月桂酸单甘酯的生理功能及在动物生产中应用的研究进展

薛永强，黄志威，雷志伟，王新毅

（1.广东省脂类科学与应用工程技术研究中心，广东广州 510006；2.Lipidomax 脂类创新中心，广东广州 510006）

现代畜牧业中广泛使用抗生素来预防动物疾病和提高生长性能，但由于抗生素在畜牧业中过度使用导致细菌产生耐药性和抗生素残留，严重影响人类和畜禽的健康。因此，新型抗生素替代品成为近年来的研发热点，目前使用较多的抗生素替代品有酸化剂、酶制剂、益生菌、抗菌肽、中草药制剂及植物提取物等。

月桂酸单甘酯（Glycerol Monolaurate，GML）是一种天然的抗菌剂，存在于母乳、椰子油和美洲蒲葵等植物中[1]，是一种亲脂性的非离子表面活性剂，具有防腐和乳化功能，有广泛存在、抗细菌、不会导致细菌耐药性、抗病毒、抗炎和抗毒素等多种优良特性[2]。由于其天然存在于母乳中，GML 对婴儿的免疫系统、健康起着重要作用。GML 具有毒性较低、抑菌效果较好且在不同pH 条件下均有活性等优点，己被大量运用于多个领域。近年来，相关研究结果表明，GML 在促进动物生长、预防和治疗动物疾病方面发挥着积极作用，如抑制消化道有害菌产气荚膜梭菌、沙门氏菌等的生长[3-4]；提高畜禽的营养吸收能力、饲料转化率、生长速度及改善肉质等作用[5-6]。本文就GML 在动物体内发挥的功能特点及在动物生产中的应用进行综述，旨在为GML在动物生产中的应用研究提供理论参考和禁抗限抗提供新思路。

1 GML 的理化特性

GML 又名十二酸单甘油酯，化学名为2，3-二羟基丙醇十二酸酯，分子式为C15H30O4，分子量为274.21，分子结构式见图1，GML 也可以由月桂酸和甘油在特定条件下合成[7]。GML 一般情况下为油状、鳞片状或粒状结晶，色泽为白色或淡黄色，无味，熔点为62℃，亲水亲油平衡值（HLB）为5.2，不溶于水和甘油等常见溶剂，易溶于氯仿、乙酸乙酯等有机溶剂，能分散于热水中，并且能在水中形成稳定的水合分散体[8]。

图1 GML 的分子结构

2 GML 的代谢

GML 的代谢途径与脂类的吸收代谢机制密切相关。脂类在动物体内的消化为胰脂肪酶特异水解甘油三酯1、3 位酯键，生成2-单甘酯及游离脂肪酸，单甘酯能被肠道上皮细胞完整吸收并进入淋巴细胞，部分进入血液发挥抗菌抗病毒作用。脂肪在体内吸收过程中，单甘酯途径起主导作用，并且2-单甘酯是主要的吸收途径[9]。微粒体中存在使单甘酯进一步酯化为甘油三酯的酶，这种酶优先利用2-单甘酯[10]；此外，1-单甘油酯和2-单甘油酯均可被细胞内的单甘油酯脂肪酶水解[11]。

GML 属于中链甘油酯，由于独特的理化特性，其与长链甘油三酯（LCT）在消化、吸收和代谢方面有显著差异。LCT 由于相对不溶性，很依赖于胆汁酸盐的乳化，形成的长链脂肪酸（LCFA）和长链单甘酯被动扩散进入肠细胞，LCFA 和单甘酯再酯化成甘油三酯并通过水溶性脂蛋白到达淋巴、胸导管和血液等[12]，发挥其作用。中链甘油三酯（MCT）的水解速度比LCT快，且水溶性不高，不需要胆汁的乳化，水解生成的中链脂肪酸（MCFA）可迅速被小肠上皮细胞吸收[13]，大多数MCFA 以游离形式被动扩散吸收，在肠细胞内，MCFA 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[14-17]，只有一小部分MCFA 被乳糜微粒吸收[18]。MCFA 通过门静脉转运至肝脏后通过线粒体β-氧化被有效地用于能量产生[19-20]。相比于LCFA，MCFA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，可快速供能，也不会在体内积累[21]。GML 作为中链脂肪酸衍生物，其代谢过程与中链脂肪酸一致，水解产物月桂酸以游离形式通过门静脉系统进入肝脏参与机体代谢，在没有载脂蛋白的情况还可以进入线粒体发生氧化[15,22]。但目前GML 在动物体内的消化吸收没有明确的报道，其具体的代谢途径、机体各部位的分子转化机制等还有待进一步的研究。

