過瘤胃膽堿調(diào)控圍產(chǎn)期奶牛營養(yǎng)平衡和機(jī)體健康研究進(jìn)展

李紅宇，王德香，黃萌，郭春暉，劉文，邵廣，姜興剛，賈斌，王樹茂，趙文江，阿曉輝

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧獸醫(yī)分院，黑龍江齊齊哈爾 161005）

圍產(chǎn)期奶牛（分娩前21 d 和分娩后21 d）經(jīng)歷著妊娠、分娩和泌乳等一系列生理變化，遭受轉(zhuǎn)群、分娩、環(huán)境和氧化等多種應(yīng)激，伴隨著神經(jīng)內(nèi)分泌異常、免疫機(jī)能和器官功能減弱，致使干物質(zhì)采食量（DMI）顯著下降；同時(shí)奶牛為維持乳腺更新、胎兒發(fā)育、機(jī)體健康和產(chǎn)后泌乳，機(jī)體急需大量的營養(yǎng)物質(zhì)。但奶牛產(chǎn)后采食量增加滯后于產(chǎn)奶量升高，不能與泌乳早期營養(yǎng)需要同步，造成奶牛多種營養(yǎng)負(fù)平衡，其中能量負(fù)平衡最受關(guān)注。通過營養(yǎng)添加劑調(diào)控緩解奶牛能量負(fù)平衡和維持機(jī)體健康已成為國內(nèi)外研究者關(guān)注的重點(diǎn)和熱點(diǎn)領(lǐng)域，其中過瘤胃膽堿（RPC）倍受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注，且圍繞RPC 對(duì)圍產(chǎn)期奶牛DMI、泌乳性能、脂肪肝和酮病等方面做了大量研究，證實(shí)了RPC 具有促進(jìn)圍產(chǎn)期奶牛營養(yǎng)平衡和維持機(jī)體健康等作用。商品化RPC已廣泛應(yīng)用于規(guī)?；膛?，但其機(jī)理和調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍需解析和完善，RPC 適宜添加量也存在爭議。本文綜述了RPC 對(duì)調(diào)控圍產(chǎn)期奶牛營養(yǎng)平衡和機(jī)體健康的研究進(jìn)展，為規(guī)?；膛ｐB(yǎng)殖場科學(xué)合理應(yīng)用RPC 提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。

1 奶牛機(jī)體非酯化脂肪酸代謝途徑及疾病誘發(fā)

奶牛通常通過動(dòng)員體儲(chǔ)備來應(yīng)對(duì)圍產(chǎn)期的特殊生理狀態(tài)，體脂動(dòng)員是奶牛抵御能量負(fù)平衡的常用手段，但體脂動(dòng)員會(huì)促使奶牛機(jī)體非酯化脂肪酸（NEFA）增多。圍產(chǎn)期奶牛機(jī)體一部分NEFA 隨血液循環(huán)到達(dá)乳腺合成乳脂，其余部分進(jìn)入肝臟代謝，主要分為3 種形式代謝：一是完全氧化供能形成CO和HO；二是不完全氧化生成-羥基丁酸（BHBA）、乙酰乙酸和丙酮等酮體；三是NEFA 酯化生成甘油三酯（TG）（圖1）。NEFA不完全氧化時(shí)產(chǎn)生的酮體超出奶牛機(jī)體利用和清除范疇時(shí)，誘發(fā)奶牛酮病。NEFA 酯化生成的TG 通常被極低密度脂蛋白（VLDL）轉(zhuǎn)移出肝臟，但奶牛處于能量負(fù)平衡時(shí)，機(jī)體大量動(dòng)員脂肪，造成進(jìn)入肝細(xì)胞的NEFA遠(yuǎn)超過肝細(xì)胞線粒體氧化能力而酯化出更多的TG。因圍產(chǎn)期奶牛VLDL 合成不足，TG 不能及時(shí)轉(zhuǎn)移出肝臟，造成脂肪浸潤肝細(xì)胞，隨著TG 在肝臟積累的加劇，奶牛易患脂肪肝。圍產(chǎn)期奶牛酮病和脂肪肝將近一步加劇能量負(fù)平衡，致使機(jī)體自由基增加、產(chǎn)生氧化應(yīng)激、免疫力下降及瘤胃功能降低，并極易誘發(fā)酸中毒、真胃移位、蹄葉炎、乳房炎和產(chǎn)褥熱等多種疾病，因此奶牛圍產(chǎn)期是各種代謝病高發(fā)期。緩解圍產(chǎn)期奶牛能量負(fù)平衡，提高機(jī)體免疫力，減少奶牛氧化應(yīng)激和疾病發(fā)生，已成為圍產(chǎn)奶牛飼養(yǎng)管理痛點(diǎn)、難點(diǎn)和熱點(diǎn)問題。隨著圍產(chǎn)期奶牛營養(yǎng)調(diào)控深入的研究，膽堿在調(diào)控圍產(chǎn)期奶牛肝臟脂肪代謝和維持機(jī)體健康方面的作用日益凸顯，其營養(yǎng)學(xué)基礎(chǔ)、調(diào)控機(jī)制及應(yīng)用已受廣泛關(guān)注。

