崔志娟 齊 鳴 譚碧娥*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長沙 410128；2.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，動物營養(yǎng)生理與代謝過程實(shí)驗(yàn)室，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽生產(chǎn)污染控制與廢物利用國家工程實(shí)驗(yàn)室，長沙 410125)

仔豬腸道上皮細(xì)胞對能量的需求較高，在細(xì)胞分裂、胞質(zhì)分裂、細(xì)胞運(yùn)動、物質(zhì)運(yùn)輸以及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面均需要消耗能量[1]。仔豬從出生時起就具有較高的脂肪酶活性，在未斷奶時可以很好地利用母乳提供能量[2]。斷奶后，仔豬的飼糧由較高消化率的母乳替換成消化率相對較低的淀粉類飼糧[3-4]，這導(dǎo)致能量攝入不足，進(jìn)而影響仔豬維持腸上皮的結(jié)構(gòu)和功能。由于早期斷奶下調(diào)了仔豬腸上皮細(xì)胞的三羧酸循環(huán)、脂肪酸氧化和糖酵解等途徑[5]，而正常的黏膜細(xì)胞能量狀態(tài)是緩解斷奶應(yīng)激、提高仔豬生長性能的重要保證[6]。中鏈脂肪酸甘油三酯(medium-chain fatty acid triglyceride，MCT)作為一種能量來源，在治療脂肪代謝疾病和糖尿病等方面具有良好的作用效果[7-8]。MCT能夠快速氧化供能，可以補(bǔ)償仔豬斷奶后能量不足等缺陷，并且對機(jī)體產(chǎn)生抗菌、免疫等作用。在脂肪酶的作用下，MCT在體內(nèi)被催化水解，隨后釋放出具有生物活性的中鏈脂肪酸(medium-chain fatty acid，MCFA)和單甘酯衍生物，能夠支持豬的生長發(fā)育[9-10]。本文就MCT的消化吸收特性、抗菌機(jī)制和改善腸道屏障功能以及在仔豬生產(chǎn)上的應(yīng)用進(jìn)行綜述，旨在為MCT作為新型飼糧添加劑調(diào)控仔豬腸道健康提供理參考。

1 MCT的消化吸收特性

MCFA是一種具備6～12個碳原子的單羧酸，一般以MCT的形式廣泛存在于乳脂、棕櫚油、椰子油和菜籽油等物質(zhì)中[11]。純的MCFA由于具有較難聞的不良?xì)馕峨y被畜禽接受[12]，在動物飼料中一般是以MCT的形式存在。與長鏈脂肪酸甘油三酯(long-chain fatty acid triglyceride，LCT)相比，MCT的碳鏈相對較短、熔點(diǎn)較低且分子質(zhì)量相對較小，在室溫下常呈現(xiàn)為液態(tài)，水解速率更快。MCT有更高的水溶性，能形成粗乳狀顆粒，進(jìn)入水溶液的速度和程度更高，這增加了其與胃腸道脂肪酶相互作用的有效表面積[13]。腸道可以快速地吸收由脂肪酶水解產(chǎn)生的MCFA，MCFA的分子和解離常數(shù)(pK)值較小，再酯化的可能性低，可以不形成乳糜微粒直接通過門靜脈系統(tǒng)運(yùn)輸?shù)礁闻K中[2,14]。大多數(shù)MCFA以游離形式被動擴(kuò)散吸收，但也表現(xiàn)出以?；サ男问奖晃誟11]。MCFA和長鏈脂肪酸(long-chain fatty acid，LCFA)進(jìn)入線粒體內(nèi)膜的方式不一致。在細(xì)胞液中，活化的LCFA(脂酰輔酶A)不能直接通過線粒體內(nèi)膜。在酯鍵作用下，脂酰輔酶A連接在肉堿分子的羥基上，以脂?；男问娇缛刖€粒體內(nèi)膜，從而進(jìn)入到基質(zhì)中。相反地，被腸道吸收的MCFA不依賴肉堿系統(tǒng)，直接進(jìn)入到細(xì)胞的線粒體中進(jìn)行β-氧化[15]。

