中鏈脂肪酸在仔豬營養(yǎng)中的生理功能研究進(jìn)展

刁 慧，張錦秀，張 純，黃崇波，晏家友，魏小蘭，周夢(mèng)佳

（1.四川省畜牧科學(xué)研究院，四川成都 610066；2.動(dòng)物遺傳育種四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 610066）

隨著歐盟禁止在農(nóng)場動(dòng)物飼養(yǎng)中使用抗生素生長促進(jìn)劑以來，抗生素在世界范圍內(nèi)慢慢禁用或限用，抗生素替代品己成為動(dòng)物營養(yǎng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，各種預(yù)防仔豬胃腸疾病的抗生素替代品已被提出[1]。中鏈脂肪酸（Medium-Chain Fatty Acids，MCFAs）能夠穿透細(xì)菌的半透膜并破壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，具有很強(qiáng)的抗菌活性[2]，還能夠維持腸上皮黏膜結(jié)構(gòu)，改善斷奶仔豬腸道發(fā)育[3]，是一種潛在的抗生素替代品。本文綜述了MCFAs 對(duì)仔豬生長性能的影響，并在此基礎(chǔ)上提出MCFAs 影響生長性能的可能因素及機(jī)制，旨在為深入認(rèn)識(shí)MCFAs 功能及進(jìn)一步揭示其對(duì)仔豬生長性能的影響機(jī)制提供參考。

1 MCFAs 的來源、代謝及應(yīng)用

MCFAs 由含有單羧酸的脂肪酸組成，碳鏈長度在6～12，包括己酸（C6）、辛酸（C8）、癸酸（C10）和月桂酸（C12）等[4]。MCFAs 與甘油發(fā)生酯化反應(yīng)后可生成相應(yīng)的中鏈脂肪酸甘油三酯（MCTs）。MCTs存在于動(dòng)物的乳脂及多種飼料原料中，其中椰子油、棕櫚油及萼距花種子油中含量較為豐富[5]。

相對(duì)于長鏈脂肪酸（LCFAs）來說，MCFAs 是動(dòng)物快速的供能物質(zhì)，在動(dòng)物生長、繁殖、免疫、脂肪沉積及腸道菌群等方面有著重要的作用[6]。MCFAs 分子量相對(duì)較小，乳化能力強(qiáng)，水解能力是LCFAs 的6 倍，同時(shí)還可以促進(jìn)LCFAs 的乳化[7]。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有胰酶參與的情況下，MCFAs 也可達(dá)到正常吸收水平的50%左右，說明MCFAs 水解對(duì)胰酶的依賴性低[8]。初生仔豬的腸道及消化系統(tǒng)發(fā)育不夠完善，缺乏膽鹽或胰脂酶。MCTs 可以直接吸收進(jìn)入仔豬小腸上皮細(xì)胞內(nèi)經(jīng)過脂肪酶完全水解成MCFAs 和甘油，因此MCTs/MCFAs 能夠被初生仔豬有效地消化、吸收和利用，迅速改善體內(nèi)能量狀況[9-10]。給大鼠飼喂放射性標(biāo)記的MCFAs 后，并沒有在淋巴管內(nèi)發(fā)現(xiàn)MCFAs 的存在，說明MCFAs 不經(jīng)過淋巴系統(tǒng)而直接由肝門靜脈入肝[11]。MCFAs 與蛋白質(zhì)結(jié)合力低，直接由胰脂肪酶迅速水解后進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞，被快速吸收后在細(xì)胞內(nèi)不再合成甘油三酯，而是通過門靜脈直接送到肝臟，在體內(nèi)快速被清除并直接在肝臟代謝為能源[12-14]。

自19 世紀(jì)50 年代開始，MCFAs 應(yīng)用于人類脂肪吸收不良癥而進(jìn)軍醫(yī)藥行業(yè)，對(duì)治療肥胖、胰島素抵抗、胃腸炎和心腦血管疾病具有重要的作用[15]。由于MCFAs 還有乳化和抗微生物的作用，因而廣泛應(yīng)用于食品和化妝品行業(yè)[15]。我國在1986 年將辛葵酸甘油三酯列入國標(biāo)并在1996 年被衛(wèi)生部批準(zhǔn)可用做食品添加劑。MCFAs 的主要作用是快速供能，可作為新生幼崽的能量補(bǔ)充劑，特別是在早產(chǎn)嬰兒方面的應(yīng)用，自20世紀(jì)80 年代，MCFAs 開始應(yīng)用于新生仔豬中，為仔豬初生至斷奶前后階段提供足夠的能源來抵御來自各方面的應(yīng)激，滿足自身生長發(fā)育的需要[16-17]。自2006 年歐盟全面禁抗以來，在全球養(yǎng)殖業(yè)嚴(yán)格控制使用抗生素及其他化學(xué)藥品防止藥物殘留、尋找抗生素替代品的大環(huán)境下，MCFAs 作為一種新型添加劑在飼料行業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用引起了廣泛關(guān)注[18]。

