劉文峰，楊 洋 譯自Journal of Animal Science and Biotechnology，Vol.9(2018)，№4：783～793

潘雪男 審 羅靜如 制圖

4.5 高纖維日糧對豬繁殖有益作用的可能機制

高纖維日糧提高母豬繁殖性能的潛在機制仍未明了，已知其可改變母豬體內(nèi)雌二醇和黃體生成素(Luteinizing Hormone，LH)的水平，生殖激素對卵母細(xì)胞的成熟和成功妊娠起著重要的作用。雌二醇由發(fā)情期生長卵泡的顆粒細(xì)胞產(chǎn)生，并能夠誘導(dǎo)下丘腦-垂體(Hypothalamic-Pituitary，HP)軸釋放LH，從而誘導(dǎo)母豬排卵(圖1)。飼喂高纖維日糧的母豬在發(fā)情期第17天、第18天和第19天體內(nèi)循環(huán)雌二醇的水平較低，在第18天LH脈沖頻率較高，LH峰值較高。循環(huán)雌二醇水平的降低可減少機體對HP軸的負(fù)反饋效應(yīng)，從而增加LH脈沖頻率。

4.5.1 循環(huán)雌二醇濃度降低

血漿中的雌激素既可以與蛋白質(zhì)結(jié)合，也可以游離存在，因此它對靶細(xì)胞具有生物活性。有活性的雌激素主要是雌二醇-17β(E2)，E2可以在母豬的肝臟中代謝為雌酮和少量的雌三醇。在肝臟中，雌激素會與葡萄糖醛酸和(或)硫酸鹽結(jié)合，使其具有水溶性。血漿中過量的結(jié)合型雌激素會通過尿液排出或以膽汁形式排入腸道。然而，約50%的這種結(jié)合型雌激素會通過膽汁從肝臟排入腸道。這種結(jié)合型雌激素會在母豬腸腔中降解，形成的雌激素大約80%會通過腸壁和靜脈門被機體重新吸收進(jìn)入肝臟。人攝入較多的膳食纖維后，體內(nèi)循環(huán)雌二醇的水平會下降，同時糞便中雌激素的含量會減少。

雌二醇能夠與各種類型的纖維(包括消膽胺、木質(zhì)素和纖維素)和纖維源(包括小麥麩、谷物、種子和豆類)緊密結(jié)合。與飼喂小麥粉型日糧(含0.5%的纖維)的大鼠相比，大鼠喂給小麥麩型日糧24 h后，其糞便中游離型雌激素的排泄量增加3倍。Arts等還研究了給雄性大鼠飼喂非纖維類小麥淀粉型日糧、低纖維類小麥粉型日糧或高纖維類小麥麩型日糧對注射E2(C14標(biāo)記)后雌激素排泄的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，飼喂小麥麩的大鼠在注射E2后第1天通過糞便排出的E2數(shù)量大約是飼喂其他兩種類型日糧的大鼠的2倍，且注射E2 3周后，E2的糞便排泄率增加。

4.5.2 神經(jīng)肽Y與飽腹感

高纖維日糧發(fā)揮作用的另一個機制可能是神經(jīng)遞質(zhì)，即神經(jīng)肽Y(Neuropeptide Y，NPY)。NPY參與調(diào)節(jié)豬的采食量和促性腺激素釋放激素的分泌。高纖維日糧可增加豬腸道的充盈度，從而激活NPY系統(tǒng)，包括影響下丘腦促性腺激素釋放激素(Gonadotrophin Releasing Hormone，GnRH)的分泌。盡管尚未進(jìn)行測定飼喂高纖維日糧的豬體內(nèi)的NPY水平，但是核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)研究比較了給豬飼喂含高水平淀粉的日糧或含高水平的脂肪和纖維的日糧后其血漿中的代謝物組成，結(jié)果發(fā)現(xiàn)豬飼喂高纖維日糧后，血漿中的瘦素濃度較低，這表明瘦素可以調(diào)節(jié)采取以上飼喂方案的豬的采食量。豬飼喂高纖維日糧后，其體內(nèi)的NPY和瘦素與GnRH的釋放和促性腺激素的分泌之間的關(guān)系需要進(jìn)一步研究，特別是考慮到飼喂高纖維日糧的豬體內(nèi)雌二醇濃度較低以及NPY可以在存在循環(huán)雌激素的情況下刺激垂體前葉中LH和促卵泡生成素的釋放。

