中链脂肪酸的生理功能及在动物生产中的应用

薛永强，张辉华，王 达，雷志伟，何 冰，杨 博

(1.华南理工大学生物科学与工程学院，广东 广州 510006； 2.广东省脂类科学与应用工程技术研究中心，广东 广州 510006； 3.佛山科学技术学院，广东 佛山 528230； 4.安徽五粮泰生物工程股份有限公司，安徽 六安 237000)

在现代化规模养殖过程中，营养调控和技术改进在促进动物生长性能和健康保障方面起着重要作用。然而，动物生产过程中，随着集约化养殖规模的不断加大，严重的药物依赖性和动物健康状况不断下降的现象日益加剧。当前对抗生素的过度使用导致细菌产生耐药性和抗生素残留，严重威胁人类和动物的健康，因此全面替代饲用抗生素已成为当前畜牧发展的必然趋势，开发高效、绿色、安全的动物促生长剂和免疫调节剂是我国乃至全球畜牧业未来发展的重要任务和方向。中链脂肪酸(MCFAs)可以为动物快速提供能量，对动物生长、肠道发育、肠道菌群、免疫调控及肉品质有重要影响，是一种潜在的抗生素替代品。本文就MCFAs的理化特性、代谢途径、生理功能及在动物生产中的应用效果进行综述，旨在为研究MCFAs在动物营养中的应用提供理论上的参考。

1 MCFAs概述

MCFAs是含有6～12个碳原子的饱和脂肪酸，主要包括己酸(C6)、辛酸(C8)、癸酸(C10)和月桂酸(C12)，以中链甘油三酯(MCT)的形式存在于动物乳脂和各种饲料原料中，尤其是椰子油、棕榈油[1-2]。MCFAs和MCT都具有特定的营养和代谢作用，包括快速消化、被动吸收和强氧化，对幼小动物的营养有着重大的意义[3]。MCFAs可以为机体快速供能，直接被肠道上皮细胞吸收，有助于幼仔肠道的完整性，还可以通过促进人体对长链脂肪酸的分解而用于减肥[4]。MCT是以C8和C10脂肪酸为主要原料的一种人工合成的中链脂肪酸甘油脂，是应用时间最久、应用领域最广的中链脂肪酸产品[5]，被用于为弱小动物快速地补充能量和提高抗病能力[6-7]。

2 MCFAs代谢

MCFAs分子量相对较小，乳化能力强，水解能力较长链脂肪酸(LCFAs)强，还可促进LCFAs的乳化。MCFAs可以自由进入肝细胞线粒体进行氧化，不需要依赖肉碱载体的转运，具有快速供能的特点，也不会在体内积累[3]。MCT可以直接进入小肠细胞，经体内脂肪酶水解生成MCFAs，迅速被小肠上皮细胞吸收[8]。水解生成的MCFAs多数以游离形式被动扩散吸收。在肠细胞内，MCFAs对脂肪酸结合蛋白的亲和力比较低，因此大部分不再酯化，而是扩散到门静脉血液中，并与白蛋白结合，直接运输到肝脏[9-12]，只有一小部分MCFAs被乳糜微粒吸收[13]。MCFAs通过门静脉转运至肝脏后通过线粒体的β-氧化被有效地用于能量产生[14-15]，为机体快速供能。

3 MCFAs的生理功能

3.1 供能作用

MCFAs氧化可产生大量的乙酰CoA进入TCA循环而提供能量，可以将MCFAs补充到幼小动物饲粮中，给予能量供应。MCFAs可用于治疗脂质吸收障碍、吸收不良综合征、胰腺功能不全、胆囊紊乱、肠胃炎、糖尿病等疾病，并可作为早产儿的能量来源[16-17]。对幼小动物来说，MCT可改善动物的能量状况，提高幼小动物的存活率[18]，是动物获得即时能量的重要来源，在动物营养中具有很大的利用价值。

