許青松，楊冰慧，李 兵，馬金龍，朱鋒釗，黃雪飛

(1.大連民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院 生物技術(shù)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116605；2.銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院 農(nóng)學(xué)院，貴州 銅仁 554300)

中國已成為世界上最大的農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖國，然而養(yǎng)殖業(yè)過度依賴抗生素和藥物的使用，容易引起養(yǎng)殖動物消化系統(tǒng)及免疫系統(tǒng)功能障礙，導(dǎo)致動物腹瀉和生長抑制，甚至死亡等，同時嚴(yán)重影響?zhàn)B殖動物的抗病能力和肉產(chǎn)品質(zhì)量[1]。國家農(nóng)業(yè)農(nóng)村部已發(fā)布194號公告“自2020年1月1日起，退出除中藥外的所有促生長類藥物飼料添加劑品種，減少抗生素造成的危害，維護(hù)動物源食品安全和公共衛(wèi)生安全”。隨著人們對動物性產(chǎn)品消費(fèi)量的增加以及對食品安全認(rèn)識的增強(qiáng)，研發(fā)綠色環(huán)保的飼料添加劑已經(jīng)迫在眉睫。飼用寡糖因其無毒、無害、無污染等特點(diǎn)，而且養(yǎng)殖動物飼用后不產(chǎn)生殘留，并在生理與功能上具有多種功效而受到關(guān)注。鑒于飼用寡糖所表現(xiàn)出的良好生物學(xué)活性及“綠色環(huán)?！钡奶攸c(diǎn)，已被研究學(xué)者和養(yǎng)殖企業(yè)應(yīng)用到家畜[2]、家禽[3]、反芻[4]、水產(chǎn)[5]等領(lǐng)域。本文旨在總結(jié)飼用寡糖的種類、特點(diǎn)、功能和作用機(jī)理，探究飼用寡糖的研究價值和未來的發(fā)展方向。

1 飼用寡糖添加劑的種類及特點(diǎn)

寡糖是一種由2～10個單糖基團(tuán)經(jīng)相同或不同糖苷鍵連接而成的低分子聚合物，按照寡糖的作用方式分為普通寡糖和功能寡糖[6]。普通寡糖進(jìn)入胃腸道后被消化吸收，作為能量來源被機(jī)體利用，如蔗糖、麥芽糖等。功能寡糖不易被腸道消化酶直接降解，卻可以被腸道菌群選擇性利用，轉(zhuǎn)變成短鏈脂肪酸等小分子[7]。多數(shù)功能寡糖都可以作為飼用寡糖被養(yǎng)殖動物利用，如殼寡糖、果寡糖、木寡糖等。按照寡糖的來源，可把寡糖分為三大類[8]：植物來源的寡糖，如木寡糖是通過降解玉米芯獲得，大豆寡糖可以從大豆中提取獲得；動物來源的寡糖，如殼寡糖和幾丁寡糖是通過降解蝦蟹殼獲得；微生物來源的寡糖，如甘露寡糖可以從釀酒酵母細(xì)胞壁中提取獲得，三種不同來源的寡糖均可作為飼用寡糖添加到飼料中。國內(nèi)外研究與應(yīng)用較多的飼用寡糖包括木寡糖、殼寡糖、甘露寡糖、果寡糖、半乳甘露寡糖、幾丁寡糖、褐藻酸寡糖、卡拉膠寡糖、大豆寡糖、果膠寡糖、低聚異麥芽糖、低聚半乳糖、瓊膠低聚糖等。其中一些寡糖已通過我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部審批，入選《飼料添加劑品種目錄(2013)》，主要有殼寡糖、木寡糖、果寡糖、甘露寡糖、半乳甘露寡糖、褐藻酸寡糖、低聚半乳糖、低聚異麥芽糖等8種。飼用寡糖除具有通用寡糖特點(diǎn)外，更具有多種生物學(xué)功能，適合作為飼料添加劑，促進(jìn)養(yǎng)殖動物的生長或者改善養(yǎng)殖動物的健康狀況[9]。