4.5.3 循環(huán)代謝物

另一個可能的機制是可調(diào)節(jié)血漿和卵巢卵泡液中代謝物的濃度。例如，豬飼喂高纖維日糧后，其胰島素樣生長因子-1(Insulin-Like Growth Factor-1，IGF-1)和瘦素的循環(huán)水平下降。Jégou等發(fā)現(xiàn)，飼喂高脂高纖維日糧的豬其血漿中β-羥丁酸、瘦素、葡萄糖、胰島素和尿素的濃度較低。然而，與Jégou等的研究結(jié)果相反，Yde等發(fā)現(xiàn)日糧纖維不會明顯影響豬體內(nèi)葡萄糖和胰島素的反應(yīng)，但喂給甜菜粕的豬比飼喂馬鈴薯渣或果膠的豬有更高濃度的胰島素。高纖維日糧會增加豬血漿中短鏈脂肪酸和非酯化脂肪酸的濃度，但日糧中的纖維含量與血漿中肌酸的含量呈負(fù)相關(guān)。該研究還為不同種類的纖維確定了血漿中的生物標(biāo)記物：果膠的生物標(biāo)記物是二甲基砜，馬鈴薯渣的是青蟹肌醇和二甲基砜，甜菜粕的是青蟹肌醇、二甲基砜和甜菜堿。甜菜堿是一種甲基供體，與表觀遺傳過程有關(guān)，這一點值得特別關(guān)注。

4.5.4 甜菜堿、甲基化作用和表觀遺傳學(xué)

在配種前或配種后不久改變母豬的日糧會影響卵母細(xì)胞和胚胎的基因表達(dá)模式，這種基因表達(dá)模式可能會在胎兒出生前和出生后的整個生命周期中持續(xù)存在——一個被稱為表觀遺傳學(xué)的生理過程。卵母細(xì)胞成熟是基因組印記消除、獲取和維持的關(guān)鍵時期。這些變化至少有一部分是由基因甲基化模式介導(dǎo)的。由于母豬的甲基化印記是在卵母細(xì)胞成熟時建立的，因此母豬在卵泡發(fā)育過程中的代謝狀態(tài)會對甲基化過程產(chǎn)生重要的影響。

甜菜堿是一種三甲基甘氨酸衍生物，參與表觀遺傳過程，特別是脫氧核糖核酸(DNA)和組蛋白的甲基化。日糧中的甜菜堿或膽堿會氧化成甜菜堿，將甲基提供給同型半胱氨酸，將其轉(zhuǎn)化為蛋氨酸，而甜菜堿本身則被甜菜堿-同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶(Betaine-Homocysteine Methyltransferase，BHMT)轉(zhuǎn)化為二甲基甘氨酸。蛋氨酸隨后被轉(zhuǎn)化為甲基供體S-腺苷蛋氨酸(S-Adenosylmethionine，SAM)，SAM是DNA甲基化的主要甲基供體。

通過飲水的方式給小鼠補充甜菜堿可以提高其血漿、肌肉和肝臟中甜菜堿的濃度。然而，給小鼠同時飼喂甜菜堿和可溶性纖維葡聚糖，其血漿中甜菜堿的含量會進(jìn)一步增加。高纖維日糧也能提高豬血漿中甜菜堿的濃度。質(zhì)子核磁共振光譜法分析表明，高膽固醇癥豬飼喂高纖維(黑麥面包)日糧后，其機體能夠散發(fā)出較高強度的甜菜堿甲基質(zhì)子信號。然而，值得注意的是，與通過日糧直接飼喂甜菜堿的豬相比，飼喂高纖維日糧的豬對甜菜堿的吸收速度要慢4～6倍。

一項研究提出了與以上結(jié)果相反的結(jié)論，其中對血漿進(jìn)行的質(zhì)子核磁共振光譜分析顯示，在血漿甜菜堿濃度上，飼喂低纖維日糧的母豬要高于喂給含高水平可溶性纖維和不溶性纖維日糧的母豬。然而，這項研究僅以6頭母豬為試驗動物，在3(重復(fù))×3(交叉)的試驗設(shè)計中使用3種試驗日糧，這很可能會導(dǎo)致飼料效應(yīng)“殘留(carry-over)”。有趣的是，這項研究是由同一個研究小組完成的，他們將甜菜堿、二甲基砜和青蟹肌醇作為母豬飼喂甜菜粕日糧的生物標(biāo)記物。早期的血漿代謝組學(xué)(metabolomic)研究以更多的母豬為試驗動物：48頭懷孕的初產(chǎn)母豬，每個處理組12頭母豬，增加了初步結(jié)果的可信度，表明甜菜堿是母豬飼喂甜菜粕日糧的一個有效的生物標(biāo)記物。

