多不饱和脂肪酸在雄性反刍动物中的应用研究进展

母治平

（重庆三峡职业学院 动物科技学院，重庆 404155）

1 前言

精液质量对提高农场经济效益起至关重要的作用，但精子质量受许多因素的影响，如遗传、管理、环境和营养。脂肪酸作为能量来源，是细胞物理和功能结构的重要组成部分。多 不 饱 和 脂 肪 酸，如 亚 油 酸（C18 ∶2n-6）、α- 亚 麻 酸（C18 ∶3n-3）、二 十 碳 五 烯 酸（EPA，C20 ∶5n-3）、二 十二 碳 六烯 酸（DHA，C22 ∶5n-3）可能以生殖组织为靶点，改变生殖功能和生育能力（Thatcher 和Staples，2007）。哺乳动物精子中多不饱和脂肪酸的含量非常高，尤其是DHA 和EPA，其脂肪酸含量具有物种特异性。精子的膜脂组成与特定功能相关，因为它促进了不同流动性和渗透性微区域的形成，而这些微区域是达到和融合卵母细胞必需的。此外，精子质膜的脂质组成是决定精子移动性、冷敏感性、整体存活率和膜完整性的主要因素。多不饱和脂肪酸在精子膜的流动性和对脂质过氧化作用的敏感性方面起重要作用。哺乳动物精子膜中n-3 和n-6 多不饱和脂肪酸占总脂肪酸量30% ～50%，其对生殖活性起至关重要的作用，并有助于调节精子流动性和顶体反应（Rooke 等，2001）。有研究将多不饱和脂肪酸添加到精液添加剂中，以改善雄性反刍动物的精子质量，减少冷冻对精子细胞的损伤，提高冷冻精子的脂肪酸组成和质量（Abavisani 等，2013）。但这些研究的结果相互矛盾，可能原因是由于日粮脂肪酸种类和数量的变化，特别是n-3 和n-6 多不饱和脂肪酸及不同物种精子和精子多不饱和脂肪酸组成的差异。精子多不饱和脂肪酸组成的差异可能影响精子细胞膜的柔韧性和压缩性，这些特性可能会影响细胞膜适应精子特有鞭毛运动的能力。本文介绍了瘤胃多不饱和脂肪酸新陈代谢，及其对雄性反刍动物繁殖、睾丸和性激素生成的影响，同时也指出一些必要的策略，以便更有效地将多不饱和脂肪酸应用到反刍动物中。

2 瘤胃脂质和多不饱和脂肪酸的代谢

早期对瘤胃脂质代谢的研究主要关注脂肪酸通过瘤胃并暴露于微生物种群后的代谢，结果发现，脂肪酸在瘤胃中主要发生两个过程：脂类中酯键的水解和不饱和脂肪酸的生物氢化。在反刍动物中，当脂质进入瘤胃时，脂质代谢的最初过程是水解甘油三酯、磷脂和糖脂中的酯键。食物中的脂质在瘤胃中被细菌和原生动物产生的脂肪酶、半乳糖苷酶、磷脂酶等酶广泛水解，形成游离脂肪酸和甘油，而单甘油酯或双甘油酯的积累很少。甘油发酵迅速，产生丙酸作为主要的最终产物，虽然水解程度较高，但影响水解速度和程度的因素较多，如随饲粮中脂肪水平的增加或瘤胃pH低、离子团等因素抑制细菌活性和生长，水解程度降低。

不饱和脂肪酸的生物氢化作用是日粮脂肪在瘤胃内发生的第二次转化，氢化作用发生在游离脂肪酸上，影响水解的因素也会影响生物氢化作用。不饱和脂肪酸在瘤胃内的半衰期相对较短，因为它们会被微生物迅速氢化为更饱和的终产物。瘤胃生物氢化的第一步通常包括顺式12 双键与反式11 构型的异构化，从而产生共轭的二或三烯脂肪酸，接下来是顺式9 双键的还原，生成反式11 脂肪酸，最后一步是进一步氢化反式11 双键产生硬脂酸或C18 ∶1 反式15 脂肪酸（Harfoot和Hazlewood，1988）。但 当 大 量 的n-6 多 不 饱和脂肪酸可用时，氢化反应通常在最后一步之前停止，导致单烯酸的各种顺式和反式异构体。瘤胃脂肪酸的生物加氢速率随不饱和度的增加而加快，亚油酸和亚麻酸是这一过程的主要底物，在大多数日粮中，n-6 和n-3 多不饱和脂肪酸分别氢化70% ～95% 和85% ～100%（Beam 等，2000）。当饲粮中添加高浓缩物时，这种广泛的氢化水平会降低，这可以归因于在低pH 抑制了脂解作用。