3 GML 的功能特点

3.1 供能作用 MCFA 的重要功能是为动物体提供能量。GML 是典型的MCFA（C6-C12）衍生物，可以将其补充到新生儿和幼小动物的饲粮中供应能量。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，并作为早产儿的能量来源[23-24]。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[25]。

3.2 抗菌作用 研究表明GML 具有良好的抗菌活性，是脂肪酸及其衍生物中抗菌活性最强的物质[26]。GML 对革兰氏阳性菌（G+）、部分革兰氏阴性菌（G-）、霉菌、丝状真菌及酵母菌等具有较好的抑制作用，而对部分G-（如大肠杆菌、沙门氏菌）的抑制作用较弱[26]。GML 对常见的病原菌（如芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、李斯特菌、链球菌、幽门螺杆菌、弯曲杆菌、酵母菌、霉菌、芽孢等）有很强的抑制作用[27-28]。Preuss 等[29]研究发现，当GML的浓度为0.062 5 mg/mL 时，就对金黄色葡萄球菌和分枝杆菌有很强的杀灭作用。Schlievert 等[30-31]研究发现，10～20 μg/mL GML 能显著抑制A、B、F、G 型链球菌的生长，200～300 μg/mL GML 对葡萄球菌起抑制作用；当GML 浓度大于10 μg/mL 时，能明显抑制炭疽杆菌的生长，当浓度达到5%（50 000 μg/mL）以上，可以有效杀死杆菌属和梭菌属的芽孢。Strandberg 等[32]研究发现，GML 能够显著抑制阴道念珠菌和加德纳菌，而对优势菌属乳酸杆菌没有影响。Schlievert 等[33]研究发现，GML 不会抑制猕猴阴道乳酸菌的生成，不会改变黏膜菌群和完整性，长期使用GML 有助于乳酸菌的生长。

GML 的抑菌机理主要是通过影响细菌营养体细胞的细胞壁、细胞膜、代谢酶和蛋白质合成系统等，影响营养体细胞正常的物质代谢和能量代谢来实现抑菌作用。因G+、G-、酵母菌、真菌等的细胞壁结构不同，导致GML 对不同菌属抑制效果的差异性。由于G+细胞壁肽聚糖（LOS）含量高，GML 较易通过，具有较强抑制效果[34-35]；部分G-的细胞壁脂多糖层的脂多糖分子具有O-特异性侧链（如大肠杆菌、沙门氏菌等），具有较强的亲水性，GML 无法渗透脂多糖层，阻止疏水性的GML 与生物膜的磷脂双分子层等部位接触，导致对其没有抑制效果；而对于细胞壁是由脂寡糖（LOS）组成的部分G-菌（如淋病奈瑟菌、加德纳菌、幽门螺杆菌、嗜血杆菌等），GML 具有良好的抑制效果[30,33]。

3.3 抗病毒作用 中链脂肪酸单甘酯都具有抗病毒特性，尤其是月桂酸单甘酯，具有较强的抗病毒功能，可以抑制病毒的感染和传播，从而起到预防和治疗相关的病毒性疾病的作用。Thormar 等[36]研究发现，中链单甘酯可结合包膜病毒中的脂质双层结构，具有抗病毒特性，而GML 在浓度低至250 mg/mL 时就对单纯性疱疹病毒、绵阳髓鞘脱落病毒等包膜病毒具有很强的抑制效果，可以显著降低病毒的滴度。Isaacs 等[37]研究发现，GML 可显著抑制流感病毒、口腔炎病毒和呼吸系统多核体病毒的增殖。Li 等[38]对感染猴免疫缺陷病毒（SIV）的恒河猕猴研究发现，通过阴道凝胶给药试验，GML可以有效抑制体内SIV 传播，减少阴道切片组织中SIV的RNA 含量，降低子宫上皮细胞中促炎因子MIP-3α和IL-8 的表达等。Haase 等[39]在恒河猕猴中也得到同样结论。GML 对多种囊膜病毒（如HIV 病毒、麻疹病毒、泡疹病毒、人嗜血淋巴细胞病毒、流感病毒）均具有抑制作用[40]。GML 抗囊膜病毒的机理在于月桂酸可以修饰病毒的膜蛋白，GML 由于亲脂性作用插入病毒的囊膜，这些作用都会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。

