鄭海玲， 孫金輝， 崔 培， 喬秀亭， 孫 超，程鎮(zhèn)燕

（1.天津農(nóng)學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院，天津西青 300384；2.天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點實驗室，天津西青 300384；3.天津現(xiàn)代天驕水產(chǎn)飼料股份有限公司，天津?qū)氎?301800）

短鏈脂肪酸（SCFAs）是一種由碳含量低于6個碳原子組成的有機物質(zhì)，主要由膳食纖維、抗性淀粉、低聚糖等難消化糖發(fā)酵而成，具有重要的生物學(xué)意義和生理功能。 魚類腸道中最豐富的是乙酸（SA）、丙酸（SP）、丁酸（SB）及其鹽類（Tran 等，2020）。 乙酸可被宿主吸收利用，作為宿主的能量基礎(chǔ)，起著至關(guān)重要的作用，每天供給機體10%的能量；丙酸被吸收到血液，在肝內(nèi)進行代謝，由丙酮轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟牵⒛茏柚褂椭?；丁酸可用于上皮?xì)胞，調(diào)節(jié)機體的代謝和生理功能（朱滔等，2022）。

1 短鏈脂肪酸的作用機理

機體腸道含有大量微生物， 稱為腸道微生物群， 微生物結(jié)構(gòu)和功能的改變與各種疾病的發(fā)病機制有關(guān)，SCFAs 主要發(fā)生在遠(yuǎn)側(cè)的小腸和結(jié)腸，而不易消化的糖類則被一些細(xì)菌如假桿菌、 厚壁菌、放線菌等所利用，產(chǎn)生SCFAs 進而影響宿主的能量穩(wěn)態(tài)（Chakraborti 等，2015）。SCFAs 可影響機體的許多器官和組織的生理功能， 不但能促進和維持腸道健康，而且還參與免疫調(diào)節(jié)。SCFAs 作為腸道微生物組和免疫系統(tǒng)之間通信的中介，產(chǎn)生的信號通過游離脂肪酸受體在免疫細(xì)胞中轉(zhuǎn)移（Ratajczak 等，2019）， 通 過G 蛋 白 偶 聯(lián) 受 體（GPCRs）的活化從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖或分化，或是通過抑制組蛋白去乙?；福℉DAC）來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng) （王可鑫等，2020； Daniela 等，2019；Renato等，2011）。SCFAs 不但是腸道內(nèi)的主要能源，其還可以與細(xì)胞表面的GPCRs 結(jié)合并激活相關(guān)的腸道免疫反應(yīng)， 從而調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)（趙越等，2022；Corrêa-Oliveira 等，2016）。 Frost 等（2014）發(fā)現(xiàn)，SCFAs 對宿主代謝也具有有利的作用， 乙酸鈉通過改變下視丘中控制食欲的神經(jīng)肽的表達， 并激活TCA 循環(huán)，從而減少食欲；丙酸鈉對腸內(nèi)糖異生有活化作用，從而促進代謝（Filipe 等，2014）；丁酸鈉可以通過增加棕色脂肪中兩種相關(guān)產(chǎn)熱蛋白（過氧化物酶體增殖γ-1α 共激活受體和蛋白質(zhì)-1 解偶聯(lián)）的表達，增加能量消耗和脂肪氧化來減輕體重（Dallas 等，2011）。

2 短鏈脂肪酸在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用

2.1 改善水產(chǎn)動物的生長 糖類或脂類作為能源物質(zhì)，其能夠為魚提供能量，減少飼料中的蛋白質(zhì)攝入量， 從而節(jié)約蛋白質(zhì)， 還可減少水體污染（Hu 等，2014）。但是，一些魚類對糖的利用能力較低，飼料過高水平的糖不僅會引起代謝紊亂，增加機體肥滿度， 導(dǎo)致腹部脂肪堆積及生長性能下降（Wu 等，2021），還會引起氧化應(yīng)激，對線粒體功能造成不良影響， 抑制先天免疫以及一系列的代謝綜合征（Lin 等，2018），這在對黃顙魚（張麗等，2021）、吉富羅非魚（馮婧昀，2020）、團頭魴（蔣陽陽，2012）的研究中均有發(fā)現(xiàn)。