2 MCFAs 的生理調(diào)節(jié)作用

MCFAs 是一種很容易獲得的能量來源，不僅可以為仔豬提供快速有效的能量，改善腸上皮黏膜結(jié)構(gòu)，提高生長性能，還具有很強(qiáng)的抗菌活性，可以調(diào)節(jié)仔豬消化道微生物組成，增強(qiáng)仔豬免疫力。因此，MCFAs 對(duì)仔豬生理具有調(diào)節(jié)和控制作用（圖1）。

2.1 MCFAs 對(duì)仔豬生長性能的影響 MCFAs 對(duì)仔豬生長性能影響的研究結(jié)果不盡一致。張昊等[19]用不同劑型MCTs（液態(tài)和固態(tài)，添加量1.4%）替代斷奶仔豬飼糧中的大豆油，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2 種劑型的MCTs 均可提高仔豬斷奶后2 周血液中總蛋白含量；固體MCTs 顯著提高仔豬斷奶后2 周平均日增重和血液中D-木糖含量，降低血液中尿素氮含量，說明MCTs 可促進(jìn)斷奶仔豬腸道吸收能力的恢復(fù)，改善蛋白質(zhì)代謝，進(jìn)而促進(jìn)生長，其中以固體MCTs 效果更好。Hanczakowsk 等[20]研究指出，斷奶仔豬飼糧中添加MCFAs（0.3%癸酸或0.3%辛酸）可提高斷奶后0～28 d 的平均日增重，改善生長性能。MCFAs/MCTs 可刺激腸促胰酶肽的分泌，而腸促胰酶肽可促進(jìn)胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶活性的提高，進(jìn)而提高養(yǎng)分消化率，提高仔豬生長性能[21]。MCTs（0、0.7%、1.4%、2.1%）替代大豆油可提高斷奶后2 周和全期的飼料轉(zhuǎn)化率，同時(shí)，中等劑量替代（0.7%和1.4%）可顯著改善仔豬斷奶后12～14 d 粗脂肪和干物質(zhì)的表觀消化率，增加血清中總蛋白含量，降低尿素氮水平，說明MTCs 能改善養(yǎng)分利用率，進(jìn)而提高斷奶仔豬生長性能，這可能與消化酶活性的增加有關(guān)[22]。Devi 等[23]和湯文杰等[24]也得到了相似結(jié)果。在商業(yè)條件下，日糧補(bǔ)充有機(jī)酸和MCFAs 混合物（甲酸鈣、乳酸鈣、檸檬酸和MCFAs，0.3%）相比于氧化鋅（ZnO）更加有利于斷奶仔豬的生長，說明MCFAs 與酸化劑聯(lián)合使用具有協(xié)同促生長的作用，可替代氧化鋅在仔豬上的使用[25]。Lan 等[26]在哺乳仔豬上的研究得到了相似結(jié)果，母豬飼糧中同時(shí)添加MCFAs 和有機(jī)酸可提高后代仔豬生長性能。但陳晨[27]研究表明，飼糧添加0.2%、0.4% 或0.6%的MCFAs 對(duì)斷奶仔豬的生長性能無顯著影響，但降低了斷奶仔豬胃和腸道前段的pH，起到酸化劑的作用，可提高小腸絨毛高度，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收，其中以0.2%的添加水平效果最好。陳少魁[28]同樣發(fā)現(xiàn)，4% 的MCFAs 對(duì)仔豬生長性能無顯著影響，但顯著改變腸道和肝臟脂肪酸組成發(fā)生，增加空腸蔗糖酶和麥芽糖酶以及回腸堿性磷酸酶活性，改善消化吸收功能。雖然MCFAs 對(duì)生長性能的研究結(jié)果不一致，但其均可提高養(yǎng)分消化率及消化酶活性，而不一致的原因可能與MCFAs 的添加形式、添加量、生產(chǎn)工藝、日糧中其他營養(yǎng)素的水平及環(huán)境因素有關(guān)。

