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名称：三丁酸甘油酯的生理功能及其在仔猪生产上的应用
期刊：《猪业科学》
影响因子：0.312
收稿时间：2020-03-25
刊期：2020年37卷第5期P46-49
三丁酸甘油酯的生理功能及其在仔猪生产上的应用
梁 琦1，2，左 刚2，3*
（1.江西生物科技职业学院动物科学系，江西 南昌 330000；2.北京德元顺生物科技有限公司，北京101101；3.湖南农业大学动物科学技术学
院，湖南 长沙 410128）
Physiological functions of tributyrin and its application in piglets
Qi Liang 1, 2，Gang Zuo 2, 3, *
(1.Department of Animal Science, Jiangxi Vocational College of Biotechnology, Nanchang, Jiangxi 330000, China; 2. Beijing Deyuanshun Biological Technology Co., Ltd.，Beijing 101101, China；3. College of Animal Science and Technology, Hunan
Agricultural University, Changsha, Hunan 410128, China)
Abstract: Finding antibiotic substitutes has become a hot spot in the research of animal husbandry. Tributyrin (TB) is a precursor substance of butyric acid, which has the characteristics of slow release at a fifixed point in the hindgut after passing the stomach, and exerts physiological functions. This article reviews the physiological functions of TB such as protecting intestinal mucosa, promoting intestinal development, enhancing intestinal immunity, alleviating inflammation, regulating insulin and lipid metabolism, maintaining intestinal flora homeostasis, and anticancer, as well as its application in porcine production are introduced in order to provide a reference for the use as antibiotic substitute in animal husbandry.
Key words: Tributyrin；Mechanism；Physiological function；Application
摘要：寻找合适的替代抗生素物质已成为当前畜牧业研究的热点，三丁酸甘油酯是丁酸的前体物质，具有过胃后在后肠定点缓释的特点，并发挥相应的生理功能。文章综述了三丁酸甘油酯的生理功能如保护肠粘膜、促进肠道发育、增强肠道免疫力、缓解炎症、调节胰岛素和脂质代谢、维持肠道菌群稳态、抗癌等，以及在猪生产上的应用，以期为三丁酸甘油酯在养猪生产中作为替抗物质提供参考。
关键词：三丁酸甘油酯；作用机理；生理功能；应用
