胆碱在反刍动物生产中的应用研究进展

■李华伟 姜贝贝 王洪荣

（扬州大学动物科学与技术学院，江苏扬州 225009）

（参考文献76篇，刊略，需者可函索）

胆碱属于B族维生素，动物能够外源摄入也能够内源性合成。由于胆碱与蛋氨酸、VB12、叶酸等存在互作，使得胆碱在调控反刍动物生长、生产及发育方面的作用机制较为复杂。另外胆碱及其代谢物如甜菜碱、乙酰胆碱、卵磷脂、鞘磷脂在体内参与广泛的代谢，在甲基供应、渗透压维持、生物膜组成以及神经传导等方面发挥重要作用。近年来研究发现，胆碱与癌症、非酒精性脂肪肝、精神分裂以及机体健康都具有重要关系，同位素示踪技术与代谢组学的结合，使得人们对胆碱功能的了解愈加深入而全面。目前其他学科研究胆碱代谢的方法及技术不断向畜牧学科进行渗透，过瘤胃保护技术的出现，使得胆碱在反刍动物生产中的应用越来越广，研究内容逐渐深入。本文从反刍动物胆碱消化、吸收、代谢、在反刍动物生长中的作用及甲基化调控方面进行资料整理，以期为胆碱在反刍动物生产中的科学使用提供参考。

1 胆碱产品的利用形式及效果

饲喂未经包被的氯化胆碱，超过80%被瘤胃微生物降解，因此反刍动物生产中胆碱主要以过瘤胃保护的形式进行添加。过瘤胃保护胆碱（RPC）主要是以氯化胆碱为基质，通过长链脂肪酸、乙基纤维素、丙烯酸树脂等材料进行包被，通过挤压膨化、空气悬浮法、流化床法等方法造粒制成。目前RPC产品在生产工艺、包被材料的使用等方面已经成熟，对RPC质量的评估主要关注过瘤胃保护效果及其在后肠道的释放效率，因此对包被材料以及造粒工艺的选择是产品竞争的关键。受包被材料及加工工艺的影响，RPC的应用效果不尽一致。

2 反刍动物胆碱的代谢特点

2.1 胆碱的消化

胆碱在瘤胃中被大量降解，使得反刍动物摄入的游离胆碱较少（不足日粮胆碱的1%），主要来自饲料中固有的游离胆碱及卵磷脂解离的游离胆碱。游离态的胆碱在瘤胃液中存在时间较短，采食后灌注游离胆碱，1 h即可达到50%～80%的降解率，仅极少量游离胆碱被微生物摄入。空腹条件下灌注胆碱，1 h后即可通过呼出气体回收1/3的胆碱，4 h后胆碱全部转化为甲烷排出；但是饲喂后灌注胆碱，6 h后才有50%的胆碱转化为甲烷。进一步研究发现，游离胆碱在瘤胃中经甲烷菌的作用转化为三甲胺，进而生产甲烷，并且甲胺与三甲胺经由不同微生物及酶系催化生成甲烷，因此通过添加甲胺抑制三甲胺生成甲烷的措施没有效果。

瓣胃有着较强的胆碱降解能力，过瓣胃的游离胆碱更能够代表日粮提供的游离胆碱。通过培养瘤胃、瓣胃（固形物+瘤胃液无菌上清）和皱胃内容物，进行体外胆碱降解试验，发现瓣胃与瘤胃降解胆碱的能力相当，而皱胃几乎没有降解胆碱的能力。这意味着日粮源的游离胆碱经受瘤胃、瓣胃两个阶段的微生物降解才能到达小肠，这也是反刍动物游离胆碱摄入较少的原因。游离胆碱被原虫摄入后生成卵磷脂，降解速度大大降低，避免其在瘤胃中进一步降解，确保小肠胆碱供应。通过添加14C-胆碱进行的饲养试验发现，瘤胃游离胆碱仅有0.44%转化成血液卵磷脂，而小鼠摄入的游离胆碱有37%～54%进入到血液及内脏组织，说明反刍动物经日粮摄入的游离胆碱极少。

小肠是胆碱吸收的主要部位，并且胆碱在此存在形式多样。在微生物及酶作用下，卵磷脂分离出游离胆碱、脂肪酸，游离胆碱可被肠道微生物氧化生成甜菜碱、三甲胺、氧化三甲胺（TMAO）等。目前研究证明，这些小分子有着重要功能，其中TMAO在维持渗透压、蛋白结构稳定性、肉品风味、肥胖以及心血管疾病等方面都有重要作用。

