丁酸钠对断奶仔猪肠黏膜屏障功能的影响

皮定安 香红星 刘玉兰

(1.动物营养与饲料科学湖北省重点实验室，武汉工业学院动物科学与营养工程学院，湖北武汉 430023；2.武汉多宝微生物技术有限公司，湖北武汉 430312)

仔猪的消化系统和免疫系统发育不完善，而早期断奶受到生理、营养和环境的突然改变，易引起“早期断奶综合征”，表现为采食量下降、生长受阻和腹泻，并且免疫力下降，易受疾病侵害，是仔猪出生后所面临的一大应激，同时也是造成肠道受损的主要原因[1]；因此，肠道屏障的完整性与肠道免疫功能的正常发挥对仔猪健康生长非常重要。丁酸钠的有效成分是丁酸，是当今备受关注的抗生素替代物之一。本文仅就丁酸钠对断奶仔猪肠黏膜屏障功能的影响做一综述。

1 肠黏膜屏障的结构和功能

肠道不仅是消化和吸收营养物质的重要场所，也是体内最大的免疫和内分泌器官[2]。肠道黏膜长期接触大量的来自食物和消化道的机械、化学性刺激，比起机体其他系统，肠道更易受到损伤。食糜中的抗原物质、有害物质与消化道黏膜血管之间仅以单层柱状上皮和一层黏液层相隔离。要防止疾病对仔猪的侵害就必须要求其具备良好的肠黏膜屏障功能。正常肠道黏膜屏障由机械屏障、化学屏障、免疫屏障、生物屏障与肠黏膜固有层分子筛共同构成[3]。

1.1 机械屏障

肠黏膜机械屏障是由肠黏膜上皮细胞、上皮细胞侧面的细胞连接和上皮基膜共同构成[3]。肠上皮为单层柱状上皮，由柱状细胞、杯状细胞和少量的内分泌细胞组成。柱状细胞电镜下纹状缘由密集排列的微绒毛构成，微绒毛表面有一层较厚的细胞衣，而相邻细胞顶部有连接复合体封固，可防止肠腔内物质进入深部组织，起屏障作用。杯状细胞散于柱状细胞之间，分泌黏液及黏蛋白附于上皮表面，有润滑和保护作用。此外，消化道的蠕动和呼吸道黏膜纤毛的运动不仅对肠腔内微生物有机械清除作用，而且还可以阻止微生物黏附到黏膜上。

1.2 化学屏障

呼吸道和消化道各器官分泌的各种分泌物（含有溶菌酶、补体、胆汁等）构成了仔猪抗感染的化学屏障。胃分泌的胃酸在小肠的起始端起作用，能破坏日粮抗原并能有效抑制多种微生物进入小肠，而进入小肠的某些微生物对小肠中的胆汁也非常敏感；另外，胰液中的蛋白酶能够破坏细菌细胞膜。肠道杯状细胞分泌的黏液既可保护肠上皮免受机械损伤，又可把抗原物质网粘住，使其更易被胰蛋白分解酶和肠上皮蛋白分解酶降解[4]。

1.3 免疫屏障

肠道的免疫学屏障主要由肠黏膜吸收上皮细胞和肠道相关淋巴组织构成，肠黏膜吸收上皮细胞在调节机体天然和获得性免疫中具有重要作用。其中分泌型IgA是体内分泌最多的免疫球蛋白，主要存在于胃肠道和黏膜表面，IgA通过肠上皮细胞或在细胞间隙间与上皮细胞产生的分泌片段结合形成S-IgA。IgA的分泌成分可使S-IgA对蛋白质敏感性降低，让黏液更具有黏稠性，有效增强了黏附作用及防御能力，以避免病原微生物对肠黏膜的损害[5]。肠道黏膜固有层中含有大量的T淋巴细胞、B淋巴细胞、巨噬细胞、肥大细胞等，这些免疫细胞一方面参与免疫反应，另一方面通过所分泌的细胞因子参与获得性免疫。

1.4 生物屏障

肠道中的大量正常菌群又被称为“生物屏障”。它是一个既相互依存又相互制约的微生态系统，具有相对的稳定性，包括需氧菌、厌氧菌、兼性菌。现已确认，以双歧杆菌为主的专性厌氧菌定植于黏膜上皮表面形成菌膜，能阻止条件致病菌对黏膜的黏附和定植。任何原因引起肠道微生态紊乱，优势繁殖的细菌便有可能突破受损的黏膜屏障而移位[6-7]。

1.5 肠黏膜固有层结缔组织与分子筛

固有层内的结缔组织细胞间质中充满凝胶状的基质成分，其中除含水分外，主要是蛋白多糖。蛋白多糖是蛋白质和糖胺多糖构成的大分子。糖胺多糖包括透明质酸、硫酸软骨素、硫酸角质素及肝素。透明质酸是长链大分子，以透明质酸链为主链，通过蛋白质连接硫酸软骨素、硫酸角质素及肝素构成具有微小空隙的分子筛，此分子筛允许小分子物质通过，但对大分子物质起阻挡作用，以此构成分子生物学屏障[3]。

2 断奶对仔猪肠黏膜屏障功能的影响

早期断奶仔猪消化器官重量和体积都较小，与营养物质消化有密切关系的小肠绒毛长度、小肠上皮凹陷深度、绒毛面积和淋巴细胞等正处于生长发育阶段，此时由母乳到固体饲料的转变对仔猪肠壁形态结构有很大的影响。一方面肠绒毛受损，同时细菌毒素刺激肠道黏膜，引起炎症，刺激肠道蠕动加快，仔猪营养物质消化吸收出现障碍，肠道无法获得足够的营养而迅速发育成熟，导致组织黏膜萎缩、黏液分泌减少；另一方面日粮中的抗原进入肠道可能引发过敏反应，使得肠细胞有丝分裂速度加快，隐窝深度增加，顶端肠细胞的脱落速度增快，成熟肠细胞损失加剧，导致酶活性和吸收力下降，而且很可能使小肠对病原体的敏感性提高，从而导致肠道组织的进一步损伤[8-10]。