圖1 奶牛圍產(chǎn)期能量負(fù)平衡體脂動(dòng)員代謝途徑及疾病誘發(fā)

2 膽堿的奶牛營養(yǎng)學(xué)基礎(chǔ)

2.1 膽堿的理化性質(zhì)和生物學(xué)功能 膽堿是（-羥乙基）三甲基氨的氫氧化物，屬于季銨鹽，無色結(jié)晶，易溶于水和乙醇。飼料原料中的膽堿主要以磷脂酰膽堿（占總膽堿60%）形式存在，其余主要以游離膽堿、乙酰膽堿、甘油磷脂膽堿和鞘磷脂等形式存在；動(dòng)物機(jī)體內(nèi)的膽堿主要以卵磷脂、乙酰膽堿、磷酸膽堿、溶血磷脂酰膽堿和膽堿縮醛磷脂等形式存在。膽堿在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)發(fā)揮著重要的作用：①磷脂是構(gòu)成細(xì)胞膜的主要成分之一，膽堿作為卵磷脂、神經(jīng)鞘磷脂、磷脂酰膽堿和溶血磷脂酰膽堿的主要成分，參與細(xì)胞膜的構(gòu)成，在維持細(xì)胞膜的完整性、通透性、物質(zhì)交換和信號(hào)傳導(dǎo)中發(fā)揮著重要的作用。②膽堿是合成乙酰膽堿的主要物質(zhì)，乙酰膽堿作為神經(jīng)遞質(zhì)，在維持神經(jīng)沖動(dòng)傳導(dǎo)、促進(jìn)胎兒腦部發(fā)育和提高記憶功能方面發(fā)揮著重要的功能。③膽堿通過5-胞苷二磷酸（CDP）—膽堿途徑合成磷脂酰膽堿。磷脂酰膽堿是肝細(xì)胞合成載脂蛋白的重要活性物質(zhì)，促進(jìn)TG 以VLDL 形式通過血液從肝臟輸送出去，減少TG 肝臟中的異常沉積，因此膽堿在促進(jìn)肝臟脂肪代謝中發(fā)揮著重要作用。④-氧化在線粒體基質(zhì)中進(jìn)行，脂酰輔酶 A 憑借肉毒堿穿梭系統(tǒng)到達(dá)進(jìn)入線粒體基質(zhì)，促進(jìn)NEFA 氧化，尤其是完成氧化。膽堿二次氧化的產(chǎn)物是甜菜堿，它能提高肝臟中肉毒堿含量，并刺激肉毒堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1（CPT1）的分泌，而CPT1 是奶牛肝臟脂肪酸氧化的重要限速酶，因此膽堿對(duì)促進(jìn)脂肪酸氧化供能有著重要意義。⑤膽堿作為動(dòng)物機(jī)體甲基主要供體之一，參與DNA、RNA、肌酸、肉堿、磷脂、蛋氨酸和腎上腺素等重要生理作用物質(zhì)合成，調(diào)控機(jī)體基因表達(dá)和關(guān)閉。⑥一碳代謝蛋氨酸（Met）循環(huán)中，甲基化反應(yīng)使Met 失去甲基變?yōu)楦甙腚装彼幔℉cy），Hcy 經(jīng)過復(fù)雜的酶促反應(yīng)生成牛磺酸和谷胱甘肽等活性物質(zhì)，發(fā)揮著抗氧化和提高機(jī)體免疫功能，而膽堿可為Hcy 提供甲基，重新甲基化為Met，促進(jìn)Met 循環(huán)，為機(jī)體提供大量非酶抗氧化物，減少氧化應(yīng)激。

