丁酸钠对鱼类肠道消化吸收的影响研究进展

李 祥，何金环，潘春梅，索江华，李 京

(河南牧业经济学院食品与生物工程学院，郑州 450046)

鱼类产品的营养价值较为丰富，已成为人类食品蛋白质来源中的重要组成部分，其全球需求量大于牛肉、猪肉和家禽产品[1]。为获取更大的经济效益，养殖业大量应用抗生素以提高鱼类的消化率、存活率及生长性能等，而长期超量添加导致抗生素滥用，鱼类抗病力降低，耐药性增加及食品安全问题严重[2-4]。目前中国饲料工业中已全面禁止添加抗生素，抗生素替代品已成为当前饲料养殖业关注的重要热点。丁酸钠能够促进肠道发育，维持肠道形态结构完整，改善动物的消化吸收[5-8]。丁酸钠替代抗生素在畜禽生产中已有大量研究和应用[9-13]，丁酸钠还可用作鱼类生长促进剂[14-15]和免疫刺激剂[16-17]，因此，在水产养殖业中丁酸钠替代抗生素具有广阔的应用前景。作者就丁酸钠对鱼类肠道消化吸收的影响进行概述，以期为水产养殖业健康发展提供科学依据。

1 丁酸钠的基本特性

研究表明，饲料中添加短链脂肪酸可显著改善鱼类生长性能，提高矿物质的生物利用率，增强鱼体健康及抗氧化和抗应激能力[18-19]。在乙酸、丙酸和丁酸等短链脂肪酸的研究中，由于丁酸有助于保护鱼类预防病原菌侵袭[20]，具有保护肠道健康的功能而受到越来越多的关注[21]。游离的丁酸为挥发性脂肪酸，气味酸臭较为难闻，其适口性较差，影响动物采食，因此在生产中常将丁酸制备为丁酸钠使用。丁酸钠呈类白色或白色绒毛状粉末，有效成分为丁酸，分子式为C4H7O2Na，分子质量为110.09 ku，熔点为250～253 ℃，具有特殊的奶酪酸败气味，诱食效果较好，呈固态且不易挥发，在饲料加工中易于处理[22]，因此在饲料中常使用稳定化的丁酸钠来替代丁酸，更常添加在鱼类和畜禽饲料中。丁酸钠在pH 4.0～6.0时不易分解，饲喂后在水性环境的小肠可直接避过而进入盲肠和结肠，在动物体内可解离为Na+和酸根离子(CH3-CH2-CH2-COO-)，离子化的丁酸根最终代谢产物为CO2和酮体，可为肠黏膜细胞提供约75%的能量[23]。稳定化的丁酸钠主要有包被和微囊等不同剂型，稳定化处理后不仅可确保未离解的丁酸钠在肠道中均匀吸收[24-25]，还可防止在养殖水体中丁酸钠的释放和浪费，更有利于保护肠道黏膜和预防疾病发生[15]。

2 鱼类肠道消化吸收的影响因素

鱼类肠道是行使消化吸收功能的重要部位，肠道健康对于鱼类的健康养殖意义重大[26]。肠道作为鱼类重要的分泌器官，在生理调节和物质代谢中起着重要作用；肠道作为鱼类重要的免疫组织，对鱼类生长和健康具有免疫防御作用；肠道还是防止致病性病原菌入侵和阻止有毒物质吸收的保护屏障，肠道中微生物对维持鱼类机体健康也具有重要作用[27]。影响肠道消化吸收的因素非常复杂，主要包括肠道结构和完整性、菌群平衡、免疫状态及其相互作用等，这些因素可影响肠道的黏膜发育及损伤修复，并可影响消化吸收、器官发育、组织生长和免疫系统的成熟等。由于鱼类饲料中常含有一些抗营养因子、霉菌毒素、重金属及酸败油脂等有害成分，这些物质可导致肠道损伤，进而影响到鱼类健康。鱼类在高密度养殖和过量残饵沉积等情况下造成污染恶化，同时致病的细菌、病毒、寄生虫等都将对鱼类肠道健康构成潜在威胁，导致鱼类炎症等疾病发生，肠道结构及功能完整性就会被破坏，一些细胞因子、炎症因子及内毒素促使肠道通透性增加，这些有毒有害成分经过血液循环，传输到体内其他部位，造成组织器官发生病变，导致鱼体生长减缓、产生疾病甚至死亡[27]。在肠道损伤后，可选择使用丁酸钠等添加在饲料中，以修复损伤的肠道黏膜[28-30]。