關(guān)于MCFAs 對(duì)仔豬生長性能的影響還可能與胃饑餓素（Ghrelin）的分泌有關(guān)[29]。Ghrelin 的主要活性形式是一種由28 個(gè)氨基酸構(gòu)成的肽，具有促進(jìn)生長激素（GH）釋放、調(diào)節(jié)動(dòng)物采食及能量平衡等功能。GH的主要生理功能是促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)合成和組織生長，增強(qiáng)機(jī)體對(duì)礦物元素如鈣、磷、鉀、硫等的攝取，加速脂肪分解，影響蛋白質(zhì)和能量代謝[30]。研究表明，進(jìn)食LCFAs 可降低人血漿中總Ghrelin 水平，而進(jìn)食MCFAs（辛酸C8:0）或MCTs（辛酸甘油酯）可直接用于Ghrelin 的?；；蟮?Ghrelin 可促進(jìn)GH 的分泌，刺激動(dòng)物采食及胃酸分泌，從而對(duì)動(dòng)物生長性能產(chǎn)生積極的影響[29]。Miller 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加5% MCTs 增加了斷奶仔豬血漿中GH 和Ghrelin 的濃度，減少仔豬腹瀉率，維持了其小腸絨毛高度進(jìn)而提高仔豬日增重。Ghrelin 的第3 個(gè)氨基酸（絲氨酸）上含有辛酸（C8:0）脂肪酸，而MCTs 具有高濃度辛酸，說明日糧中添加 MCTs 作為一種為機(jī)體提供活化Ghrelin 的方式，通過刺激GH 內(nèi)分泌途徑將斷奶相關(guān)病癥（例如生長遲緩和腹瀉）降到最低，并減少了斷奶后 GH 水平的下降，促進(jìn)生長[31]。

2.2 MCFAs 對(duì)胃腸道微生物的調(diào)節(jié) MCFAs 是一種陰離子的表面活性劑，可破壞細(xì)菌膜，進(jìn)入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)，抑制胞內(nèi)脂肪酶的活性，從而發(fā)揮抗菌作用[32]。體外研究發(fā)現(xiàn)，隨著pH 的升高，MCFAs 的抑菌效果下降[33]。在pH 為3 和5 時(shí)，己酸和辛酸處理組的大腸桿菌均無生長，但在pH 為5 時(shí)，癸酸處理組大腸桿菌出現(xiàn)了生長[34]，說明MCFAs 的抑菌效果受機(jī)體胃腸道的pH 影響。祁姣姣等[35]研究表明，己酸、辛酸、癸酸對(duì)大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌3 種指示菌均具有較強(qiáng)的抑制作用，且MCFAs 與肉桂醛聯(lián)合使用具有協(xié)同或相加作用。辛酸和癸酸對(duì)革蘭式陽性菌的抑制作用較革蘭氏陰性菌強(qiáng)，月桂酸主要抑制革蘭氏陰性菌[36]，辛酸和癸酸同時(shí)使用具有協(xié)同抑菌效應(yīng)[37]。同樣作為革蘭氏陰性菌，沙門氏菌比大腸桿菌對(duì)MCFAs 更敏感[38]?？梢?，MCFAs 的抑菌效果還與其鏈長密切相關(guān)。

仔豬上的研究發(fā)現(xiàn)，日糧添加MCTs（0.5%、1.0%和 1.5%）顯著降低空腸、回腸和結(jié)腸鏈球菌的比例，隨著日糧中MCTs 添加量的增加，各腸段乳酸桿菌、雙歧桿菌占總細(xì)菌的比例提高，大腸桿菌比例降低[24]，當(dāng)MCTs 添加量達(dá)到3%時(shí)，仔豬結(jié)腸和直腸梭菌的數(shù)量顯著降低[39]；飼糧添加MCFAs（0.2%、0.4%和0.6%）降低空腸大腸桿菌和沙門氏菌的數(shù)量，增加雙歧桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量[27]。楊金堂[40]和Hanczakowska 等[20]得到了類似結(jié)果，日糧添加0.3% 的MCFAs 提高仔豬糞便中乳桿菌數(shù)量，降低仔豬糞便中大腸桿菌、沙門氏菌和腸球菌數(shù)量。以上研究均證實(shí)，MCFAs 對(duì)腸道微生物菌群起著調(diào)節(jié)和改善作用，抑制有害菌增殖的同時(shí)提高有益菌數(shù)量，維持腸道微生物菌群間的平衡。MCFAs 與有機(jī)酸在仔豬體內(nèi)聯(lián)合使用具有協(xié)同調(diào)節(jié)腸道菌群的作用。Zentek 等[41]比較有機(jī)酸（0.416%富馬酸和0.328%乳酸）和/或MCFAs（0.15%辛酸和0.15%癸酸）對(duì)斷奶仔豬腸道微生態(tài)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，飼糧添加0.15%MCFAs 顯著降低胃、空腸和回腸食糜pH，增加空腸食糜Escherichia-Hafnia-Shigella和結(jié)腸食糜Clostridial cluster XIVa的數(shù)量，且有機(jī)酸和MCFAs 同時(shí)添加效果更好。Han 等[42]研究也表明，飼糧同時(shí)添加0.2% 有機(jī)酸和0.6%MCFAs 增加斷奶仔豬腸道食糜中厚壁菌門、變形菌門、乳酸桿菌屬和糞桿菌屬的數(shù)量?；谝陨辖Y(jié)果可知，MCFAs 和有機(jī)酸聯(lián)合使用可降低腸道食糜pH，提高腸道有益菌的數(shù)量，進(jìn)而調(diào)控腸道微生物的組成，有效預(yù)防斷奶仔豬腹瀉。