2.2 膽堿的瘤胃降解特性 飼料是反芻動(dòng)物膽堿的主要來源，其中餅粕類和谷實(shí)類膽堿含量較高。小腸是膽堿的主要吸收?qǐng)鏊?，肝臟是膽堿的主要代謝場所。但因反芻動(dòng)物具有發(fā)達(dá)的瘤胃，飼料中膽堿在瘤胃微生物的作用下，存在時(shí)間短暫，絕大部分被降解，能有效利用的膽堿不足日糧的1%。在瘤胃中，膽堿作為甲基供體與氫化物結(jié)合形成三甲胺，為微生物提供N-甲基基團(tuán)，通過生化反應(yīng)形成甲烷排出體外。瘤胃中極少部未被瘤胃微生物降解的膽堿以磷脂酰膽堿形式被瘤胃纖毛蟲利用于生物膜合成，成為纖毛蟲細(xì)胞膜組分，纖毛蟲死亡進(jìn)入反芻動(dòng)物后腸道，其細(xì)胞中的磷脂膽堿再次被動(dòng)物機(jī)體代謝利用。Atkins 等報(bào)道，膽堿在瘤胃內(nèi)降解率高達(dá) 76.6%；Sharma 等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，奶牛每日飼喂23.5 g 氯化膽堿，進(jìn)入皺胃的膽堿僅為1.17 g，膽堿瘤胃降解率達(dá)95.0%；每日飼喂氯化膽堿量提升至325 g，進(jìn)入皺胃的膽堿僅為2.48 g，膽堿瘤胃降解率達(dá)99.2%；趙學(xué)軍等研究發(fā)現(xiàn)，大麥、棉籽粕、大豆粕、膽堿脂酸和氯化膽堿中的膽堿在瘤胃中的降解率分別為79.4%、87.7%、83.8%、98.0%和98.6%。由此可見，飼料原料中的膽堿和日糧中直接添加的氯化膽堿絕大部分在瘤胃中降解。動(dòng)物在正常生理狀況下，通過自身代謝可以合成膽堿，且膽堿也以不同的形式（磷脂酰膽堿、乙酰膽堿和磷酸膽堿等）存在于飼料原料中，通常不需要額外補(bǔ)充，但諸如奶牛在圍產(chǎn)期階段為維持機(jī)體健康對(duì)膽堿的需求增加，需要額外補(bǔ)充膽堿。基于膽堿的瘤胃降解特性，為提高膽堿效價(jià)，日糧中通常補(bǔ)充RPC。

3 膽堿對(duì)奶牛圍產(chǎn)期生理代謝和健康的調(diào)控

3.1 減少脂肪浸潤肝臟，預(yù)防脂肪肝 奶牛在圍產(chǎn)期的顯著生理特點(diǎn)是能量負(fù)平衡，奶牛通過動(dòng)員體脂儲(chǔ)備來緩解能量不足和滿足乳腺更新、胎兒發(fā)育及產(chǎn)后泌乳的能量需要。體脂動(dòng)員的結(jié)果是機(jī)體產(chǎn)生大量的NEFA，NEFA 酯化生成TG 是NEFA 在肝臟主要代謝形式之一。通常情況下，TG 被VLDL 轉(zhuǎn)移出肝臟供機(jī)體代謝利用，但過多的TG 超出肝臟代謝和清除能力時(shí)，TG 在肝臟大量積聚，造成TG 浸潤肝臟，誘發(fā)脂肪肝，致使肝功能異常，糖異生和能量代謝受到抑制，進(jìn)一步加劇能量負(fù)平衡，進(jìn)而降低奶牛機(jī)體免疫力，易患多種疾病，導(dǎo)致奶牛生產(chǎn)性能下降。

