶、蔗糖酶及氨肽酶等消化酶活性，低蛋白日糧有效提高了豬的日采食量。He 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，日糧蛋白水平由18%降低到12% 對生長豬和育肥豬的胰蛋白酶、脂肪酶、胰凝乳蛋白酶的表達無明顯影響，卻限制了生長，而在低蛋白日糧中補充氨基酸可以減少氮排放，并提高體重。Yue 等[14]研究表明，日糧蛋白水平由23.1% 降低到18.9%對小腸中二糖酶活性及營養(yǎng)物質吸收功能均無顯著影響，而降低到17.2%時仔豬斷奶后立即出現(xiàn)采食量降低、絨毛萎縮、小腸二糖酶活性顯著降低，胰腺酶合成降低，從而導致生產(chǎn)性能下降。以上研究結果的差異可能是由日糧中蛋白水平的降低程度、動物生長階段以及所研究酶的種類不同所導致。

1.2.2 日糧蛋白水平對腸道營養(yǎng)轉運及受體表達的影響腸道內營養(yǎng)物質的吸收是由腸上皮細胞表達的轉運蛋白介導的。蛋白質進入動物體后，被分解成氨基酸、小肽等可消化的小分子物質，通過腸上皮細胞的相關轉運載體的作用從而被機體吸收。腸道肽轉運蛋白（PepT1）是一種重要的小肽轉運載體，主要在腸道中表達[31]，PepT1 的表達受日糧等因素影響[32]。Yin 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，隨著日糧中蛋白質水平從19.7%降到17%，PepT1 mRNA 的表達增加。Gilbert 等[34]用95% 寡肽、100%游離氨基酸及全蛋白日糧飼喂肉雞，發(fā)現(xiàn)95% 寡肽組腸道中PepT1 轉運體表達最高。Chen 等[35]報道，飼喂蛋白水平為12%日糧組肉雞腸道PepT1 mRNA 的表達豐度顯著低于18%和24%組，表明日糧中較高蛋白水平能夠上調腸道小肽轉運載體PepT1 mRNA 的表達，且日齡和蛋白水平間有顯著的交互作用。Osmanyan 等[36]報道，日糧蛋白水平從21.4% 提高至24.6% 時，可促進肉雞空腸中PepT1 和B0,+AT 的高表達。

氨基酸轉運蛋白（CAT）主要負責體內氨基酸的轉運。Gilbert 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中蛋白質來源不同或限飼均對肉雞小腸中CAT2mRNA 表達水平產(chǎn)生影響。Osmanyan 等[36]報道，日糧蛋白水平和可利用氨基酸水平的變化均會導致空腸中CAT1的低表達。通過以上研究結果發(fā)現(xiàn)，蛋白水平影響腸道營養(yǎng)物質轉運載體的表達，從而影響腸道營養(yǎng)物質吸收功能。

1.2.3 日糧蛋白水平對腸道激素的影響 消化道主要負責營養(yǎng)物質的最終消化和吸收，受激素調節(jié)[37]。當日糧中的營養(yǎng)物質進入腸道時，會引起大量激素釋放，從而影響腸道的運動。動物采食后，機體根據(jù)營養(yǎng)物質消化吸收所誘導的信號并作出反應，包括膽囊收縮素（Cholecystokinin，CCK）、多肽YY（Peptide YY，PYY）、胃動素等分泌。胃腸激素通過調節(jié)飽腹感及日糧進入消化道的速度來控制采食，當腸內物質與腸黏膜的L 和N 細胞接觸并釋放激素時，可有效調節(jié)消化和吸收。L 細胞負責合成和釋放胰高血糖素樣肽（GLP-2），參與腸上皮的修復及胃排空減慢過程。

胃排空在調節(jié)日糧采食中起關鍵作用，主要控制營養(yǎng)物質向小腸吸收部位的流動，在調節(jié)胃排空的諸多激素和神經(jīng)肽中，CCK發(fā)揮重要作用，主要通過刺激胰腺酶、收縮膽囊釋放膽鹽以及通過減慢胃排空從而達到飽腹感。Liou 等[38]研究發(fā)現(xiàn)，蛋白質對PYY、胰高血糖素等的影響存在明顯的劑量-反應關系。趙秀英[39]研究了日糧中不同蛋白水平對不同生長階段豬胃腸激素分泌的影響，結果表明日糧蛋白水平降低6%（仔豬：由20%降低到14%；生長豬：由18%降低到12%；肥育豬：由16%降低到10%）時，胃腸道的小肽和氨基酸濃度下降，鈣敏感受體CaSR基因表達下調，進而導致CCK 和PYY 濃度出現(xiàn)不同程度的下降。Belza 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，日糧蛋白水平從14%提高到25%或50%將促進體內的GLP、PYY 等激素分泌。Leray 等[41]研究發(fā)現(xiàn)，當日糧蛋白水平從17%降低到9.2%時，會促進胃腸道CCK 的釋放，使胃排空速度增加，從而促進食物在胃腸道的消化吸收。