2.2 胆碱的吸收

胆碱主要在小肠吸收，主要通过扩散和载体转运的途径进行吸收。在小肠囊泡间隙，机体能够利用小肠绒毛膜囊泡间的空隙及渗透压的差异，以渗透的形式吸收胆碱。早期研究认为，胆碱吸收是通过Na+依赖性吸收，但是Markus Kessler（1978）利用分离的小肠绒毛膜囊泡体外试验发现，提高溶液中的Na+强度，并不影响囊泡对胆碱的吸收，说明胆碱在小肠中的吸收也存在主动转运的途径。进一步研究发现，胆碱进入囊泡需要一个载体转运的过程，且主要在小肠的上段吸收，主要胆碱转运载体如表1所示。

表1 胆碱转运载体[20]

2.3 胆碱的代谢

添加胆碱形式不同，对血液胆碱的影响存在显著差异。在人的研究中发现，相同添加水平条件下（2.3 g胆碱），以氯化胆碱形式补充，30 min后血液胆碱即可超出正常水平86%，但是4 h后恢复正常；以卵磷脂形式补充，1 h后血液胆碱上升，但是4～12 h都可以维持较高的血清胆碱浓度，超出对照组265%。反刍动物主要以卵磷脂形式进行摄取胆碱，与其维持血液胆碱的稳定有着重要关系。

反刍动物胆碱周转速度较慢，有助于对抗长期的低胆碱摄入。有研究发现，绵羊血液胆碱代谢池15.50 d更新50%，而小鼠仅需2.06 d，说明绵羊胆碱代谢速度远低于其他单胃动物。这可能与绵羊体内胆碱与叶酸、蛋氨酸甲基供应方面的互相替代作用、胆碱下游代谢物的多途径补充有关。

2.4 胆碱的内源性合成

反刍动物具有强大的内源性胆碱合成能力，以维持机体正常的胆碱代谢。有研究发现，绵羊胆碱池中由日粮直接摄入的胆碱不及1%，超过99%的胆碱通过内源性合成。绵羊肝脏利用磷脂酰乙醇胺生成磷酸胆碱的能力不及小鼠，肝脏微粒体胆碱合成能力仅为小鼠的1/4。绵羊肝脏合成及日粮摄入的胆碱仅能满足机体需要的29%，但是小鼠的胆碱合成仅限于肝脏，而绵羊的肾脏、肺、小肠上皮、心、脑以及肌肉均可合成胆碱，使得绵羊内源性合成胆碱的总量大大超过小鼠，使其对日粮源胆碱的依赖大大降低。因此在生产过程中，充分调动反刍动物内源性胆碱合成，即可满足其胆碱需求。

2.5 胆碱的循环利用

反刍动物皱胃与血液之间存在胆碱的循环利用。对皱胃卵磷脂来源研究过程中发现，去原虫条件下，皱胃卵磷脂含量是瘤胃中的三倍。静脉注射14C-胆碱后，在皱胃内容物中检测到了大量的14C-卵磷脂，综上表明，皱胃的分泌物及胆汁返流可能补充了皱胃卵磷脂，唾液-瘤胃-皱胃-小肠和血液之间形成了胆碱的循环利用，但是关于皱胃分泌物及胆汁返流供应胆碱的比例及生物学功能，暂未见相关报道。

反刍动物肠肝循环是保证胆碱高效利用的重要途径。绵羊每天由日粮摄入的胆碱为0.17～0.21 mmol，并通过胆汁分泌13 mmol卵磷脂，因此反刍动物必须具有强大的再吸收和重新利用能力，以维持机体胆碱池和胆汁分泌之间的平衡。进一步研究发现门静脉和降主动脉的非酯化胆碱浓度差为11.2 mmol/d，远高于日粮供应，说明经消化道摄入了较多的胆汁源游离胆碱。肝脏每天摄入的游离胆碱约为15.1 mmol/d，与肠道吸收的非酯化胆碱相当，从胆碱动态平衡方面再次证实了胆碱的肠肝循环。反刍动物有80%以上的胆碱经肠肝循环利用，而单胃动物仅有不足10%的胆碱经胆汁摄入再循环，因此胆碱的肠肝循环有助于反刍动物耐受长期的低胆碱摄入。