3 丁酸钠对鱼类肠道消化吸收的影响

肠道的消化吸收是将饲料降解为可运输和吸收的营养成分，在此过程中物理变化、化学变化或微生物侵袭都可导致肠道疾病发生。后肠中有较多未消化的养分存在时，细菌、真菌及病毒都会繁殖，致病微生物增殖会影响肠道消化吸收甚至导致死亡。 研究表明，丁酸钠具有广泛的生物学效应，不仅具有保护肠道和抗菌作用，而且可提高鱼类生长性能，增强肠道完整性，还可提高鱼类对免疫应激的抵抗力[31-33]。

3.1 丁酸钠对鱼类肠道形态的影响

鱼类肠道组织形态的改善有助于提高营养物质的消化吸收及鱼类生长[34-35]。肠道绒毛高度和肌层厚度与消化吸收能力密切相关。 肠道绒毛高度增加，可扩大肠道吸收的表面积，肌层厚度降低可以提高营养物质的吸收效率[35]。 研究发现，在鲤鱼(Cyprinuscarp)饲料中分别添加500、1 000和1 500 mg/kg丁酸钠，丁酸钠组的小肠黏膜上皮完整，肠绒毛粗壮，肠绒毛的高度、宽度、肠黏膜肌层厚度均极显著高于对照组[36]；在低鱼粉黄鳝(Monopterusalbus)饲料中添加250、500和1 000 mg/kg丁酸钠能显著改善肠道黏膜结构，降低隐窝深度，提高绒毛高度/隐窝深度(VH/CD)比值[37]。在低鱼粉金头鲷(Sparusaurata)饲料中添加0.4%丁酸钠9周后，其肠道恢复为正常健康状态[16]；在低鱼粉欧洲海鲈(Dicentrarchuslabrax)饲料中添加0.2%丁酸钠60 d后，后段肠道炎症反应减轻并恢复正常形态[38]；在欧洲海鲈饲料中添加0.2%微囊丁酸钠，肠道上皮细胞增殖加快，绒毛长度和绒毛密度增加，促进杯状细胞的黏液生成，从而有助于保持肠道形态结构的成熟和完整[31]；在草鱼(Ctenopharyngodonidella)饲料中添加500 mg/kg丁酸钠，肠绒毛高度显著增加[32]；在低鱼粉牡蛎(Arapaimagigas)饲料中添加0.2%丁酸钠12周后，肠道病变改善，肠绒毛吸收表面积增大，肠道白细胞的炎症侵润得到减缓，肠道刷状缘的酶活性提高[39]。在鱼饲料中添加丁酸钠改善了肠道形态和消化吸收，其主要机制在于为肠上皮细胞提供直接能量来源，可促进肠上皮细胞的正常发育，产生促进黏膜修复的酶，并对损伤的肠道黏膜加以修复。丁酸钠还能刺激细胞内mRNA和蛋白质合成，加速肠上皮细胞增殖，增加绒毛高度，促进消化吸收，改善生长性能[37]。

3.2 丁酸钠对鱼类肠道菌群的影响

鱼类肠道中细菌种类繁多，其优势细菌为革兰氏阴性菌，也存在革兰氏阳性菌，菌群数量极大，淡水鱼肠道细菌数量为105～108/g，而海水鱼肠道内细菌数量为106～108/g。鱼类的生存环境不同，肠道菌群结构也有较大差异[40]。在幼鱼发育阶段，细菌在肠道中最初定植主要取决于鱼卵表面、饵料和幼鱼饲养水体中的细菌，幼鱼消化功能不健全，其营养主要来自于卵黄供给，当其开始接触到水体环境和饵料时，细菌就在肠道上皮开始定植。在鱼类的生长发育过程中，肠道正常菌群发挥着重要作用，不仅要参与肠道养分的消化和吸收，同时还要激活自身的免疫功能，维护机体的健康。