2 飼用寡糖的生理功能及作用機(jī)理

2.1 促進(jìn)生長

在飼料中添加一定劑量的飼用寡糖能夠改善動物的生長性能，提高養(yǎng)殖動物的平均日增重和采食量。研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬飼料中添加殼寡糖，顯著提高仔豬的平均日增重[10]；在肉雞日糧中添加甘露寡糖，顯著提高肉仔雞的平均日增重和平均日采食量[11]；在條紋鯰魚的飼料中添加葡寡糖，顯著提高鯰魚的生長性能，降低死亡率[12]。飼用寡糖可在畜禽和水產(chǎn)養(yǎng)殖中添加促進(jìn)動物生長。深入機(jī)理研究提示，飼用寡糖可以促進(jìn)機(jī)體生長相關(guān)激素的合成與分泌，提升脂類和糖類代謝，增加機(jī)體氨基酸與蛋白質(zhì)利用，發(fā)揮促生長作用。Tang等[13]研究發(fā)現(xiàn)殼寡糖提升仔豬血清中生長激素(GH)和胰島素樣生長因子(IGF)的含量，顯著增加仔豬肌肉和肝臟中IGF的mRNA轉(zhuǎn)錄水平，調(diào)控胰島素樣生長因子信號通路啟動，促進(jìn)仔豬生長。此外，Xie等[14]發(fā)現(xiàn)殼寡糖可以刺激肝臟生物節(jié)律負(fù)調(diào)控因子Per1基因表達(dá)，從而抑制 CLOCK 和 BMAL1 蛋白表達(dá)，增加血清和肝臟中的脂質(zhì)水平，達(dá)到調(diào)節(jié)脂類代謝的作用。

2.2 調(diào)節(jié)免疫力

糖鏈分子作為重要的免疫調(diào)節(jié)活性物質(zhì)，可以促進(jìn)動物免疫器官發(fā)育，改善免疫微環(huán)境，激活機(jī)體免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)機(jī)體特異性和非特異性免疫功能。飼用寡糖發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能體現(xiàn)在以下幾方面：(1)飼用寡糖可以促進(jìn)禽類胸腺、脾臟、法氏囊等免疫器官的發(fā)育和增重，改善機(jī)體免疫器官的功能[15]；(2)腸道免疫是機(jī)體免疫的重要組成部分，寡糖可以改善腸道免疫狀況，刺激腸道固有淋巴細(xì)胞，分化漿細(xì)胞，形成IgA、IgG、IgM等免疫球蛋白，增強(qiáng)體液免疫作用[16]；(3)寡糖可以激活淋巴細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞等免疫細(xì)胞產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，活化補(bǔ)體系統(tǒng)，募集免疫細(xì)胞等功能，發(fā)揮多功能、多層次的免疫調(diào)節(jié)作用[17]。(4)寡糖具有特殊的結(jié)構(gòu)特征，可以與細(xì)菌、毒素、病毒的表面外源凝集素結(jié)合作為免疫激活劑，延緩機(jī)體對抗原吸收，促進(jìn)抗體產(chǎn)生，提升體液免疫和細(xì)胞免疫能力[18]。

2.3 增加腸道吸收功能

腸道健康對養(yǎng)殖動物生長和抗病至關(guān)重要。飼用寡糖增加腸道吸收功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：(1)飼用寡糖促進(jìn)動物腸道發(fā)育，Tian等[19]研究發(fā)現(xiàn)半乳寡糖(GOS)提高早期哺乳仔豬空腸乳糖酶活性和麥芽糖酶活性，上調(diào)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(GLUT2)和鈉葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(SGLT1)mRNA轉(zhuǎn)錄水平，同時GOS降低哺乳仔豬空腸的隱窩深度和促進(jìn)空腸功能發(fā)育；(2)飼用寡糖可以改善腸形態(tài)和屏障功能，Wan等[20]發(fā)現(xiàn)褐藻酸寡糖(AOS)能明顯改善腸形態(tài)和屏障功能及腸絨毛高度，AOS攝入降低了腸上皮細(xì)胞的總凋亡率，增加了腸上皮細(xì)胞在S期中的比例，補(bǔ)充AOS改善腸道形態(tài)和屏障功能，抑制腸細(xì)胞死亡；(3)飼用寡糖可以被腸道特定菌群轉(zhuǎn)變?yōu)槎替溨舅幔鹉c道pH值改變，將難以消化吸收的礦物質(zhì)轉(zhuǎn)換成可吸收的離子，同時短鏈脂肪酸和酸性環(huán)境有利于腸道上皮細(xì)胞增殖，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)的吸收[21]。

2.4 平衡腸道菌群

正常而穩(wěn)定的腸道菌群有利于保護(hù)腸黏膜，有效地抑制病原菌在腸道的定植，保障動物的健康。飼用寡糖對腸道菌群的作用如下：(1)寡糖被微生物作為營養(yǎng)物質(zhì)降解利用，促進(jìn)腸道有益菌增殖。研究發(fā)現(xiàn)在體外培養(yǎng)基中將海藻酸寡糖、瓊脂糖寡糖和卡拉膠寡糖分別與豬糞便微生物菌群共培養(yǎng)24 h，3種寡糖均能提高短鏈脂肪酸(尤其是丁酸)的水平，改變微生物的分布，改善腸道微生物群的組成[22]；(2)寡糖被微生物代謝后降低了整個腸道的pH值，抑制有害菌增殖。當(dāng)機(jī)體腸道處于應(yīng)激狀態(tài)時，大量致病菌會快速繁殖，成為腸道優(yōu)勢菌群，引起腸道菌群失衡，使機(jī)體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收能力減弱，引發(fā)腸道下痢等疾病，飼用寡糖通過促進(jìn)乳桿菌等有益菌增殖，抑制大腸桿菌等有害菌增殖，使腸道菌群處于健康的平衡狀態(tài)[23]。

