丁酸鈉調(diào)控畜禽動物腸道健康的作用機制

譚名洋，王 芳，楊 媚，尹業(yè)鑫，譚碧娥，陳家順

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，動物營養(yǎng)基因組與種質(zhì)創(chuàng)新研究中心，湖南長沙 410128）

目前，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布第194號公告，自2020年1月1日起，退出除中藥外（目前僅有山花黃芩提取物和博落回提取物）的所有促生長類藥物飼料添加劑品種。因此，尋找有效途徑及時修復(fù)斷奶仔豬受損小腸黏膜、減輕斷奶應(yīng)激反應(yīng)、降低腹瀉率、提高生長性能成為養(yǎng)豬業(yè)的重要課題。畜禽動物腸道健康的維持依賴于腸道微生物區(qū)系與腸道黏膜之間的平衡。丁酸鈉，又稱正丁酸鈉鹽，主要成分是大腸細(xì)菌酵解的產(chǎn)物——丁酸，其在調(diào)節(jié)畜禽動物腸道健康方面顯示出良好效果。丁酸鈉可改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，促進畜禽動物的腸道上皮細(xì)胞分化，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收效率。丁酸鈉還可刺激腸道黏膜分泌免疫球蛋白，促進免疫細(xì)胞的增殖分化，在抗原暴露后期調(diào)節(jié)B和T細(xì)胞功能，并調(diào)節(jié)宿主免疫。丁酸鈉也能通過提高消化酶活性等方式提高消化率。此外，在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)方面，丁酸鈉可降低大腸桿菌數(shù)量，促進乳酸桿菌繁殖，還可增加腸道菌群多樣性，維持腸道微生態(tài)平衡。由于丁酸鈉在調(diào)節(jié)畜禽動物腸道健康方面作用較廣，因此，本文主要對丁酸鈉的理化性質(zhì)及其對畜禽動物腸道健康的作用機制進行綜述，以期為丁酸鈉在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用提供理論參考。

1 丁酸鈉的理化特性與代謝

丁酸鈉的分子式為CHCHCHCOONa，是白色可吸濕的粉末，熔點為250.0～253.0℃，易溶于水和乙醇，氣味呈奶酪酸敗樣氣味，其有效成分是丁酸。丁酸是一種短鏈揮發(fā)性脂肪酸，主要由大腸中的有益菌群（乳酸菌、雙歧桿菌等）酵解碳水化合物和蛋白質(zhì)而產(chǎn)生。丁酸可通過門靜脈進入肝臟產(chǎn)生丁酰輔酶A，并代謝為酮體、脂肪酸和膽固醇，生成的酮體可進一步合成腺嘌呤核苷三磷酸（Adenosine Triphosphate，ATP），為腸黏膜細(xì)胞提供能量。其余未吸收部分可進入機體其他器官和組織進行代謝。

