脂肪酸的生理功能及其在畜禽生产中的应用研究进展

张 楠，王华凯，马永喜*，杨 博

（1.中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193；2.华南理工大学生物科学与工程学院，广东广州 510006）

抗生素自1920 年被发现以来，以其抗病、促生长的作用在畜禽生产中得到广泛应用，给畜牧业带来了巨大价值。但随着抗生素的长期大量使用，抗药性、残留等问题日益凸显，严重威胁了畜产品的质量和公众健康。2006 年开始欧盟禁止在饲料中添加促生长类抗生素，我国也自2020 年7 月起，饲料生产企业停止生产含有促生长类药物饲料添加剂（中草药除外）的商品饲料。因此，研发抗生素替代品成为养殖业的必然选择。脂类是油、脂肪、类脂的总称，是由甘油和脂肪酸组成的三酰甘油酯。脂类具有提供能量、改善饲料适口性、促进脂溶性维生素吸收等多种作用。脂类的生理作用与其脂肪酸的组成和比例密切相关，但目前对不同类型脂肪酸的作用、适宜添加比例等研究还有所欠缺。因此，本文介绍了不同类型脂肪酸的生理功能，总结了脂肪酸在畜禽生产中的应用研究进展，以期为开发功能性脂肪酸产品提供理论依据。

1 短链脂肪酸（SCFAs）

SCFAs 又称挥发性脂肪酸，是指碳原子数≤6 的脂肪酸，内源性SCFAs 是由结肠微生物利用抗性淀粉、非淀粉性多糖、低聚糖等难以消化的结构性碳水化合物发酵产生，以乙酸、丙酸、丁酸含量最高。乙酸和丙酸吸收后经门静脉运送到肝脏，主要参与能量代谢，丁酸则主要是为肠黏膜细胞供能[1]。此外，丁酸还具有维护肠上皮屏障、调节肠道微生态平衡、抗炎等多种生理功能。

1.1 SCFAs 的生理功能

1.1.1 提供能量和电解质平衡 结肠内发酵产生的SCFAs可为结肠上皮细胞提供60%～70%的能量，SCFAs 为细胞供能的顺序为丁酸＞丙酸＞乙酸，其中丁酸含量占肠道SCFAs 总量的85%[2]。除供能以外，SCFAs 还可以刺激结肠Na+吸收，抑制环磷酸腺苷（cAMP）和环磷酸鸟苷（cGMP）介导的Cl-分泌来调节电解质平衡[3]。

1.1.2 肠黏膜屏障作用 肠黏膜屏障由机械屏障、免疫屏障、化学屏障和生物屏障组成，共同维持畜禽的肠道健康，SCFAs 对维持肠黏膜屏障至关重要。SCFAs 可以通过促进黏液层分泌黏液、增加紧密连接蛋白的数量来加强机械屏障。丁酸盐可以通过上调紧密连接蛋白claudin-1 的转录进而增强肠上皮屏障功能[4]。此外，SCFAs 可促进上皮细胞内一些黏膜免疫相关细胞的增殖、免疫球蛋白的分泌来提高肠黏膜免疫屏障。研究发现，丁酸钠不仅可以增加仔猪肠道黏膜中浆细胞IgA+的数量，还可以促进断奶仔猪小肠上皮内淋巴细胞、肥大细胞和杯状细胞的增殖，改善小肠黏膜上皮细胞的形态结构，维持正常的肠道黏膜屏障功能[5-6]。

