薛永強，黃志威，雷志偉，王新毅

（1.廣東省脂類科學與應用工程技術研究中心，廣東廣州 510006；2.Lipidomax 脂類創(chuàng)新中心，廣東廣州 510006）

現代畜牧業(yè)中廣泛使用抗生素來預防動物疾病和提高生長性能，但由于抗生素在畜牧業(yè)中過度使用導致細菌產生耐藥性和抗生素殘留，嚴重影響人類和畜禽的健康。因此，新型抗生素替代品成為近年來的研發(fā)熱點，目前使用較多的抗生素替代品有酸化劑、酶制劑、益生菌、抗菌肽、中草藥制劑及植物提取物等。

月桂酸單甘酯（Glycerol Monolaurate，GML）是一種天然的抗菌劑，存在于母乳、椰子油和美洲蒲葵等植物中[1]，是一種親脂性的非離子表面活性劑，具有防腐和乳化功能，有廣泛存在、抗細菌、不會導致細菌耐藥性、抗病毒、抗炎和抗毒素等多種優(yōu)良特性[2]。由于其天然存在于母乳中，GML 對嬰兒的免疫系統、健康起著重要作用。GML 具有毒性較低、抑菌效果較好且在不同pH 條件下均有活性等優(yōu)點，己被大量運用于多個領域。近年來，相關研究結果表明，GML 在促進動物生長、預防和治療動物疾病方面發(fā)揮著積極作用，如抑制消化道有害菌產氣莢膜梭菌、沙門氏菌等的生長[3-4]；提高畜禽的營養(yǎng)吸收能力、飼料轉化率、生長速度及改善肉質等作用[5-6]。本文就GML 在動物體內發(fā)揮的功能特點及在動物生產中的應用進行綜述，旨在為GML在動物生產中的應用研究提供理論參考和禁抗限抗提供新思路。

1 GML 的理化特性

GML 又名十二酸單甘油酯，化學名為2，3-二羥基丙醇十二酸酯，分子式為C15H30O4，分子量為274.21，分子結構式見圖1，GML 也可以由月桂酸和甘油在特定條件下合成[7]。GML 一般情況下為油狀、鱗片狀或粒狀結晶，色澤為白色或淡黃色，無味，熔點為62℃，親水親油平衡值（HLB）為5.2，不溶于水和甘油等常見溶劑，易溶于氯仿、乙酸乙酯等有機溶劑，能分散于熱水中，并且能在水中形成穩(wěn)定的水合分散體[8]。

圖1 GML 的分子結構

2 GML 的代謝

GML 的代謝途徑與脂類的吸收代謝機制密切相關。脂類在動物體內的消化為胰脂肪酶特異水解甘油三酯1、3 位酯鍵，生成2-單甘酯及游離脂肪酸，單甘酯能被腸道上皮細胞完整吸收并進入淋巴細胞，部分進入血液發(fā)揮抗菌抗病毒作用。脂肪在體內吸收過程中，單甘酯途徑起主導作用，并且2-單甘酯是主要的吸收途徑[9]。微粒體中存在使單甘酯進一步酯化為甘油三酯的酶，這種酶優(yōu)先利用2-單甘酯[10]；此外，1-單甘油酯和2-單甘油酯均可被細胞內的單甘油酯脂肪酶水解[11]。

GML 屬于中鏈甘油酯，由于獨特的理化特性，其與長鏈甘油三酯（LCT）在消化、吸收和代謝方面有顯著差異。LCT 由于相對不溶性，很依賴于膽汁酸鹽的乳化，形成的長鏈脂肪酸（LCFA）和長鏈單甘酯被動擴散進入腸細胞，LCFA 和單甘酯再酯化成甘油三酯并通過水溶性脂蛋白到達淋巴、胸導管和血液等[12]，發(fā)揮其作用。中鏈甘油三酯（MCT）的水解速度比LCT快，且水溶性不高，不需要膽汁的乳化，水解生成的中鏈脂肪酸（MCFA）可迅速被小腸上皮細胞吸收[13]，大多數MCFA 以游離形式被動擴散吸收，在腸細胞內，MCFA 對脂肪酸結合蛋白的親和力比較低，因此大部分不再酯化，而是擴散到門靜脈血液中，并與白蛋白結合，直接運輸到肝臟[14-17]，只有一小部分MCFA 被乳糜微粒吸收[18]。MCFA 通過門靜脈轉運至肝臟后通過線粒體β-氧化被有效地用于能量產生[19-20]。相比于LCFA，MCFA可以自由進入肝細胞線粒體進行氧化，不需要依賴肉堿載體，可快速供能，也不會在體內積累[21]。GML 作為中鏈脂肪酸衍生物，其代謝過程與中鏈脂肪酸一致，水解產物月桂酸以游離形式通過門靜脈系統進入肝臟參與機體代謝，在沒有載脂蛋白的情況還可以進入線粒體發(fā)生氧化[15,22]。但目前GML 在動物體內的消化吸收沒有明確的報道，其具體的代謝途徑、機體各部位的分子轉化機制等還有待進一步的研究。

