胆汁酸:提高围产期奶牛生产性能

背景:在围产期，奶牛容易出现能量负平衡，严重时会导致生产性能下降和健康状况下降。近年来人们发现胆汁酸(BAS)不仅可以作为脂肪乳化剂，还可以作为调节身体代谢的信号分子。虽然BAS在单胃动物和水生动物中已在一定程度上使用，但它们在反刍动物中的作用，特别是在围产期牛中，仍不清楚。因此，本研究的目的是确定BA对奶牛生产性能，牛奶和血浆脂肪酸和BA成分，以及粪便微生物的影响。

结果：46头健康状况相似的围产期荷斯坦奶牛随机分为两组，在产犊前21天至产犊后21天，分别补充0、20g/d的胆汁酸BA。生产性能追踪至产犊后60天。结果表明，补充BA显著提高了产后牛奶中的脂肪含量和产奶量，以及不饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸和多不饱和脂肪酸的产量。添加BAs后，奶牛血浆甘油三酯浓度和C＜16脂肪酸比例显著升高，而B-羟丁酸和C＞16脂肪酸比例显著降低。补充BA显着改变了粪便细菌群落的组成，并增加了有利于BA代谢和转化的细菌(Romboutsia、Clostridiumsensu stricto 6和Clostridium sensu stricto 1)的相对丰度。功能预测分析表明，在添加BAs的奶牛中，胆盐水解酶、7a-羟基类固醇脱氢酶和BA诱导E的相对丰度以及与BA代谢相关的通路也显著增加。此外，补充BA显着改变血浆和粪便中BA组成，特别是提高了循环次级BA的浓度，这可能诱导肝脏中脂肪酸的完全氧化，从而进一步降低β-羟基丁酸浓度。

结论：这些发现突显了补充BA在提高牛奶产量和奶品质，以及影响围产期奶牛的代谢途径方面的潜在益处。

1.补充BA对产后奶牛产奶量、乳成分及脂肪酸谱的影响

在泌乳期前三周，胆汁酸试验组BAS组的4%脂肪校正乳（P=0.01）和能量校正乳产量（P=0.02）显著高于CON组（表3）。BAS组在泌乳前三周的乳脂含量及产量也显著高于CON组（P＜0.01），但乳蛋白与乳糖含量及产量未见显著差异。

2.补充胆汁酸BA对产后奶牛瘤胃发酵参数和细菌群落的影响

在产后第14天，两组动物在瘤胃发酵参数上未发现显著差异。BAS组与CON组相比辛普森指数Simpson值更高(P=0.04)。

3.补充胆汁酸BA对产后奶牛粪便细菌群落及功能的影响

BAS组在ACE指数（P=0.07）和辛普森指数（P=0.09）上均呈现高于CON组的趋势（图1A）。主坐标分析（PCoA）和相似性分析（ANOSIM）（R=0.14，P=0.05）显示两组间β多样性存在显著差异趋势（图1B）。两组粪便样本共检出10个门和173个属，其中厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidota）为优势菌门，分别占总序列数的63.40%±0.10%和34.30%±0.01%（图1C）。在属水平上，螺旋菌科UCG-005（Oscillospiraceae UCG-005）和理研菌科-RC9肠道组（Rikenellaceae-RC9 gut group）丰度最高，占比分别为28.81%±0.10%和27.40%±0.07%（图1D）。LEfSe分析表明，与CON组相比，BAS组有13个分类单元显著增多，9个分类单元显著减少（图1E）。其中，在属水平上，BAS组的罗姆布茨菌属Romboutsia、狭义梭菌6（Clostridium sensu_stricto_6）和狭义梭菌1（Clostridium sensu_stricto_1）相对丰度更高。PICRUSt2功能预测显示，在KEGG第3级代谢通路中，BAS组有9条通路表达上调（与CON组相比），特别是次级胆汁酸生物合成（P=0.03）以及牛磺酸与亚牛磺酸代谢（P=0.05），同时有8条通路表达下调（图2A）。此外，BAS组细菌7α-羟基类固醇脱氢酶（7α-HSDH，P＜0.01）、胆汁盐水解酶（BSH，P＜0.01）和BaiE酶（P=0.02）的相对丰度也显著高于CON组（图2B–D）。

4.补充胆汁酸对产后奶牛血浆和粪便胆汁酸谱的影响  

两组血浆中共检测到39种胆汁酸（图3A）。甘胆酸、胆酸和牛磺胆酸是两组中的主要胆汁酸，分别占总胆汁酸的32.37%±0.01%、19.18%±0.01%和18.97%±0.01%。就胆汁酸类别而言，与对照组（CON）相比，BAS组的次级胆汁酸（SBA，P=0.02）和游离次级胆汁酸（FSBA，P＜0.01）比例更高，但牛磺酸初级胆汁酸（TPBA）比例更低（P=0.05）（图3B）。其他胆汁酸类别比例未见显著差异。然而，BAS组中检测到6种独特胆汁酸，包括原胆酸、ω-鼠胆酸、α-鼠胆酸、牛磺α-鼠胆酸、异猪去氧胆酸（isoHDCA）和6-酮石胆酸（6-ketoLCA）（图3C）。

血浆胆汁酸组成差异分析显示，与CON组相比，BAS组有19种胆汁酸水平更高（P＜0.01），3种更低（P＜0.01）（图3D）。其中，11种FSBA和6种结合次级胆汁酸（CSBA）—包括猪去氧胆酸（HDCA，P＜0.01）、鼠去氧胆酸（MDCA，P＜0.01）、异猪去氧胆酸（isoHDCA，P＜0.01）、6-酮石胆酸（6-ketoLCA，P＜0.01）以及牛磺猪胆酸（THCA，P＜0.01）—在BAS组中显著更高。

