范雪，馬健,，陳暉，Ali Mujtaba Shah，馬晨

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學動物科學學院，烏魯木齊 830052；2.四川農(nóng)業(yè)大學動物營養(yǎng)所，成都 611130）

犢牛階段是奶牛一生中非常重要的時期，這個時期犢牛各器官的生長發(fā)育與其未來生產(chǎn)性能的發(fā)揮有著密切關系，其中瘤胃的發(fā)育至關重要。犢牛剛出生時，主要通過皺胃和小腸吸收葡萄糖獲取能量，隨著機體逐漸生長發(fā)育，瘤胃吸收短鏈脂肪酸（SCFA）提供能量成為成年動物獲取能量的主要方式[1]。這種生理功能的變化與瘤胃的發(fā)育有密切關系，由于新生犢牛的瘤胃發(fā)育功能不健全，瘤胃體積小，因此，如何促進犢牛瘤胃的健康發(fā)育是確保其未來生產(chǎn)性能發(fā)揮的關鍵。反芻動物瘤胃內(nèi)SCFA 的含量為60～150mmol/L，以乙酸、丙酸和丁酸為主，其中乙酸為60%～70%，丙酸占15%～20%，而丁酸占10%～15%，主要在瘤胃內(nèi)消化吸收，為機體提供約75%的能量[2]。瘤胃內(nèi)的HCO3-可以與H+中和進而降低瘤胃pH值，對瘤胃上皮的發(fā)育具有促進作用，而瘤胃內(nèi)高濃度的SCFA可以促進瘤胃上皮細胞HCO3-的分泌[3]。因此，瘤胃內(nèi)的SCFA不僅可以為機體提供能量，還能促進瘤胃的健康發(fā)育[4,5]，這對犢牛的生長發(fā)育具有重要意義。

1 SCFA直接刺激犢牛瘤胃發(fā)育

瘤胃在經(jīng)歷多種代謝途徑的變化后，在瘤胃發(fā)酵產(chǎn)物SCFA的刺激下，瘤胃上皮具有了生酮的能力，SCFA在瘤胃上皮通過陰離子交換和擴散作用被吸收，機體由依賴葡萄糖為主要能量來源轉化為以SCFA為主要能量來源[2]。因此，瘤胃的成熟過程是能量吸收代謝及細胞基因分化表達的結果。研究證實，外源添加支鏈SCFA可以促進犢牛瘤胃的發(fā)酵[6]。添加丙酸對犢牛瘤胃上皮細胞具有刺激作用，可促進上皮細胞的增殖，進而導致瘤胃乳頭形態(tài)及分支的變化[7]，此外，丙酸還影響參與瘤胃上皮發(fā)育相關基因的表達，可提高瘤胃乳頭的長度和寬度，進而增大瘤胃上皮的吸收表面積[4]。一元羧酸轉運蛋白（MCT1）已經(jīng)被證實具有轉運SCFA的功能[8]，而經(jīng)對犢牛體外細胞的試驗表明，正常水平的SCFA處理瘤胃上皮細胞，有助于提高MCT1的蛋白表達水平和轉運能力，而過多的SCFA則會抑制MCT1的表達和轉運能力[9]。

相比于丙酸和乙酸，丁酸在瘤胃上皮能更快地通過離子交換和擴散作用被吸收，轉化為酮體為上皮細胞提供能量，因此，生產(chǎn)中常用補喂丁酸的方式來促進犢牛瘤胃發(fā)育。日糧中添加丁酸可以提高瘤胃上皮細胞的有絲分裂指數(shù)，增強細胞的增殖能力，進而提高瘤胃乳頭長度[10]。國內(nèi)也有相似的研究，日糧中添加丁酸鈉可以顯著提高犢牛斷奶前后瘤胃絨毛長度和寬度，并可緩解斷奶應激對瘤胃發(fā)育的影響[11]。另有研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽能夠上調瘤胃上皮細胞SCFA跨膜轉運蛋白MCT1和MCT4的mRNA表達，并上調葡萄糖載體蛋白、缺氧誘導因子及環(huán)氧酶的基因表達水平，對瘤胃發(fā)育具有促進作用[12]。此外，異丁酸能提高瘤胃上皮 膜組織中的羥甲基戊二酰輔酶A合酶及生長激素受體（GHR）的mRNA相對表達量，進而促進犢牛瘤胃乳頭長度和寬度的發(fā)育[5]。SCFA對犢牛小腸發(fā)育也具有促進作用，添加丙酸鈣可以上調小腸 膜組織中GHR、鈉葡萄糖共轉運載體及胰島素受體的mRNA相對表達量，進而促進小腸 膜的發(fā)育[4]。

由于犢牛瘤胃發(fā)育的不成熟，其代謝活性很高，SCFA可以通過簡單擴散作用以非離子的形式在瘤胃內(nèi)被上皮組織吸收轉運，此外，SCFA還可以通過轉運載體的幫助進行轉運。Borthakur等[13]發(fā)現(xiàn)，丁酸可以激活Caco2和HT-29細胞系中MCT1啟動子區(qū)域，NF-κB信號途徑抑制劑可顯著抑制丁酸對MCT1啟動子的上調作用，同時丁酸處理可以促進Caco2細胞質中NF-κB轉錄調控因子進入細胞核，而丙酸、乙酸則無此效果，說明丁酸可通過NF-κB途徑促進MCT1表達。但對犢牛瘤胃相關轉運蛋白以及具體轉運機制目前仍不清楚，外源添加SCFA刺激瘤胃發(fā)育的作用仍有待進一步探索。

