丁酸的营养生理与药理作用

徐运杰， 刘以林， 陈学华，苏双良，全丽萍

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丁酸，属饱和一元羧酸短链脂肪酸的一种，是酪酸梭菌的主要代谢产物，俗称酪酸，含四个碳原子，具有挥发性。 分子式为 CH3（CH2）2COOH，沸点为162.5℃，熔点-4.7℃，有难闻的酸臭味。易溶于水，但易被盐析，易溶于乙醇、丙二醇、乙醚、大多数挥发油和大部分有机溶剂；与低级醇生成的酯类具有水果的香味。丁酸味先辣后甜，有合成乳脂中短链脂肪酸的功能，丁酸盐在动物体上皮组织中转变为酮体，酮体是氧化不完全的丁酸产物，包括乙酰乙酸、β-羟丁酸和丙酮。β-羟丁酸能有效地用来合成乳脂。丁酸具有很高的能值，也有合成乳糖的功能。丁酸在肝脏中主要参与糖异生、酮体生成及甘油三酯合成等过程，提供能量从而间接促进肝细胞的生长发育，并以丁酸酯形式存在动物脂肪和植物油中。

1 丁酸的营养生理与药理作用

1.1 改善应激状态下脏器功能 肝脏是身体内以代谢功能为主的一个实质性器官，并在身体里面扮演着去氧化、储存肝糖、制造胆汁酸、分泌性蛋白质的合成等角色。实际生产中，由于各种原因，如不合理用药、通风不良、霉菌毒素、母猪便秘、微量元素超标等都会对肝功能带来损伤。罗千江等（2018）探究了丁酸钠在预防内毒素诱导的肝脏损伤中的作用及机制。方法是将40只C57bl/6雌性小鼠随机分成丁酸钠+内毒素组、内毒素组、丁酸钠组、正常对照组各10只。结果表明，丁酸钠使肝脏组织中炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6 mRNA相对表达水平减少，肝脏病理损伤减轻，炎症细胞浸润明显减少，肝脏细胞凋亡减少。由此可知，丁酸钠可减轻内毒素诱导的炎症反应，在内毒素诱导的肝脏损伤中起保护作用。洪健等（2017）用小鼠作为模型研究了丁酸对高脂诱导的肥胖的影响，结果发现，丁酸钠能部分缓解由高脂引起的葡萄糖不耐受，并显著降低血液中瘦素和胰岛素的水平，显著上调线粒体β-氧化和解耦联相关的关键基因以及线粒体自身编码的8个基因mRNA水平的表达，显著升高肝葡萄糖转运蛋白GLUT2和调控线粒体功能的关键蛋白PGC-1α的表达，试验表明丁酸钠可能通过增强肝线粒体功能缓解食源性小鼠肥胖。丁酸钠还能够减轻严重烫伤后肝脏水肿，增加肝脏血流量（唐富春等，2016），下调促炎因子的表达和上调抗炎因子的表达，保护内毒素性肝损伤 （刘庆春等，2016）。李娇龙等（2012）在日粮中添加0.1%三丁酸甘油酯后，发现能显著缓解脂多糖（LPS）多次刺激造成的肝细胞和能量损失，与何进田等 （2016）和华春秀等（2017）的试验结果类似。丁酸钠对内毒素血症肝损伤具有保护作用的机制可能与下调Toll样受体（TLR4）的表达有关。

肾是属于泌尿系统的一部分，负责过滤血液中的杂质、维持体液和电解质的平衡，最后产生尿液经尿道排出体外，同时也具备内分泌的功能调节血压。肾脏中特有的酶是甘油激酶和磷酸烯醇丙酮酸羧激酶。唐富波等（2016）研究了丁酸钠对严重烫伤大鼠肾血流量和微血管通透性的影响，结果表明，丁酸钠能增加严重烫伤后肾血流量，降低肾微血管通透性和组织含水率，对严重烫伤大鼠的肾脏功能损伤有明显的保护作用。同时研究发现，丁酸钠在应激状态下具有小肠保护作用，其保护机制与清除氧自由基，减轻炎症反应和降低小肠血管内皮生长因子（VEGF）表达有关（唐富波等，2016）。丁酸钠通过促进结肠组织辅助性T细胞1、辅助性T细胞2、辅助性T细胞等17类细胞因子平衡发挥促进结肠炎缓解的作用（林雪等，2016）。

1.2 改善宫内发育迟缓仔猪脏器的发育 宫内发育迟缓（IUGR）通常指动物在围产期，由于受到各种因素的影响导致胎儿或其器官生长发育受阻，不仅会降低仔猪初生质量和成活率，而且会阻碍其出生后的生长发育（Longo等，2014）。临床生产上将出生体质量低于正常体质量的10%或平均初生质量的2个标准差的新生儿定义为IUGR，也有将妊娠期短于正常周期（SGA）称为IUGR。 IUGR在猪上的发生率高达20%，给猪生产带来了巨大的损失（Wu等，2004）。研究表明，IUGR能显著降低猪胰腺质量，阻碍胰腺发育，原因可能与胎儿在母体子宫内受到营养等因素的影响有关，胎儿为了维持机体重要组织器官（脑等）发育正常，选择性地减少了如胰腺、肝脏等非重要组织器官的营养供给，从而阻碍其生长速率，进而造成体内蛋白质、脂肪和葡萄糖等代谢紊乱（石现瑞等，2005；El-shim 等，2002）。 何进田等（2016）研究发现，IUGR组乳猪胰腺质量显著低于正常组，但在日粮中添加三丁酸甘油酯（TB）后胰腺质量较IUGR组提高了31.03%，与正常体质量组相比无显著差异。原因可能是：（1）三丁酸甘油酯在胆汁和胰脂肪酶作用下分解为丁酸和甘油，丁酸能被肠道细胞快速吸收，能作为能源物质为机体细胞供能，促进上皮组织发育，增强肠道黏膜的通透性，从而促进机体器官的生长发育；（2）丁酸对胰岛素的释放具有诱导作用，而胰岛素通过与胰腺腺泡细胞上的特异性受体相结合，促进胰腺消化酶的生物合成，提高胰腺相关酶活力如脂肪酶和胰蛋白酶等酶的分泌。李娇龙等（2012）研究发现TB能有效缓解脂多糖刺激引起的肉鸡胰腺能量代谢。