3 GML 的功能特點

3.1 供能作用 MCFA 的重要功能是為動物體提供能量。GML 是典型的MCFA（C6-C12）衍生物，可以將其補充到新生兒和幼小動物的飼糧中供應能量。MCFAs 可用于治療脂質吸收障礙、吸收不良綜合征、胰腺功能不全、膽囊紊亂、腸胃炎、糖尿病等疾病，并作為早產兒的能量來源[23-24]。對幼小動物來說，MCT 可改善動物的能量狀況，提高幼小動物的存活率[25]。

3.2 抗菌作用 研究表明GML 具有良好的抗菌活性，是脂肪酸及其衍生物中抗菌活性最強的物質[26]。GML 對革蘭氏陽性菌（G+）、部分革蘭氏陰性菌（G-）、霉菌、絲狀真菌及酵母菌等具有較好的抑制作用，而對部分G-（如大腸桿菌、沙門氏菌）的抑制作用較弱[26]。GML 對常見的病原菌（如芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、李斯特菌、鏈球菌、幽門螺桿菌、彎曲桿菌、酵母菌、霉菌、芽孢等）有很強的抑制作用[27-28]。Preuss 等[29]研究發(fā)現，當GML的濃度為0.062 5 mg/mL 時，就對金黃色葡萄球菌和分枝桿菌有很強的殺滅作用。Schlievert 等[30-31]研究發(fā)現，10～20 μg/mL GML 能顯著抑制A、B、F、G 型鏈球菌的生長，200～300 μg/mL GML 對葡萄球菌起抑制作用；當GML 濃度大于10 μg/mL 時，能明顯抑制炭疽桿菌的生長，當濃度達到5%（50 000 μg/mL）以上，可以有效殺死桿菌屬和梭菌屬的芽孢。Strandberg 等[32]研究發(fā)現，GML 能夠顯著抑制陰道念珠菌和加德納菌，而對優(yōu)勢菌屬乳酸桿菌沒有影響。Schlievert 等[33]研究發(fā)現，GML 不會抑制獼猴陰道乳酸菌的生成，不會改變黏膜菌群和完整性，長期使用GML 有助于乳酸菌的生長。

GML 的抑菌機理主要是通過影響細菌營養(yǎng)體細胞的細胞壁、細胞膜、代謝酶和蛋白質合成系統等，影響營養(yǎng)體細胞正常的物質代謝和能量代謝來實現抑菌作用。因G+、G-、酵母菌、真菌等的細胞壁結構不同，導致GML 對不同菌屬抑制效果的差異性。由于G+細胞壁肽聚糖（LOS）含量高，GML 較易通過，具有較強抑制效果[34-35]；部分G-的細胞壁脂多糖層的脂多糖分子具有O-特異性側鏈（如大腸桿菌、沙門氏菌等），具有較強的親水性，GML 無法滲透脂多糖層，阻止疏水性的GML 與生物膜的磷脂雙分子層等部位接觸，導致對其沒有抑制效果；而對于細胞壁是由脂寡糖（LOS）組成的部分G-菌（如淋病奈瑟菌、加德納菌、幽門螺桿菌、嗜血桿菌等），GML 具有良好的抑制效果[30,33]。