规模化养殖过程中动物肠道会受到来自多方面的威胁与挑战，比如细菌、病毒、饲料成分、环境因素等。在这种背景下，动物直接表现为生长缓慢、消化不良、饲料报酬低下、腹泻和拉稀等一系列肠道受损的临床表现，因此，动物肠道健康对畜禽安全生产起着至关重要的作用。抗生素作为一种可预防疾病、促生长的活性物质在动物生产中备受人们青睐，它在修复肠道损伤，维持动物生长性能上扮演着一个重要的角色。但是，近些年畜牧业快速发展的同时，生产实践中，误用、滥用抗生素引起的药物残留，细菌耐药性增加，机体免疫性能下降，过敏，变态反应的案例屡见不鲜，这不仅影响到了畜产品的安全、质量问题，还在一定程度上威胁到了消费者的身体健康，引起了国内外的广泛关注。基于此，欧盟于2006年禁止饲用抗生素，我国作出了2020年饲用抗生素全面退出计划，故当前寻找一种绿色、安全、无毒的饲料添加剂来替代抗生素显得十分重要。三丁酸甘油酯是一种极具潜力的替抗物质，它于1815年左右被伟大的化学家米歇尔•欧仁•舍夫维尔（michel•Eugene•chevreul）首次制出，之后三丁酸甘油酯逐渐被美国FDA认可并应用于食品工业，我国于2003年首次将三丁酸甘油酯引入动物营养领域，开启了新的篇章。近年来，国内外对三丁酸甘油酯的研究取得了很大进展，文章对三丁酸甘油酯的生理功能及其在畜禽生产中的应用进行综述，旨在为其高效利用提供理论依据。
1 三丁酸甘油酯的概述和作用机理
三丁酸甘油酯（Tributyrin，TB）是由3分子丁酸和1分子甘油经硫酸催化生成的一种酯类物质，是丁酸的前体物质，分子式为C15H26O6，相对分子量为303.26，沸点较高，常温下为无色，略有香味和苦味的油状液体，天然存在于乳脂中；易溶于乙醚、苯、丙酮、乙醇等有机溶剂，不溶于水，无毒副作用，且常温下化学性质稳定。上述这些特点使得TB具备成为一类优良的饲料营养型添加剂的潜力，此外，TB还可被用作测定脂酶和脂肪酶的底物，功能较多，应用广泛。
相较于丁酸等衍生物过胃能力差、释放量不足等特点，动物在摄入TB后，在不需要包被的情况下就容易过胃到达后肠，在小肠中受到胰脂肪酶的分解作用，释放1分子甘油和3分子丁酸，其中甘油会被酯化生成甘油三酯，这部分甘油三酯只有少部分会被肠上皮细胞吸收，大部分甘油三酯以乳糜微粒的形式经过淋巴进入血液循环，丁酸离子则是通过肉碱转运途径进入到肠粘膜上皮细胞中，并在线粒体中发生β-氧化同时释放大量能量，这样肠腔中的丁酸不仅可以酸化环境阻止病原菌的增殖，还能为结肠细胞供应能量。
2 TB的生理功能
2.1 保护肠粘膜，促进肠道发育
肠粘膜上皮细胞主要由柱状细胞、杯状细胞、内分泌细胞构成。它们在促进小肠消化、吸收营养物质和保护肠粘膜上扮演着重要角色。故肠道粘膜上皮的完整性是小肠维持消化、吸收功能的重要条件。Hou等发现日粮添加0.1%TB可通过抑制细胞凋亡、促进紧密连接形成、激活表皮生长因子受体（EGFR）信号通路等途径而缓解乙酸诱导的肠道损伤。Cresci等发现喂食0.83-10mL的TB可通过保护肠道紧密连接蛋白（ZO-1, occludin）而对短期乙醇诱导的小鼠肠道具有保护作用。Wang等研究发现在断奶仔猪日粮中添加750mg/kg的TB可有效升高绒毛高度与隐窝深度的比值，提高回肠RNA/DNA，蛋白质/DNA的含量，同时升高回肠中钠葡萄糖转运蛋白-1（SGLT1）和葡萄糖转运蛋白2（GLUT2）的mRNA表达量，这表明TB可通过促进肠绒毛发育，柱状上皮细胞更新、蛋白质合成以及葡萄糖的吸收来促进肠粘膜的生长发育。此外，我们还发现TB与乳糖醇或乳杆菌GG的组合对动物肠道生长发育具有促进作用。
2.2 缓解炎症，增强肠道免疫力