1.1.3 抗炎、抗菌作用 SCFAs 可以通过抑制炎症信号通路丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）介导的信号转导，阻断炎症信号通路，进而抑制炎症反应。Xu 等[7]研究发现，给新生猪每日注射7～13 mL 丁酸钠，连续注射7 d后，白细胞介素6（IL-6）、白细胞介素8（IL-8）、γ-干扰素（IFN-γ）、肿瘤坏死因子β（TNF-β）的表达显著降低，同时回肠组蛋白去乙酰化酶抑制剂（HDACi）含量也降低。这表明SCFAs 还可作为HDACi 的抑制剂，进而抑制下游相关促炎因子的mRNA 表达从而起到抗炎效果。此外，动物试验研究表明，在断奶仔猪日粮中添加450 mg/kg 丁酸钠降低了空肠脱粒肥大细胞中组胺、类胰蛋白酶的浓度以及肿瘤坏死因子-α（TNF-α）及IL-6 mRNA 的表达量[8]。Jiang 等[9]研究发现，在脂多糖应激下，添加丁酸钠可以降低十二指肠黏膜过氧化物酶活性和TNF-α的mRNA 表达量。

肠道菌群平衡是肠道健康的重要特征之一，SCFAs进入细菌细胞内可被分解为酸根离子和H+，H+浓度升高，肠道pH 降低，从而抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的生长，促进乳酸菌等有益菌的生长，进而维持动物肠道健康。丁莹[10]研究发现，在饮水中添加0.15%SCFAs 可以显著降低42 日龄肉鸡盲肠中大肠杆菌数量。钮海华[6]研究发现，丁酸钠可以显著增加仔猪空肠内乳酸菌数量，显著降低大肠杆菌数量。此外，丁酸还可通过促进黏蛋白分泌黏液从而减少有害菌的黏附[11]。

1.1.4 抑制癌细胞生长 在细胞核中，组蛋白乙酰化和去乙酰化过程处于动态平衡，并由组蛋白乙酰化酶（HAT）和组蛋白去乙酰化酶（HDAC）共同作用，丁酸作为HDACi，可以抑制HDAC 的活性，进而可以调节基因的表达起到抗癌作用[12]。

1.2 SCFAs 在畜禽上的应用 SCFAs 及其衍生物在畜禽生产中的应用研究见表1，SCFAs 及其衍生物在猪方面的研究多集中在断奶仔猪上。SCFAs 及其衍生物可以提高断奶仔猪对粗蛋白质、粗脂肪等营养物质的消化率，提高饲料转化效率、平均日增重和平均日采食量，进而提高生长性能。SCFAs 及其衍生物还可提高断奶仔猪肠道绒毛高度、绒毛隐窝比值，降低隐窝深度，维持肠黏膜形态结构的完整，促进肠道健康。在母猪妊娠后期及哺乳期添加SCFAs 及其衍生物可以提高母猪的繁殖性能及后代仔猪的生长性能。在家禽方面，SCFAs 及其衍生物可以降低肉鸡血清中IL-6、TNF-α等抗炎因子含量，提高超氧化物歧化酶等抗氧化酶活性，进而提高其免疫应答和抗氧化能力。

表1 SCFAs 及衍生物在畜禽生产中的应用

综上所述，在畜禽饲粮中添加0.2%～0.3% SCFAs效果最佳。SCFAs 除具有上述生理功能外，还具有无残留、易吸收等优点。目前以丁酸及丁酸钠研究较多，但丁酸钠存在臭味大、难以为后肠提供丁酸、包被丁酸钠成本高、含量低等缺陷。丁酸甘油酯是一种丁酸衍生物，其具有在肠道各部分均可释放丁酸且无臭味等优势[1]。今后，可加强丁酸甘油酯对不同生理阶段畜禽的使用效果研究，还要重视乙酸、丙酸等多种SCFAs 混合作用的效果，以及SCFAs 不同添加方式（如饲粮或饮水中）的应用效果。