3.3 抗病毒作用 中鏈脂肪酸單甘酯都具有抗病毒特性，尤其是月桂酸單甘酯，具有較強的抗病毒功能，可以抑制病毒的感染和傳播，從而起到預防和治療相關的病毒性疾病的作用。Thormar 等[36]研究發(fā)現，中鏈單甘酯可結合包膜病毒中的脂質雙層結構，具有抗病毒特性，而GML 在濃度低至250 mg/mL 時就對單純性皰疹病毒、綿陽髓鞘脫落病毒等包膜病毒具有很強的抑制效果，可以顯著降低病毒的滴度。Isaacs 等[37]研究發(fā)現，GML 可顯著抑制流感病毒、口腔炎病毒和呼吸系統多核體病毒的增殖。Li 等[38]對感染猴免疫缺陷病毒（SIV）的恒河獼猴研究發(fā)現，通過陰道凝膠給藥試驗，GML可以有效抑制體內SIV 傳播，減少陰道切片組織中SIV的RNA 含量，降低子宮上皮細胞中促炎因子MIP-3α和IL-8 的表達等。Haase 等[39]在恒河獼猴中也得到同樣結論。GML 對多種囊膜病毒（如HIV 病毒、麻疹病毒、泡疹病毒、人嗜血淋巴細胞病毒、流感病毒）均具有抑制作用[40]。GML 抗囊膜病毒的機理在于月桂酸可以修飾病毒的膜蛋白，GML 由于親脂性作用插入病毒的囊膜，這些作用都會導致病毒復制能力的減弱或喪失，沒有復制能力的病毒就充當了抗原的角色，激發(fā)動物產生相應的抗體，從而起到了抗病毒的作用。

3.4 抗毒素作用 GML 能夠抑制細菌毒素的合成及由毒素介導的炎癥反應的能力。Peterson 等[35]報道GML可穩(wěn)定哺乳細胞細胞膜，經GML 處理后的紅細胞在低滲水溶液（0～0.05 mol/L 生理鹽水）或α-和β-葡萄球菌溶血素時，其紅細胞的裂解作用減弱，GML 可用于治療革蘭氏陽性細菌外毒素疾病，其機制可能是通過抑制信號傳導來穩(wěn)定細胞的細胞膜。Schlievert 等[30]報道GML 能有效阻斷或延遲致病性革蘭氏陽性菌產生的外毒素，當GML 濃度為10～20 ug/mL 時可抑制A、B、F、G 型鏈球菌的生長和外毒素的生成，包括熱原性外毒素和溶血素的生成；GML 可抑制金黃色葡萄球菌中溶血素（S.aureusElaboration of Hemolysin）、中毒性休克綜合征毒素1（Toxic Shock Syndrome Toxin 1，TSST-1）和剝脫毒素A（Exfoliative toxin A）的生成。Strandberg 等[41]研究結果顯示，GML 可減少陰道金黃色葡萄球菌外毒素的生成，進而減少白介素（IL）-8 促炎因子的生成；GML 能夠降低陰道TSST-1 和α-毒素生成，降低陰道炎癥反應。Prjan 等[34]研究發(fā)現，GML 通過干擾細菌細胞膜上的信號轉導來抑制β-內酰胺酶、TSST-1 和其他葡萄球菌外蛋白的合成，抑制了細菌毒素的合成。此外，GML 是一種有效的炭疽毒素生成抑制劑，可以阻斷毒素的產生[42]，有助于提高宿主的免疫能力。GML作為一種調節(jié)劑或抗菌化合物具有調節(jié)腸道菌群平衡的功能作用，GML 應用于人和動物相關疾病的預防具有重要的意義。

