过瘤胃胆碱在围产期奶牛的应用

李生祥 曹阳春 孙菲菲 韩金涛 姚军虎

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西杨凌 712100）

胆碱是一种与肝脏中脂肪运输有关的营养物质，在机体内部分可由蛋氨酸合成，是合成卵磷脂的必需物质，而卵磷脂是构成极低密度脂蛋白（very low density lipoprotein,VLDL）中的一种主要成分，因此胆碱可促进肝脏中VLDL合成和输出[1-2]。胆碱在蛋氨酸和赖氨酸合成肉毒碱的过程中提供甲基基团[3]。当胆碱不足时，肝脏中的脂肪酸氧化降低，肉毒碱含量下降[4]，缺乏胆碱的大鼠在一天内即可诱导肝脏中脂肪酸结合蛋白，形成脂肪肝[5]。在脂肪肝小鼠模型中，补充肉毒碱能够减轻肝脏脂肪的变性[6]。另有研究报道肉毒碱和胆碱的衍生物能够防止小鼠氨中毒[7]。可见胆碱在动物肝脏脂肪代谢和转运过程中发挥重要作用。

饲料中胆碱通常以磷脂的形式存在，在瘤胃中极易被微生物降解，而不能直接到达小肠，因此奶牛经饲料吸收利用的胆碱是有限的[8]。胆碱供应量不足会抑制卵磷脂生物合成而影响VLDL的合成和分泌，从而对肝脏健康产生不利影响，特别是在肝脏脂类代谢较为剧烈的情况下[9]。由于机体可自身合成胆碱，且通常情况下脂类代谢较慢，所以饲料中一般不需额外添加。Emmanuel等[10]报道，泌乳山羊体内吸收蛋氨酸的28%被用于合成胆碱。奶牛所需蛋氨酸中，有一定比例用于合成胆碱，蛋氨酸的缺乏可造成胆碱不足[11]。胆碱在代谢上还与甜菜碱、叶酸、维生素B12等存在紧密联系，所以一般情况下动物不会出现胆碱缺乏症，但在雏鸡、蛋鸡、妊娠母猪、羔羊、犊牛饲料中，需额外添加[12]。围产期奶牛生理状况特殊，需通过日粮补充胆碱。

1 围产期奶牛生理状况的特殊性

奶牛围产前期胎儿体积快速增大，围产后期发动泌乳均需要大量能量，但这一时期干物质采食量（dry matter intake,DMI）却没有增加，奶牛处于能量负平衡。Overton等[13]报道，围产期奶牛为适应泌乳需要，机体内葡萄糖和脂类代谢发生显著变化。围产期奶牛能量需要增加30%～50%，要满足这些能量需要，一方面通过养分摄入，另一方面依赖奶牛代谢性适应[14]。代谢性适应包括内源性增加肝脏糖原异生底物，减少外周组织对葡萄糖利用，增加脂肪组织中脂肪酸的动员等。奶牛分娩4 d后，乳腺发育对糖类的需要量是妊娠250 d时的3倍，氨基酸为2倍，脂肪酸大约为5倍[14]。为满足这种变化必须通过生理适应性调节机制来确保这些养分的供给，此时，奶牛大量动员体脂肪，激素发生剧烈变化。泌乳早期，只要能量摄入量不能满足泌乳的需要，脂质的分解代谢就会持续发生[15-16]。脂肪组织动员，释放甘油三酯（triglyceride,TG）入血液，水解为未酯化脂肪酸（non-esterified fatty acid,NEFA）和甘油，NEFA经血液循环进入肝脏，从而引起肝脏中脂肪代谢发生一系列变化。NEFA在肝脏中代谢有三种途径：①在线粒体和过氧化物酶体中完全氧化提供能量；②部分氧化产生酮体（乙酰乙酸、丙酮、β-羟丁酸）；③重新酯化为TG，在肝脏中积累或者以VLDL的形式运输出肝脏，进入血液循环系统[15,17]。胆碱参与构成VLDL中的一种主要磷脂，卵磷脂。当卵磷脂不足时，添加胆碱能增加VLDL的合成，从而防止过量TG在肝脏中积累，形成脂肪肝[15]。围产期奶牛养分摄入量远远无法满足需要，脂质代谢非常迅速，胆碱需要量大幅增加，因此日粮中需添加胆碱。

