中鏈脂肪酸甘油三酯在仔豬中的消化吸收及生理功能

崔志娟 齊 鳴 譚碧娥*

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)生理與代謝過(guò)程實(shí)驗(yàn)室，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過(guò)程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，畜禽生產(chǎn)污染控制與廢物利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125)

仔豬腸道上皮細(xì)胞對(duì)能量的需求較高，在細(xì)胞分裂、胞質(zhì)分裂、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、物質(zhì)運(yùn)輸以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面均需要消耗能量[1]。仔豬從出生時(shí)起就具有較高的脂肪酶活性，在未斷奶時(shí)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(duì)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(zhǎng)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(lái)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(duì)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(zhǎng)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(gè)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(dòng)物飼料中一般是以MCT的形式存在。與長(zhǎng)鏈脂肪酸甘油三酯(long-chain fatty acid triglyceride，LCT)相比，MCT的碳鏈相對(duì)較短、熔點(diǎn)較低且分子質(zhì)量相對(duì)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(guò)門(mén)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(dòng)擴(kuò)散吸收，但也表現(xiàn)出以酰基酯的形式被吸收[11]。MCFA和長(zhǎng)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(guò)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(kāi)始進(jìn)行β-氧化。在β-氧化的過(guò)程中不僅會(huì)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(shí)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(dòng)物腸道是一個(gè)錯(cuò)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(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。MCFA表現(xiàn)出對(duì)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(guò)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(guò)雙色熒光和電子顯微鏡檢測(cè)表明，癸酸單甘酯是通過(guò)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(guò)的大腸桿菌和用月桂酸處理過(guò)的產(chǎn)氣莢膜桿菌，通過(guò)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(guò)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(zhǎng)[22]。同時(shí)，MCFA可以通過(guò)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(zhǎng)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(guò)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(huì)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(duì)乙酸、丙酸、丁酸和乳酸的耐酸效果良好[24]，在較低pH時(shí)不易造成損傷。

近年來(lái)，在禁止使用抗生素之后，研究人員開(kāi)始對(duì)MCFA的抗菌活性進(jìn)行了深入研究。脂肪酸碳鏈長(zhǎng)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(gè)碳原子相應(yīng)的抑菌效果增加3.5倍，但C4、C6、C16和C18對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)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(shí)，在Batovska等[27]的研究中發(fā)現(xiàn)，月桂酸單甘酯對(duì)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(guò)降低大腸桿菌的數(shù)量，對(duì)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(duì)仔豬腸道屏障的作用

在仔豬斷奶過(guò)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(guò)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(duì)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(duì)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(guò)改善腸道形態(tài)結(jié)構(gòu)促進(jìn)腸上皮細(xì)胞對(duì)營(yíng)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(guò)細(xì)胞間隙向腸靜脈擴(kuò)散的主要屏障[35]，對(duì)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(shí)，MCT通過(guò)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(guò)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(duì)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(gè)碳原子的MCFA對(duì)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(guò)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(guò)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(hào)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(guò)激活哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號(hào)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(shù)突狀細(xì)胞與MCFA和LCFA進(jìn)行體外培養(yǎng)時(shí)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(shí)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(hào)分子，當(dāng)TLR通路激活時(shí)其表達(dá)增加。MCFA通過(guò)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(duì)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(guò)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(guò)使經(jīng)典組蛋白去乙?；竿緩降幕钚韵陆担夷軌蛱岣邌?dòng)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(lái)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(shí)會(huì)產(chǎn)生酮體。酮體溶于水且分子小，能通過(guò)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(lái)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(shí)產(chǎn)生的乙酰輔酶A，通過(guò)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(duì)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(cè)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(shí)體重<900 g的豬存活率提高最大[56]。MCFA可能通過(guò)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(zhǎng)需要。

3 MCT在仔豬上的應(yīng)用

近年來(lái)，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(lái)越多。然而MCT對(duì)斷奶仔豬的生長(zhǎng)性能改善的結(jié)果存在差異。飼糧添加10%的MCT對(duì)仔豬生長(zhǎng)性能無(wú)顯著影響，采食量、日增重和料重比均無(wú)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(duì)照組之間無(wú)顯著差異[59]。用MCT代替大豆油，飼喂仔豬在第14天時(shí)提高了生長(zhǎng)性能(平均日增重和料重比改善)，但是整個(gè)試驗(yàn)期統(tǒng)計(jì)起來(lái)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(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和提高生長(zhǎng)性能，這與MCFA對(duì)小腸上皮細(xì)胞功能和腸道形態(tài)(絨毛長(zhǎng)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收以使仔豬更有效地利用生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分。也有學(xué)者認(rèn)為，MCFA能夠提高仔豬生長(zhǎng)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(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的發(fā)酵，同時(shí)回腸中氨基酸的表觀消化率得到提高。

4 小 結(jié)

總得來(lái)說(shuō)，仔豬飼糧添加適量的MCT對(duì)腸上皮細(xì)胞而言是一種良好的能量來(lái)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(guò)母乳將MCT傳遞給仔豬進(jìn)而提高仔豬的生長(zhǎng)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(kāi)發(fā)與利用。