3 胆碱对反刍动物生长发育的影响

3.1 胆碱对肉牛、肉羊育肥的影响

适度添加RPC有提高日增重（ADG）的效果，并且效果因添加时间存在差异。肉牛育肥过程中添加20 g/d RPC，ADG较对照组增加了8.6%(P＜0.10)，对采食量没有显著影响。在高精料日粮（精粗比=9∶1）条件下添加0.25%的RPC，肉牛ADG较对照组提高了11.6%，饲料利用效率提高了6.8%；并且添加RPC有降低大理石评分的趋势。在高精料（精粗比=8∶2）条件下，添加RPC对育肥肉羊并没有达到相应的促生长效果，但是在试验第28 d试验组血液胰岛素、游离脂肪酸、生长激素显著升高（P＜0.05），而试验第56 d并没有显著差异，说明添加RPC的效果与动物品种、添加时间有关。

3.2 胆碱对奶牛泌乳及繁殖的影响

添加RPC有提高产奶量的效果。与对照组相比，添加RPC能够提高7%的产奶量、校正乳产量，但是也有报道添加RPC对奶牛产奶量没有积极效果。对RPC添加效果的差异可能受试验奶牛的体况分、试验动物的一致性、试验动物品种、泌乳阶段及试验持续的时间等多方面的影响。

添加RPC对乳品质的影响不尽一致。胆碱是组成卵磷脂的重要成分，并参与脂肪的代谢运输，因此添加胆碱有促进乳腺中脂质的吸收、转运并促进乳脂合成的作用。研究表明，添加RPC有提高乳脂、乳蛋白、乳糖、总固形物的作用，但是也有报道发现，RPC后对上述指标并没有显著影响。

RPC有改善奶牛机体代谢的作用，但是对繁殖没有显著的改善。在泌乳前期，由于奶牛采食量上升缓慢，为满足泌乳需要，动用大量体脂，造成血中酮体增加，形成临床或亚临床酮病。添加RPC有降低和预防脂肪肝综合征的作用，但是对于产褥热、子宫炎、胎衣不下和降低死亡率方面并没有积极效果，无法改善因能量负平衡造成的奶牛受胎率低下的问题。

3.3 胆碱对母体的影响

在妊娠阶段，胎儿体内的游离胆碱浓度是母体的6～7倍，因此妊娠对母体的胆碱供应需求较高，随雌激素浓度的升高，机体内源性合成的胆碱需求增大，对肝脏带来巨大压力。在胎儿生长过程中，从母体血液到胎儿，形成了梯度胆碱供应系统，其中脐带血中游离胆碱浓度约为母体的3倍，伴随着胎儿生长，母体的雌激素、雄激素分泌增加，内源性胆碱合成增加，但是产后数天内逐渐恢复正常。受胎儿对胆碱需求的影响，母体的内源性胆碱合成加强，对蛋氨酸、叶酸的需求增加，因此妊娠阶段补充胆碱、蛋氨酸以及叶酸等甲基供体，将有助于改善奶牛的代谢。

3.4 胆碱对胎儿发育的影响

胆碱对神经传导、神经管发育以及血管内皮的生长都具有重要作用；在胎儿阶段供应充足的胆碱，影响后期的认知能力。在胎儿发育阶段补充胆碱，有助于保障脑部发育，围产期和新生儿补充胆碱，有助于预防衰老性记忆功能衰退以及降低神经毒物的损害；抑制胆碱摄入及代谢，将造成神经管畸形。脑部发育过程中，磷酸胆碱缺乏容易造成认知障碍。对于胆碱影响胎儿神经发育影响的机制，可能与海马神经增殖、凋亡和分化有关。妊娠期添加胆碱，有助于增加海马神经生成，增加胆碱能神经元的体积，甚至提高基底前脑的乙酰胆碱储存和释放能力，提高脑部神经营养因子及生长因子浓度，对长期增强和去极化诱导的丝裂原活化信号转导、改变海马和脑皮质基因表达都有重要影响。胆碱对神经发育及功能发挥的影响从DNA甲基化、基因表达以及基因组印记方面，更能阐明其机制。