研究发现，在黄鳝的低鱼粉饲料中添加丁酸钠可改变肠道菌群结构，显著提高菌群多样性[37]；在金头鲷饲料中添加丁酸钠增加了肠道微生物菌群的多样性，并逆转了因饲喂高含量植物原料的饲料引起的肠道菌群变化[41]；在草鱼饲料中添加粉末丁酸钠和微囊丁酸钠，两种剂型的丁酸钠都增加了乳酸杆菌的数量，降低了致病菌气单胞菌和大肠杆菌的数量[42]；在欧洲海鲈饲料中添加0.2%微囊丁酸钠，后段肠道中有益菌数量增加，弧菌和大肠杆菌总数降低[31]；在金头鲷的植物饲料中添加含丁酸钠及中链脂肪酸的混合物，有益菌数量增加而γ变形杆菌等致病菌的数量减少，显著改变了肠道菌群结构[43]；在草鱼饲料中添加丁酸钠后，肠道中有益菌(如梭菌和类杆菌)的相对丰度显著增加[32]。以上研究表明，在鱼类饲料中添加丁酸钠，促进了有益菌群的增殖，显著提高了菌群多样性。其原因可能是由于丁酸钠以非解离的丁酸形式进入细菌细胞后，解离为CH3-CH2-CH2-COO-和H+，对H+耐受性差的大肠杆菌和沙门氏菌等有害菌大量死亡，而对H+耐受性强的乳酸杆菌和双岐杆菌等有益菌大量增殖。此外，CH3-CH2-CH2-COO-能破坏DNA结构，抑制蛋白质合成，导致有害菌不能进行正常分裂，抑制肠道有害菌的生长繁殖，促进乳酸菌等有益菌大量繁殖，使肠道内菌群保持平衡，整个肠道维持在健康状态[37]。

3.3 丁酸钠对鱼类肠道消化酶的影响

在鱼饲料中添加丁酸钠主要是通过刺激消化酶的分泌来改善鱼类消化[44]。Tian等[42]研究报道，在草鱼饲料中添加1 000 mg/kg粉末丁酸钠和500、1 000、1 500 mg/kg微囊丁酸钠，草鱼肠道胰蛋白酶、糜蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶活性水平均显著升高；Aalamifar等[45]研究发现，在尖吻鲈(Latescalcarifer)饲料中添加5或10 g/kg丁酸钠后肠道总碱性蛋白酶和脂肪酶活性显著高于对照组；Luz等[39]研究发现，在牡蛎饲料中添加丁酸钠,肠道淀粉酶、脂肪酶和碱性蛋白酶活性增加；Zhou等[46]报道，在卵形鲳鲹(Trachinotusovatus)饲料中添加2.0和4.0 g/kg丁酸钠可显著提高肠道蛋白酶、淀粉酶、碱性蛋白酶和Na+K+-ATP酶的活性；张俊智[37]报道，在黄鳝低鱼粉饲料中添加丁酸钠后，肠道肌酸激酶(CK)和碱性磷酸酶(AKP)活力显著上升，AKP与糖类、脂类、氨基酸等营养物质的吸收有关，可以作为鱼营养物质吸收能力的指标，CK大量存在于快速生成ATP的细胞中，参与能量转运、ATP生成及转化。将丁酸钠添加于高鱼粉饲料时可促进肠道Na+K+-ATP酶活力显著上升。Na+K+-ATP酶与小肠黏膜的吸收功能有关[37]。因此，Na+K+-ATP酶、AKP和CK均与肠道上皮细胞吸收功能密切相关。