目前， SCFAs 及其鹽通常被認(rèn)為是安全的，在飼料工業(yè)中可用作抗菌劑（鐘頌石等，2022；Hoseinifar 等，2017）。 Safari 等（2017）報道，隨著飼料中丙酸鈉水平的升高，鯉促生長因子（IGF-1）和生長激素（GH）的轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)，說明丙酸鈉對其生長產(chǎn)生有益作用。Sheikhzadeh 等（2021）進行50 d 的喂養(yǎng)試驗發(fā)現(xiàn)，飼料5 g/kg 丙酸鈉使金魚終末體重和特定生長率顯著提高， 在白鯨鱘（Ahmadifar 等，2022）、 里海白魚 （Hoseinifar 等，2016）也得到了相似的結(jié)果。 同樣地，乙酸鈉處理后的膳食日糧喂養(yǎng)鯉魚發(fā)現(xiàn)， 其IGF-1 和GH 表達也顯著增加（Roghieh 等，2020）。 補充適當(dāng)水平的乙酸鈉可促進卵形鯧鲹幼魚的生長和采食量，且最佳補充量為1423.67 mg/kg （Xun 等，2022）。Bruno 等（2016）在膳食日糧中添加不同濃度的丙酸鈉和丁酸鈉發(fā)現(xiàn)，對蝦的終末體重均有所增加，飼喂2%丁酸鹽對蝦的餌料效率和成活率均高于對照組。 Monier 等（2022）研究發(fā)現(xiàn)，日糧納米丁酸鈉顯著改善了尼羅羅非魚的生長性能， 其最佳水平為1.0 ~ 2.5 mg/kg。 Liu 等（2017）證實，將0、500、1000、2000、3000 mg/kg 丁酸鈉加入草魚基礎(chǔ)飼料中后，1000 mg/kg 組和2000 mg/kg 組的特定生長率顯著增加，3000 mg/kg 組的最低，說明適當(dāng)補充丁酸鈉可以提高草魚幼魚的生長性能。Ke 等（2022）在石斑魚上也得到了相似的結(jié)果。 所有這些研究表明，適當(dāng)水平的SCFAs 可以改善水生動物的生長性能。但是，杜藝（2019）在松浦鏡鯉上的研究得到了相反的結(jié)果， 添加丁酸梭菌和丁酸鈉對其生長性能沒有顯著影響，這可能與魚的種類、年齡、飼料成分和添加劑的添加劑量有關(guān)。

2.2 調(diào)節(jié)腸道菌群 腸黏膜屏障功能完整、通透能力強，是腸道健康的重要組成部分。腸道屏障受損表現(xiàn)為腸道菌群數(shù)量發(fā)生變化， 腸壁的通透性增加導(dǎo)致內(nèi)毒素直接通過腸壁進入血管（Potrykus等，2022；楊俊英等，2021）。SCFAs 通過對腸道中微生物成分的改變，促進有益菌的生長，抑制有害菌的生長來調(diào)節(jié)腸道菌群的平衡（張亞琨等，2023）。腸道微生物菌群組成和相對豐度受到影響，會導(dǎo)致魚類對致病菌的抵抗力降低，免疫性能低下（劉寒等，2018；許霄霄，2017）。SCFAs 被認(rèn)為是調(diào)節(jié)膳食纖維和腸道微生物群從而改善健康的有益參與者，是腸道上皮細(xì)胞的重要能源，其可以促進上皮細(xì)胞的生長和分化，保持腸道黏膜的機械屏障（蒙丹麗等，2018；Sivaprakasam 等，2016）。研究表明，SCFAs能使胃腸道pH 下降，對大腸桿菌等有害菌產(chǎn)生抑制或殺滅，促使有益菌的繁殖，從而使動物腸道內(nèi)的微生物發(fā)生變化（陳福等，2019）。 日糧中添加中短鏈脂肪酸甘油酯可顯著增加乳桿菌屬、布勞特氏菌屬、柔嫩梭菌屬等的豐度，從而增加腸道SCFAs的含量（張萌，2020）。 日糧中適當(dāng)水平的丁酸鈉增加了草魚幼魚腸道中有益乳酸桿菌的數(shù)量，并減少了有害氣單胞菌和大腸桿菌的數(shù)量 （Tian 等，2017）。 Liu 等（2019）發(fā)現(xiàn)，飼糧中加入丁酸鈉顯著提高了變形菌門（Proteobacteria）和放線菌門（Actinobacteriota）的相對豐度，降低了擬桿菌屬的相對豐度， 說明丁酸鈉對腸道微生物群發(fā)揮有益作用。此外，與對照組相比，用含丁酸鈉的飼料喂養(yǎng)歐洲鱸，其腸道總微生物量呈減少趨勢，且弧菌屬（Vibrio）接近于零， 鱸魚的健康狀況和腸道功能得到了明顯改善（Elham 等，2020）。 在斑馬魚日糧中添加乙酸鈉可通過降低鄰單胞菌（革蘭氏陰性桿菌，水產(chǎn)動物潛在的病原體）的相對豐度對腸道健康產(chǎn)生積極影響（Zhang 等，2020）。

2.3 對糖、脂代謝的影響 SCFAs 作為脂肪酸家族的成員之一，為水產(chǎn)動物脂質(zhì)合成提供了底物，同時乙酸鈉、丙酸鈉能夠刺激脂質(zhì)積累，具有抗脂解活性（Hong 等，2005）。劉宇（2018）發(fā)現(xiàn)，日糧添加乙酸鈉會促進胰島素分泌， 進而使脂肪蓄積增加。作為宿主的能量來源之一，理論上增加內(nèi)源性SCFAs 的合成，可促進能量儲存，導(dǎo)致肥胖癥的增加，但一些研究證實，SCFAs 可能對肥胖相關(guān)的代謝紊亂有改善的作用（劉倩等，2018）。在水產(chǎn)動物上的研究結(jié)果表明，SCFAs 的添加降低了魚體血清總蛋白及膽固醇的含量， 并通過抑制魚體腹腔脂肪和肝胰臟脂肪積累來緩解脂肪沉積（晏顯芳等，2021）。 目前關(guān)于SCFAs 對糖脂代謝的研究主要針對于陸生動物，水產(chǎn)中的研究較少。

