中链脂肪酸在仔猪营养中的生理功能研究进展

刁 慧，张锦秀，张 纯，黄崇波，晏家友，魏小兰，周梦佳

（1.四川省畜牧科学研究院，四川成都 610066；2.动物遗传育种四川省重点实验室，四川成都 610066）

随着欧盟禁止在农场动物饲养中使用抗生素生长促进剂以来，抗生素在世界范围内慢慢禁用或限用，抗生素替代品己成为动物营养领域的研究热点之一，各种预防仔猪胃肠疾病的抗生素替代品已被提出[1]。中链脂肪酸（Medium-Chain Fatty Acids，MCFAs）能够穿透细菌的半透膜并破坏其内部结构，具有很强的抗菌活性[2]，还能够维持肠上皮黏膜结构，改善断奶仔猪肠道发育[3]，是一种潜在的抗生素替代品。本文综述了MCFAs 对仔猪生长性能的影响，并在此基础上提出MCFAs 影响生长性能的可能因素及机制，旨在为深入认识MCFAs 功能及进一步揭示其对仔猪生长性能的影响机制提供参考。

1 MCFAs 的来源、代谢及应用

MCFAs 由含有单羧酸的脂肪酸组成，碳链长度在6～12，包括己酸（C6）、辛酸（C8）、癸酸（C10）和月桂酸（C12）等[4]。MCFAs 与甘油发生酯化反应后可生成相应的中链脂肪酸甘油三酯（MCTs）。MCTs存在于动物的乳脂及多种饲料原料中，其中椰子油、棕榈油及萼距花种子油中含量较为丰富[5]。

相对于长链脂肪酸（LCFAs）来说，MCFAs 是动物快速的供能物质，在动物生长、繁殖、免疫、脂肪沉积及肠道菌群等方面有着重要的作用[6]。MCFAs 分子量相对较小，乳化能力强，水解能力是LCFAs 的6 倍，同时还可以促进LCFAs 的乳化[7]。研究发现，在没有胰酶参与的情况下，MCFAs 也可达到正常吸收水平的50%左右，说明MCFAs 水解对胰酶的依赖性低[8]。初生仔猪的肠道及消化系统发育不够完善，缺乏胆盐或胰脂酶。MCTs 可以直接吸收进入仔猪小肠上皮细胞内经过脂肪酶完全水解成MCFAs 和甘油，因此MCTs/MCFAs 能够被初生仔猪有效地消化、吸收和利用，迅速改善体内能量状况[9-10]。给大鼠饲喂放射性标记的MCFAs 后，并没有在淋巴管内发现MCFAs 的存在，说明MCFAs 不经过淋巴系统而直接由肝门静脉入肝[11]。MCFAs 与蛋白质结合力低，直接由胰脂肪酶迅速水解后进入小肠上皮细胞，被快速吸收后在细胞内不再合成甘油三酯，而是通过门静脉直接送到肝脏，在体内快速被清除并直接在肝脏代谢为能源[12-14]。

自19 世纪50 年代开始，MCFAs 应用于人类脂肪吸收不良症而进军医药行业，对治疗肥胖、胰岛素抵抗、胃肠炎和心脑血管疾病具有重要的作用[15]。由于MCFAs 还有乳化和抗微生物的作用，因而广泛应用于食品和化妆品行业[15]。我国在1986 年将辛葵酸甘油三酯列入国标并在1996 年被卫生部批准可用做食品添加剂。MCFAs 的主要作用是快速供能，可作为新生幼崽的能量补充剂，特别是在早产婴儿方面的应用，自20世纪80 年代，MCFAs 开始应用于新生仔猪中，为仔猪初生至断奶前后阶段提供足够的能源来抵御来自各方面的应激，满足自身生长发育的需要[16-17]。自2006 年欧盟全面禁抗以来，在全球养殖业严格控制使用抗生素及其他化学药品防止药物残留、寻找抗生素替代品的大环境下，MCFAs 作为一种新型添加剂在饲料行业领域中的应用引起了广泛关注[18]。

2 MCFAs 的生理调节作用

MCFAs 是一种很容易获得的能量来源，不仅可以为仔猪提供快速有效的能量，改善肠上皮黏膜结构，提高生长性能，还具有很强的抗菌活性，可以调节仔猪消化道微生物组成，增强仔猪免疫力。因此，MCFAs 对仔猪生理具有调节和控制作用（图1）。