3.4 抗毒素作用 GML 能够抑制细菌毒素的合成及由毒素介导的炎症反应的能力。Peterson 等[35]报道GML可稳定哺乳细胞细胞膜，经GML 处理后的红细胞在低渗水溶液（0～0.05 mol/L 生理盐水）或α-和β-葡萄球菌溶血素时，其红细胞的裂解作用减弱，GML 可用于治疗革兰氏阳性细菌外毒素疾病，其机制可能是通过抑制信号传导来稳定细胞的细胞膜。Schlievert 等[30]报道GML 能有效阻断或延迟致病性革兰氏阳性菌产生的外毒素，当GML 浓度为10～20 ug/mL 时可抑制A、B、F、G 型链球菌的生长和外毒素的生成，包括热原性外毒素和溶血素的生成；GML 可抑制金黄色葡萄球菌中溶血素（S.aureusElaboration of Hemolysin）、中毒性休克综合征毒素1（Toxic Shock Syndrome Toxin 1，TSST-1）和剥脱毒素A（Exfoliative toxin A）的生成。Strandberg 等[41]研究结果显示，GML 可减少阴道金黄色葡萄球菌外毒素的生成，进而减少白介素（IL）-8 促炎因子的生成；GML 能够降低阴道TSST-1 和α-毒素生成，降低阴道炎症反应。Prjan 等[34]研究发现，GML 通过干扰细菌细胞膜上的信号转导来抑制β-内酰胺酶、TSST-1 和其他葡萄球菌外蛋白的合成，抑制了细菌毒素的合成。此外，GML 是一种有效的炭疽毒素生成抑制剂，可以阻断毒素的产生[42]，有助于提高宿主的免疫能力。GML作为一种调节剂或抗菌化合物具有调节肠道菌群平衡的功能作用，GML 应用于人和动物相关疾病的预防具有重要的意义。

3.5 免疫调节功能 GML 对人和动物的免疫系统具有一定的调节作用，可以提高人和动物的免疫力。Peterson等[35]研究表明，GML 对促炎免疫因子白介素（IL）-2、干扰素（IFN）-γ、肿瘤坏死因子（TNF）-α、IL-10 等具有明显的抑制效果，并在一定浓度下呈剂量依赖性。Mo 等[43]研究结果显示，高剂量的（1 600 mg/kg）GML 可显著提高小鼠血清中抗炎因子转化生长因子（TGF）-β1 和IL-22 的含量，其能够有效调节许多生物和生理过程，包括应对炎症反应、内环境稳定、细胞增殖和分化、免疫反应等。这表明GML 可通过降低促炎因子、提高抗炎因子的生成来有效的发挥抗炎作用。Li 等[38]证实5% GML 凝胶能降低巨噬细胞炎性蛋白3α（MIP-3α/CCL20）和IL-8（炎症和HIV 易感性相关指标）的水平，抑制炎症因子、趋化因子和细胞因子的表达，减轻先天性免疫炎症反应。GML 可以通过抑制趋化因子和细胞因子来阻断SIV 传播[39]，GML 可降低T 细胞的增殖[44]。GML 可降低用TSST-1 刺激下的三磷酸肌醇（IP3）生成量，表明GML 处理降低了磷脂酰酶C-γ1（PLC-γ1）酶活性[35]。Zhang 等[45]研究发现，GML 选择性地抑制胞质钙内流和PI3K-AKT 信号轴，干扰T 细胞质膜动力学，通过干扰T 细胞信号级联的成分来抑制T 细胞的功能，可抑制由TCR（T 细胞受体）和CD28 诱导的细胞因子的产生，显著抑制了IL-2、IFN-γ、TNF-α和IL-10 等促炎因子的生成并呈一定的剂量依赖性，可作为一种新型的免疫抑制剂和抗菌剂。上述试验均说明，GML 可通过多条途径改善机体的炎症反应，如对炎症相关因子的调控、降低T 细胞增殖能力、改变炎症相关酶活等，对改善人和动物机体的免疫功能具有积极的作用。

3.6 乳化和防腐作用 GML 具有良好的乳化性，是天然的乳化剂，其HLB 为5.2，不溶于水和甘油，在水中能形成稳定的水合分散体。GML 是一种非离子型表面活性剂，其分子结构具有2 个亲水基团（-OH）和1 个亲油基团（-R），能降低液体表面的张力，是优良的W/O 乳化剂，可促进动物对油脂的消化和吸收、提高饲料利用率、改善脂肪代谢[46-48]，广泛应用于食品、化妆品、医药及畜牧等行业。

由于GML 广谱的抑菌效果，对大多数细菌、酵母以及霉菌均具有较强的抑制作用，同时还能够抑制多种原生动物和病毒的功效，其抑菌作用不会因为 pH 的改变而发生改变，一般pH 在4～8 均有效[49]。