VLDL 在肝臟脂肪代謝過程中扮演著重要角色。肝臟合成VLDL 需要磷脂酰膽堿參與，機(jī)體的磷脂酰膽堿主要通過CDP—膽堿途徑和磷脂酰乙醇胺甲基化途徑合成，因此膽堿是合成 VLDL 的前體物之一。在奶牛日糧中添加RPC 可以促進(jìn) VLDL 的合成，李生祥研究指出，與對(duì)照組相比，60 g RPC 組圍產(chǎn)期奶牛的VLDL 濃度顯著提升；Cooke 等試驗(yàn)結(jié)果表明，日糧中添加15 g RPC 可顯著提高圍產(chǎn)期患有脂肪肝奶牛的血漿中VLDL 濃度；張凡建等研究表明，在圍產(chǎn)期奶牛日糧中添加30 g 的RPC，顯著降低了血清中膽固醇、丙氨酸和天門冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶濃度。綜上所述，在圍產(chǎn)期奶牛日糧中添加RPC 可促進(jìn)機(jī)體VLDL 的合成，促進(jìn)肝臟TG 代謝，減少TG 浸潤肝臟和在肝臟沉積，進(jìn)而改善肝臟功能，降低脂肪肝的發(fā)病率。

3.2 促進(jìn)NEFA 完全氧化，減少酮病發(fā)生 酮病是圍產(chǎn)期奶牛頻發(fā)性疾病，并可激發(fā)胎衣不下、產(chǎn)褥熱、乳房炎和真胃變胃等多種疾病，嚴(yán)重影響奶牛健康和生產(chǎn)性能。圍產(chǎn)期奶牛酮病高發(fā)的主要原因是機(jī)體處于能量負(fù)平衡，體脂肪迅速被動(dòng)員，機(jī)體NEFA 濃度升高，NEFA 含量超過肝臟代謝和清除范疇，造成NEFA 不完全氧化生成酮體，酮體在機(jī)體不斷積累，超出機(jī)體利用限度激發(fā)酮病。

膽堿作為甲基供體參與蛋氨酸循環(huán)，在肝臟中可合成肉毒堿，肉毒堿促進(jìn)NEFA 在肝臟代謝中完全氧化供能；同時(shí)肉毒堿在脂肪酸氧化中起關(guān)鍵作用，碳十四以上的脂肪酸需憑借肉毒堿的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入粒體內(nèi)氧化供能。核受體過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）在肝臟中表達(dá)度高，并參與脂肪酸代謝，1-棕櫚酰-2-油酰基-順-磷脂酰膽堿是PPAR內(nèi)源性受體。膽堿可通過改變PPAR啟動(dòng)子的甲基化水平，提高PPAR和脂肪酸氧化限速酶（CPT1）的基因表達(dá)和活性，降低肝臟脂肪酸合成酶（FAS）的基因表達(dá)及活性，促進(jìn)NEFA 完全氧化供能，減少酮體的生成。NEFA 在奶牛肝臟中不完全氧化生成BHBA、乙酰乙酸和丙酮。血漿中BHBA 通常是判斷奶牛酮病標(biāo)志物之一，血漿中BHBA 濃度超過1.20 mmol/L 則判定奶牛為酮病。張繼慧研究指出，圍產(chǎn)期奶牛日糧中添加RPC 可顯著降低奶牛產(chǎn)后體內(nèi)BHBA 濃度；劉翔等試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，圍產(chǎn)期奶牛日糧添加20、30 g RPC，試驗(yàn)組奶牛產(chǎn)后7 d 的血漿BHBA 濃度較對(duì)照組降低了7.69%和9.62%，產(chǎn)后14 d 的血漿中BHBA 濃度較對(duì)照組降低了8.63% 和13.05%；Lima 等也報(bào)道，在奶牛干奶后期和泌乳早期日糧中添加RPC 能降低酮病發(fā)病率。綜上所述，圍產(chǎn)期奶牛日糧中添加RPC 可增加奶牛肝臟中肉毒堿含量，促進(jìn)的基因表達(dá)和活性，降低的基因表達(dá)及活性，促進(jìn)NEFA 完全氧化供能，減少奶牛機(jī)體酮體的生成，降低奶牛酮病發(fā)病率。