2.1 MCFAs 对仔猪生长性能的影响 MCFAs 对仔猪生长性能影响的研究结果不尽一致。张昊等[19]用不同剂型MCTs（液态和固态，添加量1.4%）替代断奶仔猪饲粮中的大豆油，结果发现2 种剂型的MCTs 均可提高仔猪断奶后2 周血液中总蛋白含量；固体MCTs 显著提高仔猪断奶后2 周平均日增重和血液中D-木糖含量，降低血液中尿素氮含量，说明MCTs 可促进断奶仔猪肠道吸收能力的恢复，改善蛋白质代谢，进而促进生长，其中以固体MCTs 效果更好。Hanczakowsk 等[20]研究指出，断奶仔猪饲粮中添加MCFAs（0.3%癸酸或0.3%辛酸）可提高断奶后0～28 d 的平均日增重，改善生长性能。MCFAs/MCTs 可刺激肠促胰酶肽的分泌，而肠促胰酶肽可促进胰蛋白酶、脂肪酶等消化酶活性的提高，进而提高养分消化率，提高仔猪生长性能[21]。MCTs（0、0.7%、1.4%、2.1%）替代大豆油可提高断奶后2 周和全期的饲料转化率，同时，中等剂量替代（0.7%和1.4%）可显著改善仔猪断奶后12～14 d 粗脂肪和干物质的表观消化率，增加血清中总蛋白含量，降低尿素氮水平，说明MTCs 能改善养分利用率，进而提高断奶仔猪生长性能，这可能与消化酶活性的增加有关[22]。Devi 等[23]和汤文杰等[24]也得到了相似结果。在商业条件下，日粮补充有机酸和MCFAs 混合物（甲酸钙、乳酸钙、柠檬酸和MCFAs，0.3%）相比于氧化锌（ZnO）更加有利于断奶仔猪的生长，说明MCFAs 与酸化剂联合使用具有协同促生长的作用，可替代氧化锌在仔猪上的使用[25]。Lan 等[26]在哺乳仔猪上的研究得到了相似结果，母猪饲粮中同时添加MCFAs 和有机酸可提高后代仔猪生长性能。但陈晨[27]研究表明，饲粮添加0.2%、0.4% 或0.6%的MCFAs 对断奶仔猪的生长性能无显著影响，但降低了断奶仔猪胃和肠道前段的pH，起到酸化剂的作用，可提高小肠绒毛高度，促进营养物质消化吸收，其中以0.2%的添加水平效果最好。陈少魁[28]同样发现，4% 的MCFAs 对仔猪生长性能无显著影响，但显著改变肠道和肝脏脂肪酸组成发生，增加空肠蔗糖酶和麦芽糖酶以及回肠碱性磷酸酶活性，改善消化吸收功能。虽然MCFAs 对生长性能的研究结果不一致，但其均可提高养分消化率及消化酶活性，而不一致的原因可能与MCFAs 的添加形式、添加量、生产工艺、日粮中其他营养素的水平及环境因素有关。

关于MCFAs 对仔猪生长性能的影响还可能与胃饥饿素（Ghrelin）的分泌有关[29]。Ghrelin 的主要活性形式是一种由28 个氨基酸构成的肽，具有促进生长激素（GH）释放、调节动物采食及能量平衡等功能。GH的主要生理功能是促进机体蛋白质合成和组织生长，增强机体对矿物元素如钙、磷、钾、硫等的摄取，加速脂肪分解，影响蛋白质和能量代谢[30]。研究表明，进食LCFAs 可降低人血浆中总Ghrelin 水平，而进食MCFAs（辛酸C8:0）或MCTs（辛酸甘油酯）可直接用于Ghrelin 的酰化，酰化后的 Ghrelin 可促进GH 的分泌，刺激动物采食及胃酸分泌，从而对动物生长性能产生积极的影响[29]。Miller 等[31]研究发现，日粮中添加5% MCTs 增加了断奶仔猪血浆中GH 和Ghrelin 的浓度，减少仔猪腹泻率，维持了其小肠绒毛高度进而提高仔猪日增重。Ghrelin 的第3 个氨基酸（丝氨酸）上含有辛酸（C8:0）脂肪酸，而MCTs 具有高浓度辛酸，说明日粮中添加 MCTs 作为一种为机体提供活化Ghrelin 的方式，通过刺激GH 内分泌途径将断奶相关病症（例如生长迟缓和腹泻）降到最低，并减少了断奶后 GH 水平的下降，促进生长[31]。

2.2 MCFAs 对胃肠道微生物的调节 MCFAs 是一种阴离子的表面活性剂，可破坏细菌膜，进入细菌细胞内，抑制胞内脂肪酶的活性，从而发挥抗菌作用[32]。体外研究发现，随着pH 的升高，MCFAs 的抑菌效果下降[33]。在pH 为3 和5 时，己酸和辛酸处理组的大肠杆菌均无生长，但在pH 为5 时，癸酸处理组大肠杆菌出现了生长[34]，说明MCFAs 的抑菌效果受机体胃肠道的pH 影响。祁姣姣等[35]研究表明，己酸、辛酸、癸酸对大肠杆菌、沙门氏菌和金黄色葡萄球菌3 种指示菌均具有较强的抑制作用，且MCFAs 与肉桂醛联合使用具有协同或相加作用。辛酸和癸酸对革兰式阳性菌的抑制作用较革兰氏阴性菌强，月桂酸主要抑制革兰氏阴性菌[36]，辛酸和癸酸同时使用具有协同抑菌效应[37]。同样作为革兰氏阴性菌，沙门氏菌比大肠杆菌对MCFAs 更敏感[38]。可见，MCFAs 的抑菌效果还与其链长密切相关。