3 脂质和多不饱和脂肪酸在雄性动物生殖中的生物学作用

3.1 精子细胞膜的基本组成 脂类根据水解产物的类型可分为简单脂类和复杂脂类两大类。简单脂类指每个分子产生1 ～2 个水解产物，即3-2- 甘油和单甘油，游离和酯化胆固醇和游离脂肪酸。复杂脂类以磷脂为主，磷脂水解后产生含有脂肪酸和磷酸的混合物。磷酸基可与多种醇类或氨碱结合，产生动物细胞膜的关键成分，包括磷脂酰肌醇（又俗称脑磷脂）、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰胆碱（又俗称卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺和鞘磷脂。精子的活力取决于线粒体鞘的完整性，其中磷脂是主要成分，如果这些磷脂中的脂肪酸被氧自由基氧化，精子活力就会受到损伤，进而对精子运动能力造成负面影响。

3.2 精子活动的能量来源 精子活动是指精子在精液或生殖道中活动或游动的能力，这需要大量的能量供应。果糖被认为是精子活动的主要能量来源。但在缺乏可氧化可溶性碳水化合物的情况下，磷脂可能被用于精子的能量生产。Lardy 和Phillips（1994）认为，在无碳水化合物的情况下，牛精子的能量来源似乎是细胞内磷脂的氧化，在有氧培养时，精子的磷脂含量显著降低。磷脂含有高水平的多不饱和脂肪酸，磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱和磷脂酰丝氨酸，是细胞膜的重要成分。

3.3 提供合成前列腺素的前体 n-3 和n-6 多不饱和脂肪酸均为前列腺素合成提供前体，可调节参与前列腺素和类固醇代谢的许多关键酶的表达。多不饱和脂肪酸能影响前列腺素合成和类固醇生成过程中涉及的生物合成途径，这些生物合成途径在调节动物功能中发挥多种作用。亚麻油酸转化为花生四烯酸，这是前列腺素合成的2 个前体，而亚麻酸转化为EPA。此外，EPA 可以被拉长并去饱和为DHA，虽然DHA 不是前列腺素合成的前体，但却是细胞膜的重要成分（Wathes等，2007）。前列腺素2α 直接作用于睾丸收缩组织的外层和附睾，增加精子从附睾通过不同管道的速度（Mekonnen 等，1989）。

4 多不饱和脂肪酸对激素分泌和睾丸发育的影响

脂肪酸是细胞膜磷脂层的组成成分，可能影响细胞膜的性质和细胞膜组分之间的相互作用。雄性动物生殖系统的活动涉及到下丘脑- 垂体-睾丸轴，控制睾丸发育、激素分泌和精子形成。有研究表明，多不饱和脂肪酸或其衍生的类二十碳体与该轴呈直线关系，因此，日粮多不饱和脂肪酸影响促性腺激素释放激素、黄体生成素、卵泡刺激素的分泌（Saksena 等，1999）。日粮中添加鱼油（n-3 多不饱和脂肪酸）可能影响睾丸细胞膜磷脂成分，改变促性腺激素受体的表达和亲和力，影响睾酮合成速度。相比之下，日粮中添加大豆油（n-6 多不饱和脂肪酸）对生长期雄性动物的睾酮浓度没有显著影响（Adibromadi 等，2012）。但与对照组或豆油相比，鱼油日粮显著提高了睾丸生长测量值（周长、体积、宽度和长度）、精小管和管腔直径、间质细胞、精原细胞、精母细胞计数以及新鲜睾丸质量，这说明鱼油日粮中n-3 多不饱和脂肪酸含量较高，对性腺发育有积极影响，日粮DHA 水平越高，性腺发育越好。

已有研究表明，胰岛素样生长因子I（IGF-I）是影响精子生殖细胞发育、成熟和活力的重要因素之一，如Selvaraju 等（2009）研究发现，通过体外添加IGF-I 来提高水牛精子的质量，该研究报道了IGF-I 作为一种抗氧化剂和维持功能膜完整性来提高精子活力和活性。Fair 等（2014）研究表明，与添加饱和棕榈酸相比，添加鱼油的公羊在第9 周IGF-I 浓度更高，结果暗示多不饱和脂肪酸与IGF-I 调控睾丸发育有关。但到目前为止，多不饱和脂肪酸影响睾丸组织IGF-I 浓度的机制尚未阐明。

