桑葉DNJ對家兔腸道消化功能的影響

謝 輝，李少璁，趙衛(wèi)國，朱緒偉，崔自學(xué)，張 軍，侯啟瑞*

(1.河南省蠶業(yè)科學(xué)研究院，河南鄭州 450007；2.江蘇科技大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江 212100)

家兔擁有獨特的消化系統(tǒng)，它們的食物為各種高纖維植物。桑()是多年生木本植物，桑科，桑屬，薔薇目。桑葉含有豐富的有機物、維生素和礦物質(zhì)，粗蛋白和碳水化合物含量顯著高于其他綠色牧草，與苜蓿等優(yōu)質(zhì)豆科牧草相當(dāng)，且消化率高，有很好的適口性，可作為家兔優(yōu)質(zhì)的木本飼料資源。研究發(fā)現(xiàn)，桑葉在家兔飼料中的添加量不能過高(10% ～ 15%)，否則會影響家兔的生長。為什么營養(yǎng)豐富的桑葉在家兔飼料中不能大量使用，目前還不清楚。有研究認(rèn)為，桑葉中較高的植物次生代謝物可能影響動物機體物質(zhì)代謝，進而影響桑葉的飼用量。

桑葉是一味含有多種植物次生代謝物的傳統(tǒng)中藥材，如黃酮、生物堿、多糖、甾醇、揮發(fā)油等，具有抗氧化、抗菌、抑制葡萄糖苷酶、抗高脂血癥和動脈粥樣硬化等生物學(xué)功能。這些植物次生代謝物在發(fā)揮治療效果的同時也影響動物胃腸道的消化功能和對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力。1-脫氧野尻霉素(1-deoxynojirimycin，DNJ)是桑葉中高度富集的一種強糖苷酶抑制劑，能抑制淀粉酶、蔗糖酶等糖苷酶的活性，減少動物對二糖和葡萄糖的消化吸收。碳水化合物/糖是重要的可以轉(zhuǎn)化為能量的物質(zhì)，能量供應(yīng)不足會引發(fā)一系列生理反應(yīng)，并導(dǎo)致動物體重下降，生產(chǎn)性能降低。研究發(fā)現(xiàn)，DNJ可以改善糖尿病大鼠的葡萄糖、脂類和氨基酸代謝，說明它可以影響動物各種營養(yǎng)物質(zhì)的代謝過程，可能是限制桑葉在家兔飼料中使用量的因素之一。然而，大多數(shù)關(guān)于DNJ的研究集中在治療和預(yù)防肥胖和糖尿病方面，而很少關(guān)注其對動物膳食營養(yǎng)物質(zhì)消化和胃腸功能的影響。為此，該試驗以生長肉兔為研究對象，在其他各種營養(yǎng)素滿足需要的情況下，探討日糧添加不同水平桑葉DNJ對其營養(yǎng)物質(zhì)表觀消化率、消化酶活性和盲腸發(fā)酵的影響，從而判斷DNJ是否通過影響家兔腸道消化功能進而影響桑葉的使用量，為合理利用桑葉飼料提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

桑葉DNJ購自西安普瑞斯公司，HPLC檢測DNJ含量≥98%；新西蘭白兔來自江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院實驗兔場。

75日齡體重相近的健康新西蘭白兔36只隨機分為 3組，每組12個重復(fù)，每個重復(fù)1只。對照組飼喂基礎(chǔ)日糧，處理組在基礎(chǔ)日糧中分別添加DNJ 0.4 mg/g(L-DNJ組)和2.0 mg/g(H-DNJ組)。基礎(chǔ)日糧參照NRC(1977)家兔飼養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)配制(表1)。各組日糧混合均勻后制成直徑4～6 mm顆粒。預(yù)試期7 d，正試期 42 d。試驗兔單籠飼養(yǎng)，每天早晚各飼喂一次，自由采食和飲水，自然光照。試驗期間每日觀察兔精神狀態(tài)、健康情況，統(tǒng)計腹瀉數(shù)和死亡數(shù)。

表1 基礎(chǔ)日糧組成及營養(yǎng)水平(風(fēng)干基礎(chǔ))Table 1 Composition and nutrient levels of basal diet(air-dry basis)