2 中链脂肪酸（MCFAs）

MCFAs 是指碳原子数为6～12 的饱和脂肪酸，包括己酸（C6:0）、辛酸（C8:0）、癸酸（C10:0）和月桂酸（C12:0）。MCFAs 与甘油发生酯化反应生成相应的中链甘油三酯（MCT），从而在自然界中以MCT 的形式存在于动物的乳脂和一些饲料原料中，其中以椰子油、棕榈油和萼距花属植物种子油含量较为丰富。MCFAs与长链脂肪酸（LCFAs）的性质比较见表2[24]。MCFAs因其特殊的化学及物理特性，在消化、吸收及转运等方面与LCFAs 存在较大差异。MCFAs 具有调节代谢、提高免疫力、抑菌等多种作用，是最具有发展前景的抗生素替代品之一。

表2 MCFAs 与LCFAs 的性质比较

2.1 MCFAs 的生理功能

2.1.1 调节代谢 MCFAs 可以通过抑制脂肪酸合成酶、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARγ）、增强子结合蛋白（CCAAT）等脂肪酸合成相关基因来调节脂类代谢。MCFAs 还可通过提高动物胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性，从而参与糖代谢的改善[25]。

2.1.2 调节肠道微生态平衡 MCFAs 具有很强的抑菌作用，其机制可能是MCFAs 通过诱导一种自溶酶的分泌，进而引起细菌溶解和死亡。游离的MCFAs 还可以通过病原体细胞膜进入细胞内并产生酸化作用，引起细菌死亡，同时分解的MCFAs 会抑制病原菌DNA 的复制，进而杀死病原菌[26]。

2.1.3 抗病毒 MCFAs 的单甘脂具有抗病毒的功能，以月桂酸单甘油酯（GML）作用最为突出。GML 通过插入病毒的囊膜，使病毒的膜蛋白外泄，从而使病毒失去感染力或是通过降低相关促炎细胞因子、趋化因子的表达，间接减少病毒的传播[27-28]。Li 等[27]研究表明，GML 可以降低IL-8 和巨噬细胞炎性蛋白-3α（MIP-3α）的表达，抑制CD4+T 细胞的募集，从而有效阻止恒河猕猴感染猴免疫缺陷病毒（SIV）。在畜禽生产中，GML 通过降低猪繁殖与呼吸综合征病毒重组N 蛋白（PRRSV-N）在猴胚胎肾上皮细胞-145（MARC-145）中的表达来抑制PRRSV 的增殖，从而起到抗PRRSV的作用[28]。

2.2 MCFAs 在畜禽上的应用 MCFAs 及其衍生物在畜禽生产中的应用研究见表3，MCFAs 及其衍生物因其具有快速供能的特点，多应用在幼小动物生产中。除作为畜禽的能源物质，MCFAs 及其衍生物还具有很强的抑菌作用，可以抑制和杀灭病原微生物，同时还可以改善肠道形态，进而促进畜禽的肠道健康。但MCFAs 及其衍生物对畜禽饲料转化效率、采食量、增重等方面研究结果不一致，大部分研究表明无显著影响。这与MCFAs 及其衍生物的种类、添加量、畜禽所处的能量状态等因素有关。

表3 MCFAs 及衍生物在畜禽中的应用

综上所述，在畜禽饲粮中添加0.2%MCFAs 效果最佳。在今后的研究中应重视MCFAs 与其他产品（如益生菌、植物精油等）联合使用，以达到畜禽的生长性能最大化。

3 多不饱和脂肪酸（PUFAs）

PUFAs 指含有2 个或2 个以上双键且碳链长度为18～22 个碳原子的直链脂肪酸，通常分为ω-3 系列和ω-6系列。从脂肪酸的甲基端算起，第3 个碳原子上开始出现双键就是ω-3 脂肪酸，第6 个碳原子上开始出现双键就是ω-6 脂肪酸。ω-3PUFAs 主要包括α-亚麻酸（ALA）、二十碳五稀酸（EPA）、二十二碳六稀酸（DHA），ω-6PUFAs 主要包括亚油酸（LA）、γ-亚麻酸（GLA）、花生四烯酸（AA）。