与畜禽相比，鱼类消化道较短，消化酶活性较低，饲料在肠道停留时间较短。研究鱼类消化道中主要消化酶的活性及其影响因素，有助于了解鱼类对不同原料成分的消化能力[47]。鱼类饲料中使用的棉粕、菜粕等非常规原料，含有抗营养因子及棉酚等毒性物质，可导致肠道损伤。劣质蛋白源使肠黏膜的高度显著下降，上皮细胞界限模糊甚至脱落，肠道消化吸收受到影响，既限制了蛋白源的开发利用，又影响鱼类的健康生长[48-49]，因此，保护鱼类的肠道健康显得更加重要[50]，而在低鱼粉饲料中添加丁酸钠可提高鱼类肠道的吸收功能，增加消化酶的分泌，进而促进鱼类的生长发育。

3.4 丁酸钠对鱼类肠道屏障功能的影响

鱼类肠道屏障的功能是保持肠上皮细胞和细胞间连接的完整性[51]。肠黏膜屏障可有效防止肠腔内微生物及其毒素的扩散，同时还是防止肠道内细菌黏附或移位的重要形态学结构，正常情况下由完整的肠上皮细胞、细胞间紧密连接(tight juction，TJ)与菌膜三者构成肠黏膜上皮结构。相邻上皮细胞间的连接方式有多种，其中以TJ最为重要。肠上皮细胞中的闭锁蛋白Occludin、Claudins蛋白、ZO-1(Zonula Occludens 1)蛋白相互作用形成TJ，在保证肠道黏膜屏障结构完整中起着重要作用。此外，鱼肠道屏障功能的增强与屏障形成TJ蛋白mRNA水平的上调密切相关，如ZO-1、Claudin-b、Claudin-c、Occluding等TJ蛋白的mRNA上调，而成孔TJ蛋白Claudin-15、Claudin-12的mRNA则下调[52-53]。鱼类肠道细胞过度凋亡可能会损害肠道的细胞间完整性[54]，丁酸钠可通过抑制c-Jun氨基末端激酶(JNK)途径抑制细胞凋亡[55]。 Wu等[33]在草鱼饲料中添加500、1 000、1 500和2 000 mg/kg微囊丁酸钠，经过60 d投喂试验发现，TJ蛋白ZO-1、ZO-2、Claudin-b、Claudin-c、Claudin-f、Claudin-3c、Claudin-7a、Claudin-7b和Claudin-11的mRNA水平上调，而成孔TJ蛋白Claudin-12、Claudin-15a和Claudin-15b的mRNA水平下调。Liu等[56]研究发现，在饲料中添加0.2%丁酸钠，大菱鲆(ScophthalmusmaximusL.)TJ蛋白Claudin-4、Occludin和ZO-1的肠道基因表达显著上调，同时促炎细胞因子如肿瘤坏死因子(TNF-α)和核因子κB(NF-κB)表达下调。由此可见，饲料中添加适量丁酸钠可抑制鱼类肠道细胞凋亡，减少肠道炎症发生，因此丁酸钠具有显著改善鱼类肠道屏障的功能。

鱼类的肠道屏障完整性可被细菌性肠炎引起的感染所破坏[57]，也可因饲料中鱼粉和鱼油被过量替代而引起的炎症过程所破坏[16]，或因长期摄入高含量豆粕的饲料导致肠黏膜损害而诱发肠炎所破坏[58]。研究表明，丁酸钠可减轻肠道炎症的发生[59]，通过抑制NF-κB-P65炎性信号通路而发挥抗炎作用，从而发挥保护肠道黏膜的作用[60]。