MCFA在進(jìn)行β-氧化前需要進(jìn)行ω-氧化，使脂肪酸的末端甲基發(fā)生氧化形成羥甲基，再次氧化形成羧基，最終形成二羧酸，在二羧酸的2側(cè)末端開始進(jìn)行β-氧化。在β-氧化的過程中不僅會釋放ATP，并且能夠產(chǎn)生乙酰輔酶A和酮體。乙酰輔酶A作為三羧酸循環(huán)的主要底物[16]，其進(jìn)入三羧酸循環(huán)后被完全氧化成二氧化碳和水，同時釋放出能量。圖1為MCT的消化吸收代謝途徑[17]。

圖1 MCT的消化吸收代謝途徑

2 MCT的生物學(xué)功能

2.1 MCFA的抗菌作用

動物腸道是一個錯綜復(fù)雜的微生物系統(tǒng)，其微生物菌群的組成和變化與仔豬的生長發(fā)育密切相關(guān)。MCFA表現(xiàn)出對病原菌強(qiáng)大的抑制活性，其抗菌機(jī)制主要為以下2種：1)大多數(shù)的MCFA都是以脂溶性的形式存在體內(nèi)，因此能夠直接穿透細(xì)菌的細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。MCFA進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)后通過破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而使細(xì)菌發(fā)生代謝障礙和衰竭的現(xiàn)象[2]。Wang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，癸酸單甘酯能破壞金黃色葡萄球菌和枯草芽孢桿菌的細(xì)胞膜，使其通透性發(fā)生改變，導(dǎo)致蛋白質(zhì)、核酸、金屬離子等細(xì)胞成分外泄，阻礙大分子或變性蛋白質(zhì)的合成[19]。Bergsson等[20]的研究與上述研究結(jié)果一致，其通過雙色熒光和電子顯微鏡檢測表明，癸酸單甘酯是通過破壞金黃色葡萄菌的細(xì)胞膜使其死亡，而細(xì)胞壁始終保持完整狀態(tài)。辛酸和月桂酸具有同樣的抗菌效果。用辛酸處理過的大腸桿菌和用月桂酸處理過的產(chǎn)氣莢膜桿菌，通過透射電鏡顯示胞質(zhì)結(jié)構(gòu)受損并且產(chǎn)氣莢膜桿菌的內(nèi)外膜受到了分離[21]。通過破壞梭狀芽胞桿菌的細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)，初榨椰子油中的月桂酸能顯著抑制梭狀芽胞桿菌的生長[22]。同時，MCFA可以通過破壞細(xì)胞壁而產(chǎn)生抗菌作用。癸酸單甘酯能降低綠膿桿菌和大腸桿菌的脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)吸光度[18]。LPS是綠膿桿菌和大腸桿菌細(xì)胞壁的主要成分，在維持細(xì)胞正常功能和代謝方面起著重要作用。LPS吸光度的降低提示癸酸單甘酯破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁從而使細(xì)胞生長受到抑制。2)MCFA的抗菌機(jī)制與其降低細(xì)胞的pH有關(guān)。MCFA在進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞后產(chǎn)生氫離子(H+)，為維持細(xì)胞體內(nèi)的酸堿平衡，細(xì)胞通過消耗能量泵出多余的H+從而導(dǎo)致自身能量代謝紊亂，造成細(xì)胞衰竭。且隨著H+的積累，細(xì)胞內(nèi)外會形成pH高低差，酸敏感型細(xì)菌則被抑制殺死[23]。然而，本身產(chǎn)酸的乳酸桿菌具有抗酸能力，對乙酸、丙酸、丁酸和乳酸的耐酸效果良好[24]，在較低pH時不易造成損傷。