仔猪上的研究发现，日粮添加MCTs（0.5%、1.0%和 1.5%）显著降低空肠、回肠和结肠链球菌的比例，随着日粮中MCTs 添加量的增加，各肠段乳酸杆菌、双歧杆菌占总细菌的比例提高，大肠杆菌比例降低[24]，当MCTs 添加量达到3%时，仔猪结肠和直肠梭菌的数量显著降低[39]；饲粮添加MCFAs（0.2%、0.4%和0.6%）降低空肠大肠杆菌和沙门氏菌的数量，增加双歧杆菌和乳酸杆菌的数量[27]。杨金堂[40]和Hanczakowska 等[20]得到了类似结果，日粮添加0.3% 的MCFAs 提高仔猪粪便中乳杆菌数量，降低仔猪粪便中大肠杆菌、沙门氏菌和肠球菌数量。以上研究均证实，MCFAs 对肠道微生物菌群起着调节和改善作用，抑制有害菌增殖的同时提高有益菌数量，维持肠道微生物菌群间的平衡。MCFAs 与有机酸在仔猪体内联合使用具有协同调节肠道菌群的作用。Zentek 等[41]比较有机酸（0.416%富马酸和0.328%乳酸）和/或MCFAs（0.15%辛酸和0.15%癸酸）对断奶仔猪肠道微生态影响的研究中发现，饲粮添加0.15%MCFAs 显著降低胃、空肠和回肠食糜pH，增加空肠食糜Escherichia-Hafnia-Shigella和结肠食糜Clostridial cluster XIVa的数量，且有机酸和MCFAs 同时添加效果更好。Han 等[42]研究也表明，饲粮同时添加0.2% 有机酸和0.6%MCFAs 增加断奶仔猪肠道食糜中厚壁菌门、变形菌门、乳酸杆菌属和粪杆菌属的数量。基于以上结果可知，MCFAs 和有机酸联合使用可降低肠道食糜pH，提高肠道有益菌的数量，进而调控肠道微生物的组成，有效预防断奶仔猪腹泻。

2.3 MCFAs 对仔猪免疫功能的调节 细胞膜中饱和脂肪酸含量的增加会降低细胞膜的流动性，进而影响免疫细胞的吞噬能力，因此，MCFAs 作为饱和脂肪酸参与机体免疫功能的调控[43]。体外研究表明，辛酸及甘油一酯抑制了Caco-2 细胞白介素8（IL-8）的分泌，而癸酸却增强了IL-8 产量[44]，说明MCFAs 参与的免疫调节与其种类有关。体内试验发现，进食MCTs 促进大肠杆菌脂多糖（LPS）攻毒后大鼠IgA 的分泌，抑制促炎性细胞因子和趋化因子的表达[45]。猪上的研究表明，饲粮添加4% 的MCFAs 抑制肠道和肝脏Toll 样受体4（TLR4）和核苷酸结合寡聚域受体（NOD）信号通路，降低肿瘤坏死因子受体相关因子6（TRAF6）、核因子NF-κB和受体互作蛋白激酶2（RIPK2）等下游相关基因的mRNA 表达水平，说明MCFAs 具有良好的抗免疫应激效果，能够缓解LPS 诱导的断奶仔猪肠道和肝脏损伤[28]。Xiao 等[46]同样发现，饲粮添加4%MCTs降低仔猪血清TNF-α含量，下调空肠和回肠TLR4 和NOD 信号通路相关基因表达，可以推测MCFAs/MCTs通过下调TLR4 和NOD 信号通路缓解LPS 诱导的肠道损伤。高温应激情况，饲粮添加0.3% 的MCFAs 能提高仔猪血液和组织中热休克蛋白70 的 mRNA 水平，缓解热应激对仔猪造成的不良反应[40]。此外，MCFAs 可以作为过氧化物酶体增殖剂激活受体γ（PPARγ）的配体激活PPAR 信号通路，而PPAR 信号通路则与成脂分化以及免疫调节有关，因此，MCFAs 的免疫调节功能可能与PPARγ的活化有关[47-48]。