3.3 提高機(jī)體免疫力，降低圍產(chǎn)期奶牛氧化應(yīng)激 氧化應(yīng)激是指機(jī)體內(nèi)氧化與抗氧化作用失衡的一種狀態(tài)。圍產(chǎn)期奶牛尤其是圍產(chǎn)后期奶牛為抗拒能量負(fù)平衡，機(jī)體脂肪代謝異常旺盛，加劇產(chǎn)生自由基，當(dāng)自由基超出抗氧化系統(tǒng)清除能力范疇時(shí)，奶牛處于氧化應(yīng)激狀態(tài)，奶牛機(jī)體表現(xiàn)功能紊亂、細(xì)胞受損，易發(fā)生多種代謝性疾病。

研究表明，膽堿可提高圍產(chǎn)期奶牛機(jī)體免疫力，緩解奶牛氧化應(yīng)激，減少代謝性疾病的發(fā)生，改善奶牛機(jī)體健康。RPC 對(duì)圍產(chǎn)期奶牛肝臟脂肪代謝的調(diào)控可緩解能量負(fù)平衡，減少脂肪浸潤肝臟，降低酮病發(fā)病率，可間接提高機(jī)體免疫力和抗氧化能力。膽堿通過CDP—膽堿途徑合成磷脂酰膽堿，提高機(jī)體乙酰膽堿和多巴胺水平，促進(jìn)谷胱甘肽合成，提高谷胱甘肽還原酶活性，修復(fù)鈉鉀ATP 酶（Na/K-ATPase）活性，增強(qiáng)抗細(xì)胞凋亡功能，提高機(jī)體抗氧化應(yīng)激能力；膽堿作為甲基供體，可促進(jìn)一碳Met 循環(huán)，循環(huán)中會(huì)生成大量的半胱氨酸、谷胱甘肽和?；撬岬瓤寡趸瘎瑴p少機(jī)體氧化應(yīng)激。當(dāng)機(jī)體膽堿缺乏會(huì)導(dǎo)致肝臟脂肪浸潤，使線粒體呼吸活性和氧的利用增強(qiáng)，進(jìn)而導(dǎo)致活性氧（ROS）生產(chǎn)增多，生成腫瘤壞死因子（TNF-a）和產(chǎn)生脂質(zhì)過氧化物，它們消耗抗氧化酶和非酶抗氧化物，削弱機(jī)體清除自由基的能力，造成呼吸鏈中電子的傳遞被破壞，致使線粒體中ROS 二次增加、線粒體損傷和功能紊亂，造成磷脂酰膽堿和輔酶Q 含量降低，ATP合成減少，線粒體中過氧化氫的含量增加，加劇機(jī)體氧化應(yīng)激。膽堿通過調(diào)節(jié)肝臟脂肪代謝可以提高機(jī)體抗氧化能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)線粒體的保護(hù)作用。機(jī)體缺乏膽堿時(shí)，會(huì)促使ROS 過度產(chǎn)生，形成更多的脂質(zhì)過氧化物和生成細(xì)胞因子，進(jìn)而造成線粒體損傷的惡性循環(huán)，并波及蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和糖類代謝，氧化損傷DNA。