3.2 维持肠道完整性

肠道形态是影响动物肠道健康和功能的重要因素。小肠绒毛高度、隐窝深度是反映小肠结构功能的两个重要指标，绒毛的边缘存在着大量的肠上皮细胞，具有营养物质的吸收功能，若肠上皮细胞减少，将会造成营养物质吸收功能下降[19]。MCFAs可为肠上皮细胞快速提供能量，提高黏膜结合酶和肠道二糖酶的活性，提高肠道绒毛高度，改善动物的消化吸收功能[20-21]，维持动物肠道的完整性。De Keyser等[22]研究发现，MCT6/8可以缓解仔猪LPS攻毒造成的肠道损伤，提高肠道绒毛高度和血清IgA的水平，进而促进仔猪的生长。改善肠道完整性的可能机制是：(1)通过抑制Toll样受体4(TLR4)和核苷酸结合寡聚化结构域蛋白(NOD)信号通路降低肠道促炎细胞因子的表达；(2)通过抑制受体相互作用蛋白激酶3(RIP3)和混合系列蛋白激酶样结构域(MLKL)的mRNA表达来减少肠细胞坏死[23]。

3.3 平衡肠道菌群

MCFAs及单甘酯具有良好的抑菌效果，有利于稳定动物肠道菌群的平衡，且中链单甘酯的抑菌效果优于游离脂肪酸[24]。MCFAs是一种阴离子表面活性剂，与细菌病原体的细胞膜有着相似的亲水亲油值，可以穿透细菌等病原体的细胞膜，进入细胞内抑制细菌DNA复制和脂肪酶活性，发挥抑菌作用[25]。研究发现，月桂酸单甘油酯(GML)可抑制芽孢萌芽或杀死芽孢，抑制金黄色葡萄球菌、粪肠球菌等细胞壁的合成，癸酸单甘酯能破坏幽门杆菌的细胞膜和细胞壁[26-27]，可见MCFAs的抑菌作用是通过影响细菌的细胞膜和细胞壁来完成。Sun等[28]体外研究表明，增加pH值与MCFAs抑菌效果呈负相关，说明MCFAs的抑菌作用效果取决于脂肪酸的离解程度，受动物体胃肠道pH值的影响。MCFAs对革兰氏阳性菌的抑菌效果强，而对革兰氏阴性菌的抑菌效果较弱，而且在某些情况下月桂酸(C12∶0)的抑菌效果要优于辛酸(C8∶0)和癸酸(C10∶0)[28]，辛酸和癸酸混合具有协同效应[29]，此外月桂酸单甘酯和癸酸单甘酯的抑菌效果强于对应的游离脂肪酸[24]，可见，MCFAs的抑菌效果和其种类密切相关。

3.4 肠道免疫调节

MCFAs对人和动物机体的免疫系统具有一定的调节作用，参与机体免疫系统的调控。GPR84是一种在免疫细胞中高度表达的信号蛋白，而MCFAs可作为GPR84的配体，表明MCFAs参与机体的免疫调控[30]。研究发现，辛酸及MCT抑制Caco-2细胞白介素(IL)-8的分泌[31]，而癸酸却能刺激肠上皮细胞IL-8的分泌[32]，可见免疫调节与MCFAs种类相关。Kono等[33]对大肠杆菌脂多糖攻毒大鼠的研究发现，MCT显著促进大鼠IgA的分泌和IL-6的表达，抑制肿瘤坏死因子α(TNF-α)、IL-18、巨噬细胞炎性蛋白-2(MIP-2)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)等促炎细胞因子和趋化因子的表达。Carlson等[34]研究发现，MCT可以降低小鼠的炎症反应，用于治疗炎症引起的慢性疾病。陈少魁[20]研究发现，MCFAs可通过抑制TLR4和NOD信号通路来降低断奶仔猪炎症因子的表达，并增加抗炎因子的表达。Xu等[23]研究发现，日粮中添加MCT降低了断奶仔猪空肠热休克蛋白70(heat-shock protein 70)和血浆TNF-α的表达，并通过抑制RIP3和NOD的mRNA表达来抑制空肠和回肠细胞坏死。可见，MCFAs具有良好的抗炎作用，可通过多条途径缓解机体炎症反应，参与机体的免疫调节。

3.5 抗病毒作用

MCFAs的单甘酯具有抗病毒特性，尤其是月桂酸单甘油酯(GML)，可以抑制病毒的感染和传播，起到预防和治疗相关病毒性疾病的作用。中链单甘酯可以显著降低囊膜病毒如单纯性疱疹病毒、绵阳髓鞘脱落病毒等的病毒滴度[35]，GML可显著抑制流感病毒、口腔炎病毒的增殖[36]，抑制SIV病毒的感染和传播[37-38]。抗囊膜病毒的机理可能是中链单甘酯的亲脂性，可以插入病毒的囊膜，导致病毒复制能力的减弱或丧失，没有复制能力的病毒就充当了抗原的角色，激发动物产生相应的抗体，从而起到了抗病毒的作用。