2 丁酸鈉調(diào)控畜禽動物腸道健康的作用機制

2.1 丁酸鈉對畜禽動物腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響 腸道作為動物營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收的主要部位，其上覆有黏膜，不僅能吸收營養(yǎng)物質(zhì)，還是機體的第一道免疫屏障。腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的完整性對維持畜禽動物腸道健康具有重要意義。丁酸鈉可促進杯狀細(xì)胞增殖，改善小腸黏膜上皮細(xì)胞的形態(tài)結(jié)構(gòu)。Wu等研究表明，飼糧中添加800 mg/kg丁酸鈉可提高肉雞空腸和回腸絨毛上杯狀細(xì)胞的數(shù)量，改善腸黏膜結(jié)構(gòu)。仔豬在斷奶后會由于消化道等發(fā)育不完善而導(dǎo)致無法消化大量植物性飼料。在斷奶仔豬飼糧中添加1 000 mg/kg丁酸鈉可顯著提高仔豬十二指腸和回腸絨毛高度與隱窩深度的比值和降低隱窩深度。鐘翔等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加1 000或2 000 mg/kg丁酸鈉能改善斷奶仔豬腸道黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)，促進胃、胰腺等消化器官的生長發(fā)育，提高生產(chǎn)性能。丁酸鈉對家禽腸道發(fā)育也具有一定促進作用。Lan等研究發(fā)現(xiàn)，隨著丁酸鈉添加量的增加，肉雞十二指腸、空腸、回腸、盲腸和直腸的相對長度呈線性增長。崔蕾等研究表明，在肉仔雞飼糧中添加750 mg/kg丁酸鈉可顯著提高21日齡肉仔雞空腸肌層厚度。蔡鳳仙等研究發(fā)現(xiàn)，在飼糧中添加500 mg/kg包膜丁酸鈉促進了揚州鵝小腸發(fā)育和營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。丁酸鈉可改善畜禽動物腸道屏障功能，丁酸鈉在家禽腸上皮的發(fā)育中可作為能量來源刺激腸上皮細(xì)胞增殖、分化，并促進腸道屏障功能。黃曉忠等研究發(fā)現(xiàn)，低濃度丁酸鈉對Caco-2細(xì)胞腸屏障模型具有促進作用，但中、高濃度丁酸鈉可破壞腸屏障功能。而Lin等認(rèn)為，飼糧中添加300、450 mg/kg丁酸鈉可緩解豬斷奶后腹瀉，改善腸道屏障功能。丁酸鈉還可以抑制嚴(yán)重燙傷后小鼠腸黏膜核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3炎癥小體激活，降低白細(xì)胞間介素-1（Interleukin-1，IL-1）和IL-18產(chǎn)生，從而減輕緊密連接蛋白表達和分布異常，保護腸道屏障功能。韓曉風(fēng)等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可降低腹膜炎鼠胃腸道通透性，減輕回腸黏膜損傷，加快修復(fù)。在山羊瘤胃中，丁酸鈉可減輕因高濃度飲食而引起的瘤胃上皮損傷。丁酸鈉不僅可以上調(diào)結(jié)腸表皮細(xì)胞生長因子（Epidermal Growth Factor，EGF）的相對表達，還可以促進小腸黏膜的發(fā)育。Kotunia等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉促進了新生仔豬空腸和回腸黏膜發(fā)育。以上研究結(jié)果表明，一方面，丁酸鈉可維持畜禽腸道黏膜結(jié)構(gòu)完整，使腸絨毛粗壯且排列整齊，提高腸道肌層厚度、黏膜厚度以及絨毛高度與隱窩深度的比值。絨毛高度與隱窩深度的比值作為反映小腸消化吸收狀況的重要指標(biāo)，比值下降說明黏膜很可能受損，消化吸收能力下降，常會伴隨有腹瀉、生長受阻現(xiàn)象；而比值升高，腸道上皮細(xì)胞數(shù)量增加，腸道吸收面積增大，有利于功能性物質(zhì)的合成。另一方面，丁酸鈉可促進畜禽動物腸道發(fā)育，提高腸道相對長度，上調(diào)結(jié)腸EGF的相對表達，增加腸道黏膜厚度，并改善腸屏障功能減少腹瀉的發(fā)生。

2.2 丁酸鈉對腸道黏膜免疫性能的影響 丁酸鈉可以提高畜禽動物腸道免疫能力，減少疾病的發(fā)生。丁酸鹽在動物腸道中具有調(diào)節(jié)先天免疫等潛在特性。Xu等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉早期干預(yù)可調(diào)節(jié)新生仔豬回腸促炎細(xì)胞因子（IL-6、IL-8、IFN-）和抗炎因子（IL-10和TGF-）的分泌。腸黏膜免疫是機體防止感染的第一道防線。李丹丹等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加1 000 mg/kg丁酸鈉提高了斷奶仔豬腸道黏膜免疫球蛋白（IgA、IgG）含量。劉馨憶研究表明，在飼糧中添加500 mg/kg包被丁酸鈉可顯著提高肉仔雞血清中IL-10和免疫球蛋白IgM含量且降低IL-1和IL-6含量。丁酸鈉還可促進畜禽動物腸道免疫細(xì)胞的增殖。王繼鳳等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加500 mg/kg丁酸鈉的肉雞小腸肥大細(xì)胞、上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞及杯狀細(xì)胞數(shù)均顯著高于對照組。Arpaia等報道，共生微生物在淀粉發(fā)酵過程中產(chǎn)生的丁酸促進了小鼠結(jié)腸調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Regulatory Cell，Treg）的胸腺外生成。此外，丁酸鈉可以通過增強仔豬腸道上皮細(xì)胞多種抗菌肽的表達，增強細(xì)胞對大腸桿菌的殺菌作用。以上研究表明，丁酸鈉在腸道免疫中可刺激機體腸道黏膜分泌免疫球蛋白等，提高腸道免疫功能，減少炎癥的發(fā)生；還可促進腸道免疫細(xì)胞（肥大細(xì)胞、上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞等）的增殖分化，保護腸道免受病原體的侵害。另外，丁酸鹽還具有抗菌作用，可以用于控制家禽中的鼠傷寒沙門氏菌或產(chǎn)氣莢膜梭菌，在一定程度上能替代抗生素使用，改善動物腸道健康。因此，在畜禽養(yǎng)殖生產(chǎn)中，丁酸鈉的應(yīng)用可降低畜禽動物腸道疾病的發(fā)生。