3.5 免疫調節(jié)功能 GML 對人和動物的免疫系統具有一定的調節(jié)作用，可以提高人和動物的免疫力。Peterson等[35]研究表明，GML 對促炎免疫因子白介素（IL）-2、干擾素（IFN）-γ、腫瘤壞死因子（TNF）-α、IL-10 等具有明顯的抑制效果，并在一定濃度下呈劑量依賴性。Mo 等[43]研究結果顯示，高劑量的（1 600 mg/kg）GML 可顯著提高小鼠血清中抗炎因子轉化生長因子（TGF）-β1 和IL-22 的含量，其能夠有效調節(jié)許多生物和生理過程，包括應對炎癥反應、內環(huán)境穩(wěn)定、細胞增殖和分化、免疫反應等。這表明GML 可通過降低促炎因子、提高抗炎因子的生成來有效的發(fā)揮抗炎作用。Li 等[38]證實5% GML 凝膠能降低巨噬細胞炎性蛋白3α（MIP-3α/CCL20）和IL-8（炎癥和HIV 易感性相關指標）的水平，抑制炎癥因子、趨化因子和細胞因子的表達，減輕先天性免疫炎癥反應。GML 可以通過抑制趨化因子和細胞因子來阻斷SIV 傳播[39]，GML 可降低T 細胞的增殖[44]。GML 可降低用TSST-1 刺激下的三磷酸肌醇（IP3）生成量，表明GML 處理降低了磷脂酰酶C-γ1（PLC-γ1）酶活性[35]。Zhang 等[45]研究發(fā)現，GML 選擇性地抑制胞質鈣內流和PI3K-AKT 信號軸，干擾T 細胞質膜動力學，通過干擾T 細胞信號級聯的成分來抑制T 細胞的功能，可抑制由TCR（T 細胞受體）和CD28 誘導的細胞因子的產生，顯著抑制了IL-2、IFN-γ、TNF-α和IL-10 等促炎因子的生成并呈一定的劑量依賴性，可作為一種新型的免疫抑制劑和抗菌劑。上述試驗均說明，GML 可通過多條途徑改善機體的炎癥反應，如對炎癥相關因子的調控、降低T 細胞增殖能力、改變炎癥相關酶活等，對改善人和動物機體的免疫功能具有積極的作用。

3.6 乳化和防腐作用 GML 具有良好的乳化性，是天然的乳化劑，其HLB 為5.2，不溶于水和甘油，在水中能形成穩(wěn)定的水合分散體。GML 是一種非離子型表面活性劑，其分子結構具有2 個親水基團（-OH）和1 個親油基團（-R），能降低液體表面的張力，是優(yōu)良的W/O 乳化劑，可促進動物對油脂的消化和吸收、提高飼料利用率、改善脂肪代謝[46-48]，廣泛應用于食品、化妝品、醫(yī)藥及畜牧等行業(yè)。

由于GML 廣譜的抑菌效果，對大多數細菌、酵母以及霉菌均具有較強的抑制作用，同時還能夠抑制多種原生動物和病毒的功效，其抑菌作用不會因為 pH 的改變而發(fā)生改變，一般pH 在4～8 均有效[49]。

4 GML 在動物生產中的應用

4.1 GML 在豬生產中的應用 飼糧中添加GML 可以有效改善豬的生產性能、免疫功能及肉品質量等。De Snoeck 等[50]研究表明，在仔豬日糧中添加GML 具有強大的抗菌性能。Dierick 等[51]采用含有椰子油和外源脂肪酶的日糧（在體內可生成GML）來飼喂斷奶仔豬，可以顯著提高斷奶仔豬的生產性能、穩(wěn)定腸道菌群且無毒副作用。李濤等[46]在斷奶仔豬日糧中添加0.4%GML，發(fā)現可顯著提高斷奶仔豬生產性能、改善脂肪代謝、抑制腸道有害菌等，顯著提高血清堿性磷酸酶的活性，而堿性磷酸酶與平均日增重呈正相關[52]，且斷奶前期效果更佳。蔣增良[53]研究發(fā)現，添加150 mg/kg GML 可調節(jié)斷奶仔豬的腸道菌群多樣性，增加短鏈脂肪酸的分泌，有效改善生長性能和緩解斷奶應激；而添加150 mg/kg GML 可顯著提高育肥豬的生長性能，改善肉品質量，降低肌肉中抗生素和重金屬殘留，提高畜產品的質量和安全。林觀誼[54]試驗結果顯示，GML 對切斷豬流行性腹瀉病毒（PEDV）垂直傳播、提高母豬疫苗免疫后初乳中PED-IgA 的滴度和仔豬黏膜免疫力水平具有重要作用。郭錫欽[55]發(fā)現，GML 能提升仔豬生長性能，降低腸道中有害菌數量，降低仔豬血清中豬繁殖與呼吸綜合征病毒（PRRSV）抗體和致炎性因子水平。以上試驗均表明，GML 可以顯著改善豬的生長性能和肉品質，調節(jié)腸道菌群，提高免疫和抗病毒能力，緩解仔豬的斷奶應激，無毒副且不會產生細菌的耐藥性和體內殘留，對豬的生長和健康具有正向積極的作用。

