丁酸钠在畜禽生产中应用的研究进展

■ 王 元 朱秋凤 武艳慧*

（1.天津农学院动物科学与动物医学学院，天津 300380；2.中国农业大学动物科技学院，北京 100193；3.禾丰食品股份有限公司，辽宁沈阳 110164）

随着农业农村部194号公告的实施和规模化集约化养殖业的进一步发展，健康养殖业越来越需要绿色抗应激、安全无耐药的促长型饲料添加剂。研究表明，丁酸钠作为一种绿色无残留、健康环保的饲料添加剂，对动物肠道能量供给、肠道组织修复、肠道结构发育和机体免疫功能的提升等都具有较高价值。文章综述丁酸钠在畜禽肠道形态发育、肠道菌群、抗氧化及免疫功能等方面的作用机理及在动物生产中的实践应用，旨在为丁酸钠在养殖业中合理应用提供参考。

1 丁酸钠理化特性

丁酸钠作为一种促生长饲料添加剂，是正丁酸的钠盐，白色绒毛状粉末，有奶酪腐败气味，并有强吸水性，受潮易结块，其水溶液为碱性。现常用丁酸钠制品有粉剂丁酸钠和包被丁酸钠两种。粉剂丁酸钠因其强吸水性，容易受温度与湿度影响，运输和储存难度较大。对丁酸钠进行包被处理后，不仅可以减轻储存难度，同时可以延缓肠道对丁酸钠的消化吸收，可以使丁酸钠在肠道后端进一步发挥作用。不同动物因其肠道pH 环境不同，选择合适类型的丁酸钠制品利于更大提升畜禽生产性能。丁酸钠在畜禽体内水解为丁酸根离子和钠离子，丁酸钠在肠的前端可被迅速吸收，未解离形式的丁酸在肠道中可抑制致病菌生长，而丁酸对畜禽肠道的作用效果取决于其pKa 值和胃肠道pH，当pH 为4.82 时，丁酸在丁酸盐、丁酸和氢离子之间保持平衡[1]。但当丁酸钠在肠道环境内大多数以丁酸根离子的形式存在时，丁酸根离子可以通过扩散、碳酸氢根离子交换法或通过主动转运的方式进入细胞，进而发挥更复杂的作用[2]。

2 丁酸钠调控畜禽胃肠道屏障功能及酶活性

2.1 丁酸钠对肠道黏膜及形态的作用

肠道的柱状上皮细胞和细胞间隙的紧密连接构成了肠道的机械屏障。紧密连接的主要成分是两个跨膜蛋白（Occludin蛋白和Claudin蛋白），其贯穿两个细胞的磷脂双分子层将相邻两个细胞牢牢固定。在细胞内存在闭塞带蛋白（ZO-1），能将细胞骨架连接到跨膜蛋白。Song等[3]给坏死性肠炎肉鸡饲喂包被丁酸钠，发现饲料中添加包被丁酸钠可以通过调节紧密蛋白Claudin-1、Claudin-4编码基因表达，上调坏死性肠炎肉鸡空肠内Claudin-1、Claudin-4、ZO-1、Occludin等蛋白质水平，减轻机体肠黏膜屏障损伤。

肠道形态是评估肠道功能和健康的指标，绒毛高度与隐窝深度的比值（VH/CD）是反映小肠黏膜形态结构及其功能的常用指标。较多研究表明，丁酸钠可以提高肠绒毛高度，降低肠隐窝深度，促进畜禽的肠道发育。王继凤等[4]研究发现，给断奶仔猪饲喂1 000 mg/kg 丁酸钠能促进小肠杯状细胞的增殖，维持肠道黏膜的正常形态。王桂瑛等[5]研究发现，在鸡日粮中添加500 mg/kg与750 mg/kg的丁酸钠，14日龄与21 日龄鸡的十二指肠VH/CD 值与空肠肌层厚度显著提高。VH/CD 值的增加说明小肠消化吸收功能增强，肠黏膜结构改善。

仔猪在断奶过渡期易发生腹泻，断奶应激会降低仔猪增重。周腊枚等[6]研究发现，在基础日粮中分别添加500、1 000、2 000 mg/kg 包被丁酸钠可以显著改善断奶仔猪生长性能，降低腹泻率，缓解断奶仔猪氧化应激。究其机理，丁酸盐有效缓解仔猪断奶应激可能与改善肠道形态有关，也可能与丁酸钠可以促进小肠黏膜的上皮杯状细胞增殖有关[4]。另外，丁酸盐可以通过增强肠道屏障功能来改善仔猪回肠形态，其机理尚不明确，可能为丁酸盐促进回肠p-mTOR 的激活，p-mTOR 通过促进上皮细胞增殖来改善肠道的形态[7]。

