黃 葦，黎力之，廖曉鵬，關(guān)瑋琨，黃 曉，張海波*，郭冬生*

（1.宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，宜春市功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點實驗室，江西宜春 336000；2.宜春學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，江西宜春 336000；3.青島市畜牧獸醫(yī)研究所，山東青島 266000）

菊粉作為一種天然果聚糖類碳水化合物，存在于自然界內(nèi)百合科、莧菜科、菊科及禾本科等大多數(shù)雙子葉和單子葉植物塊莖、塊根中，主要由果糖基通過β-（2-1）糖苷鍵連接組合成線性果糖聚合物，不能被消化酶直接水解[1-2]。菊粉具有改善腸道環(huán)境[3]、增強免疫力[4]和調(diào)節(jié)脂肪代謝[5]等功能。菊粉在回腸和盲腸經(jīng)微生物發(fā)酵產(chǎn)生短鏈脂肪酸（Short Chain Fatty Acids，SCFA）、膽汁酸（Bile Acid，BA）和脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）等代謝產(chǎn)物，而這些代謝產(chǎn)物作為信號分子分別作用于G 蛋白偶聯(lián)受體（G Protein Coupled Receptors，GPCRs）、法尼醇受體（Farnesoid X Receptor，F(xiàn)XR）等信號通路調(diào)控動物脂肪代謝[6-8]。鑒于菊粉對腸道菌群及代謝產(chǎn)物生成有重要調(diào)節(jié)作用，其在調(diào)控動物脂代謝方面已成為極具應(yīng)用潛力的綠色添加劑。現(xiàn)階段菊粉通過腸道菌群及其代謝產(chǎn)物調(diào)控脂肪代謝相關(guān)信號通路的系統(tǒng)綜述還較少。本文重點綜述了菊粉通過腸道微生物調(diào)控動物脂代謝的作用機制及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用，為深入研究菊粉參與脂肪代謝通路的機制和畜牧生產(chǎn)提供參考。

1 菊粉通過腸道菌群對動物脂肪代謝的影響

菊粉參與宿主脂肪代謝的調(diào)控包括直接調(diào)控和間接影響。直接調(diào)控為菊粉通過影響腸道中微生物菌群參與宿主脂肪沉積，間接影響為菊粉通過影響腸道微生物菌群代謝物（如SCFAs、BA 和LPS 等）影響動物脂肪沉積。

1.1 菊粉通過腸道菌群對脂肪代謝的影響 菊粉因β-（2-1）糖苷鍵結(jié)構(gòu)的特殊性，不易被動物消化酶直接分解，可被腸內(nèi)微生物發(fā)酵利用[2]。動物攝入菊粉后，腸道內(nèi)有益菌豐度增加，如雙歧桿菌和嗜黏蛋白阿克曼氏菌[9]。Wu 等[3]利用菊粉飼喂仔豬后，發(fā)現(xiàn)盲腸厚壁菌門和擬桿菌門比例降低。其中嗜黏蛋白阿克曼氏菌數(shù)量增加可預(yù)防脂肪性肝炎、降低血清甘油三酯，減少脂肪沉積[10]。盲腸羅斯氏菌、雙歧桿菌、乳酸菌等腸道益生菌能緩解胰島素抵抗和降低血脂，改善機體脂肪代謝[11]。表明菊粉作為添加劑可有效改善腸道微生物結(jié)構(gòu)，增加益生菌豐度，調(diào)節(jié)動物脂代謝。

1.2 菊粉通過菌群代謝產(chǎn)物對動物脂肪代謝的影響 菊粉攝入后被乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬及糞桿菌屬等吸收利用，SCFAs 分泌增加[12]。Igarashi 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，高脂日糧添加菊粉飼喂小鼠12 周后，小鼠糞便中乙酸、丙酸和丁酸水平提高。SCFAs 作為信號分子，可激活GPCRs 通路中GPR43 和GPR41 特定細胞表面受體從而達到調(diào)節(jié)脂肪代謝的作用[6]。其中乙酸通過調(diào)節(jié)GPR43 控制脂肪代謝，抑制腎上腺素分泌，誘導(dǎo)脂肪分解[14]。當(dāng)機體內(nèi)乙酸達到一定濃度時，瘦素基因表達量上升[15]。瘦素主要存在于白色脂肪中，與能量代謝密切相關(guān)，瘦素分泌不足時機體會出現(xiàn)多種不良癥狀，如皮下脂肪堆積、免疫缺陷、食欲過盛等[16]。Song 等[17]研究發(fā)現(xiàn)，菊粉通過腸道菌群介導(dǎo)的瘦素腺苷酸活化蛋白激酶（Adenylate Activated Protein Kinase，AMPK）信號通路對肥胖小鼠的代謝紊亂有治療作用。此外，Hiroko 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，GPR43 能影響胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，增加胰島素分泌，促進糖脂代謝，降低血糖水平。丁酸激活GPR41 受體，誘導(dǎo)分泌腸道運動抑制激素-酪酪肽（Peptide YY，PYY）[19]。PYY 誘導(dǎo)絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen Activated Protein Kinase，MAPK）磷酸化激活MAPK 信號通路，促進腸道上皮細胞生長，調(diào)控機體能量代謝[20]。丙酸除經(jīng)GPCRs 通路調(diào)節(jié)糖脂代謝外，還誘導(dǎo)腦-腸軸信號傳遞，激活交感神經(jīng)系統(tǒng)，調(diào)控去甲腎上腺素、胰高血糖素和脂肪酸結(jié)合蛋白的分泌，參與三羧酸循環(huán)調(diào)節(jié)肝臟糖異生，進而影響糖脂代謝[21]。綜上所述，菊粉介導(dǎo)下SCFAs 可調(diào)控脂肪代謝（圖1），但SCFAs 如何從外周神經(jīng)系統(tǒng)傳遞信號對脂肪代謝產(chǎn)生影響還有待研究。