4 MCFAs在动物生产中的应用

4.1 MCFAs在猪生产中的应用

目前关于MCFAs对猪的影响结果不尽一致，多数研究表明日粮中添加MCFAs可改善猪的生长性能。Dove[39]研究发现，日粮中添加5%的MCT能够显著提高断奶仔猪的平均日增重和饲料转化率。Dierick等[29]研究发现，日粮中添加MCFAs显著提高断奶仔猪的生长性能，调节和稳定断奶仔猪的胃肠道菌群环境。Hanczakowsk等[40]试验表明，在断奶仔猪日粮中添加MCFAs(0.3%辛酸，0.3%癸酸)，癸酸显著提高仔猪断奶28 d后的日增重，改善仔猪断奶后的生长性能，而辛酸可以显著降低肠道中大肠杆菌和产气荚膜梭菌的含量，说明不同类型MCFAs的效果不同。张昊等[41]研究表明，1.4%的固态MCT可以显著增加断奶仔猪的平均日增重，显著提高血液中D-木糖和总蛋白的含量，降低血液中尿素氮的含量，说明MCT可改善断奶仔猪的肠道吸收能力和蛋白代谢，促进仔猪的生长性能。Hanczakowska等[42]研究发现，添加MCFAs的可以提高仔猪日增重和饲料转化率，而对肠道微生物和肠道形态却没有影响。Li等[43]研究表明，MCT替代大豆油可提高仔猪断奶后两周的日增重和饲料转化率，1.4%和2.1%的替代量可显著提高仔猪断奶后12～14 d的表观消化率，并显著增加断奶后14 d血液中总蛋白的含量，降低尿素氮和丙二醛的含量，说明添加MCT可改善断奶仔猪的生长性能、营养利用率和抗氧化能力。但也有研究表明，日粮中添加MCFAs对猪的生长性能没有显著影响。Allee等[44]研究表明，添加10%的MCTs与同等剂量的牛油、猪油和玉米油相比，断奶仔猪增重和饲料转化效率没有显著差异。陈晨[45]研究表明，日粮中添加MCFAs对断奶仔猪的生长性能无显著影响，但提高了血液中总蛋白含量，降低总胆固醇含量，影响机体脂质代谢，并提高断奶仔猪肠绒毛高度，降低胃和肠道前段的pH值，促进仔猪对营养的消化吸收，改善仔猪的肠道健康，推荐添加水平为0.2%。陈少魁[20]研究表明，4%的MCFAs对仔猪的生长性能无显著影响，但增加了肠道二糖酶的活性，改善肠道吸收消化供功能，可缓解仔猪因LPS刺激造成的肠道损伤，并减少炎症因子的表达，缓解炎症反应。综上所述，MCFAs对猪生长性能的影响不一致，可能与添加量、MCFAs类型及配伍形式相关，但日粮中添加MCFAs可以改善猪肠道的吸收功能，稳定胃肠道微生物菌群结构，对猪的健康具有积极的作用，但其配伍方式、添加量、生产工艺等还需要进一步的研究。

4.2 MCFAs在家禽生产中的应用

MCFAs由于代谢和功能特点，在家禽营养中也得到了广泛的应用。马允莉[46]研究发现，在日粮中添加MCFAs可增加蛋鸡的产蛋率和蛋重，降低破蛋率，此外，MCFAs可显著降低肉鸡的腹脂率，有效地控制鸡球虫病的发生。Shokrollahi等[47]研究表明，日粮中添加MCFAs对肉鸡的生长性能没有显著影响，但显著降低血清中血糖、胆固醇和低密度脂蛋白含量，升高高密度脂蛋白含量，并降低腹脂率，对肉鸡的健康和生长性能具有积极的促进作用。Wang等[48]研究发现，用椰子油代替大豆油对肉鸡的生长性能无显著影响，但显著降低了血清总胆固醇、低密度脂蛋白、低密度脂蛋白/高密度脂蛋白的含量，并降低了腹部脂肪的沉积。刘梦芸[49]研究结果显示，GML显著提高鸡蛋的蛋白高度、哈夫单位，增强了蛋黄的颜色，显著增加鸡蛋中总蛋白含量以及组氨酸和谷氨酸的含量，对蛋鸡的生产性能、蛋品质、腹脂形态和鸡蛋营养品质具有显著的提升效果，并且150 mg/kg GML可显著提高肉鸡的饲料转化率和肠道形态，显著提高鸡胸肉中必需脂肪酸、不饱和脂肪酸和氨基酸的含量，改善肉鸡的肉品质。Immerseel等[50]研究发现，MCFAs可以降低蛋鸡沙门氏菌在盲肠中的定植，降低肠上皮细胞毒力基因的表达和侵袭。可见，MCFAs可以降低家禽有害菌的含量，降低腹部脂肪的沉积，对家禽的生长性能和健康具有积极的作用。

