王新成

（加拿大安大略省旺倫斯汀飼料公司，安大略旺倫斯汀N0B 2N0）

為了減輕微生物對(duì)抗生素的耐藥性，在世界范圍內(nèi)，對(duì)用于動(dòng)物生產(chǎn)的抗生素進(jìn)行了限制或者禁止使用。因此，在動(dòng)物生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)，研究人員不斷尋找抗生素的替代品或替代方案。這些產(chǎn)品包括：有機(jī)酸、植物提取物、益生元、益生菌以及許多飼料用的消化酶。在這些替代品當(dāng)中，丁酸作為有機(jī)酸的一種，被廣泛應(yīng)用于無(wú)抗生素日糧當(dāng)中。

人和動(dòng)物體本身并不能合成丁酸，丁酸與其他短鏈脂肪酸（SCFA）一樣，是厭氧細(xì)菌，是在人類(lèi)和動(dòng)物的后腸利用宿主沒(méi)有消化吸收的碳水化合物發(fā)酵而產(chǎn)生的。

筆者就人工合成的丁酸產(chǎn)品，在無(wú)抗生素畜禽日糧中的作用機(jī)制進(jìn)行闡述和說(shuō)明，為更有效地利用丁酸提供理論依據(jù)。

1 丁酸的殺菌作用

有許多研究指出，丁酸在體外具有殺菌能力。NAMKUNG等[1]在體外評(píng)估了丁酸及丁酸甘油酯對(duì)鼠傷寒沙門(mén)氏桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌生產(chǎn)的影響，指出這些丁酸產(chǎn)品具有抗菌的功能，可以在家禽飼料中用于控制鼠傷寒沙門(mén)氏桿菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌。一般認(rèn)為，丁酸以完整的沒(méi)有解離的分子進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)，可以將細(xì)菌殺死。因?yàn)槎∷岬膒KA值是4.82，所以一般情況下，它在體內(nèi)以解離的酸根離子存在，對(duì)細(xì)菌沒(méi)有殺死的能力。因此，丁酸在體內(nèi)可以殺菌，沒(méi)有很強(qiáng)的說(shuō)服力。有一點(diǎn)需要指出，添加劑的殺菌作用和它引起的腸道微生物菌群改變是2個(gè)不同的概念。例如，日糧中營(yíng)養(yǎng)成分的改變，可能導(dǎo)致宿主腸道微生物菌群的改變，但不代表它具有殺菌功能。

2 丁酸為腸道細(xì)胞提供能量，改善腸道的結(jié)構(gòu)和功能

大量研究表明，丁酸可以為腸道細(xì)胞提供能量[2]，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能[3-5]，增加腸黏膜的絨毛高度[6]，增強(qiáng)消化酶活性[4]，提高營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化率[6]，改善腸道的屏障功能[7]，提高動(dòng)物的免疫力[8]。正因?yàn)槎∷峥梢宰鳛槟c道細(xì)胞的能量來(lái)源，所以，以上這些丁酸在腸道展現(xiàn)的生理功能，是容易理解的。而這些生理功能，基本上局限于腸道，是局部性的。根據(jù)目前有關(guān)科學(xué)的研究進(jìn)展，丁酸的重要生理功能，很可能是由它對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝的宏觀(guān)調(diào)控來(lái)完成的。

3 丁酸與動(dòng)物采食量的關(guān)系

在很多研究中，丁酸可能導(dǎo)致采食量下降，但許多研究人員回避了這個(gè)問(wèn)題。DENBOW等[9]用食道注入的方法飼喂12周齡的公雞，分別注入相同能量的三丁酸甘油酯、三辛酸甘油酯和三油酸甘油酯，結(jié)果表明，三丁酸甘油酯可顯著降低公雞的采食量。與食道注入的方法相比，從肝臟注入這3種甘油三酯對(duì)采食量的影響不明顯。這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入肝臟后，可能直接被氧化提供能量。而在消化道內(nèi)，這些脂肪酸很可能與受體結(jié)合產(chǎn)生一系列生理反應(yīng)，導(dǎo)致采食量下降。由此可見(jiàn)，這3種甘油三酯在腸道不僅僅是作為能量代謝的底物。

MOQUET等[10]以肉雞為研究對(duì)象，比較了不同的丁酸產(chǎn)品對(duì)肉雞消化系統(tǒng)及采食量的影響，結(jié)果表明，通過(guò)肌胃以后的丁酸會(huì)引起厭食反應(yīng)。

鐘翔等[4]研究了丁酸鈉不同添加量（0、1、2 g/kg）對(duì)斷奶仔豬生長(zhǎng)性能和腸道消化酶活性的影響，結(jié)果顯示，添加2 g丁酸鈉處理組斷奶后3、7 d仔豬的采食量均為對(duì)照組的90% 左右，但差異未達(dá)到顯著水平；添加1 g丁酸鈉處理組仔豬的采食量與對(duì)照組相同?？梢?jiàn)，丁酸最佳添加量的范圍比較窄小。