近年來，在禁止使用抗生素之后，研究人員開始對MCFA的抗菌活性進(jìn)行了深入研究。脂肪酸碳鏈長度的不同導(dǎo)致了脂肪酸抗菌的效果不一致，從C8到C12，每增加2個碳原子相應(yīng)的抑菌效果增加3.5倍，但C4、C6、C16和C18對細(xì)菌生長的抑制作用不明顯[25]。芽孢桿菌和梭狀芽孢桿菌具有很強(qiáng)的抗殺傷能力，然而月桂酸單甘酯能夠殺死需氧的炭疽芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌以及厭氧產(chǎn)氣莢膜梭菌等有害菌[26]。同時，在Batovska等[27]的研究中發(fā)現(xiàn)，月桂酸單甘酯對葡萄球菌和鏈球菌的抑制作用最明顯，抗菌效果強(qiáng)于辛酸、癸酸及其他酯類；但是辛酸通過降低大腸桿菌的數(shù)量，對仔豬空腸和回腸中的大腸桿菌也表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗菌作用[28]。

2.2 MCT對仔豬腸道屏障的作用

在仔豬斷奶過程中容易引起腸道屏障的損傷，包括絨毛高度的降低和隱窩深度的升高等[29-30]。MCT由于可以迅速提供能量，首先可以通過改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)和緊密連接蛋白的表達(dá)促進(jìn)對腸道的保護(hù)作用。補(bǔ)充MCT能夠提高空腸的重量和促進(jìn)空腸中上皮細(xì)胞的更新，并加快上皮細(xì)胞沿隱窩-絨毛軸的遷移速率進(jìn)而促進(jìn)腸道的發(fā)育[31]。此外，小腸絨毛高度和隱窩深度影響腸上皮細(xì)胞的發(fā)育和功能。MCT促使腸道絨毛高度提高和隱窩深度降低，并且提高仔豬對干物質(zhì)、氮和能量的消化率以及蛋白質(zhì)的消化率[32-34]，這表明MCT可通過改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)促進(jìn)腸上皮細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，進(jìn)一步為腸道提供能量保障。緊密連接作為上皮細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞板細(xì)胞之間的一種黏附方式，是機(jī)體溶質(zhì)通過細(xì)胞間隙向腸靜脈擴(kuò)散的主要屏障[35]，對于維持腸上皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)完整性、保護(hù)腸道屏障功能、防止細(xì)菌內(nèi)毒素和有毒大分子進(jìn)入體內(nèi)是必不可少的[36]。腸道屏障的重要組成部分包括了閉合蛋白-1(claudin-1)、封閉蛋白(occludin)和緊密連接蛋白-1(ZO-1)，MCFA能調(diào)節(jié)Caco-2細(xì)胞的occludin和ZO-1的分布以促進(jìn)細(xì)胞間隙的穩(wěn)定[37]。同時，MCT通過提高claudin-1、occludin和ZO-1的表達(dá)，使仔豬腸道屏障得到改善[38]。

此外，MCT可以促進(jìn)腸細(xì)胞分泌黏蛋白(mucin，MUC)和宿主防御肽(host defense peptide，HDP)等保護(hù)腸道健康。腸MUC的主要功能是形成覆蓋腸上皮表面的黏液層，其在保護(hù)腸上皮屏障的完整性方面起著重要作用。MCT能夠顯著提高小鼠空腸中MUC2的表達(dá)水平，從而改善大腸桿菌誘導(dǎo)的小鼠腸道屏障功能障礙[39]。HDP主要由潘氏細(xì)胞產(chǎn)生，具有抗菌、免疫和保護(hù)腸道屏障等功能[40]。人源抗菌肽LL-37通過介導(dǎo)P2X嘌呤能受體、表皮因子受體和p38絲裂原活化蛋白激酶，從而誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生黏蛋白[41]。此外，MCFA對HDP的誘導(dǎo)作用雖然不及短鏈脂肪酸強(qiáng)烈，但是含有6～8個碳原子的MCFA對豬腸道的J2細(xì)胞以及雞的巨噬細(xì)胞、原代單核細(xì)胞中HDP的表達(dá)具有明顯的誘導(dǎo)作用[42-43]，這提示MCFA能夠通過調(diào)節(jié)HDP誘導(dǎo)MUC的產(chǎn)生進(jìn)而保護(hù)腸道屏障。