5 多不饱和脂肪酸补充方式对精子膜脂肪酸修饰及精子质量的影响

5.1 添加到精液增稠剂中的多不饱和脂肪酸 低温保存对精子活力、活性和细胞膜状态产生有害影响。多不饱和脂肪酸能改变精子细胞膜的脂肪酸分布，从而影响精子质量，尤其是在冷休克或低温保存条件下。但多不饱和脂肪酸对精子的影响和冷冻程序通过改变膜的特点是有争议的，并且可能与多不饱和脂肪酸含量及成分类型有关。Abavisani 等（2013）研究了n-3 多不饱和脂肪酸对牛精子质量的潜在保护作用，在冷却和冷冻保存条件下，将3 种不同浓度的n-3 多不饱和脂肪酸（1%、2.5% 和5%）与聚乙二醇联合添加到精子保存剂中发现，在低温和冻融条件下贮藏24和48 h 后，牛精子活力和活性均无明显改善，作者认为将n-3 多不饱和脂肪酸直接添加到精子保存剂中不能有效地保护精子膜在冷却和冷冻时的反应。Kaka 等（2015）将n-3 多不饱和脂肪酸（5 ng/mL）添加到Tris 增稠剂中，结果发现可以改善冻融牛精子的质量，结果表明，添加n-3 多不饱和脂肪酸浓度对精子增稠剂具有重要作用，增加了膜的流动性和抗冻性，有助于提高精子总活力和膜功能完整性。但高浓度并不能产生更好的精子特征，这可能是因为存在更多的脂肪酸使哺乳动物的精子易受脂质过氧化的影响。

哺乳动物精子对脂质过氧化非常敏感，这是由于精子细胞膜磷脂含量高，多不饱和脂肪酸侧链多。精浆通过其组成的抗氧化剂对过氧化提供一定的保护，但精液的稀释降低了精子抗氧化能力。此外，在冷冻保存过程中补充多不饱和脂肪酸可以增加活性氧的产生，从而攻击多不饱和脂肪酸的双键。因此，在精液中加入抗氧化剂是有益的（Nasiri 等，2012）。

5.2 日粮添加多不饱和脂肪酸 一般来说，多不饱和脂肪酸是精子细胞膜的主要成分，会影响精子质量与膜的生理特点。在日粮中加入多不饱和脂肪酸可引起精子质膜脂肪酸谱的改变，从而提高精子质量。Kelso 等（1997）报道，多不饱和脂肪酸在精子的脂质代谢、运动性和与卵母细胞融合的能力中发挥重要作用，精子脂质中n-3 多不饱和脂肪酸含量的下降伴随老年公牛精子数量和射精活力的下降。Calisici（2010）研究日粮添加omega-3- 脂肪酸对荷斯坦公牛黑白花奶牛精子质量低温贮藏前后的影响发现，喂食亚麻油的公牛肌肉中DHA 含量和解冻后精子活力增加。

6 利用多不饱和脂肪酸提高雄性反刍动物繁殖性能的策略

脊椎动物不能合成n-3 和n-6 多不饱和脂肪酸，必须通过日粮提供，以C18 植物前体（亚麻酸或亚油酸）的形式提供，或以动物组织中C20 或C22 衍生物的形式提供。反刍动物的日粮通常含有4%～5%的脂肪，较高的水平可能会对瘤胃微生物发酵产生不利影响，因此，一般建议日粮脂肪水平不应超过6% ～7%。反刍动物饲料中脂肪的主要来源是牧草和浓缩料，牧草的总油脂含量普遍较低，但其脂肪酸中n-3 多不饱和脂肪酸所占比例较高（＞50%）（Wood 和Fearon，2009）。新鲜牧草在反刍动物日粮中占有很大比重，往往是n-3 多不饱和脂肪酸的主要来源，但由于新鲜牧草的干物质含量较低，导致反刍动物日粮中多不饱和脂肪酸的总量也不高。在富含多不饱和脂肪酸不同原料中，向日葵、红花、亚麻籽、大豆等植物源油中所含的必需脂肪酸含量较高，对提高生殖性能具有重要意义。鱼油也是理想的n-3 多不饱和脂肪酸来源。

在过去的几年里，人们对寻找保护日粮不饱和脂肪酸免受生物氢化影响的方法一直很感兴趣，这些方法包括对脂蛋白基质进行甲醛处理，用不溶于水的脂膜进行微胶囊化，制备脂肪酸酰胺及脂肪酸钙盐形式添加，其中钙盐的功效最为显著（Putnam 等，2003）。在真胃酸性pH 下，脂肪酸从长链脂肪酸钙中解离，然后从小肠中有效吸收。瘤胃液中长链脂肪酸钙解离最大pH 为5.0，最小pH 为6.5，且与脂肪酸不饱和有关（Syadati等，2012）。因此，瘤胃pH 低、脂肪酸不饱和度升高等因素会导致钙- 脂肪酸复合物的解离，从而导致生物氢化反应。

7 结论

多不饱和脂肪酸是一种重要的营养物质，对维持精子膜的流动性具有重要作用。在雄性反刍动物中，饲粮中添加多不饱和脂肪酸可以改变精子膜的流动性或通透性，提高生殖性能，从而促进睾丸发育、精子发生、精子活力和精子冷冻前后的活力。日粮中多不饱和脂肪酸与维生素E、C 的结合，由于其具有抗氧化能力和保护精子膜完整性的作用，可以更好地改善精子质量。多不饱和脂肪酸与相关激素如黄体生成素、卵泡刺激素、睾丸激素、胰岛素样因子-1 的分泌有关，这些激素浓度的波动会通过生物学机制影响雄性动物的生殖健康。