當(dāng)然，動(dòng)物的采食量與許多因素有關(guān)。例如，丁酸的添加量，丁酸產(chǎn)品的種類(lèi)和產(chǎn)生工藝，動(dòng)物的健康狀況，還有飼料的營(yíng)養(yǎng)成分（如粗纖維的含量、蛋白水平和能量水平）。正是因?yàn)檫@些因素，有的試驗(yàn)報(bào)告采食量下降，而有的試驗(yàn)報(bào)告采食量不變甚至提高。在動(dòng)物的采食量改變的同時(shí)，丁酸可以使消化道容量增加和排空減慢。

當(dāng)日糧中可發(fā)酵碳水化合物增加時(shí)，微生物發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（包括丁酸），可導(dǎo)致消化道內(nèi)容物增加，這也表明食糜在消化道停留的時(shí)間延長(zhǎng)[11]。DELGADO-AROS等[12]在人體血液中注入胰高血糖素樣肽-1（GLP-1，丁酸與受體結(jié)合后腸道釋放的一種激素）后，空腹和餐后胃的容積增加，同時(shí)，胃的排空延緩。

當(dāng)采食量下降、胃排空變慢的時(shí)候，食物在胃內(nèi)停留時(shí)間延長(zhǎng)，在這樣低酸的環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生以下3種結(jié)果：第一，消化酶的作用時(shí)間延長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化增強(qiáng)；第二，消化道中微生物的數(shù)量（包括有害無(wú)微生物的數(shù)量）會(huì)大幅下降，這可能是導(dǎo)致后腸微生物菌群改變的主要原因之一；第三，進(jìn)入后腸的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)下降，可供微生物生長(zhǎng)的底物減少，這可能也是導(dǎo)致后腸微生物減少的另一個(gè)原因。

丁酸進(jìn)入腸道以后，不僅可以產(chǎn)生飽腹感，使胃排空變慢，而且通過(guò)激素的調(diào)控，會(huì)產(chǎn)生一系列復(fù)雜的生理生化反應(yīng)。

4 丁酸對(duì)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)代謝的宏觀(guān)調(diào)控功能

在動(dòng)物腸道內(nèi)，丁酸和游離脂肪酸受體2（FFAR2，以前為GPR43）以及游離脂肪酸受體3（FFAR3，以前為GPR41）結(jié)合，產(chǎn)生腸道激素胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）、胰高血糖素樣肽-2（GLP-2）和酪氨酸肽（PYY）[13-14]。

對(duì)于人類(lèi)和其他哺乳動(dòng)物，PYY可以使其采食量下降、胃排空減慢和腸蠕動(dòng)減少。GLP-1不僅可以使采食量下降、增加胃的容積、延緩胃排空，而且可以使血液中的胰島素升高[13，15]，使體細(xì)胞和腸道細(xì)胞加快利用血液中的血糖和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并進(jìn)入合成代謝，最后導(dǎo)致血液中和消化道中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少。與GLP-1略有不同，GLP-2對(duì)胰島素和血糖穩(wěn)定的作用有限，其主要生物學(xué)功能是調(diào)節(jié)能量代謝，維護(hù)腸道黏膜的形態(tài)，維持腸道功能和結(jié)構(gòu)的完整性[14]。

越來(lái)越多的研究表明，在豬和家禽的體內(nèi)，這些由丁酸和其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作用而產(chǎn)生的腸道激素，雖然有一定的爭(zhēng)議，但是其作用機(jī)制與人類(lèi)的非常相似。

CUCHE等[16]研究表明，在豬回腸注入SCFA后，與生理鹽水的對(duì)照組相比，在30～45 min內(nèi)，血清中PYY的濃度明顯增加，同時(shí)產(chǎn)生了對(duì)后腸蠕動(dòng)的抑制作用。

最近有研究指出，在斷奶仔豬的日糧中添加0.2% 的丁酸甘油酯，與對(duì)照組相比，血清胰島素濃度顯著增加[3]。胰島素在血液中濃度的升高，表示動(dòng)物細(xì)胞進(jìn)入合成代謝，糖和其他養(yǎng)分（如氨基酸）的吸收增強(qiáng)，蛋白質(zhì)進(jìn)入合成代謝。

DIAO等[7]在斷奶仔豬胃中注入SCFA，結(jié)果表明，與對(duì)照組相比，腸道中FFAR2和FFAR3的mRNA的表達(dá)明顯增多；同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，GLP-2和GLP-2R（胰高血糖素樣肽-2的受體）的mRNA表達(dá)水平明顯提高。盡管該研究沒(méi)有觀(guān)察GLP-1和PYY的水平，也沒(méi)有報(bào)告仔豬的采食量，但是，以上這些結(jié)果仍然可以說(shuō)明，丁酸的作用機(jī)制在豬和人體內(nèi)大致相同。