圖1 菊粉介導(dǎo)SCFAs 對脂肪代謝的信號網(wǎng)絡(luò)

Wang 等[22]利用菊粉飼喂育肥豬發(fā)現(xiàn)，膽汁酸水平上升，肝臟甘油三酯含量降低，減少脂肪沉積。BA作為信號分子激活腸道、肝臟以及脂肪組織內(nèi)受體，調(diào)節(jié)膽固醇、甘油三酯等脂肪代謝[7]。BA 通過FXR/G 蛋白偶聯(lián)的膽汁酸受體（Takeda G-protein-coupled Receptor 5，TGR5）等通路對糖脂代謝進行調(diào)控。一方面激活FXR，誘導(dǎo)肝臟清道夫受體B 類1 型表達并降低循環(huán)總膽固醇和高密度脂蛋白膽固醇的濃度，增加逆向膽固醇轉(zhuǎn)運，還能支配肝臟糖異生，使低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白攝取增加[23]。Xia 等[24]研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加菊粉增加肉雞低密度脂蛋白和極低密度脂蛋白水平，進而減緩脂肪沉積。Huang 等[25]添加菊粉飼喂高脂飲食倉鼠8 周后，血清甘油三酯和總膽固醇水平降低，有效改善脂肪代謝。另一方面BA 通過上調(diào)載脂肪蛋白CII、載脂蛋白e和磷脂轉(zhuǎn)運蛋白表達，提高血清膽固醇和甘油三酯含量[23]。菊粉降低肝臟和血清總膽固醇合成關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子SET結(jié)合因子2和脂代謝酶基因表達，加快代謝物中BA 和中性甾醇的清除[26]。此外，BA 刺激骨骼肌和棕色脂肪組織中TGR5 信號通路，將II 型碘腺苷脫碘酶局部激活，活化甲狀腺素調(diào)節(jié)細胞內(nèi)能量代謝，而在肝巨噬細胞中，激活TGR5 會抑制LPS 所誘導(dǎo)的細胞因子產(chǎn)生[27]。菊粉促進腸道菌群代謝BA，進而激活FXR、TGR5 等信號通路，參與肝臟糖異生等能量代謝，但其是否影響腸道菌群其他分泌物，再控制機體本身膽汁合成分泌的機制還有待深入研究。

在JAK-STAT 途徑中，LPS 激活非受體型酪氨酸蛋白激酶2 型（Janus Kinase 2，JAK 2）受體，使信號傳導(dǎo)與活化轉(zhuǎn)錄因子3（Signal Transducer and Activator of Transcription 3，STAT 3）發(fā)生磷酸化，誘導(dǎo)前脂肪細胞中胞漿型磷脂酶A2（Cytosolic Phospholipase A2，cPLA 2）基因表達，進而促進前脂肪細胞增殖和脂肪合成[8]。研究發(fā)現(xiàn)，菊粉飼喂Ⅱ型糖尿病動物模型，試驗鼠血漿中LPS 含量顯著減少，炎性細胞因子IL-1和腫瘤壞死因子-α（Tumor Necrosis Factorα，TNF-α）表達降低，可有效抑制腸道炎癥發(fā)生[28]。另外，在AMPK 通路中，LPS 激活A(yù)MPK，增加cPLA 2基因表達，使相對獨立的前脂肪細胞和脂肪細胞產(chǎn)生通路及活性增加，導(dǎo)致脂肪細胞堆積[29]。王娟等[30]研究發(fā)現(xiàn)，菊粉通過上調(diào)AMPK表達量，降低大鼠體內(nèi)血脂、血糖和胰島素含量，證明菊粉可通過調(diào)控AMPK表達控制機體脂肪代謝。Grisouard 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，LPS啟動核因子κB 抑制劑激活酶β蛋白（IκB kinase beta protein，IKKβ）/核轉(zhuǎn)錄因子（Nuclear Factor-kappa B，NF-κB）通路后，激活I(lǐng)κBα 激酶并使其磷酸化，上調(diào)炎細胞因子IL-6和IL-8的mRNA 表達，引發(fā)炎癥反應(yīng)。菊粉還可以提高血清中胰高血糖素樣肽-1 水平，減少IL-6 分泌，抑制肝臟糖異生，降低胰島素耐受性，促進機體對葡萄糖攝取和利用[32]。綜上所述，菊粉通過LPS 分別介導(dǎo)JAK-STAT、AMPK 和IKKβ/NF-κB 等信號通路對脂肪代謝進行調(diào)控，但是菊粉抑制內(nèi)毒素分泌的機制相關(guān)文獻較少，菊粉介導(dǎo)的機體內(nèi)LPS 水平仍需要進一步的研究論證。