一般情况下，饲料中的胆碱会被瘤胃微生物降解[12,18]，在实际生产中，向围产期奶牛日粮中添加胆碱的方式是采用过瘤胃保护技术。奶牛日粮中，胆碱的利用受很多因素的影响[19]，如饲喂剂量、投喂方式（喷洒于饲料表面或者混合于全混合日粮中）、奶牛泌乳阶段[20]、日粮蛋白水平[21]及蛋氨酸供应量[11,22]，所以过瘤胃胆碱（rumen-protected choline,RPC）的添加效果可能存在差异。

2 RPC对围产期奶牛DMI和泌乳性能的影响

奶牛从围产期向泌乳期的过渡，体内剧烈的脂质代谢变化都是在激素诱导下发生的适应性改变[23]。由于胆碱在脂质代谢中发挥着重要作用，它的供应量不足会抑制卵磷脂的生物合成进而影响VLDL的合成，对奶牛健康和生产性能产生不利影响，特别是围产期奶牛肝脏脂质代谢非常剧烈的情况下[9]。作者总结了围产期奶牛添加RPC对DMI和泌乳性能影响的试验，见表1。

表1 RPC对泌乳早期奶牛DMI和泌乳性能的影响

2.1 RPC对DMI的影响

大多数围产期奶牛因为体内激素快速变化，食欲减退，DMI降低，从而使机体处于能量负平衡。胎儿发育及泌乳需要大量能量，而此时提供能量的方式有两种：①通过采食摄取营养物质提供能量，这是最主要的供能方式；②动员体脂及其他组织储存的营养物质氧化供能。因此提高围产期的DMI是防止体脂过度动员的关键。

许多研究已证明，添加RPC对奶牛DMI无影响，但也有报道添加RPC提高了DMI[9,24,31]。Zahra等[31]报道，对于体况分（BCS）大于等于4.0的围产期奶牛，日粮添加RPC可提高DMI（P=0.02），因此推测RPC可通过增强肝脏功能而提高食欲[1,32]。关于RPC提高奶牛围产期DMI的原因至今仍不明确，但普遍认为DMI增加与产奶量增加有密切联系[31]。

2.2 RPC对泌乳性能的影响

如表1所示，大部分的研究结果显示RPC有提高产奶性能的作用。Zahra等[31]研究结果显示在产前21 d至产后28 d饲喂RPC（14 g/d）的奶牛在泌乳60 d内的产奶量显著提高，饲喂RPC组奶牛比对照组奶牛平均每天多产1.2 kg，当奶牛BCS大于等于4.0时，这种效应将更加明显，比对照组平均每天多产4.4 kg。Pinotti等[30]研究显示添加RPC（20 g/d）后，分娩至泌乳30 d的产奶量试验组比对照组平均每天多产2.9 kg。Erdman等[33]发现添加RPC有增加泌乳初期产奶量的趋势，到泌乳中期后产奶量显著增加。Hartwell等[21]研究发现饲喂高水平的瘤胃非降解蛋白（含6.2%的瘤胃非降解蛋白）时，添加RPC降低了产奶量，而饲喂低水平的瘤胃非降解蛋白（含4.0%的瘤胃非降解蛋白）时，添加RPC提高了产奶量（P＜0.05），这种结果的差异可能是由于肝脏甲基代谢的不同所引起[34]。有研究发现添加RPC可提高乳产量和乳脂肪产量[1,28-29]，也有研究发现对产奶量无影响，但能增加乳蛋白产量[9]。目前，RPC提高乳蛋白产量的具体机制还不清楚，但大致有三种假设[19]：①RPC节约了用于合成胆碱的甲基基团蛋氨酸的量；②RPC的代谢物，甜菜碱，作为同型半胱氨酸向蛋氨酸转化时甲基化的甲基供体；③RPC的代谢物，甜菜碱，在一些代谢过程中作为甲基供体节约了蛋氨酸的量。以上三种假设都基于增加用于泌乳的蛋氨酸的量而使乳蛋白产量提高。因此可推测添加RPC和泌乳性能之间存在某种联系，而这种联系主要是胆碱和蛋氨酸的互换性，两者都可以提供甲基基团[35]。