AOKI等[17]結(jié)果表明，在雞的血管內(nèi)注入PYY激素，雞的采食量明顯減少，并隨PYY的劑量而發(fā)生變化。這個(gè)研究表明，PYY在雞和哺乳動(dòng)物的體內(nèi)功能相似，能夠增加動(dòng)物的飽腹感。

HONDA等[18]研究指出，在血管內(nèi)注射GLP-2可抑制雛雞的采食量。但是，哺乳動(dòng)物中GLP-2的功能是促進(jìn)腸道生長(zhǎng)，增強(qiáng)腸道屏蔽能力[14]?？梢?jiàn)，禽類(lèi)和哺乳動(dòng)物在GLP-2的功能上有一定的差別。這一點(diǎn)還需進(jìn)一步研究證明。

SHOUSHA等[19]研究胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）和胰高血糖素樣肽2（GLP-2）在禽類(lèi)中的生理作用，指出腹膜內(nèi)和腦室內(nèi)注射GLP-1，都可使日本成年鵪鶉的采食量下降。

綜上所述，丁酸在豬和雞的體內(nèi)作用機(jī)制，與丁酸在人體內(nèi)的作用機(jī)制相同或者類(lèi)似。即丁酸與腸道中FFAR2和FFAR3的受體結(jié)合，產(chǎn)生腸道激素PYY和GLP-1、GLP-2，對(duì)動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)控。其中，PYY可以使動(dòng)物采食量下降，胃排空減慢；GLP-1可使采食量下降，胰島素分泌增加，細(xì)胞進(jìn)入合成代謝狀態(tài)，腸道的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到充分的吸收和利用；GLP-2可以增加腸道功能，維持腸道的結(jié)構(gòu)的健康和完整性。

5 丁酸應(yīng)用廣泛

近幾十年，動(dòng)物育種取得了重大進(jìn)展，生產(chǎn)性能不斷提高。這主要是因?yàn)榻?jīng)過(guò)多年來(lái)的選育，動(dòng)物的采食量不斷提高。而在這一選育過(guò)程中，動(dòng)物可能減弱了對(duì)采食量控制的功能。所以，丁酸控制采食量的作用，就顯得更為重要。

最近10 a，人們對(duì)丁酸的應(yīng)用有了更深刻的了解，使其作用更加明顯。例如，用包被的丁酸或者用丁酸甘油酯可以到達(dá)動(dòng)物后腸，進(jìn)而使其更能發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

另外，隨著抗生素使用的減少，人們?cè)诓粩鄬ふ腋鞣N類(lèi)型的抗生素替代品。丁酸在沒(méi)有抗生素的情況下，通過(guò)減慢胃的排空，使微生物的數(shù)量大幅下降，更能充分發(fā)揮它的系統(tǒng)調(diào)節(jié)作用，對(duì)提高無(wú)抗生素日糧的性能發(fā)揮了重要的作用。

6 丁酸對(duì)動(dòng)物采食量和營(yíng)養(yǎng)代謝的調(diào)控機(jī)制

在脊椎動(dòng)物的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中，宿主及其體內(nèi)的微生物形成了相利共生的機(jī)制。宿主體內(nèi)的微生物利用宿主不能消化但可以發(fā)酵的碳水化合物不斷繁殖。同時(shí)，在微生物的生長(zhǎng)過(guò)程中，產(chǎn)生了一些代謝產(chǎn)物，比如乙酸、丙酸和丁酸。這些代謝產(chǎn)物，可以被宿主后腸細(xì)胞利用，作為重要的能量來(lái)源。微生物的生長(zhǎng)和繁殖，應(yīng)該也必須受到宿主的調(diào)節(jié)和控制。否則，微生物的過(guò)度生長(zhǎng)，對(duì)宿主沒(méi)有任何好處。宿主可以通過(guò)減少對(duì)微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到對(duì)菌群繁殖程度的控制。因此，在相對(duì)降低采食量的同時(shí)，宿主增加自身對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化和吸收，從而使到達(dá)后腸的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少，進(jìn)而減少微生物的繁殖。

丁酸是微生物的代謝產(chǎn)物，是微生物繁殖程度的一個(gè)指標(biāo)。因此，它可以作為宿主和微生物之間協(xié)調(diào)的信號(hào)，可以對(duì)宿主的采食量和代謝進(jìn)行調(diào)控。

7 結(jié)語(yǔ)

丁酸是通過(guò)對(duì)一些激素的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)體的營(yíng)養(yǎng)代謝的宏觀(guān)調(diào)控，而不僅僅是通過(guò)調(diào)控局部的組織和器官來(lái)完成的。在選擇應(yīng)用丁酸產(chǎn)品時(shí)，必須關(guān)注日糧中的有關(guān)營(yíng)養(yǎng)成分以及丁酸的添加劑量。過(guò)去以包被的丁酸鹽為主，但近些年來(lái)，新一代的丁酸甘油酯，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。