2.2 丁酸钠对肠道酶活性的影响

肠道内容物酶活性是反映消化好坏的重要指标之一。有研究表明，丁酸钠可以对消化道酶活性产生影响。Miao等[8]研究发现，给蛋鸡饲喂500 mg/kg和750 mg/kg 包被丁酸钠能够提升胰腺和十二指肠中胰蛋白酶和淀粉酶的活性，添加750 mg/kg 包被丁酸钠的试验组蛋鸡，胰腺中胰蛋白酶活性比对照组提高了38.64%，淀粉酶活性提升了53.82%；十二指肠胰蛋白酶活性提升了48.06%，淀粉酶活性提升117.64%。孙佳静[9]研究发现，在日粮中添加2 000 mg/kg 丁酸钠使猪的空肠总蛋白酶和脂肪酶活性均极显著高于对照组和杆菌肽锌组，且丁酸钠组猪的空肠总蛋白酶活性比对照组提高23.09%，脂肪酶活性较对照组提高了72.44%。丁酸钠能够提高肠道酶活性，但丁酸钠对于不同酶的活性提高的效率不同，具体机理鲜有报道。

3 丁酸钠对畜禽肠道微生态的影响

肠道微生物在维持肠道健康方面起到重要作用。有研究表明，肠道微生态受环境pH 影响，肠道pH 降低可以促进有益菌增殖，抑制有害菌生长，同时可以提高营养物质的代谢率[10]。丁酸钠作为一种选择性杀菌剂可以抑制肠道有害菌生长，这种抑制可分为直接抑制和间接抑制[1]，直接抑制是丁酸钠进入肠道后，未解离的丁酸会扩散进入中性环境的细菌细胞内，然后发生解离，降低细菌细胞内pH，解离的丁酸盐会在细胞内积聚引起中毒。间接抑制是通过丁酸钠调节肠道内的酸碱环境，有利于乳酸菌和双歧杆菌等有益菌的生长。也有研究表明包被丁酸钠通过下调沙门氏菌毒力岛基因表达[11]，降低机体上皮细胞受到沙门氏菌侵袭的机会[12]，从而更有利于机体健康。这些机理大多为体外试验得到，在后期探索中需进一步模拟沙门氏菌定植的复杂过程，以及还原肠道生理环境对试验造成的影响。

产气荚膜梭菌是机体内一种常驻微生物群，一般情况不会致病，但饲粮结构改变、严重应激、球虫病、免疫抑制等一系列导致黏膜损伤的诱因会导致产气荚膜梭菌的过度生长和产生毒素，加大家禽患坏死性肠炎的风险，Eshak等[13]在患肠炎肉鸡日粮中分别添加1 000、500 mg/kg 和250 mg/kg 的棕榈脂包裹丁酸钠，减轻了坏死性肠炎感染肉鸡体内免疫蛋白编码基因[14]对滑囊组织的影响。薛萍等[15]在断奶仔猪日粮中添加1 000 mg/kg丁酸钠，发现仔猪空肠大肠杆菌上升幅度小于对照组，乳酸杆菌数量下降幅度小于对照组。郭传珍等[16]试验指出，肉鸡饲粮中添加200 mg/kg有效含量为98%的丁酸钠有提高乳酸杆菌数量、降低大肠杆菌数量的趋势；42日龄时，100 mg/kg 有效含量为98%的丁酸钠的作用效果最佳，能显著提高乳酸杆菌数量、抑制大肠杆菌的繁殖。

综上所述，日粮中添加丁酸钠有利于维持肠道菌群平衡，增加肠道菌群多样性和丰富度，有效改善动物肠道健康。

4 丁酸钠对机体免疫功能的调节

近年来，研究发现丁酸钠能够对肠道黏膜免疫产生影响，有效减轻炎症造成的免疫应激和因动物生活环境改变造成的氧化应激损耗[17]。

动物生长与机体免疫息息相关，免疫球蛋白作为重要效应分子，发挥着补体激活、抗原结合等作用[18]，其中免疫球蛋白A（IgA）可以介导对肠道病原体的保护性免疫，IgG 是反映免疫反应的重要指标。李丹丹等[19]发现丁酸钠可促进断奶仔猪肠道免疫系统完善、降低腹泻率。张瑞阳等[20]发现，在仔猪饲粮中添加不同剂量的丁酸钠（500、1 000、1 500 mg/kg），1 500 mg/kg显著提升了仔猪血清中IgA 和免疫球蛋白G（IgG）含量。Fang 等[21]研究表明，在21 日龄断奶仔猪日粮中添加1 000 mg/kg 丁酸钠，血清IgG 显著升高，但血清IgA 和免疫球蛋白M（IgM）浓度无显著差异。由以上可知，丁酸钠能够通过提高血清中IgA、IgG 含量来改善肠道系统免疫应答。