3 RPC对奶牛健康和发病率的影响

当动物缺乏胆碱时，肝脏中脂肪酸氧化和肉毒碱水平降低[4]。胆碱是合成肉毒碱的甲基供体，而肉毒碱又是长链酰胺基进入肝脏细胞线粒体内膜的必需物质。向体外培养的牛肝脏细胞添加肉毒碱可促进棕榈酸氧化[36]，向泌乳奶牛真胃灌注肉毒碱可降低血浆NEFA的浓度[37]。Goselink等[38]研究表明，日粮添加RPC能提高脂肪酸合成及VLDL合成，从而减少肝脏中TG的积累，并且促进肝脏糖类代谢。在奶牛围产期，添加RPC降低肝脏脂质（在细胞内以TG的形式储存）的积累[1,32]，增加肝糖原的含量[1]。Elek等[39]研究发现，在试验阶段（产前21 d至产后60 d）饲喂RPC使肝脏中积累的总脂质减少32%，TG减少66%，但对糖原浓度无影响，且降低血浆中β-羟丁酸的浓度，增加TG的浓度，有降低血氨浓度的趋势（P＜0.07）。在围产期，奶牛动员大量体脂，此时降低肝脏内TG的浓度显得尤为重要，它是防止奶牛形成脂肪肝的关键。添加RPC能降低奶牛在围产期和泌乳早期脂肪肝的发生已被很多研究证明。由于酮病的发生与脂肪肝的发生存在密切联系，因此推测饲料中添加RPC有预防酮病发生的作用。此外，奶牛发生脂肪肝后严重影响肝脏功能发挥和健康，从而使泌乳性能下降，增加健康方面的风险。RPC保持肝脏健康主要通过促进VLDL的形成降低肝脏中TG的浓度。RPC降低肝脏中TG浓度的原因[40]有以下三条：①通过增加肉毒碱的浓度[过氧化物增殖体受体δ（peroxisome proliferator activated receptor δ,PPARδ），脂肪酸转运蛋白5（fatty acid transporter protein 5,FATP5），阳离子转运载体（organic cation-carnitine transporter,SLC22A5）基因表达量增加证明了这一点]来提高细胞之间NEFA的缓冲和运输；②提高了VLDL的分泌[微粒体甘油三酯转运蛋白（microsomaltriglyceridetransferprotein,MTTP）和 载 脂 蛋 白 B100（apolipoprotein B100,APOB100）的mRNA表达量增加证明了这一点]；③提高了碳水化合物的代谢[产后葡萄糖转运载体2（GLUT2）的表达增加，丙酮酸羧激酶（PEPCK）表达水平的峰值降低]。

围产期奶牛免疫力低下，容易患多种疾病。Lima等[40]研究发现在妊娠后期[产前（24.7±0.5）d至产犊]和泌乳早期添加RPC对奶牛繁殖性能，胎衣不下，产褥热，子宫炎和真胃移位无影响，但能降低酮病（P＜0.01），且有减少乳房炎发病率的趋势（P＜0.06），降低总发病率（P＜0.001），但对死淘率无影响。而只在妊娠后期[产前（24.7±0.5）d天至产犊]添加RPC，显著降低了奶牛胎衣不下的发病率（P＜0.004），但却增加了产褥热和子宫炎的发病率（P＜0.05），对酮病，乳房炎，真胃移位没有影响。Hartwell[21]等报道，RPC对奶牛体况没有影响。Piepenbrink等[1]报道，RPC对真胃移位的发病率无影响。目前，RPC对奶牛某种疾病发病率的影响的具体机制还不清楚，有待进一步研究。

4 小结

围产期奶牛特殊的生理状况导致其对胆碱需求增加，饲料中的胆碱在瘤胃中被微生物分解，无法直接到达小肠，因此围产期奶牛补充胆碱需采用过瘤胃保护的方式。部分研究显示添加RPC可增加围产期奶牛DMI，而另一些显示添加RPC对DMI无影响。日粮中添加RPC可提高泌乳性能已形成共识，但在能否提高乳蛋白产量和乳脂肪产量方面存在分歧。综合分析前人研究，围产期奶牛日粮中添加RPC对DMI和泌乳性能影响结果不一致的原因可能有：基础日粮种类、基础日粮蛋白水平、奶牛个体体况、奶牛胎次、RPC添加方式、奶牛管理、试验环境温度等差异。胆碱在肝脏脂类代谢中发挥重要作用，足量的胆碱是奶牛肝脏健康，减少脂肪肝、酮病的重要前提。围产期添加RPC，对泌乳周期内的泌乳性能和健康有着积极的影响，因此，围产期奶牛日粮中需添加过瘤胃胆碱。由于胆碱的需要量受很多因素的影响，且胆碱具体的作用机理还不清楚，所以对围产期奶牛添加RPC的具体作用机理有待研究。