Wang等研究了TB对敌草快处理下猪肠道炎症的影响，发现TB可通过降低肠道肿瘤坏死因子-α（TNF-α），干扰素-γ（IFN-γ）和白介素-6（IL-6）的mRNA表达量而缓解肠道炎症（P <0.05），同时还发现敌草快处理下仔猪日粮添加TB可缓解肠道上皮细胞线粒体功能紊乱，具体表现为降低活性氧浓度、提高线粒体膜电位和ATP含量（P <0.05），这对保护肠粘膜和增强肠道免疫屏障起到非常重要的作用。Glueck等研究发现，日粮添加TB可通过提高基质金属蛋白酶9（MMP9）、精氨酸酶1（Arg1）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）mRNA表达量来保护长期乙醇饲喂的小鼠近端结肠的免疫应答。Li等表明日粮添加TB能够减少脂多糖诱导的肉鸡小肠促炎细胞因子白介素-1β（IL-1β）、IL-6、前列腺素E2（PGE2）的表达以及提高肠道能量(ATP、ADP、TAN）状态。Leonel等也证实了TB能够减少嗜中性粒细胞和嗜酸性粒细胞浸润以及增加调节T细胞（Treg）、转化生长因子-β（TGF-β）和白介素-10（IL-10）的含量来抑制炎症进而增强机体肠道免疫力。上述结果表明在外源性物质的干预下日粮添加TB可通过降低肠道炎症，增强动物肠道免疫力。
2.3 调节胰岛素和脂质代谢
机体代谢紊乱容易引起动物生长发育受阻，胰岛素和脂质代谢紊乱引起的动物生长发育受阻较为常见。研究发现，胎儿宫内发育受阻（IUGR）与胰岛素抵抗，脂质代谢紊乱，脂肪肝和炎症密切相关。He等对21日龄的断奶仔猪上的研究发现，日粮添加0.1%的TB可通过增加肝脏中肝脂酶、脂蛋白脂酶、总脂肪酶活性和上调相关mRNA表达量，从而减轻IUGR仔猪胰岛素抵抗和脂代谢异常的潜力，最终提高IUGR仔猪早期的代谢效率。脂多糖（LPS）可诱导机体脂质和脂蛋白的代谢紊乱，从而引起动物生长发育受阻，Miyoshi等研究发现，口服TB能够加速脂肪酸的氧化从而减缓腹腔注射LPS大鼠的血浆中甘油三酯，总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平的升高，最终防止脂质代谢紊乱。Yang等研究发现，日粮添加丁酸甘油酯（BG）可显著增加21日龄肉鸡血清中的丙氨酸，低密度和极低密度脂蛋白和脂质的浓度相应增加（P<0.05）。Yin证实了日粮添加BG可干预并显著降低肉鸡的腹脂率（腹脂重/最终体重），究其原因可能是BG通过显著诱导甲状腺激素应答（THRSP）和早期生长应答1（EGR-1）这两种转录调节因子以及参与过氧化物酶体增殖物激活受体-α（PPAR-α）信号传导途径的几个差异表达基因（DEG）来干预脂质分解代谢，而这个过程可能与相关物质的合成、储存、运输和分泌的减少以及脂质和脂肪酸的氧化水平相应提高的生理活动有关。此外，还有研究发现，代乳粉中添加TB可显著增加犊牛血浆中胰高血糖素样肽2（GLP-2）的水平。同时在代谢能摄入低的情况下，TB可维持犊牛的生长性能。
2.4 调节肠道菌群
肠道微生物由数千亿个细菌组成，其中包括有益菌和有害菌，肠道菌群的稳态对维持动物肠道微生物屏障具有至关重要的意义。研究报道，动物肠道菌群一旦遭到破坏后容易引起机体腹泻，肥胖，血糖和脂质代谢紊乱，免疫性能下降等系列临床症状，甚至易引发II型糖尿病，高血压等疾病，故维持肠道菌群的稳态显得至关重要。TB具有能顺利过胃，并在后肠定点缓释的特点，对肠道微生物的稳态具有积极作用。Rivera-Cha´vez等研究发现，经链霉素处理的小鼠可减少肠腔中产丁酸梭状芽孢杆菌的数量，从而降低肠道内丁酸浓度，促进上皮细胞氧化和需氧鼠伤寒沙门氏菌的繁殖，而日粮添加TB则可恢复小鼠肠道上皮细胞低氧浓度以及抑制鼠伤寒沙门氏菌的繁殖。Yang等证实了肉鸡日粮中添加丁酸甘油酯可显著增加肠道中双歧杆菌的丰度（P <0.05），同时也提高了血清细菌代谢物的浓度，包括胆碱，甘油磷酸胆碱，二甲胺，三甲胺，三甲胺-N-氧化物，乳酸和琥珀酸。刘兵研究发现，日粮添加2000mg/kg微囊化TB可显著提高仔猪盲肠中乳酸杆菌数量（P<0.05），显著降低大肠杆菌数量（P<0.05），对芽孢杆菌数量无显著影响（P>0.05）。曹阳也认为肉鸡日粮中添加500mg/kg的TB可抑制大肠杆菌、沙门氏菌数量，增加乳酸杆菌数量。不难发现，TB可减少肠道有害菌如鼠伤寒沙门氏菌和大肠杆菌的数量，增加肠道有益菌如乳酸杆菌、双歧杆菌的数量，究其原因我们猜测可能是TB过胃到达后肠逐步释放丁酸根离子，会降低肠道pH值，而大部分病原微生物适宜生存的pH值要比肠道益生菌要高，故日粮添加TB可在一定程度上抑制肠道病原微生物的活力，维持肠道菌群平衡。