4.3 MCFAs在反刍动物生产中的应用

反刍动物由于瘤胃的特殊作用，与非反刍动物的消化吸收有着明显的区别，目前关于反刍动物添加MCFAs的报道较少。Liu等[51]研究发现日粮中添加椰子油对绵羊的生长无抑制作用，显著降低了瘤胃液中产甲烷菌和原虫的数量、瘤胃液中总挥发性脂肪酸的浓度和产琥珀酸丝状杆菌的数量，减少甲烷气体的排放量。Sun等[52]研究发现，乳脂中的脂肪含量随SMCFA/LCFA比值呈线性增加趋势，增加MCFAs有助于改善乳脂的合成，并与Vyas等[53]研究结果相一致。Jordan等[54]研究发现，每天饲喂250 g的椰子油可显著提高肉用育肥母牛的日增重，肠道的甲烷排出量及瘤胃的原虫数量显著降低。但Sutter等[55]研究发现在育肥公牛饲粮中添加3%的椰子油可显著降低公牛的日增重，与前者出现不一致的结果。由此可见，MCFAs可以减少反刍动物肠道甲烷排出量和原虫数量，但是具体的添加方式和添加类型还需要进一步的研究。

5 MCFAs的替抗应用

当前MCFAs在抗生素替代中的应用研究相对较少。Han等[56]研究发现，保育猪饲喂含MCFAs的饲料所表现出的生长性能与抗生素促进剂或氧化锌之间无显著差异，可替代抗生素促生长剂用于保育猪。Han等[57]研究指出，MCFAs和有机酸联合使用可替代金霉素在断奶仔猪上的应用，添加有机酸和MCFAs提高断奶仔猪的平均日增重和饲料转化率，降低腹泻率，提高血清IgA水平和抗氧化能力，调节其肠道微生物菌群结构，增强断奶仔猪的免疫能力，可作为金霉素替代品用于断奶仔猪。Fortuosoa等[58]研究发现，相比于杆菌肽，添加100～300 mg/kg的GML可以显著降低肉鸡感染球虫和细菌的几率，改善饲料转化效率和肉品质，降低肉鸡的腹脂率，是一种潜在的抗生素替代品。Yen等[59]研究发现，硫酸粘杆菌素可以抑制肠道中的梭菌数量，但同时抑制了乳酸菌的生长，添加MCT可以有效的改善仔猪的饲料转化率，减少肠道中梭菌的数量，而对有益菌无抑制作用，无论是否添加硫酸粘杆菌素，饲粮中添加MCT均可改善仔猪的肠道微生物环境，提高饲料利用率，可作为硫酸粘杆菌素的替代品用于断奶仔猪。Dierick等[29]也得到同样的结果，研究表明，日粮中添加2.5% MCT可提高断奶仔猪的增重和饲料利用效率。可见，MCFAs可作为一种非常有潜力的抗生素替代品用于动物生产。

6 小结和展望

MCFAs具有独特的理化性质，能够被动物快速吸收来补充能量，同时具有抗菌、抗病毒、免疫功能调控、维持肠道完整性及平衡肠道菌群等多种生理功能，是一种非常有潜力的抗生素替代品。MCFAs应用于动物生产可以改善动物的生长/生产性能、肠道发育、菌群平衡、预防和治疗相关疾病，在畜牧发展中具有广阔的应用前景。

关于MCFAs对动物生产影响的结果不太一致，在不同动物、不同阶段所发挥的具体作用及效果的研究相对较少，如添加形式、添加量、配伍原则及发挥不同作用(抗炎、抗菌和抗病毒)时的机制等方面的研究十分有限。当前关于MCFAs的应用研究相对较少，而且缺乏基础的数据，很难于生产实践中提供具体的生产方案，要想通过运用MCFAs解决当下养殖过程中的突出问题，仍需要做进一步的理论和实践方面的研究。加强MCFAs在动物生产中的应用效果和作用机理的研究，不仅对开发新型无抗饲料添加剂提供理论基础，而且对解决动物生产实践和提高经济效益具有重要的意义。