2.3 MCFAs 對(duì)仔豬免疫功能的調(diào)節(jié) 細(xì)胞膜中飽和脂肪酸含量的增加會(huì)降低細(xì)胞膜的流動(dòng)性，進(jìn)而影響免疫細(xì)胞的吞噬能力，因此，MCFAs 作為飽和脂肪酸參與機(jī)體免疫功能的調(diào)控[43]。體外研究表明，辛酸及甘油一酯抑制了Caco-2 細(xì)胞白介素8（IL-8）的分泌，而癸酸卻增強(qiáng)了IL-8 產(chǎn)量[44]，說明MCFAs 參與的免疫調(diào)節(jié)與其種類有關(guān)。體內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)食MCTs 促進(jìn)大腸桿菌脂多糖（LPS）攻毒后大鼠IgA 的分泌，抑制促炎性細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)[45]。豬上的研究表明，飼糧添加4% 的MCFAs 抑制腸道和肝臟Toll 樣受體4（TLR4）和核苷酸結(jié)合寡聚域受體（NOD）信號(hào)通路，降低腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6（TRAF6）、核因子NF-κB和受體互作蛋白激酶2（RIPK2）等下游相關(guān)基因的mRNA 表達(dá)水平，說明MCFAs 具有良好的抗免疫應(yīng)激效果，能夠緩解LPS 誘導(dǎo)的斷奶仔豬腸道和肝臟損傷[28]。Xiao 等[46]同樣發(fā)現(xiàn)，飼糧添加4%MCTs降低仔豬血清TNF-α含量，下調(diào)空腸和回腸TLR4 和NOD 信號(hào)通路相關(guān)基因表達(dá)，可以推測MCFAs/MCTs通過下調(diào)TLR4 和NOD 信號(hào)通路緩解LPS 誘導(dǎo)的腸道損傷。高溫應(yīng)激情況，飼糧添加0.3% 的MCFAs 能提高仔豬血液和組織中熱休克蛋白70 的 mRNA 水平，緩解熱應(yīng)激對(duì)仔豬造成的不良反應(yīng)[40]。此外，MCFAs 可以作為過氧化物酶體增殖劑激活受體γ（PPARγ）的配體激活PPAR 信號(hào)通路，而PPAR 信號(hào)通路則與成脂分化以及免疫調(diào)節(jié)有關(guān)，因此，MCFAs 的免疫調(diào)節(jié)功能可能與PPARγ的活化有關(guān)[47-48]。

2.4 MCFAs 對(duì)仔豬腸道完整性的調(diào)節(jié) 小腸黏膜上皮是營養(yǎng)物質(zhì)降解和吸收的主要部位，小腸絨毛和隱窩影響?zhàn)つすδ鼙砻娣e。絨毛尖附近的上皮細(xì)胞最為成熟且擁有最大的消化和吸收能力，因此，仔豬體重增加與絨毛高度密切相關(guān)[49]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加不同水平的MCFAs（0.2%、0.4%和0.6%）可提高斷奶仔豬小腸絨毛高度，促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收[27]。4% 的MCFAs 增加小腸絨毛高度、空腸蔗糖酶和麥芽糖酶以及回腸堿性磷酸酶的活性，改善消化吸收功能[28]。LPS 攻毒降低仔豬腸道絨毛高度，破壞腸道結(jié)構(gòu)完整性，而飼糧添加0.175%MCTs 可提高絨毛高度，增加空腸和回腸杯狀細(xì)胞和漿細(xì)胞的數(shù)量，緩解LPS 攻毒對(duì)仔豬腸道造成的損傷，進(jìn)而促進(jìn)斷奶仔豬生長[34]。因此，MCFAs 對(duì)腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)完整性的調(diào)節(jié)具有重要作用。進(jìn)一步探索機(jī)理發(fā)現(xiàn)，添加MCFAs 可上調(diào)IPEC-J2 細(xì)胞Claudin-4基因的表達(dá)[38]，添加MCTs 可上調(diào)仔豬腸道Claudin-1蛋白表達(dá)，同時(shí)下調(diào)激活素受體相互作用蛋白（RIP-3）和混合譜系激酶域樣蛋白（MLKL）的mRNA 水平，推測MCFAs 對(duì)腸道結(jié)構(gòu)完整性的維持作用與RIP-3 和MLKL 信號(hào)通路有關(guān)[46]。