2.3 MCFA的免疫作用

MCFA已被證明具有良好的免疫調(diào)節(jié)作用。MCFA可通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子的表達(dá)促進(jìn)機(jī)體的免疫功能。G蛋白偶聯(lián)受體(G protein-coupled receptor，GPR)是一種在免疫細(xì)胞中高度表達(dá)的信號蛋白，而MCFA能夠作為GPR84的配體。單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中的GPR84能被MCFA激活[44]，且GPR84可通過激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路促進(jìn)自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)成熟和發(fā)育[45]。此外，分離自胸導(dǎo)管淋巴的樹突狀細(xì)胞與MCFA和LCFA進(jìn)行體外培養(yǎng)時均表現(xiàn)出了吞噬活性[46]。

Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)通路和核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白(nucleotide binding oligomerization domain protein，NOD)通路在機(jī)體免疫和發(fā)生炎癥時發(fā)揮重要作用，它們能進(jìn)一步激活核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路，進(jìn)而釋放炎癥因子參與免疫應(yīng)答。骨髓分化因子88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)、白細(xì)胞介素-1受體相關(guān)激酶1(interleukin-1 receptor-associated kinase 1，IRAK1)、腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6，TRAF6)是TLR通路的下游信號分子，當(dāng)TLR通路激活時其表達(dá)增加。MCFA通過降低MyD88、IRAK1、TRAF6、NOD1、NF-κB的表達(dá)水平，抑制了TLR通路和NOD通路，進(jìn)而抑制NF-κB通路減少炎癥因子的表達(dá)[47]。MCT可以提高小鼠分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A,IgA)和白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-10的表達(dá)，降低促炎因子和腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha,TNF-α)、IL-18等的表達(dá)進(jìn)而減少腸道損傷[48]。Lee等[49]研究了在免疫抑制劑環(huán)磷酰胺處理后癸酸對仔豬的腸道氧化應(yīng)激、炎癥和屏障功能的影響，發(fā)現(xiàn)癸酸能夠顯著降低炎癥因子TNF-α、IL-6和丙二醛(malondialdehyde，MDA)的表達(dá)，相反地提高了超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase，GPx)的表達(dá)，表明癸酸能有效緩解仔豬的氧化應(yīng)激，促進(jìn)腸道免疫功能的提高。此外，在體外細(xì)胞模型中，辛酸和壬酸通過使經(jīng)典組蛋白去乙酰化酶途徑的活性下降，且能夠提高啟動子組蛋白-3-賴氨酸-9(histone-3-lysine-9，H3K9)水平，進(jìn)而誘導(dǎo)內(nèi)源性HDP(如β-防御素)的表達(dá)水平來保護(hù)腸道免疫屏障[50]。

2.4 MCT的供能作用

MCFA作為一種能量補(bǔ)充劑，可以補(bǔ)充到新生兒和幼小畜禽的飲食中改善他們的能量供應(yīng)。MCFA在被運(yùn)輸?shù)礁闻K中之后進(jìn)行氧化，在氧化不完全時會產(chǎn)生酮體。酮體溶于水且分子小，能通過肌肉毛細(xì)血管壁和血腦屏障；并且心臟、肌肉和大腦等組織中含有降解酮體活性的酶，能夠使酮體重新進(jìn)行氧化，因此酮體是一種很好的能量來源[51]。人體在補(bǔ)充MCT 8 h后血漿中酮體含量顯著升高[52]；MCT的混合物不僅能誘導(dǎo)酮體的產(chǎn)生，而且能激活GPR40受體和恢復(fù)老年大鼠β細(xì)胞功能，為糖尿病的治療提供了新的思路[53]。