2.5 抗癌作用
研究表明，作为一种广泛存在于乳脂和蜂蜜中的天然活性物质，从半衰期、药代动力学上看TB的抗癌作用要强于丁酸。Jun Yan等研究发现体外添加2mmoL/LTB，作用时间48h，与对照组相比，TB可显著降低33.6%癌细胞浓度，以及通过抑制B淋巴细胞瘤-2（BcL-2）、提高免抗人单克隆抗体（Bax）浓度和裂解DNA修复酶（PARP）的方式来促进癌细胞凋亡和阻止DNA合成，这表明TB在体外具有抑制人胃癌SGC-7901癌细胞发育的功能。研究结果与MAIER的发现相一致。TB作为一种组蛋白脱乙酰基酶抑制剂（HDAC），具有抑制前列腺癌的作用，Kuefer发现添加0.1mMTB可抑制鸡蛋上微肿瘤的发育，以及TB处理的肿瘤在前列腺癌细胞系PC3中显示出最强的作用，核凋亡含量为38％。Kang也通过体内和体外试验证实了作为HDAC的TB可抑制黑色素瘤，体外试验中，他发现TB乳剂可通过延长DNA复制过程的G0/G1期和诱导DNA片段化的方式诱导小鼠B16-F10黑色素瘤细胞凋亡；体内试验发现，腹腔注射TB乳剂可抑制静脉内注射黑素瘤细胞后C57BL/6J 小鼠肺肿瘤集落的形成，表明TB乳剂可作为一种有效的抗黑色素瘤药物。Gaschott在体外研究发现，在人的Caco-2结肠细胞系中同时添加TB和二羟基胆钙化醇（（OH）2D3），TB可通过上调维生素D受体水平来减缓Caco-2细胞的生长和诱导其分化，同时使（OH）2D3受体水平提高1.5倍，且不干扰其活性，进一步证实了TB可化学预防和治疗结直肠癌。TB可能是通过促进癌细胞凋亡和阻止DNA合成的方式来发挥其抗癌作用。
3 TB在仔猪上的应用
TB在促进仔猪生长发育的研究较多。刘兵等发现日粮添加0.2%TB可使仔猪的平均日增重（ADG）显著增加10.53%，平均日采食量（ADFI）显著增加4.59%，料重比（F/G）显著下降5.37%。杨玲研究发现断奶仔猪日粮中添加0.08%或0.15%TB可提高仔猪生长性能，改善肠道结构和降低腹泻率，但添加0.15%效果最佳。候改凤等认为日粮添加0.2%TB可提高断奶仔猪生产性能和饲料养分消化率。IUGR新生幼畜容易受到生长限制，Dong等发现在哺乳第17天，IUGR+TB组仔猪要比IUGR组仔猪的体重显著更重（P<0.05）,第21天断奶时仔猪的脾脏和小肠发育的更好，肠绒毛的表面积显著增加（P<0.05），肠道内消化酶（乳糖酶、蔗糖酶等）的活性更高，同时还能显著增加肠内免疫球蛋白（IgG）、G蛋白偶联受体41（GPR41）mRNA的表达量（P<0.05）。Gu等研究发现TB可显著提高断奶后一周仔猪的生长性能和生长迟缓的仔猪比例（P<0.05），增加断奶后前两周仔猪的ADG和ADFI，还可通过上调成纤维细胞生长因子9（FGF9）mRNA的表达量而提高回肠黏膜总胆汁酸水平来增加仔猪食欲，进而促进仔猪生长。Murray则阐述了TB在修复初生仔猪肌肉损伤进而维持动物生长性能的机制，他认为日粮添加0.5%的TB可通过抑制HDAC的活性来提高肌肉卫星细胞的生肌作用，这在一定程度上解释了TB对卫星细胞活性和肌肉生长发育的影响。
4 小结
上述资料表明，饲粮中添加TB可保护动物肠道粘膜、缓解炎症、增强肠道免疫力、调节胰岛素和脂质代谢、维持肠道菌群稳态等，在生产中可能用来提高仔猪生长性能，促进生长发育。TB作为一种全新的替抗物质在调节肠道生长发育上正逐渐展露头角，被广大养殖户所认可，具有良好的应用前景。但其作用机理需要进一步深入探究。
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