2 SCFA影響瘤胃微生物進而促進犢牛瘤胃發(fā)育

犢牛早期的瘤胃未發(fā)育完全，相比于成熟瘤胃較為齊全的功能，早期瘤胃在微生物種類和數(shù)量上都不如成熟瘤胃。犢牛瘤胃微生物的定植過程是非常復雜的，日糧及生理狀態(tài)的改變都會影響微生物的定植。在最初的定植之后，這些特異性微生物不僅對 膜組織的發(fā)育和成熟具有調節(jié)作用，而且對機體的營養(yǎng)和健康具有重要意義[14]。SCFA與瘤胃微生物之間的關系是相輔相成的，SCFA既可以促進有益微生物的生長，同時還可以抑制大腸桿菌和沙門菌等有害微生物的生長，并且這些有益微生物的增長也會反過來刺激增加SCFA 的合成[15]。瘤胃上皮細胞HCO3-分泌量與SCFA密切相關，因此，SCFA可降低瘤胃pH值，使瘤胃維持一個較為理想的酸性環(huán)境[3]，利于微生物定植，隨著微生物的逐漸定植，進一步發(fā)酵飼料產(chǎn)生SCFA，進而使瘤胃處于良性循環(huán)狀態(tài)。

近幾年關于異丁酸對犢牛微生物影響的研究較多，Wang等[5]研究證實，對斷奶前后的犢牛補喂異丁酸，可以增加瘤胃產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌及溶纖維丁酸弧菌數(shù)量，并可以提高斷奶前生黃瘤胃球菌的細菌總數(shù)，這對犢牛更快地適應固體飼料具有積極的作用。補喂異丁酸對犢牛瘤胃中纖維二糖酶、濾紙酶、羧甲基纖維素酶及木聚糖酶的活力具有促進作用，可以明顯改善瘤胃發(fā)酵[16]。瘤胃中纖維分解菌菌群的生長與纖維分解酶的活力密切相關，纖維分解酶的活力高能促進瘤胃纖維分解菌的生長及活性[17]。瘤胃中的異丁酸是日糧支鏈氨基酸在瘤胃中的降解產(chǎn)物，可被用來重新合成支鏈氨基酸，同時也是瘤胃微生物，尤其是纖維分解菌生長所必需的營養(yǎng)因子[18]。異丁酸通過提高犢牛瘤胃內(nèi)木聚糖酶、纖維二糖酶、果膠酶及羧甲基纖維素酶的活性，進而促進了白色瘤胃球菌、黃色瘤胃球菌、產(chǎn)琥珀酸絲狀桿菌及溶纖維丁酸弧菌的生長繁殖，提高了纖維分解酶的活力，及犢牛對日糧養(yǎng)分的利用率，從而改善了瘤胃發(fā)酵，促進了犢牛瘤胃發(fā)育及生長[19]。

由于新生犢牛瘤胃發(fā)育不完善，瘤胃內(nèi)的微生物種類少，并且豐度相對較低，通過瘤胃微生物發(fā)酵日糧產(chǎn)生的SCFA很少，因此外源添加SCFA已經(jīng)在犢牛研究上被較多應用。SCFA在降低瘤胃pH值、促進犢牛有益微生物定植、抑制有害微生物定植上均展現(xiàn)出一定的效果，但其相關代謝途徑仍需要進一步研究，或許通過對瘤胃液進行代謝組學檢測能揭示這一現(xiàn)象。

3 小結

通過以上綜述可以看出，SCFA在促進犢牛瘤胃發(fā)育方面展現(xiàn)了良好的應用效果。SCFA對提高犢牛生長性能和瘤胃發(fā)育具有重要意義，在日糧中添加SCFA可以提高犢牛生產(chǎn)性能，這主要是由于SCFA不僅可以促進瘤胃體積和乳頭的生長，還在維持瘤胃乳頭形態(tài)及肌層厚度等瘤胃形態(tài)方面也具有重要作用；同時SCFA還可以促進瘤胃上皮細胞SCFA的吸收和轉運，提高相關轉運蛋白的相對表達量；此外，SCFA還可以提高瘤胃內(nèi)相關酶活力，改善瘤胃內(nèi)環(huán)境，進而促進有益微生物的定植。盡管SCFA在犢牛日糧中已有部分相關研究，但是對其作用機理仍然缺乏了解。犢牛瘤胃發(fā)育不完善，微生物群落結構不穩(wěn)定，易發(fā)生腹瀉等疾病，因此，需進一步系統(tǒng)地研究SCFA影響犢牛瘤胃微生物定植以及瘤胃發(fā)育的機制，利用宏基因組及代謝組學等現(xiàn)代分子生物學技術，針對犢牛瘤胃上皮營養(yǎng)物質吸收轉運、相關代謝機制及微生物群落結構進行深入探討，研究瘤胃組織形態(tài)、SCFA吸收轉運及微生物群落三者間的相互作用機制。這將對進一步指導犢牛健康養(yǎng)殖，降低腹瀉率，充分發(fā)揮犢牛生長潛能，進而提高其成年期的生產(chǎn)性能具有重要的科學意義。