2.3 丁酸鈉對畜禽動物消化功能的影響

2.3.1 丁酸鈉對腸道消化酶活性的影響 丁酸鈉可以提高腸道消化酶活性，增強畜禽動物消化功能。楊在賓等研究發(fā)現(xiàn)，在肉仔雞飼糧中添加200 mg/kg丁酸鈉顯著提高了其腸道淀粉酶、脂肪酶、胰蛋白酶和回腸胰蛋白酶活性，與抗生素作用效果相當(dāng)。賈鳳等報道，在飼糧中添加1 000 mg/kg包膜丁酸鈉提高了北京鴨十二指腸中脂肪酶的活性。陳國順等研究發(fā)現(xiàn)，在仔豬飼糧中添加500 mg/kg、1 000 mg/kg丁酸鈉顯著提高了空腸后段總蛋白酶、脂肪酶活性以及回腸淀粉酶活性。鐘翔等和徐振飛也認(rèn)為，在斷奶仔豬飼糧中添加丁酸鈉能提高斷奶仔豬的生產(chǎn)性能和消化酶活性。Gorka等研究表明，在公羊飼糧中添加3 600 mg/kg丁酸鈉可提高淀粉酶活性，但降低了綿羊網(wǎng)狀瘤胃消化物中的纖維素酶和木聚糖酶活性，以及遠(yuǎn)端空腸中氨肽酶A和二肽基肽酶IV的活性。以上研究表明，丁酸鈉可提高畜禽動物腸道中淀粉酶、脂肪酶和胰蛋白酶等消化酶活性，但在不同腸段中丁酸鈉對不同酶的活性提高效率不同，其酶活性的改善作用與抗生素相當(dāng)，是較好的抗生素替代品。但在反芻動物中，丁酸鈉的使用降低了瘤胃中部分酶的活性，是否影響反芻動物的消化吸收還有待進一步研究。

2.3.2 丁酸鈉對腸道消化率的影響 丁酸鈉對提高畜禽動物腸道消化率具有積極作用。王曼曼等在1～42日齡櫻桃谷肉種鴨的飼糧中添加700 mg/kg丁酸鈉提高了櫻桃谷肉鴨平均日增重、絕對增重和相對增重，降低了采食量，改善了肉鴨的飼料轉(zhuǎn)化率。張瑞陽等研究表明，飼糧中添加1 000 mg/kg包被丁酸鈉可顯著提高斷奶仔豬粗蛋白質(zhì)、粗脂肪表觀消化率。而Rice等研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中補充丁酸鈉對小母牛的生長性能和飼料轉(zhuǎn)化率有積極影響作用，但對表觀總腸道消化率無影響。Guilloteau等研究發(fā)現(xiàn)，在犢牛牛奶中添加3 000 mg/kg丁酸鈉可提高營養(yǎng)物質(zhì)消化率和胰腺分泌物總量。Liu等研究發(fā)現(xiàn)，在42日齡肉雞日糧中添加500 mg/kg膠囊化丁酸鈉，可以增加肉雞回腸的消化能。Moquet等研究也認(rèn)為，丁酸鹽可以增強肉雞氨基酸的回腸表觀消化率。因此，丁酸鈉不僅可以提高畜禽動物飼料轉(zhuǎn)化率，降低飼養(yǎng)成本，而且對動物表觀消化率也具有一定影響，但對于不同動物其影響不同。