綜上所述，日糧蛋白水平過低會影響腸道結構，從而影響消化吸收功能，而在低蛋白日糧中補充一定的氨基酸可保證腸道的健康發(fā)育和動物正常生長。日糧蛋白水平的高低影響著胃腸道消化酶的分泌表達、營養(yǎng)轉運等，從而影響動物腸道營養(yǎng)物質的消化吸收。

2 日糧蛋白水平對腸道黏膜免疫的影響

腸道作為消化和吸收營養(yǎng)物質的重要場所，是體內最大的免疫器官，腸道免疫功能由特異性免疫效應和非特異性屏障機制組成，腸屏障由腸上皮細胞膜、黏膜層、抗菌肽及黏膜免疫系統(tǒng)等組成，可有效防止諸多毒素物質的入侵，并將這些物質排出體外。因此，腸道黏膜結構的完整性可增強腸道的免疫屏障[42]。

有研究發(fā)現(xiàn)，未消化的蛋白進入腸道被微生物發(fā)酵可產(chǎn)生氨、胺、吲哚類和酚類化合物，而高濃度的氨、胺、苯酚、對甲酚等代謝物對結腸黏膜有害[43]，但當胺、吲哚等代謝物在適宜濃度下，將對腸道正常功能的調節(jié)起著重要作用[44]。

Chen 等[45]研究發(fā)現(xiàn)，適度降低日糧中粗蛋白質水平（由18% 降低到15%）可以抑制有害細菌生長，改善豬腸道黏膜免疫穩(wěn)態(tài)和屏障功能。Li 等[46]研究也發(fā)現(xiàn)，適度降低蛋白水平并不影響豬腸黏膜屏障的功能和形態(tài)。Jiao 等[47]研究表明，同高蛋白日糧（15.6%）相比，添加氨基酸的低蛋白日糧（11.6%）將導致母豬的免疫球蛋白G 水平增加。任曼[48]研究發(fā)現(xiàn)，單純降低日糧中粗蛋白水平（17%）將使仔豬小腸中上皮內淋巴細胞（IEL）數(shù)量增加，并降低空腸和回腸的免疫球蛋白水平，均不利于腸道免疫反應。IEL 數(shù)目劇增反映了絨毛萎縮和隱窩增生的小腸非生理狀態(tài)。因此，降低日糧粗蛋白水平的同時補充合成氨基酸對IEL 數(shù)量不產(chǎn)生影響。羅奕秋[49]研究表明，低蛋白水平（10%）日糧中添加半胱胺酸可有效改善育肥豬腸道結構，提高小腸的免疫功能，增加緊密連接蛋白基因的mRNA 表達。羅洪明[50]研究發(fā)現(xiàn)，仔豬免疫機能最佳時的日糧蛋白水平高于生產(chǎn)性能最佳時的日糧蛋白水平。這里需要的高蛋白水平可能是某些特殊的氨基酸，因此在蛋白水平降低時需補充一些合成氨基酸，可有效緩解腸道損傷，維持腸屏障功能[51]。蘇氨酸可調節(jié)腸道蛋白的合成以及黏液素的產(chǎn)生和分泌[52]，谷氨酰胺是腸上皮細胞緊密連接完整性的必需物質，精氨酸可通過激活mTOR 信號通路和合成一氧化氮及多胺來調節(jié)腸道細胞遷移和抗氧化反應[53]。研究發(fā)現(xiàn)在日糧中添加1.87%L-精氨酸和0.3 %L-精氨酸均可緩解產(chǎn)氣莢膜梭菌感染肉雞的腸道損傷，從而保護肉雞腸道黏膜[54-55]。其原因可能包括兩方面，一方面可能是通過PPARγ信號途徑，另一方面是通過激活PPARγmRNA 的表達，從而緩解LPS 刺激導致的腸道炎性細胞因子的過量產(chǎn)生[56]。