2 菊粉在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

菊粉被腸道菌群分解產(chǎn)生SCFAs、BA、乳酸等分泌物，可增強機體免疫力，調(diào)控脂代謝，提高動物生產(chǎn)性能。在家畜方面，Wang 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，育肥豬日糧中添加0.5%菊粉能降低豬血清中膽固醇和血糖含量，促進脂代謝，增大腰部眼肌面積，提高育肥期豬平均日增重和屠宰率。Robak 等[34]實驗發(fā)現(xiàn)在日糧中添加2%菊粉能引起育肥豬體內(nèi)腎皮質(zhì)、髓質(zhì)中20 和26 個蛋白點的表達變化，而添加4%菊粉導(dǎo)致腎皮質(zhì)和髓質(zhì)中44 和24 個蛋白點表達的變化，2 種菊粉添加量都能有效調(diào)控與能量代謝相關(guān)蛋白質(zhì)表達，如菊粉通過調(diào)控葡萄糖磷酸化酶和糖酵解酶活性影響腎臟糖異生進而降低血糖濃度，對育肥豬腎臟健康有積極作用。對于斷奶仔豬，日糧添加菊粉可增加腸道內(nèi)乳酸菌數(shù)量，提高密封蛋白、緊密連接蛋白和黏蛋白等腸內(nèi)屏障功能相關(guān)基因表達量，加強腸道屏障作用[12]。Barszcz 等[9]在日糧中添加菊粉飼喂仔豬50 d 后，試驗組豬體內(nèi)盲腸上皮內(nèi)淋巴細胞數(shù)量增加，機體免疫功能增強。在反芻動物方面，采用添加菊粉的日糧飼喂肉牛42 d，瘤胃SCFAs濃度增加，可促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收改善能量代謝，肉牛采食量、飼料利用率和日增重等生長性能指標(biāo)均有顯著提高[35]。犢牛飼喂添加菊粉日糧56 d 后，試驗組犢牛平均日增重高于對照組約0.7 kg，證明菊粉對牛生長性能有正向作用[36]。在家禽方面，菊粉多用于提高肉雞、蛋雞的生產(chǎn)性能，增加產(chǎn)蛋率及延長雞蛋保質(zhì)期。研究發(fā)現(xiàn)，相較于對照組，日糧中添加4%菊粉可改善肉雞腸道菌群結(jié)構(gòu)，增加乳酸菌和擬桿菌豐度，血清中甘油三酯含量降低31.3%，免疫球蛋白M 水平顯著增加，肉雞脂代謝和免疫系統(tǒng)功能得到改善，顯著提高日增重[24]。Shang 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，添加15 g/kg 菊粉后蛋雞平均蛋重和產(chǎn)蛋率分別較對照組提高2.54%、3.09%。在蛋雞日糧中添加15～20 g/kg 菊粉后，蛋黃對1,1-二苯基-2-三硝基苯肼和2,2-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸）二銨鹽自由基的清除活性提高，且蛋黃總酚含量和鐵還原力增加，延長雞蛋保質(zhì)期[38]。Stefaniak 等[39]在孵化期間給雞蛋注射菊粉和乳酸菌的混合物，發(fā)現(xiàn)可提高孵化后雛雞血清中IgG，加強雛雞抗原免疫防御。目前，菊粉在畜禽動物上的研究主要集中于增強機體免疫機能、調(diào)控脂代謝、改善動物生產(chǎn)性能等方面，但菊粉能否提高畜禽肉、乳產(chǎn)品質(zhì)量等還有待深入研究。

3 結(jié) 語

菊粉通過改善腸道菌群環(huán)境及其代謝物調(diào)控機體脂肪代謝能力。在菌群方面，菊粉通過增大厚壁菌門、擬桿菌門比例，加快機體消化作用。在菌群代謝物方面，菊粉通過影響代謝物含量參與脂肪代謝相關(guān)通路：①提高SCFAs 水平，激活GPCRs 途徑調(diào)控瘦素、胰島素和腎上腺素等激素分泌以及肝臟糖異生，減少脂肪沉積；②促進次級BA 的合成，介導(dǎo)FXR/TGR5 通路降低機體總膽固醇和甘油三酯含量；③減少LSP 分泌，進而抑制JAK-STAT、AMPK 和IκBκ/NF-B 通路表達，降低炎性因子與脂肪細胞合成。目前，菊粉在維護腸道健康、減少脂肪沉積方面的研究逐漸增多，其在調(diào)控畜禽生長性能方面的潛力越來越明顯，但菊粉是否能夠改善棕色脂肪代謝、不同聚合度菊粉對脂肪代謝的調(diào)控機制研究尚淺。