2.4 MCFAs 对仔猪肠道完整性的调节 小肠黏膜上皮是营养物质降解和吸收的主要部位，小肠绒毛和隐窝影响黏膜功能表面积。绒毛尖附近的上皮细胞最为成熟且拥有最大的消化和吸收能力，因此，仔猪体重增加与绒毛高度密切相关[49]。研究发现，饲粮添加不同水平的MCFAs（0.2%、0.4%和0.6%）可提高断奶仔猪小肠绒毛高度，促进营养物质消化吸收[27]。4% 的MCFAs 增加小肠绒毛高度、空肠蔗糖酶和麦芽糖酶以及回肠碱性磷酸酶的活性，改善消化吸收功能[28]。LPS 攻毒降低仔猪肠道绒毛高度，破坏肠道结构完整性，而饲粮添加0.175%MCTs 可提高绒毛高度，增加空肠和回肠杯状细胞和浆细胞的数量，缓解LPS 攻毒对仔猪肠道造成的损伤，进而促进断奶仔猪生长[34]。因此，MCFAs 对肠道形态结构完整性的调节具有重要作用。进一步探索机理发现，添加MCFAs 可上调IPEC-J2 细胞Claudin-4基因的表达[38]，添加MCTs 可上调仔猪肠道Claudin-1蛋白表达，同时下调激活素受体相互作用蛋白（RIP-3）和混合谱系激酶域样蛋白（MLKL）的mRNA 水平，推测MCFAs 对肠道结构完整性的维持作用与RIP-3 和MLKL 信号通路有关[46]。

3 MCFAs 在抗生素替代中的应用

MCFAs 在抗生素替代中的应用研究非常有限。Yen 等[39]研究发现，饲粮添加40 mg/kg 硫酸粘杆菌素可减少仔猪盲肠、结肠和直肠梭菌的数量的同时还可抑制有益菌乳酸杆菌的生长，饲粮添加3%MCTs 能有效改善仔猪饲料转化率，减少结肠和直肠梭菌的数量，但MCTs 和硫酸粘杆菌素二者无互作效应，说明两者的作用模式和添加效应各不相同，MCTs 可以作为硫酸粘杆菌素的替代品在断奶仔猪上进行应用，提高饲料利用率，同时避免硫酸粘杆菌素对有益菌的破坏，有利于维持肠道健康。汤文杰等[24]研究发现，与50 mg/kg 金霉素相比，日粮添加不同剂量MCTs 均可显著增加川藏黑猪各肠段双歧杆菌比例，当添加剂量为1.5%时可显著提高平均日增重和平均日采食量，增加空肠、回肠和盲肠乳酸杆菌比例，降低盲肠和结肠链球菌比例，因此，日粮中添加1.5%MCTs 可提高川藏黑猪断奶仔猪肠道中有益菌（乳酸杆菌和双歧杆菌）比例并降低有害菌（链球菌和大肠杆菌）比例，改善肠道菌群结构，进而降低腹泻指数，提高生长性能，可在仔猪上替代50 mg/kg 金霉素。此外，MCFAs 和有机酸联合使用同样可在断奶仔猪上替代金霉素。饲粮添加75 mg/kg 金霉素显著降低仔猪断奶后1～14 d 腹泻率，但联合添加0.2%有机酸和0.6%MCFAs可增加断奶后1～28 d 平均日增重和饲料转化率，提高血清IgG 和IgA 的含量，且以上指标与75 mg/kg 金霉素组差异不显著；另外，有机酸和MCFAs 联合使用可提高血清总抗氧化能力，降低丙二醛含量，同时提高肠道食糜中厚壁菌门、变形菌门、乳酸杆菌属和粪杆菌属的数量，说明二者联合使用可通过调节断奶仔猪的微生物群，改善生长性能，降低腹泻率，增强血清免疫力[42]。因此，MCFAs 和有机酸组合可在断奶仔猪上作为潜在的抗生素替代品。

4 结语

总体来说，MCFAs 或MCTs 可以作为断奶仔猪饲料的良好补充剂，是一种潜在的饲料抗生素替代品。MCFAs 可以通过其短途径的吸收和氧化、抗菌和免疫调节作用进而维持肠上皮结构完整性，改善仔猪生长性能。值得注意的是，MCFAs 对仔猪生长性能的研究结果不完全一致，还需进一步探讨MCFAs 在仔猪应用时的最佳投喂时间、添加形式、添加量、生产工艺及日粮中其他营养素的水平等问题。MCFAs 沸点很低，容易挥发，在实际生产中的应用还需开发更加稳定的剂型。MCFAs 在动物生产中的应用仍不广泛，基础研究不足，需要进一步加强MCFAs 与肠道发育及免疫功能的机理研究以更好地指导养猪生产。此外，MCFAs 在脂肪代谢及提高动物应激能力的相关研究方面有待进一步深入。