健康动物免疫器官重量的增加与动物机体免疫反应改善有关，丁酸盐对肉鸡免疫系统有改善作用。袁文菊等[22]发现，日粮中添加15 mg/kg和30 mg/kg包被丁酸钠（有效含量≥98%）可显著提高21 日龄肉鸡法氏囊相对重量，42 日龄肉鸡脾脏和胸腺相对重量也显著升高。李响等[23]试验表明，白羽肉鸡饲料中添加1 000 mg/kg 丁酸钠，42 日龄时丁酸钠饲喂组肉鸡的回肠IL-1 mRNA 表达量显著降低，但IL-6 mRNA 的表达量无明显变化。Wang 等[24]研究表明，丁酸钠可以通过调节MAPK 信号通路调控肥大细胞活化和肥大细胞中细胞因子的产生，并在试验中发现断奶仔猪日粮中添加丁酸钠可降低空肠黏膜中肥大细胞特异性胰蛋白酶（MCT7）、TNF-α和IL-6 的表达水平。其结果显示添加丁酸钠显著降低了细胞外调节蛋白激酶c-Jun氨基末端激酶（JNK）的磷酸化比例，而对细胞外信号调节激酶（ERK）和p38 磷酸化比例没有显著影响，其原理可能与抑制JNK 信号通路的磷酸化水平有关。另有研究表明，丁酸有抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的效果[25]，丁酸可通过抑制HDACs调节巨噬细胞的功能，从而减少促炎因子的产生[26]。NF-κB是免疫应答、炎症反应和机体发育过程中的关键转录因子，NF-κB静息状态时与抑制蛋白I-κB结合形成无活性的三聚体；刺激激活NF-κB导致I-κBα降解，NF-κB进入细胞核，进而使促炎症细胞因子（TNF-α、IL-1β和IL-6 等）的mRNA 转录。在Lee 等[27]试验中每天分别为小鼠饲喂20、100 mg/kg 丁酸钠，与对照组相比丁酸钠组抑制了小鼠结肠炎，减弱了I-κBα的磷酸化，其机理为丁酸能够阻止I-κBα的降解，从而抑制NF-κB磷酸化[28]。

5 丁酸钠对机体抗氧化功能的影响

氧化应激是活性氧（ROS）和活性氮的生成与抗氧化防御机制之间不平衡的结果。在氧化应激状态下促氧化系统与抗氧化系统失衡可能导致营养浪费，在氧化应激过程中产生的自由基也会对动物机体造成损伤。线粒体是ROS 生成的主要场所，也是ROS 生成后重要攻击靶点，细胞凋亡主要现象是线粒体内膜的通透性发生改变，ROS 过量产生会对线粒体的电子呼吸链造成影响，打开线粒体通透性转换孔，导致线粒体膜去极化，故ROS 会诱导线粒体受损，加重氧化应激。Li 等[29]研究发现，丁酸钠通过AMPK-线粒体吞噬途径改善猪肠上皮细胞的氧化应激和炎症反应，增强肠道上皮屏障功能和线粒体功能。其机理为丁酸钠通过激活腺苷酸激活蛋白激酶（AMPK）诱导线粒体自噬发生，从而减轻了试验中过氧化氢诱导的氧化应激、肠上皮屏障损伤和线粒体功能障碍。张卫辉[30]通过试验得出，在肉鸡日粮中添加丁酸钠显著提高了21 日龄肉鸡血清中超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性，同时降低了丙二醛（MDA）水平。也有研究表明丁酸钠能够降低降低人类结肠细胞中环氧合酶2（COX-2）和SOD-2 表达，以及增强过氧化氢酶活性[31]。COX-2的过表达会产生炎症反应，炎症也会引起氧化应激，而较多过氧化氢酶可以减少体内过氧化氢含量，提高机体抗氧化水平[32]。Xing 等[33]研究发现，丁酸钠减轻了过氧化氢损伤的人肝癌细胞的死亡和活性氧的积累，这可能与丁酸钠可以调控线粒体细胞的自噬有关。综上所述，丁酸钠能够通过影响酶促抗氧化系统达到抗氧化作用。

6 丁酸钠对畜禽生产性能的影响

生产性能是衡量畜禽生产状况的有效指标，对不同品种和阶段的畜禽制定不同饲喂方案，能够提高畜禽的生长性能，丁酸钠在畜禽生产上的研究结果见表1。

表1 丁酸钠在畜禽生产中应用的部分研究结果

7 应用展望

丁酸钠在畜禽饲料中应用较为广泛，对促进畜禽肠道健康、改善免疫和氧化应激、提高畜禽生产性能有较明显效果，但其对肠道微生物调节、抗炎、抗氧化等方面机理还不十分清楚，需要进一步深入研究；在丁酸钠饲喂剂量方面，不同动物上、不同条件下饲喂最优剂量不同，还需要有更多组合方案；不同类型丁酸钠制剂在不同动物品种中的应用效果还不稳定，需要持续跟踪研究。