4 丁酸钠对鱼类生长性能的影响

丁酸钠对鱼类肠道形态结构和菌群平衡有益，可促进肠绒毛发育，刺激消化酶分泌，改善肠道屏障结构的完整性，提高营养物质的消化率和吸收率，进而促进鱼类生长。张淞琳等[61]在美洲鳗鲡饲料中添加1 g/kg丁酸钠，体重及饲料转化率分别提高达37%和26%；孙浪等[62]在鲫鱼(Carassiusauratus)饲料中添加2.5 g/kg丁酸钠，显著改善了鲫鱼体增重、特定生长率和蛋白质转化效率，并提高了干物质和蛋白质的消化率，其前肠绒毛高度提高达34.22%；郑瑞耕[36]在鲤鱼及罗非鱼饲料中添加500 mg/kg丁酸钠，显著提高了采食量、末重、特定生长率和蛋白质转化效率；Robles等[63]在金头鲷饲料中添加3 g/kg包被丁酸钠，提高了体重、特定生长率及饲料转化率；Liu等[14]在鲤鱼饲料中添加0.3 g/kg丁酸钠，提高了鲤鱼体重及饲料转化率。Zhang等[64]在低鱼粉黄鳝饲料中添加500 mg/kg丁酸钠，经8周投喂试验后，体重及脏器指数显著改善，降低了料重比；唐建洲等[65]在草鱼饲料中添加6 g/kg丁酸钠，草鱼的体重、特定生长率、肥满度和绒毛高度均显著高于对照组；王海瑞等[66]研究发现，黄颡鱼(Pelteobagrusfulvidraco)幼鱼饲料中丁酸钠的适宜添加量为1 150.50 mg/kg，能够显著降低料重比，并提高黄颡鱼的生长性能。

由于鱼粉资源紧缺，应用植物蛋白部分代替鱼粉已成为饲料企业关注的热点。在高豆粕饲料中连续10周添加0.15%丁酸钠，可显著提高黄姑鱼(Nibeaalbiflora)的特定生长率、蛋白质转化效率及肌肉中蛋氨酸含量[67]。在大菱鲆幼鱼含60%鱼粉的饲料中，以植物蛋白替代50%鱼粉并添加0.15%丁酸钠投喂58 d后，干物质和蛋白质消化率均显著提高，体重、特定生长率和饲料利用率均高于直接替代50%鱼粉组，末重和增重率等达到了60%鱼粉组的水平[68]。在以玉米蛋白粉替代30%鱼粉的黄颡鱼饲料中添加0.2%丁酸钠投喂8周后，黄颡鱼的体重和蛋白质沉积率分别显著提高了22.2%和19.5%，脂肪沉积率和饲料转化率分别提高了21.1%和11.6%[69]。上述研究表明，在饲料中添加丁酸钠后，可用植物蛋白原料适量替代鱼粉降低饲料成本，同时还可提高鱼类的生长性能。在低鱼粉饲料中，丁酸钠有助于修复抗营养因子等对肠道造成的损伤，改善营养物质的消化和吸收，从而改善鱼类的生产性能。

5 展 望

在鱼类养殖过程中，肠道发挥着多种重要作用，如消化吸收、抵抗疾病、参与免疫、激素分泌及生理调控等。由于鱼粉等优质蛋白质原料依赖进口，资源匮乏，价格高昂，需要应用大量豆粕、棉粕、菜粕及一些非常规原料进行替代以降低成本，因植物性原料含有抗营养因子及毒性物质，饲料利用率较低，若此类蛋白质原料用量过大，易造成鱼类肠道黏膜损伤，从而限制了蛋白质资源的开发利用，同时还会影响鱼类的生长性能，引发鱼类疾病甚至死亡[44]。作为免疫刺激剂和生长促进剂，丁酸钠具有绿色环保、使用安全、可替代抗生素等特点，可促进鱼类生长，提高免疫力和抑制病原菌，提高植物蛋白替代鱼粉的效果，因此，丁酸钠在水产养殖中具有广阔的应用前景。同时，由于鱼类的消化系统不健全，研究的技术手段尚不完善，肠道屏障完整性的评价体系尚未建立，导致部分研究成果缺乏一致性，可能与鱼的种类、规格、饲料组成、配方类型，以及丁酸钠的剂型剂量、饲养时间及试验设施等不同有关。随着研究的不断深入，并参考畜禽的最新研究成果为鱼类肠道功能研究提供指导，丁酸钠对鱼类肠道消化吸收作用机制的研究也必将迎来新的突破。