3 丁酸钠对肠黏膜屏障功能的影响

3.1 丁酸钠的结构与理化性质

丁酸钠又称正丁酸钠盐，分子式为C4H7O2Na，白色或类白色粉末，有特殊的奶酪酸败样的脂臭味。易溶于水，水溶液pH值呈碱性。该产品的有效成分是丁酸，丁酸是一种短链挥发性脂肪酸，但由于丁酸具有游离性和挥发性，因此畜牧和饲料生产中将其制成相对稳定的钠盐。

3.2 丁酸钠对肠黏膜屏障功能的作用

3.2.1 丁酸钠对肠黏膜机械屏障的作用

其有效成分丁酸作为一种短链挥发性脂肪酸，以非离子弥散性吸收为主要吸收方式，小肠的空肠和回肠段是其主要的吸收部位。丁酸可为动物机体及其组织细胞提供快速且易于吸收的能量来源，促进胃肠道细胞的增殖和成熟。有试验报道，丁酸灌肠剂能降低肠道黏膜的损害并能治疗由肠炎引起的腹泻[11]。在仔猪日粮中添加1 g/kg丁酸钠后发现，仔猪空肠和结肠的黏膜上皮完整，肠绒毛更加粗壮；黏膜吸收细胞呈高柱状，排列整齐，游离面有明显的纹状缘；杯状细胞散在柱状细胞之间，试验组细胞数量比抗生素组增多1.4～1.7倍[12]。钟翔等[13]认为，日粮中添加丁酸钠能改善断奶仔猪肠道黏膜形态结构，促进消化器官的生长发育。研究表明，丁酸钠具有维持肠黏膜上皮细胞结构完整性的功能，因此能加强肠黏膜机械屏障作用。

3.2.2 丁酸钠对肠黏膜化学屏障的作用

研究发现，挥发性有机酸（甲酸、丙酸、丁酸）具有较好的杀菌作用，能直接扩散进入细胞内，通过降低胞内pH值，抑制某些大分子的代谢，破坏病原菌细胞膜的完整性，从而达到杀菌作用。同时，丁酸也可以促进肠黏膜的修复及其功能恢复，并且能够抑制炎症细胞因子的产生和释放，从而起到抗炎症作用。其挥发性有机酸盐丁酸钠，尽管不能降低病原菌细胞间质的pH值，但也具有一定的抗菌作用[14]。此外，丁酸钠还可以影响胆汁降解。因此，丁酸钠在一定程度上能加强肠黏膜化学屏障的功能。

3.2.3 丁酸钠对肠黏膜免疫屏障的作用

王继凤等[12]研究发现，丁酸钠可引起断奶仔猪小肠肥大细胞、上皮内淋巴细胞和肠黏膜杯状细胞的数量不同程度地增加。章亮等[15]实验结果表明，添加丁酸钠组的空肠上皮内淋巴细胞数量比对照组显著提高。而肥大细胞是天然免疫的效应细胞之一，能通过所分泌的细胞因子参与获得性免疫[16]。上皮内淋巴细胞是位于肠绒毛上皮细胞之间的特殊淋巴细胞群，是黏膜免疫系统中最先接触抗原的免疫活性细胞，而且通过伪足与上皮细胞接触，加速上皮细胞再生，在肠道中起重要的免疫屏障作用[17]。杯状细胞分泌的黏蛋白和柱状细胞分泌的复合糖蛋白是肠道黏膜上皮细胞表面的细胞衣，是潜在致病原的重要物理屏障[18]。这些细胞数量的增加表明丁酸钠能提高肠黏膜免疫屏障的功能。

3.2.4 丁酸钠对肠黏膜生物屏障的作用

丁酸为亲水、脂两性，且在pH值4～6时不易被分解，饲喂后大部分能避过胃液的酸性环境，直接进入盲肠和结肠继续发挥作用。它一方面进入细菌细胞内可分解为丁酸根离子和氢离子，随着胞内氢离子浓度的提升，抑制对氢离子耐受性差的大肠杆菌、沙门氏菌等一些病原微生物的生长，从而减少病原菌与动物机体争夺营养物质，减少其它消化道疾病的发生。有研究表明，丁酸可以降低毒性基因的表达和降低沙门氏菌对上皮细胞的攻击[19]。另一方面丁酸能促进一些有益菌的生长，使肠道中有益菌和有害菌处于一个动态的平衡过程，具有类似于抗生素的作用。郭小华等[20]的研究也表明，在断奶仔猪日粮中添加0.1%的丁酸钠，可以在一定程度上改善胃肠道微生物菌群的环境，增加肠道乳酸杆菌的数量，降低肠道大肠杆菌的数量。

4 结语

综上所述，丁酸钠能在一定程度上提高断奶仔猪肠黏膜屏障功能，而它作为一种新型饲料酸化剂，具有绿色无污染、无有害残留的特点，并能作为一种诱食剂使用，在畜牧生产方面具有广阔的应用前景。随着对丁酸钠的研究加深，人们对丁酸钠在畜禽营养生理、肠道微生态以及免疫机能的作用有了一定的了解，但对其作用机制、合适添加量等方面的问题还需进一步研究。

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