总体而言，两组粪便中共同检测到42种胆汁酸（图4A）。牛磺胆酸、脱氢胆酸和猪去氧胆酸（HDCA）是两组中的主要胆汁酸，分别占总胆汁酸的34.50%±0.02%、24.60%±0.01%和14.70%±0.004%。在胆汁酸类别方面，BAS组的结合型胆汁酸（CBA）（P=0.01）、初级胆汁酸（PBA）（P=0.04）、总初级胆汁酸（TPBA）（P=0.02）和牛磺酸次级胆汁酸比例均低于CON组（图4B）。在粪便胆汁酸库中，BAS组的总胆汁酸浓度高于CON组（图4C，P＜0.01）。然而，包括甘氨猪胆酸（GHCA）、牛磺猪胆酸（THCA）、甘氨猪去氧胆酸（GHDCA）、牛磺石胆酸-3-硫酸盐和脱氧胆酸-3-硫酸盐在内的五种独特胆汁酸仅在BAS组中被检出（图4D）。粪便胆汁酸组成差异分析显示，BAS组中有22种胆汁酸含量显著高于CON组（P＜0.01）（图4E）。其中10种游离次级胆汁酸和5种结合型次级胆汁酸—包括猪去氧胆酸（HDCA）（P＜0.01）、鼠去氧胆酸（MDCA）（P＜0.01）、异猪去氧胆酸（isoHDCA）（P＜0.01）、6-酮石胆酸（6-ketoLCA）（P＜0.01）和牛磺猪胆酸（THCA）（P＜0.01）—在BAS组中的含量均高于CON组。

表3 补充胆汁酸对围产期奶牛产后产奶量及乳成分的影响

图1.CON和BAS组之间的粪便微生物群落组成和多样性(n=9)。

图2.功能性预测:粪便微生物KEGG途径与BAS组和CON组之间的胆汁酸转换相关酶(n=9)。

图3.对照组(CON)与胆汁酸补充组(BAS)的血浆胆汁酸谱及流动特征(n=9)。绿色表示CON组升高，紫色表示BAS组升高。HCA 猪胆酸，TCA 牛磺胆酸，T-α-MCA 牛磺α-鼠胆酸，LCA 石胆酸，UDCA 熊去氧胆酸，isoLCA 异别石胆酸，βDCA 3-表去氧胆酸，7-ketoLCA 7-酮石胆酸，GLCA 甘氨石胆酸，TDCA 牛磺去氧胆酸。

图4. CON组与BAS组的粪便胆汁酸谱及流动情况(n=9)。紫色表示BAS组含量上升。

图5.胆汁酸补充对围产期奶牛生产性能、脂肪酸与胆汁酸组成及肠道菌群的影响机制

1.补充胆汁酸后，脂肪酸在肠道的消化吸收促使血浆中短/中链脂肪酸（C≤16脂肪酸）增加。血浆中牛磺酸和甘氨酸结合型胆汁酸可能上调脂肪酸的从头合成，导致乳中短/中链脂肪酸的从头合成增加，肠道总胆汁酸水平的提升可能促进长链脂肪酸吸收率，最终共同提升乳脂含量、乳产量以及从头合成脂肪酸、混合脂肪酸、预制脂肪酸产量。

2.补充胆汁酸后，促进胆汁酸转化的有益微生物（如罗姆布茨菌、狭义梭菌6型、狭义梭菌1型）丰度增加，伴随胆盐水解酶（BSH）丰度上升，导致肠道中结合型胆汁酸（CBA）比例下降。7α-羟基类固醇脱氢酶（7α-HSDH）和胆汁酸诱导酶E（BaiE）丰度增加，致使肠道初级胆汁酸（PBA）比例降低，血浆次级胆汁酸（SBA）比例升高。

3.补充胆汁酸后，进入肝脏的次级胆汁酸（SBA）、游离次级胆汁酸（FSBA）及部分独立胆汁酸（如猪去氧胆酸HDCA、牛磺猪去氧胆酸THDCA）可增强非酯化脂肪酸（NEFA）的完全氧化能力，从而降低β-羟基丁酸（BHBA）浓度。红色代表上升，绿色代表下降。

结论:综上所述，在围产期奶牛日粮中添加胆汁酸显著提高了产后乳脂肪酸产量、乳脂含量及产量，这可能是由于促进了乳腺中新生脂肪酸合成与吸收功能。胆汁酸补充还增加了血浆次级胆汁酸比例并降低β-羟基丁酸浓度，这可能归因于肠道菌群中次级胆汁酸合成相关酶活性增强，进而促进肝脏非酯化脂肪酸的完全氧化（图5）。值得注意的是，尽管胆汁酸谱发生变化，但血浆总胆汁酸浓度保持稳定而粪便总胆汁酸排泄增加，表明奶牛在系统水平具有维持胆汁酸稳态的能力。本研究为胆汁酸在围产期奶牛中的应用提供了新的理论与技术支撑，但尚需更多组织样本以深入探究其分子机制。

原文：Li, Lei, et al. "Effects of supplementing bile acids on the production performance, fatty acid and bile acid composition, and gut microbiota in transition dairy cows." Journal of Animal Science and Biotechnology 16.1 (2025): 1-18.

备注：转载只为分享，以学习交流为目的，如有侵权，联系删除。