SCFAs 主要依賴于GPCRs 受體發(fā)揮作用，其激 活 的GPCRs 受 體 主 要 為GPR43、GPR41、GPR109a。 SCFAs 通過與其受體結(jié)合在各種細(xì)胞中充當(dāng)信號分子，GPCRs 是由橫跨7 個跨膜的單個多肽鏈形成的受體， 可以與細(xì)胞外的各種配體結(jié)合以調(diào)節(jié)多種生理反應(yīng) （伏春燕，2017）。 SCFAs 通過激活GPR43 來刺激胰高葡萄素樣蛋白-1 （GLP-1） 分泌， 以及降低胰高血糖素的產(chǎn)生（Barrera 等，2011）。 GPR43 作為一種能量速率傳感器，對機體的能量平衡、新陳代謝環(huán)境具有重要意義（Hara 等，2014）。 在水產(chǎn)動物上關(guān)于GPR43和糖代謝的研究還很罕見，劉宇（2018）發(fā)現(xiàn)，飼料中添加乙酸鈉會促進斑馬魚攝食和胰島素分泌，但并未發(fā)現(xiàn)乙酸鈉添加對糖異生和糖酵解水平的顯著性影響。 但是幼鯉飼料中添加0.5%和1%乙酸鈉經(jīng)腸道吸收并轉(zhuǎn)運到肝胰腺后， 可以有效調(diào)節(jié)包括糖酵解、糖異生、糖原合成和糖原分解在內(nèi)的糖代謝途徑（Feng 等，2022）。 腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）是肝臟糖代謝的重要調(diào)節(jié)通路，研究發(fā)現(xiàn)丙酸鈉可以通過激活A(yù)MPK 來減弱葡萄糖6-磷酸酶（G6Pase）和磷酸烯醇式丙酮酸羧酸激酶（PEPCK）這兩種糖異生關(guān)鍵酶的基因表達，從而降低葡萄糖異生作用（Hiroki 等，2019）。

2.4 緩解腸道炎癥 短鏈脂肪酸（SA、SP、SB）除了可以防止飲食誘導(dǎo)的肥胖和胰島素抵抗之外，還與抗炎、 能量代謝疾病有很大的關(guān)系 （楊東明等，2019；Lin 等，2012）。 喂食高碳水化合物飼料之后的尼羅羅非魚體重增加， 但對細(xì)菌的耐藥性很差，白細(xì)胞介素1β（IL-1β）、白細(xì)胞介素-12（IL-12）、腫瘤壞死因子（TNF-α）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）炎癥因子顯著升高，添加乙酸鈉后，最終體重沒有呈現(xiàn)顯著性增加， 但能夠顯著提高魚體對細(xì)菌的抗性，在一定的劑量下， 乙酸鈉能抑制p38 蛋白激酶（p38MAPK）和核轉(zhuǎn)錄因子（NF-κB）的活性，從而減輕高糖血癥所致的腸黏膜炎癥反應(yīng)（Li 等，2020）。Sun 等（2022）研究發(fā)現(xiàn)，高豆粕飲食中添加丙酸鈉可緩解幼年大菱鲆的炎癥癥狀， 提高抗感染能力。飼料中添加丁酸鈉通過上調(diào)腸道緊密連接蛋白基因的表達，下調(diào)TNF-α 和NF-κB 基因表達來緩解高豆粕日糧引起的腸道損傷， 還可以通過核轉(zhuǎn)錄E-2-相關(guān)因子2（Nrf2）、c-Jun 氨基末端激酶（JNK）和肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）信號通路增強草魚幼魚腸道的物理屏障（Liu 等，2019；Wu 等，2018）?？梢?，SCFAs 可通過p38MAPK 和NF-KB 等信號通路來緩解腸道炎癥，維持腸道健康。

3 小結(jié)

綜上所述，SCFAs 與機體免疫，腸道炎癥和調(diào)節(jié)能量代謝的關(guān)系密切， 可以提高腸道上皮屏障功能，提高腸道菌群結(jié)構(gòu)對機體健康的作用。在水產(chǎn)動物上的研究表明，SCFAs 可通過上調(diào)促生長因子和生長激素來促進機體的生長； 通過降低胃腸pH 來抑制或殺滅，諸如大腸桿菌等有害細(xì)菌，從而提高動物的腸道微生物結(jié)構(gòu)； 也可通過p38MAPK 和NF-KB 等信號通路來緩解腸道炎癥，維持腸道健康。 近年來研究發(fā)現(xiàn)，SCFAs 在改善糖脂代謝方面有很大作用， 可通過促進脂肪分解和氧化來抑制高脂飲食引起的肥胖。 目前在畜禽上已有研究，但是在水產(chǎn)方面研究較少，因此進一步明確SCFAs 對水產(chǎn)動物糖脂代謝的調(diào)節(jié)機制，將有助于肥胖、代謝紊亂等疾病的防治。