MCFA在肝臟中氧化完全時產(chǎn)生的乙酰輔酶A，通過進(jìn)一步的三羧酸循環(huán)氧化脫氫釋放出能量提供給機(jī)體。對己酸酯和辛酸酯進(jìn)行放射性標(biāo)記，Odle等[54]研究發(fā)現(xiàn)，仔豬在攝入MCT 3.5 h后MCT的氧化率是最高的，能滿足仔豬48%的能量需求。在仔豬攝入MCT后12 h以內(nèi)，每隔1 h測定二氧化碳的生成量以估計(jì)MCT氧化的速率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在喂食后的第12 h吸收速率是最快的，且辛酸比油酸更容易被氧化，可提供初生仔豬維持所需能量的24.2%[55]。此外，MCFA能夠改善母豬的繁殖性能和提高仔豬存活率，其中出生時體重<900 g的豬存活率提高最大[56]。MCFA可能通過母乳傳遞作用，使仔豬充分利用MCFA提供能量，進(jìn)而保障仔豬的生長需要。

3 MCT在仔豬上的應(yīng)用

近年來，由于能快速提供能量和保護(hù)腸道屏障功能，MCT被廣泛應(yīng)用在畜禽養(yǎng)殖業(yè)，在仔豬上的研究也越來越多。然而MCT對斷奶仔豬的生長性能改善的結(jié)果存在差異。飼糧添加10%的MCT對仔豬生長性能無顯著影響，采食量、日增重和料重比均無顯著變化[57-58]。含有辛酸和癸酸的MCT，在仔豬飼喂前2周能提高仔豬的體重，但是35 d后與對照組之間無顯著差異[59]。用MCT代替大豆油，飼喂仔豬在第14天時提高了生長性能(平均日增重和料重比改善)，但是整個試驗(yàn)期統(tǒng)計(jì)起來差異微小，各組之間差異不顯著[60]。相反地，Chwen等[61]研究發(fā)現(xiàn)，MCFA能提高生長性能，這有可能是因?yàn)镸CFA促進(jìn)了腸道的發(fā)育，提高了絨毛高度和降低了隱窩深度。飼糧添加MCFA后能提高營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和提高生長性能，這與MCFA對小腸上皮細(xì)胞功能和腸道形態(tài)(絨毛長度和隱窩深度)有著直接或者間接的作用有關(guān)，其增加的吸收表面可以促進(jìn)更多的營養(yǎng)物質(zhì)吸收以使仔豬更有效地利用生長所需的養(yǎng)分。也有學(xué)者認(rèn)為，MCFA能夠提高仔豬生長性能主要是因?yàn)镸CFA的抗菌作用[2]。Kuang等[62]用有機(jī)酸和MCFA的混合物研究其替代抗生素的可行性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)含有MCFA的混合物能夠顯著提高仔豬采食量和體增重，乳酸桿菌的增加促進(jìn)了對營養(yǎng)物質(zhì)的發(fā)酵，同時回腸中氨基酸的表觀消化率得到提高。

4 小 結(jié)

總得來說，仔豬飼糧添加適量的MCT對腸上皮細(xì)胞而言是一種良好的能量來源。MCT在腸道中被消化酶分解成脂肪酸后，可快速地為仔豬提供能量，從而緩解斷奶應(yīng)激導(dǎo)致的能量供應(yīng)不足。此外，MCT具有抗菌活性和免疫促進(jìn)的作用，可以作為仔豬生產(chǎn)中一種綠色有效的抗生素替代品。MCT在母豬上的應(yīng)用也有少量研究，其結(jié)果可以提高母豬的繁殖性能和通過母乳將MCT傳遞給仔豬進(jìn)而提高仔豬的生長性能。但是MCT在母豬上的研究較少，尚缺乏數(shù)據(jù)材料支撐，因此MCT具有廣闊的應(yīng)用前景，加強(qiáng)其在豬生產(chǎn)上的研究，有利于促進(jìn)新型飼料的開發(fā)與利用。