4.2 GML 在家禽生產中的應用 GML 在家禽生產中也得到了廣泛應用。Zhao 等[56]研究結果，在飼料中添加GML 可顯著提高蛋雞生產性能和蛋品質，顯著提高蛋雞的肝臟代謝和抗氧化能力，并降低腹部脂肪重量，對蛋雞的生產性能和生理功能具有積極的提升效果，且添加0.3 g/kg 時效果更佳。劉夢蕓[47]研究也表明，GML 可顯著提高雞蛋的蛋白高度、哈夫單位，增強蛋黃的顏色，顯著增加雞蛋中總蛋白含量以及組氨酸和谷氨酸含量，對蛋雞的生產性能、蛋品質、腹脂形態(tài)和雞蛋營養(yǎng)品質具有顯著的提升效果。Fortuoso 等[57]研究發(fā)現，添加100～300 mg/kg GML 可以顯著降低肉雞感染球蟲和細菌的幾率，同時顯著改善飼料轉化效率和肉品質。劉夢蕓[47]在肉雞日糧中添加150 mg/kg GML，發(fā)現可顯著提高肉雞飼料轉化率和腸道形態(tài)，顯著提高雞胸肉中必需脂肪酸、不飽和脂肪酸和氨基酸含量。Mustafa[48]研究結果顯示，添加4 g/kg GML 能顯著提高肉雞的日增重和飼料轉化率，免疫力顯著提高。綜上所述，GML 對肉雞和蛋雞的生產均具有積極的作用。

4.3 GML 在反芻動物生產中的應用 反芻動物牛、羊的消化特點是前胃（瘤胃、網胃、瓣胃）以微生物消化為主，主要在瘤胃內進行，皺胃和小腸的消化與非反芻動物類似，主要是酶的消化。由于反芻動物瘤胃的特殊作用，目前關于直接添加GML 對反芻動物影響的報道較為少見。Wieland 等[58]研究發(fā)現，在新生犢牛的飼糧中添加栗子和GML 可以顯著提高新生犢牛的存活率，顯著降低血糖濃度、谷氨酸脫氫酶（GLDH）和谷草轉氨酶（AST）的活力，對新生犢牛的肝功能有顯著的提升作用。Jordan 等[59]研究發(fā)現，每天飼喂250 g 椰子油可顯著提高肉用育肥母牛的日增重，腸道的甲烷排出量及瘤胃的原蟲數量顯著降低。但Sutter 等[60]研究發(fā)現，在育肥公牛飼糧中添加3% 椰子油可顯著降低公牛的日增重，與前者結果不一致。Bremmer 等[61]對奶牛真胃灌注同等劑量不同類型的脂肪酸（含C12:0），對瘤胃的發(fā)酵特性及營養(yǎng)物質的表觀消化率無明顯差異，但對采食量和腸道營養(yǎng)物質的消化率有明顯差異，可見MCTs 是在后腸道影響反芻動物的生產性能。Liu 等[62]研究發(fā)現，日糧中添加椰子油對綿羊的生長無抑制作用，但顯著降低了瘤胃液中產甲烷菌和原蟲的數量、瘤胃液中總揮發(fā)性脂肪酸濃度和產琥珀酸絲狀桿菌的數量，減少甲烷氣體的排放量。綜上所述，GML 對反芻動物的生長無副作用，GML 在反芻動物中的應用還有待進一步研究。

5 結 語

總體來說，GML 具有抗菌、抗病毒及免疫調節(jié)等多種生物學功能，是一種潛在的飼料抗生素替代品。添加適量的GML 能夠促進動物的生長性能，預防和治療相應的疾病，提高動物的生產性能和保障機體健康。值得注意的是，當前對GML 在動物生產中的研究相對較少，而且缺乏系統的基礎數據，GML 在動物生產中應用時的添加量、添加形式、配伍方式及日糧中其他營養(yǎng)素水平等還需要做進一步探討，加強GML 在動物生產中的應用效果和作用機理研究，對解決動物生產實踐和新型抗生素替代品的開發(fā)具有重要的理論和現實意義。