養(yǎng)分表觀消化率。試驗最后 7 d，每組選取體重相近的試驗兔8只放入代謝籠，連續(xù)3 d收集糞樣。飼料和糞樣處理根據(jù)文獻[13]，檢測糞樣和飼料樣中干物質(zhì)、粗蛋白、粗纖維的含量，并計算養(yǎng)分表觀消化率，計算公式為：某養(yǎng)分表觀消化率= (食入的該養(yǎng)分的量-對應(yīng)糞中該養(yǎng)分的量)/食入的該養(yǎng)分的量×100%。

消化酶活性指標(biāo)。試驗結(jié)束前12 h停料，不停水。電擊休克試驗兔，切斷頸動脈處死后立即打開腹腔，將十二指腸、空腸和盲腸分別結(jié)扎，按照解剖學(xué)特征小心剝離后取出腸段內(nèi)容物，液氮速凍后-20 ℃保存，用以測定消化酶活性。用比色法測定十二指腸和空腸的胰蛋白酶和淀粉酶活性，以及盲腸的纖維素酶活性。試劑盒購自南京建成生物工程研究所，按照說明書要求進行檢測操作。

盲腸發(fā)酵參數(shù)。屠宰后迅速取出盲腸，用酸堿度計測定內(nèi)容物pH。將盲腸內(nèi)容物置于-20 ℃冰箱保存，按照黃鼎瑞等的方法測定氨態(tài)氮(NH-N)的濃度，按照魏宇超等的方法測定揮發(fā)性脂肪酸。

數(shù)據(jù)經(jīng)Excel 2013處理后，用SPSS 20.0中ANOVA方法分析，采用Duncan進行多重比較。結(jié)果以平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤表示。

2 結(jié)果與分析

從圖1可以看出，日糧中含0.4和2.0 mg/g桑葉DNJ能夠顯著降低新西蘭白兔對干物質(zhì)和粗脂肪的消化率(<0.05)，對粗纖維的消化率無顯著影響(>0.05)；高劑量桑葉DNJ(2.0 mg/g)可顯著提高新西蘭白兔對粗蛋白的消化率。

由表2可知，日糧中含0.4和2.0 mg/g桑葉DNJ可顯著降低新西蘭白兔十二指腸淀粉酶活性(<0.05)，2.0 mg/g可顯著降低新西蘭白兔空腸淀粉酶活性(<0.05)。桑葉DNJ對新西蘭白兔十二指腸胰蛋白酶、空腸胰蛋白酶活性和盲腸纖維素酶活性均無顯著影響(>0.05)。

由圖2可知，日糧中含0.4和2.0 mg/g桑葉DNJ能顯著降低新西蘭白兔盲腸pH和氨態(tài)氮濃度，提高丁酸濃度(<0.05)，而含量達(dá)到2.0 mg/g可顯著提高盲腸乙酸濃度和總揮發(fā)性脂肪酸濃度(<0.05)。桑葉DNJ對新西蘭白兔盲腸丙酸濃度無顯著影響(>0.05)。

3 討論

營養(yǎng)物質(zhì)的消化代謝有多種酶參與，酶的活性決定營養(yǎng)物質(zhì)的代謝速率。桑葉DNJ是一種天然葡萄糖類似物，能夠與活性糖基中間體形成競爭，從而表現(xiàn)出對糖苷酶非常強的抑制活性，延緩腸道中碳水化合物降解速率，造成腸道葡萄糖吸收緩慢，進而降低餐后血糖峰值。DNJ及其衍生物能強烈抑制包括糖化酶、α-淀粉酶和蔗糖酶的活性。DNJ還能夠通過激活JAK2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和STAT3信號通路降低食欲，抑制動物利用食物中的糖分和脂肪。因此，DNJ及其衍生物成為醫(yī)學(xué)上預(yù)防和治療2型糖尿病和肥胖癥的有效成分，在多種動物模型中得到驗證。目前從動物營養(yǎng)角度研究桑葉DNJ作用的文獻較少。該研究表觀消化率和消化酶活性數(shù)據(jù)顯示，桑葉DNJ能夠降低新西蘭白兔十二指腸淀粉酶活性和對干物質(zhì)和粗脂肪的消化率，減少動物對能量物質(zhì)的攝入，研究結(jié)果與Hou等在皖西白鵝中的研究結(jié)果一致，也與DNJ在醫(yī)學(xué)上的研究結(jié)果一致。