3.5 胆碱缺乏对机体的影响

胆碱缺乏与肝脏受损及癌症有关，而添加胆碱有助于提高认知、学习和记忆。胆碱缺乏诱发脂肪肝，并引起肝脏和肌肉受损。这主要是胆碱缺乏后，造成细胞膜变脆以及相应的DNA及蛋白降解，进而引起组织细胞的凋亡。胆碱需求在个体间的差异较大，主要与胆碱代谢相关代谢酶磷脂酰-N-甲基转移酶（PEMT；rs12325817）、胆碱脱氢酶（CHDH；rs9001和rs12676）、5,10-亚甲基四氢叶酸脱氢酶（MTHFD1；rs2236225）遗传多态性有关，胆碱缺乏的个体，容易产生器官损伤。

4 胆碱对反刍动物的调控作用

4.1 胆碱的营养功能

胆碱参与卵磷脂的合成，是细胞膜组成的重要成分，参与肝脏VLDL的构建。胆碱缺乏，容易造成肝脏内脂肪沉积，降低血液中甜菜碱、卵磷脂、蛋氨酸的浓度。摄入的蛋氨酸有28%用于胆碱生成，因此添加胆碱有节约蛋氨酸的作用。添加胆碱有助于肉毒碱的合成，促进脂肪酸的氧化，进而降低肝脏的脂肪沉积。胆碱与其他B族维生素（如：叶酸、VB12、VB6和核黄素）都有着广泛的联系，参与核酸及氨基酸代谢，甲基供应、S-腺苷甲硫氨酸（SAM）生成。SAM的生成消耗限制性氨基酸蛋氨酸，SAM供应甲基，促进3分子磷脂酰乙醇胺生成1分子卵磷脂，SAM供出甲基后，生成S-腺苷高半胱氨酸（SAH），进而代谢生成同型半胱氨酸，同型半胱氨酸在蛋氨酸合成酶、5-甲基四氢叶酸共同作用下，重新生成蛋氨酸。另外胆碱的代谢产物甜菜碱提供甲基，在甜菜碱-同型半胱氨酸甲基转移酶（BHMT）作用下，催化同型半胱氨酸生成蛋氨酸，进而参与广泛的代谢。因此胆碱对动物体的营养作用与其他甲基供体如叶酸、SAM等密切相关，其他甲基供体不足的条件下，都会增加对胆碱及其代谢物的需求。

4.2 胆碱对渗透压的调节

胆碱代谢物氧化三甲胺、甜菜碱对细胞渗透压的调节具有重要作用。尿液浓缩的过程中，肾髓质中渗透压是血液中的3～5倍，肾髓质通过积累钠、尿素建立梯度高渗区，从而实现尿液的浓缩。摄入的TMAO有保护肾脏细胞免受尿素损害的作用，摄入的甜菜碱有保护肾脏组织免受氧化应激的作用。另外研究发现，TMAO能够抑制高果糖诱导的肾脏炎症反应并抑制炎症因子和肿瘤坏死因子-α的产生、降低血中的尿酸浓度的作用。研究发现，高渗条件能够诱导肾脏细胞的甜菜碱转运载体（BGT-1）生成，促进胆碱的转运，生成甜菜碱调控肾小管上皮细胞的渗透压，并维持正常生理功能。

4.3 胆碱的甲基化调控作用

胆碱主要由代谢产物甜菜碱提供甲基。在肝脏、肾脏中，胆碱经两步催化反应生成甜菜碱。在线粒体内膜，黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）依赖型胆碱氧化酶，催化胆碱生成甜菜醛，在甜菜碱脱氢酶的作用下，生成甜菜碱，分布于线粒体基质和胞浆中，发挥重要作用。据统计，同型半胱氨酸所需的甲基有近60%源于甜菜碱。

胆碱及其代谢产物甜菜碱通过供甲基的形式，促进同型半胱氨酸生成SAM，进而实现入核供甲基，调控基因组的甲基化、DNA稳定及基因的转录。在动物试验中发现，添加胆碱改变了基因组整体甲基化及特异基因的甲基化甚至超甲基化，进而导致基因沉默和降低基因的表达。

5 结语

反刍动物能够长期耐受低胆碱摄入，主要与反刍动物强大的内源性合成（肝脏、肌肉、心脏、小肠等均可合成）能力、较低的周转率以及较强的循环利用能力（皱胃-肠-血液循环，肠肝循环）有关。受瘤胃微生物降解作用，日粮中胆碱对反刍动物机体胆碱池的贡献率极低，因此反刍动物补充胆碱需要以过瘤胃保护的形式进行。添加胆碱对反刍动物生长及生产的促进作用只是揭开了甲基化调控的序幕，如何有效利用甲基供体开展精准调控，尚需大量研究。