ω-3PUFAs 和ω-6PUFAs 的功能不同，某些活性甚至相反，例如ω-6PUFAs 中的花生四烯酸是合成促炎类二十烷酸类激素的前体，而ω-3PUFAs 中的EPA 则合成抗炎类二十烷酸类激素。因此，注重二者的平衡才能有利于动物的健康[1]。

3.1 PUFAs 的生理功能 AA 产生的前列腺素E2（PGE2）是促炎因子，而ω-3PUFAs 可通过竞争5-环氧合酶抑制AA 的产生，减少PGE2 浓度，从而减缓炎症反应[38]。ω-3PUFAs 可以降低TNF-α、核因子-κB（NF-κB）等促炎因子的表达水平、提高白细胞介素10（IL-10）等抗炎因子表达而抑制炎症反应。此外，ω-3PUFAs 的活性代谢物（如消退素可以刺激巨噬细胞等）分泌产生抗炎性细胞因子来起到抗炎作用[39]。

PUFAs 可以降低血液中甘油三酯和胆固醇浓度，通过抑制血小板凝集防止形成动脉血栓减少心血管疾病[40]。PUFAs 也可通过影响转录因子和信号转导，改变细胞膜功能，通过细胞中脂质过氧化等途径来预防和治疗癌症。

3.2 PUFAs 在畜禽上的应用 PUFAs 在畜禽生产中的应用研究见表4。在妊娠后期和泌乳期饲粮中添加ω-3PUFAs可以提高母猪初乳中免疫球蛋白的数量，减少仔猪肠道黏膜抗炎因子的mRNA 表达量，减缓母猪和仔猪的应激，进而提高母猪的繁殖性能和仔猪的生长性能，对于断奶仔猪而言，ω-6/ω-3 的比值会显著影响断奶仔猪的生长性能和免疫能力，比值为10 时效果最佳。在家禽方面，PUFAs 可以提高肉鸡的生长性能，添加量为150～250 mg/kg 时可以提高蛋鸡血清中免疫球蛋白数量，从而提高免疫力。

表4 PUFAs 在畜禽中的应用

综上所述，在饲粮中添加PUFAs 可以抑制畜禽肠道有害菌的增殖，改善肠道形态，提高免疫力，从而提高其生长性能。在自然界中，ω-6PUFAs 含量非常丰富，但只有少数油脂中含有ω-3PUFAs，在饲料中应用大豆油较多，应当在饲料中适当的添加鱼油等富含ω-3PUFAs 的油脂。只有当二者的比例处于合理的范围内，才能使脂肪酸的价值最大化。

4 共轭亚油酸（CLA）

CLA 是指一系列含有共轭双键、具有位置和几何异构的十八碳二烯酸的统称。CLA 的异构体种类众多，其中以c9,t11-CLA 和t10,c12-CLA 应用最为广泛。天然CLA 主要存在于反刍动物的奶制品和肉制品中。但由于天然CLA 含量较少，人们开始通过人工合成CLA的途径来获取更多的CLA 以满足需求。目前人工合成CLA 的方法有光敏异构法、化学合成法、微生物合成法等，但人工合成成本高、工艺复杂，生产工艺还需进一步优化。CLA 具有抗氧化、调节免疫、抑制脂肪积累、降低胆固醇防止动脉粥样硬化、抗癌等作用。

4.1 CLA 的生理功能

4.1.1 调节免疫 CLA 通过降低类二十烷酸的合成，特别是前列腺中的PGE2 来调节免疫，PGE2 能够抑制细胞免疫和细胞因子的分泌，对生物机体免疫功能发挥着重要作用[47]。Zhang 等[48]研究表明，与对照组相比，在鸡日粮中添加10.0 g/kg CLA，系统和外周血淋巴细胞中PGE2 的合成量显著降低57% 和42%。CLA 也可通过细胞核PPARγ途径抑制TNF-α、NF-κB 等因子的产生，从而起到调节免疫的作用。