2.5 抗氧化功能

動物在應(yīng)激或病理狀態(tài)時，產(chǎn)生過多的活性氧(ROS)、羥基等強(qiáng)氧化自由基，損傷機(jī)體細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)、DNA等，甚至引起細(xì)胞死亡。此外，脂質(zhì)過氧化物和丙二醛等毒性物質(zhì)，會對機(jī)體產(chǎn)生二次氧化損傷。如殼寡糖具有較好的抗氧化功能，在體外試驗(yàn)中，寡糖可以清除羥自由基、超氧陰離子自由基和二苯代苦味?；杂苫?。在體內(nèi)試驗(yàn)中寡糖可以增強(qiáng)超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，加快清除ROS，減少對機(jī)體的氧化損傷[24]。飼養(yǎng)動物添加寡糖后，機(jī)體過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶活力增加，丙二醛含量降低，肝臟抗氧化能力明顯增加，有效地緩解氧化應(yīng)激損傷[25]。信號通路研究表明，寡糖降低細(xì)胞內(nèi)ROS，增加線粒體膜電位和Bcl-2/Bax比值，并且通過穩(wěn)定絲裂原活化蛋白激酶重新建立細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，介導(dǎo)核因子紅細(xì)胞相關(guān)因子2 /抗氧化反應(yīng)元件(Nrf2/ARE)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和下游細(xì)胞保護(hù)基因的轉(zhuǎn)錄[26]。

2.6 抗炎功能

炎癥是機(jī)體抵御外界有害病菌侵襲產(chǎn)生的防御反應(yīng)，過度炎癥反應(yīng)將誘發(fā)多種嚴(yán)重疾病。養(yǎng)殖過程中伴隨著多種炎癥產(chǎn)生，特別是病原菌侵染、斷奶應(yīng)激和熱應(yīng)激等情況。飼用寡糖具有較好的抗炎功能，Huang等[27]采用脂多糖模擬細(xì)菌攻擊斷奶仔豬，發(fā)現(xiàn)日糧中添加殼寡糖可明顯減輕脂多糖引起的腸損傷，寡糖組仔豬血清中TNF-α、IL-6和IL-8含量較低，腸內(nèi)一些促炎細(xì)胞因子mRNA水平降低，這與寡糖抑制炎癥狀況下鈣敏感受體的激活和NF-κB信號通路密切相關(guān)。Wang等[28]研究發(fā)現(xiàn)甘露寡糖對大腸桿菌導(dǎo)致肉雞腸損傷有明顯的保護(hù)作用，飼糧中添加甘露寡糖抑制了大腸桿菌誘導(dǎo)回腸Toll樣受體4、NF-κB和白細(xì)胞介素-1β表達(dá)增加，并且抵消回腸白細(xì)胞介素-10和閉鎖蛋白表達(dá)的減少，補(bǔ)充甘露寡糖可以減輕大腸桿菌引起的肉雞腸損傷、腸道炎癥和屏障功能障礙。

3 總結(jié)與展望

本文對飼用寡糖的種類、特點(diǎn)、功能、作用機(jī)理等進(jìn)行系統(tǒng)地總結(jié)，為飼用寡糖在農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖領(lǐng)域的使用提供理論支撐。隨著對飼用寡糖研究和應(yīng)用的不斷深入，未來國內(nèi)外市場對飼用寡糖添加劑的需求將會持續(xù)增加。我國具有豐富的動植物資源和悠久的研究歷史，從動植物中尋找新的寡糖活性成分，為我國飼用寡糖添加劑的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)條件。如果能開發(fā)出新技術(shù)降低寡糖生產(chǎn)成本，創(chuàng)制更多種類的飼用寡糖飼料添加劑，并對寡糖的作用機(jī)理進(jìn)行深入研究，解決好寡糖的作用途徑、不同動物在不同生理狀態(tài)下的最佳添加量和添加方式、寡糖與其他營養(yǎng)元素之間的協(xié)同作用等問題，飼用寡糖飼料添加劑在替代抗生素領(lǐng)域必將迎來更廣闊的發(fā)展前景。