4 GML 在动物生产中的应用

4.1 GML 在猪生产中的应用 饲粮中添加GML 可以有效改善猪的生产性能、免疫功能及肉品质量等。De Snoeck 等[50]研究表明，在仔猪日粮中添加GML 具有强大的抗菌性能。Dierick 等[51]采用含有椰子油和外源脂肪酶的日粮（在体内可生成GML）来饲喂断奶仔猪，可以显著提高断奶仔猪的生产性能、稳定肠道菌群且无毒副作用。李涛等[46]在断奶仔猪日粮中添加0.4%GML，发现可显著提高断奶仔猪生产性能、改善脂肪代谢、抑制肠道有害菌等，显著提高血清碱性磷酸酶的活性，而碱性磷酸酶与平均日增重呈正相关[52]，且断奶前期效果更佳。蒋增良[53]研究发现，添加150 mg/kg GML 可调节断奶仔猪的肠道菌群多样性，增加短链脂肪酸的分泌，有效改善生长性能和缓解断奶应激；而添加150 mg/kg GML 可显著提高育肥猪的生长性能，改善肉品质量，降低肌肉中抗生素和重金属残留，提高畜产品的质量和安全。林观谊[54]试验结果显示，GML 对切断猪流行性腹泻病毒（PEDV）垂直传播、提高母猪疫苗免疫后初乳中PED-IgA 的滴度和仔猪黏膜免疫力水平具有重要作用。郭锡钦[55]发现，GML 能提升仔猪生长性能，降低肠道中有害菌数量，降低仔猪血清中猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）抗体和致炎性因子水平。以上试验均表明，GML 可以显著改善猪的生长性能和肉品质，调节肠道菌群，提高免疫和抗病毒能力，缓解仔猪的断奶应激，无毒副且不会产生细菌的耐药性和体内残留，对猪的生长和健康具有正向积极的作用。

4.2 GML 在家禽生产中的应用 GML 在家禽生产中也得到了广泛应用。Zhao 等[56]研究结果，在饲料中添加GML 可显著提高蛋鸡生产性能和蛋品质，显著提高蛋鸡的肝脏代谢和抗氧化能力，并降低腹部脂肪重量，对蛋鸡的生产性能和生理功能具有积极的提升效果，且添加0.3 g/kg 时效果更佳。刘梦芸[47]研究也表明，GML 可显著提高鸡蛋的蛋白高度、哈夫单位，增强蛋黄的颜色，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。Fortuoso 等[57]研究发现，添加100～300 mg/kg GML 可以显著降低肉鸡感染球虫和细菌的几率，同时显著改善饲料转化效率和肉品质。刘梦芸[47]在肉鸡日粮中添加150 mg/kg GML，发现可显著提高肉鸡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含量。Mustafa[48]研究结果显示，添加4 g/kg GML 能显著提高肉鸡的日增重和饲料转化率，免疫力显著提高。综上所述，GML 对肉鸡和蛋鸡的生产均具有积极的作用。

4.3 GML 在反刍动物生产中的应用 反刍动物牛、羊的消化特点是前胃（瘤胃、网胃、瓣胃）以微生物消化为主，主要在瘤胃内进行，皱胃和小肠的消化与非反刍动物类似，主要是酶的消化。由于反刍动物瘤胃的特殊作用，目前关于直接添加GML 对反刍动物影响的报道较为少见。Wieland 等[58]研究发现，在新生犊牛的饲粮中添加栗子和GML 可以显著提高新生犊牛的存活率，显著降低血糖浓度、谷氨酸脱氢酶（GLDH）和谷草转氨酶（AST）的活力，对新生犊牛的肝功能有显著的提升作用。Jordan 等[59]研究发现，每天饲喂250 g 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[60]研究发现，在育肥公牛饲粮中添加3% 椰子油可显著降低公牛的日增重，与前者结果不一致。Bremmer 等[61]对奶牛真胃灌注同等剂量不同类型的脂肪酸（含C12:0），对瘤胃的发酵特性及营养物质的表观消化率无明显差异，但对采食量和肠道营养物质的消化率有明显差异，可见MCTs 是在后肠道影响反刍动物的生产性能。Liu 等[62]研究发现，日粮中添加椰子油对绵羊的生长无抑制作用，但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浓度和产琥珀酸丝状杆菌的数量，减少甲烷气体的排放量。综上所述，GML 对反刍动物的生长无副作用，GML 在反刍动物中的应用还有待进一步研究。

5 结 语

总体来说，GML 具有抗菌、抗病毒及免疫调节等多种生物学功能，是一种潜在的饲料抗生素替代品。添加适量的GML 能够促进动物的生长性能，预防和治疗相应的疾病，提高动物的生产性能和保障机体健康。值得注意的是，当前对GML 在动物生产中的研究相对较少，而且缺乏系统的基础数据，GML 在动物生产中应用时的添加量、添加形式、配伍方式及日粮中其他营养素水平等还需要做进一步探讨，加强GML 在动物生产中的应用效果和作用机理研究，对解决动物生产实践和新型抗生素替代品的开发具有重要的理论和现实意义。