2.4 丁酸鈉對畜禽動物吸收功能的影響 丁酸鈉對畜禽動物營養(yǎng)物質(zhì)的吸收能力具有促進作用。大量研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可以通過增加畜禽腸道相對長度、相對重量、絨毛高度/隱窩深度等途徑，增強腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。孫寒雪等研究也認(rèn)為，包被丁酸鈉可能是通過為種鴿十二指腸上皮細(xì)胞提供能量來源，增加十二指腸絨毛高度，從而提高機體消化吸收能力。丁酸作為丁酸鈉的有效成分，可以提高肉雞腸道中乳酸桿菌和雙歧桿菌等有益菌的數(shù)量，而乳酸菌等發(fā)酵產(chǎn)生的酸性物質(zhì)能夠降低腸道中的pH，有利于腸道中Ca、Mg等離子的吸收。反芻動物瘤胃上皮細(xì)胞是瘤胃吸收營養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)鍵。左麗君等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉能增強斷奶羔羊瘤胃上皮細(xì)胞代謝，刺激其分裂增殖和生長因子的表達。Guilloteau 等研究表明，在飼糧中添加3 g/kg丁酸鈉提高了犢牛小腸吸收能力。由此可見，丁酸鈉可從多方面調(diào)節(jié)畜禽動物的腸道吸收功能。

2.5 丁酸鈉對畜禽動物腸道微生態(tài)的影響 丁酸鈉可以維持畜禽動物腸道微生態(tài)穩(wěn)定。郭傳珍等研究發(fā)現(xiàn)，在肉雞基礎(chǔ)飼糧中添加100 mg/kg丁酸鈉能顯著提高乳酸桿菌數(shù)量，抑制大腸桿菌的繁殖。Chen等研究發(fā)現(xiàn)，靜脈輸注200 mmol/L丁酸鈉對生長豬結(jié)腸短鏈脂肪酸濃度和細(xì)菌總數(shù)無影響，但顯著增加了結(jié)腸消化液中微生物豐度和梭狀芽孢桿菌相關(guān)屬的豐度。Wang等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可調(diào)節(jié)腸道菌群來保護仔豬免受脫氧雪腐鐮刀菌烯醇（Deoxynivalenol，DON）誘導(dǎo)的腸道屏障功能障礙。仔豬斷奶后會因體內(nèi)乳酸菌減少而導(dǎo)致pH升高，大腸桿菌等細(xì)菌增多，打破原本良好的腸道微生物區(qū)系，導(dǎo)致仔豬患病。Xu等研究表明，口服丁酸鈉溶液（150 mmol/L）可增加仔豬結(jié)腸中微生物的多樣性。Zhang等也認(rèn)為，丁酸鈉可改變腸道微生物群、豐富生物多樣性。Bortoluzzi等研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉可通過調(diào)節(jié)盲腸微生物群，使飼喂低營養(yǎng)水平飼糧的肉雞恢復(fù)正常生產(chǎn)性能。Makled等研究發(fā)現(xiàn)，在日糧中添加0.6g/kg丁酸鈉可以減少肉雞回腸中大腸桿菌數(shù)量，增加乳酸桿菌數(shù)量。體外試驗也發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽對肉雞空腸梭菌有顯著的殺菌作用。以上研究表明，丁酸鈉在腸道中分解為丁酸，丁酸透過細(xì)胞膜抑制有害菌生長，并促進腸道內(nèi)有益菌的生長。而在畜禽生產(chǎn)過程中，丁酸鈉可以促進腸道微生物的多樣性，維持動物腸道區(qū)系的平衡，減少幼齡動物疾病的發(fā)生，從而增加其存活率。

3 小 結(jié)

腸道健康對畜禽生產(chǎn)至關(guān)重要。飼糧中添加丁酸鈉可以促進腸道絨毛發(fā)育，改善腸道黏膜結(jié)構(gòu)，增強腸道免疫，提高消化率，降低腸道pH并改善腸道微生態(tài)。但目前關(guān)于丁酸鈉在畜禽動物腸道中應(yīng)用的研究還存在較大差異，大多數(shù)集中在斷奶仔豬、地方畜禽種類、腸道微生態(tài)以及腸道消化等方面，對腸道免疫方面以及牛和羊等反芻動物方面的研究較少，不能全面了解丁酸鈉對反芻動物各胃室性能的影響，今后應(yīng)更加系統(tǒng)地研究丁酸鈉對各種動物腸道健康的影響及其作用機制，為今后丁酸鈉在畜禽生產(chǎn)中有效、合理地使用提供理論依據(jù)。