4 RPC 在奶牛圍產(chǎn)期日糧中的應(yīng)用

4.1 RPC 對(duì)圍產(chǎn)期奶牛DMI 的影響 奶牛產(chǎn)前和產(chǎn)后DMI 急劇下降是圍產(chǎn)期奶牛顯著特點(diǎn)之一。鄭家三等研究指出，奶牛產(chǎn)前14 d 至產(chǎn)后42 d 日糧中添加10 g RPC，產(chǎn)后（10～40 d）DMI 較對(duì)照組提高1.71%～3.72%；劉翔等研究指出，奶牛圍產(chǎn)期日糧中30 g RPC，與對(duì)照組相比，產(chǎn)前和產(chǎn)后DMI 分別提高了6.09%和3.93%；馬晨等研究表明，奶牛圍產(chǎn)期日糧中添加25 g RPC，產(chǎn)后（1～8 周）DMI 較對(duì)照組提高了3.27%～14.28%；Zahra 等和Ardalan 等也指出，奶牛圍產(chǎn)期日糧中添加RPC 可提高DMI。奶牛圍產(chǎn)期日糧能量水平、蛋白質(zhì)水平、奶牛體況、飼養(yǎng)管理水平和RPC 效價(jià)及過瘤胃率均會(huì)影響DMI，這也是不同試驗(yàn)中RPC 對(duì)圍產(chǎn)期奶牛DMI 影響效果不一致的主要原因。

4.2 RPC 對(duì)圍產(chǎn)期奶牛泌乳性能的影響 泌乳早期奶牛產(chǎn)奶量的增加與DMI 不同步，會(huì)加劇奶牛能量負(fù)平衡。如果采食量持續(xù)偏低，奶牛泌乳高峰將推遲，泌乳持續(xù)力下降，會(huì)影響奶牛整個(gè)泌乳期泌乳性能的發(fā)揮。奶牛圍產(chǎn)期日糧中添加RPC 可提高泌乳早期奶牛生產(chǎn)性能。劉翔等試驗(yàn)結(jié)果表明，奶牛圍產(chǎn)期日糧中添加30 g RPC 可顯著提高泌乳早期奶牛泌乳量、乳脂率和乳蛋白率等；史杰研究表明，產(chǎn)后7～84 d，20、40 g RPC 組圍產(chǎn)期奶牛產(chǎn)奶量分別較對(duì)照組提高了4.23%～13.13%、7.20%～17.07%；Elek 等試驗(yàn)結(jié)果表明，產(chǎn)前21 d 和產(chǎn)后60 d 分別給奶牛日糧中添加100、200 g RPC，奶牛產(chǎn)后60 d 的日平均產(chǎn)奶量較對(duì)照組提高了4.4 kg；Amrutkar 等研究也表明，產(chǎn)前40 d 至產(chǎn)后120 d，奶牛日糧中添加54 g RPC 對(duì)產(chǎn)奶量、脂肪率、蛋白質(zhì)率和乳糖率均有顯著提高和改善。綜上所述，RPC 可通過調(diào)控肝臟脂肪代謝、促進(jìn)NEFA 完全氧化、減少機(jī)體氧化應(yīng)激和提高機(jī)體免疫力等提高圍產(chǎn)期奶牛健康水平，加快泌乳早期奶牛機(jī)能恢復(fù)，進(jìn)而提高奶牛生產(chǎn)性能。

5 小結(jié)與展望

圍產(chǎn)期是奶牛的特殊生理階段，其顯著特點(diǎn)是機(jī)體經(jīng)歷著能量負(fù)平衡和處于氧化應(yīng)激狀態(tài)。膽堿在機(jī)體內(nèi)代謝過程中可以產(chǎn)生大量的非酶抗氧化物，抑制ROS 增多，減少脂質(zhì)過氧化物生成，提高機(jī)體清除自由基的能力，減少線粒體損傷和功能紊亂，提高機(jī)體免疫力，緩解氧化應(yīng)激，促進(jìn)奶牛機(jī)體健康和充分發(fā)揮泌乳潛力。雖然RPC 可促進(jìn)圍產(chǎn)期奶牛代謝和維持機(jī)體健康，但其代謝調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，仍需從血液、脂質(zhì)、尿樣和糞便樣等代謝組入手，利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)深入研究膽堿及其代謝物對(duì)脂肪沉積的調(diào)控作用，找到更加有效的調(diào)控物質(zhì)和調(diào)控途徑，建立完善的膽堿-脂肪代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)結(jié)合規(guī)?；虉鰧?shí)際情況開展奶牛營養(yǎng)評(píng)估，兼顧日糧營養(yǎng)水平、RPC 效價(jià)和過瘤胃率，確定圍產(chǎn)期奶牛RPC 精準(zhǔn)需要量，為奶牛生產(chǎn)應(yīng)用RPC 提供科學(xué)依據(jù)。