3 MCFAs 在抗生素替代中的應(yīng)用

MCFAs 在抗生素替代中的應(yīng)用研究非常有限。Yen 等[39]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加40 mg/kg 硫酸粘桿菌素可減少仔豬盲腸、結(jié)腸和直腸梭菌的數(shù)量的同時(shí)還可抑制有益菌乳酸桿菌的生長，飼糧添加3%MCTs 能有效改善仔豬飼料轉(zhuǎn)化率，減少結(jié)腸和直腸梭菌的數(shù)量，但MCTs 和硫酸粘桿菌素二者無互作效應(yīng)，說明兩者的作用模式和添加效應(yīng)各不相同，MCTs 可以作為硫酸粘桿菌素的替代品在斷奶仔豬上進(jìn)行應(yīng)用，提高飼料利用率，同時(shí)避免硫酸粘桿菌素對(duì)有益菌的破壞，有利于維持腸道健康。湯文杰等[24]研究發(fā)現(xiàn)，與50 mg/kg 金霉素相比，日糧添加不同劑量MCTs 均可顯著增加川藏黑豬各腸段雙歧桿菌比例，當(dāng)添加劑量為1.5%時(shí)可顯著提高平均日增重和平均日采食量，增加空腸、回腸和盲腸乳酸桿菌比例，降低盲腸和結(jié)腸鏈球菌比例，因此，日糧中添加1.5%MCTs 可提高川藏黑豬斷奶仔豬腸道中有益菌（乳酸桿菌和雙歧桿菌）比例并降低有害菌（鏈球菌和大腸桿菌）比例，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，進(jìn)而降低腹瀉指數(shù)，提高生長性能，可在仔豬上替代50 mg/kg 金霉素。此外，MCFAs 和有機(jī)酸聯(lián)合使用同樣可在斷奶仔豬上替代金霉素。飼糧添加75 mg/kg 金霉素顯著降低仔豬斷奶后1～14 d 腹瀉率，但聯(lián)合添加0.2%有機(jī)酸和0.6%MCFAs可增加斷奶后1～28 d 平均日增重和飼料轉(zhuǎn)化率，提高血清IgG 和IgA 的含量，且以上指標(biāo)與75 mg/kg 金霉素組差異不顯著；另外，有機(jī)酸和MCFAs 聯(lián)合使用可提高血清總抗氧化能力，降低丙二醛含量，同時(shí)提高腸道食糜中厚壁菌門、變形菌門、乳酸桿菌屬和糞桿菌屬的數(shù)量，說明二者聯(lián)合使用可通過調(diào)節(jié)斷奶仔豬的微生物群，改善生長性能，降低腹瀉率，增強(qiáng)血清免疫力[42]。因此，MCFAs 和有機(jī)酸組合可在斷奶仔豬上作為潛在的抗生素替代品。

4 結(jié)語

總體來說，MCFAs 或MCTs 可以作為斷奶仔豬飼料的良好補(bǔ)充劑，是一種潛在的飼料抗生素替代品。MCFAs 可以通過其短途徑的吸收和氧化、抗菌和免疫調(diào)節(jié)作用進(jìn)而維持腸上皮結(jié)構(gòu)完整性，改善仔豬生長性能。值得注意的是，MCFAs 對(duì)仔豬生長性能的研究結(jié)果不完全一致，還需進(jìn)一步探討MCFAs 在仔豬應(yīng)用時(shí)的最佳投喂時(shí)間、添加形式、添加量、生產(chǎn)工藝及日糧中其他營養(yǎng)素的水平等問題。MCFAs 沸點(diǎn)很低，容易揮發(fā)，在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用還需開發(fā)更加穩(wěn)定的劑型。MCFAs 在動(dòng)物生產(chǎn)中的應(yīng)用仍不廣泛，基礎(chǔ)研究不足，需要進(jìn)一步加強(qiáng)MCFAs 與腸道發(fā)育及免疫功能的機(jī)理研究以更好地指導(dǎo)養(yǎng)豬生產(chǎn)。此外，MCFAs 在脂肪代謝及提高動(dòng)物應(yīng)激能力的相關(guān)研究方面有待進(jìn)一步深入。