1.3 改善动物肠道健康 小肠是单胃动物营养物质最主要的消化吸收场所，食物在消化道内水解产生的氨基酸、小肽、葡萄糖、脂肪酸和无机盐等主要经过小肠壁进行吸收并进入血液。完整的小肠上皮结构是保证这一环节正常进行的前提，如果此部位受损，会导致营养物质的流失和浪费，严重的还会导致动物发生肠炎等疾病。李虹瑾等（2017）研究了包膜丁酸钠对断奶仔猪肠道菌群及生长性能的影响，结果表明，仔猪基础日粮中添加包膜丁酸钠后，小肠绒毛结构更为完整，绒毛更长更粗壮，且绒毛呈圆指状，同时有效提高仔猪肠道有益菌的含量。机理是：（1）丁酸进入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，对氢离子耐受性差的病原性细菌，如沙门氏菌、大肠杆菌等大量消亡，而抗酸性的乳杆菌等有益菌则得以存活，并且大量繁殖，从而可有效调节胃肠道有益菌和有害菌之间的平衡，使整个肠道趋于健康状态；（2）丁酸可直接为肠上皮细胞提供能量，是肠上皮细胞的快速能量源，可通过更新中间细胞而刺激肠绒毛细胞的生长和修复、增加小肠绒毛高度、降低隐窝深度、提高绒毛高度与隐窝深度的比值、增加肠道对饲料的吸收率并维持肠道完整形态（Kotuni等，2004）。

1.4 抑制神经元的凋亡 庄奕筠等（2017）研究了丁酸钠对小鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用，结论是丁酸钠能够抑制炎性因子与氧化应激，使B淋巴细胞癌-2（Bcl-2）蛋白的表达增加，Bcl-2相关X蛋白的表达减少，从而对神经元的凋亡起到抑制作用。丁酸钠还能够改善脑组织线粒体呼吸功能（王惠等，2016）。

1.5 诱导癌细胞的凋亡 孙素霞等（2013）研究了丁酸钠对大肠癌细胞（HT-29）凋亡以及钙离子浓度的影响，结果发现，丁酸钠可通过调节内质网和细胞质中Ca2+浓度而诱导大肠癌细胞（HT-29）凋亡。陈玲等（2013）研究表明，丁酸钠能够抑制子宫内膜癌细胞 （HEC-2B）的增殖，可能与下调NDRG1蛋白的表达有关。

1.6 提高母猪的繁殖性能 母猪是一个猪场的生产机器，其PSY和MSY可以说是一个猪场赢利多少的分水岭。实际生产中，母仔一体化营养的关键是母猪奶水量的多少和质的优劣。朱彦宾等（2017）研究了丁酸钠对母猪繁殖力的调控，发现日粮中添加500 mg/kg丁酸钠，母猪产后采食量均明显提高，仔猪断奶体重及仔猪成活率明显高于对照组。侯嘉等（2013）研究表明，泌乳母猪日粮中添加微囊丁酸钠能够减少母猪分娩助产比例及缩短产程，提高断奶母猪7 d内的发情率。日粮中添加0.1%丁酸钠，还能够改善种母猪的便秘（章利丰等，2014）。王二红等（2010）研究了日粮中添加丁酸钾对经产母猪繁殖性能、血液生化指标和乳成分的影响，结果表明，日粮中添加0.15%丁酸钾可以提高泌乳母猪的日采食量、日泌乳量、哺乳仔猪平均日增重，也能提升母乳中乳脂、乳糖、乳蛋白和总固形物的含量。

2 丁酸盐的毒性

丁酸盐是组蛋白去乙酰化酶抑制剂，一个显著性能是它能够抑制组蛋白去乙酰化酶合成。王洁等（2015）以小鼠为动物模型，研究了丁酸钠的器官毒性，结果表明，丁酸钠长期腹腔给药安全，无明显毒副作用。

3 结语

随着人们生活水平的提高，健康意识和食品安全意识的增强，作为饲料企业，可以通过多种方法和现代动物营养技术的综合应用，如低蛋白氨基酸平衡技术、饲料原料预处理技术、饲料外源酶匹配添加技术、饲料酸化剂组合添加技术、有机矿代替无机矿低剂量添加高效利用技术、中草药植物提取物复配替抗技术、功能性添加剂合理添加技术等，来降低或取消畜禽生产中抗生素使用。其中丁酸就是一种应用前景较好的功能性营养添加剂，其添加形式主要有丁酸钠和三丁酸甘油酯等。但由于丁酸钠其特有的气味，且易在胃中被分解，难以到达肠道，所以建议进行包被加工。