4.1.2 防止动脉粥样硬化及调节脂类代谢 血液中胆固醇含量过高是导致动脉粥样硬化的主要原因，CLA 能够阻止脂肪和血小板在粥样病变的动脉壁上沉积，从而起到抗动脉粥样硬化的作用[49]。CLA 在以兔子、仓鼠、老鼠为动物模型上的研究较多[50]。Lee 等[51]研究表明，在兔子日粮中每天添加0.5 g CLA，低密度脂蛋白和三酰甘油减少，对主动脉进行检查，动脉粥样硬化较少。田敏等[52]研究表明，CLA 可以显著降低Apo E-/-小鼠血清中总胆固醇、甘油三酯水平，从而起到抗动脉粥样硬化炎症反应的作用。

CLA 通过影响脂肪细胞增殖和分化、相关基因的表达及脂代谢中关键酶来影响脂肪沉积。陆春瑞等[53]研究表明，与对照组相比，CLA 腹部脂肪参数下降20.93%，腹部脂肪组织中生长激素受体（GHR）和PPARγ的mRNA 表达量分别下降24.74% 和66.52%。Jiang 等[54]研究表明，CLA 降低了背部脂肪△9去饱和酶、脂肪酸合成酶和脂蛋白脂肪酶的活性。

4.1.3 抗氧化 CLA 通过提高TSOD、GSH-Px、CAT 等含量，降低MDA 含量，清除自由基，起到抗氧化的作用。Zhang 等[55]研究表明，10 g/kg CLA 可以提高肉鸡肝脏、血清和鸡肉中TSOD 的活性及肝脏中CAT 活性，10 g/kg和5 g/kg CLA 可降低肉鸡肝脏、血清和鸡肉中MDA含量，这与吴国玲[56]的研究结果一致。

4.2 CLA 在畜禽上的应用 CLA 在畜禽生产中的应用研究见表5。在妊娠、哺乳期母猪日粮中添加CLA 可以提高母猪初乳和新生仔猪血清中免疫球蛋白的数量，从而提高新生仔猪的免疫力。在家禽方面，CLA 对肉鸡生产性能的研究结果不一致。有的研究表明，CLA 会降低肉鸡的ADFI 和ADG，这可能与肉鸡的生长阶段、CLA 添加量等有关。但可以提高蛋黄中多不饱和脂肪酸含量，降低单不饱和脂肪酸含量，使蛋黄中富集CLA。

表5 CLA 在畜禽中的应用

综上所述，CLA 作为一种功能性脂肪酸，在畜禽日粮中以2% 的添加量效果最佳。但CLA 产品现多为游离脂肪酸型，其容易氧化产生对人体有害的过氧化物，且口感不好。与CLA 相比，共轭亚油酸甘油酯稳定性好，在人和动物机体内消化吸收速度更快，具有更好的亲脂性，可防止脂质的积累[66]，具有广阔的市场前景。

5 小 结

综上所述，MCFAs 具有无残留、易吸收、快速供能等优点，但存在异味、难以为后肠道利用等问题，可以通过与其他饲料添加剂联合使用或优化添加方式来克服其缺点；合理的ω-6/ω-3PUFAs 比值可以调控畜产品的品质，但富含ω-6PUFAs 和ω-3PUFAs 的产品容易氧化，使用时需要确保饲粮当中的抗氧化剂水平；CLA具有抗动脉粥样硬化、促免疫等多种生理功能，但目前CLA 制品存在口感不佳、稳定差、易氧化变质等缺点，可以对CLA 的结构进行改造，合成CLA 酯类衍生物来提高CLA 的稳定性。在畜禽饲粮中添加适量脂肪酸可以调节畜禽肠道微生态平衡，增强畜禽的免疫及抗氧化能力，从而提高其生长性能。但不同种类、生理阶段畜禽的适宜添加量、添加形式以及联合的使用效果还需进一步研究。