通過以上研究發(fā)現(xiàn)，健全腸道黏膜免疫功能所需要的高蛋白水平日糧可能是對某些特殊氨基酸的需求，因此在降低日糧蛋白水平的同時，平衡日糧中一些合成氨基酸可以有效提高動物的腸道免疫功能。同時，由于日糧中添加了合成氨基酸，蛋白質分解過程中的能耗將降低，有利于動物的消化吸收，減少氮排放[57]。

3 日糧蛋白水平對腸道微生態(tài)的影響

動物腸道內存在著大量的微生物，腸道菌群對畜禽的營養(yǎng)和健康狀況有重要影響。當腸道內各種菌群處于平衡狀態(tài)時，胃腸道內壁黏膜的有益菌群將形成非特異性保護屏障，從而抑制病原菌在消化道壁的定植，保證其胃腸道的消化吸收。腸道菌群在飼料消化、營養(yǎng)吸收和致病性生長抑制中起主要作用，直接影響畜禽的健康狀況。

影響腸道微生物穩(wěn)定性和活性的因素很多，其中日糧組成是重要的影響因素，日糧蛋白水平影響動物腸道營養(yǎng)物質的消化吸收，是影響腸道中微生物菌群穩(wěn)態(tài)的重要因素。當日糧蛋白水平過高時，不能被完全消化吸收，將造成蛋白質在后腸段的發(fā)酵，其發(fā)酵產(chǎn)物會影響腸道屏障功能，從而影響腸道健康。而適度限制日糧中蛋白水平可影響腸道菌群組成，改善腸道屏障功能[58]。

Dahiya 等[59]研究發(fā)現(xiàn)，高蛋白日糧將引起產(chǎn)氣莢膜梭菌壞死性腸炎，其原因可能是產(chǎn)氣莢膜梭菌過度繁殖，從而導致腸道正常菌群失調，引發(fā)動物的壞死性腸炎。而降低日糧蛋白水平或向低蛋白日糧中補充氨基酸將影響胃腸道中細菌增殖底物的數(shù)量[60]。Manzanilla 等[61]指出，日糧蛋白水平從20%降低2%后，可增加益生菌乳酸桿菌定植，減少斷奶仔豬腸道絨毛的損傷，并緩解仔豬斷奶應激導致的腸道紊亂，如腹瀉現(xiàn)象。飼喂低蛋白日糧時，可減少有害菌在腸道的增殖及相關毒素的產(chǎn)生，從而有益于仔豬的腸道健康。Rist 等[62]研究表明，蛋白來源和水平均會影響仔豬腸道微生物量，不同腸段間微生物量均有變化。低蛋白日糧將有效緩解腸道腹瀉的發(fā)生，抑制致病性細菌的繁殖，尤其能緩解斷奶仔豬的腹瀉現(xiàn)象[63]。Zhou 等[64]研究表明，低蛋白日糧（生長豬和育肥豬階段日糧蛋白水平分別為15%和13%）能顯著影響盲腸乳酸菌和結腸鏈球菌數(shù)量，改變后腸段菌群的結構。此外，Hermes 等[65]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中纖維含量影響蛋白與腸道微生物的關系，添加纖維的低蛋白日糧可顯著降低糞便量，腸道的抗菌能力得到改善，而添加纖維的高蛋白水平日糧的試驗結果則相反。

4 小 結

日糧蛋白水平對腸道健康的影響因不同畜種、不同生長階段以及蛋白水平降低幅度、蛋白原料組成不同而有所差異。日糧中適宜的蛋白水平可保證動物腸道營養(yǎng)結構和免疫屏障的健康，確保動物具有良好的生產(chǎn)性能。通過最佳的氨基酸平衡模式來配制低蛋白飼料，能避免蛋白原料資源浪費、減少環(huán)境污染等。目前，日糧蛋白水平的研究對象主要是豬，特別是仔豬階段，對家禽等其他動物的研究較少；關于胃腸激素及免疫調控機制的研究較少，均集中于對腸道結構及腸道吸收功能的研究；低蛋白日糧條件下，使用合成氨基酸種類的研究尚不系統(tǒng)。因此，關于日糧蛋白水平和動物腸道健康的關系均需進一步研究，以合理調整日糧蛋白水平及適當添加合成氨基酸，保證畜牧業(yè)高效、綠色、可持續(xù)發(fā)展。