在母豬的卵巢中，甜菜堿在卵母細(xì)胞減數(shù)分裂成熟期間隙連接(gap junctions)關(guān)閉前通過卵丘細(xì)胞運輸，隨后通過受精后產(chǎn)生的信號閾值調(diào)節(jié)跨膜銜接子1(Signalling Threshold-Regulating Transmembrane Adapter 1，SIT1)轉(zhuǎn)運蛋白來調(diào)節(jié)MII期卵母細(xì)胞中的甜菜堿。有證據(jù)表明BHMT的活性與在卵母細(xì)胞和囊胚中發(fā)生的甲基化過程上的葉酸循環(huán)有關(guān)。當(dāng)葉酸循環(huán)被甲氨蝶呤(一種抗葉酸藥物)抑制或BHMT表達(dá)被反義嗎啉阻斷時，小鼠囊胚內(nèi)細(xì)胞群(Inner Cell Mass，ICM)的平均細(xì)胞數(shù)將會減少。這兩種生理活動受到影響會嚴(yán)重影響ICM的發(fā)育和細(xì)胞數(shù)量。此外，當(dāng)BHMT和葉酸循環(huán)同時受到影響時，小鼠囊胚中的總SAM水平會下降近一半，DNA甲基化將會下降45%～55%。

如果母豬在整個妊娠期采食添加了甜菜堿的日糧，其后代會受到不利影響：所產(chǎn)仔豬的血清和肝臟會含有較高水平的甜菜堿，血清中的蛋氨酸含量較高，肝臟中蛋氨酸代謝酶表達(dá)較高，最終會導(dǎo)致新生仔豬肝細(xì)胞增殖受到抑制，調(diào)節(jié)基因、細(xì)胞周期蛋白D2(cyclin D2)和早老素1(presenilin 1)的表達(dá)下調(diào)。

母豬飼喂甜菜堿后，通過膽固醇代謝基因的表觀遺傳調(diào)控可以增加新生仔豬肝臟中膽固醇的含量。Hu等證明，給入孵種蛋的卵內(nèi)注射甜菜堿液，可以通過膽固醇生物合成酶3-羥基-3-甲基戊二酰-CoA還原酶(3-Hydroxy-3-MethylGlutaryl-CoA Reductase，HMGCR)提高出殼雛雞血清和肝臟中膽固醇的水平。此外，該酶可以將膽固醇轉(zhuǎn)化為膽汁酸，其肝蛋白和mRNA酶的水平也下調(diào)。另外，給入孵種蛋卵內(nèi)注射甜菜堿可以提高所孵雛雞體內(nèi)參與膽固醇生物合成和逆向轉(zhuǎn)運的肝蛋白分子的水平。甜菜堿對雛雞的表觀遺傳效應(yīng)是通過新出殼雛雞(經(jīng)甜菜堿處理)肝臟中參與全基因組DNA和組蛋白H3甲基化的酶的蛋白質(zhì)含量的改變來證實。Hu等報道了肝DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1和腺苷高半胱氨酸酶(adenosylhomocysteinase-like)(與基因組DNA高甲基化相關(guān)的酶)的水平提高以及肝組蛋白H3賴氨酸27三甲基化程度降低。最近，組蛋白H3被證實是豬胚胎中的表觀遺傳抑制因子。

可以推測，在配種前給母豬飼喂高纖維日糧的好處部分可能源自甜菜堿對卵母細(xì)胞發(fā)育的影響。

5 結(jié)論

日糧的纖維原料通常是食品和飲料工業(yè)的低價格副產(chǎn)品，慎重地加入豬的商業(yè)性飼料中可以為改善養(yǎng)豬生產(chǎn)的多項指標(biāo)提供機會，包括增加豬的飽腹感、減少刻板行為、減少環(huán)境污染和提高母豬的繁殖力。本文所引用的研究表明，在配種前給母豬飼喂高纖維日糧特別有益。這是因為高纖維日糧能使母豬分泌可以提高卵母細(xì)胞質(zhì)量的內(nèi)分泌物和卵巢卵泡液。這種卵母細(xì)胞更有可能形成有活力的胚胎，能夠在整個妊娠期存活下來。這些益處明顯需要根據(jù)日糧改變對盈利的影響以及某些日糧纖維源的弊端進(jìn)行權(quán)衡。例如，就在哺乳期間給母豬飼喂USBP而論，甜菜粕的吸水性會降低糞便的干物質(zhì)含量，從而使分娩欄出現(xiàn)衛(wèi)生問題，并抑制母豬的食欲。

因此，為了確定具體的系統(tǒng)或生理途徑，這些研究旨在：(a)確定最有效的日糧纖維；(b)確定飼喂高纖維日糧的最佳時期和最佳持續(xù)時間；(c)了解潛在的機制。調(diào)控這些系統(tǒng)或生理途徑將對養(yǎng)豬業(yè)非常有價值。

(續(xù)完)