研究數(shù)據(jù)還顯示，桑葉DNJ對家兔粗纖維消化率無顯著影響。在醫(yī)學(xué)上，DNJ能夠降低模型動物的血糖異常升高，有效治療高脂血癥。因此推測DNJ可能對健康動物碳水化合物消化影響有限。另外，家兔的粗纖維消化主要在盲腸進行，而DNJ抑制糖苷酶活性的部位在小腸，這也可能是粗纖維消化率沒受到太大影響的原因。而該研究中粗蛋白消化率的提高可能是動物機體因無法得到充足的糖分和脂肪，為了獲得更多能量而采用的補救措施，這與之前在小鼠上的研究結(jié)果一致。

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant difference(P<0.05)圖1 桑葉DNJ對新西蘭白兔主要養(yǎng)分表觀消化率的影響Fig.1 Effect of mulberry leaf DNJ on apparent digestibility of major nutrients of New Zealand white rabbits

表2 桑葉DNJ對新西蘭白兔消化酶活性的影響Table 2 Effect of mulberry leaf DNJ on digestive enzyme activity of New Zealand white rabbits U/g

注：不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05) Note：Different lowercase letters indicate significant difference(P<0.05)圖2 桑葉DNJ對新西蘭白兔盲腸發(fā)酵的影響Fig.2 Effect of mulberry leaf DNJ on cecal fermentation of New Zealand white rabbits

盲腸發(fā)酵對家兔的腸道健康影響很大。盲腸發(fā)酵程度主要通過pH、氨態(tài)氮和揮發(fā)性脂肪酸(VFA)等來衡量。Vasallo等體外模擬家兔盲腸發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)桑葉比紫花苜蓿產(chǎn)生更多短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸的增加能夠降低發(fā)酵液的pH。該研究中桑葉DNJ提高了盲腸總VFA產(chǎn)量，說明微生物活性較好，發(fā)酵過程劇烈；同時也說明有大量的碳水化合物聚集在盲腸部位，沒有在小腸中消化，這種情況與DNJ阻礙糖類物質(zhì)的降解有關(guān)。盲腸總VFA升高、pH降低，也說明DNJ能增加盲腸短鏈脂肪酸的產(chǎn)生量，是桑葉中有利于家兔盲腸菌發(fā)酵的一種成分。桑葉DNJ還降低了新西蘭白兔盲腸氨態(tài)氮的濃度，說明大部分含氮物在小腸被利用，DNJ能夠提高家兔氮的代謝量，減少氮排放，也與蛋白質(zhì)消化率提高的結(jié)果相一致。目前還鮮見有關(guān)桑葉DNJ對家兔盲腸發(fā)酵影響的報道。在桑葉粉飼喂家兔試驗中，添飼桑葉粉15%～20%對家兔盲腸發(fā)育和發(fā)酵無顯著影響。

腸道微生物的代謝產(chǎn)物(如VFA)與微生物的功能、腸道健康狀態(tài)和宿主營養(yǎng)物質(zhì)代謝密切相關(guān)。乙酸有助于滋養(yǎng)腸道中產(chǎn)丁酸的細(xì)菌，促進腸道有益菌群的多樣性，而丁酸是腸道細(xì)胞的重要能量來源。乙酸還可激活腸道某些受體，如肽YY和GLP-1，釋放某些抑制食欲的激素，減少能量攝入，調(diào)節(jié)脂肪吸收，在一定程度上達(dá)到控制體重的目的。該試驗中，桑葉DNJ提高了家兔盲腸乙酸、丁酸的產(chǎn)量，與DNJ降糖減脂的藥用效果一致，同時也再次證明DNJ可通過調(diào)節(jié)腸道菌群發(fā)揮治療作用。

4 小結(jié)

營養(yǎng)豐富的桑葉在家兔飼料中不能大量使用，可能與桑葉中含量較高的植物次生代謝物DNJ有關(guān)。通過對食入不同水平桑葉DNJ的新西蘭白兔腸道消化功能分析，發(fā)現(xiàn)大劑量桑葉DNJ能夠降低家兔對脂肪和淀粉的利用，減少能量攝入，調(diào)節(jié)脂肪吸收，不利于動物育肥，不可在飼料中大量使用；但桑葉DNJ能夠提高家兔對蛋白質(zhì)的利用率，減少含氮物排泄，且能增強盲腸微生物的發(fā)酵作用，保持腸道健康，因此建議可將桑葉作為調(diào)節(jié)家兔腸道健康和減少氮排放的功能飼料利用。