功能性脂肪对猪和禽肠道健康的影响

摘要  

肠道健康问题——包括菌群失调、炎症性疾病及病原体易感性——在集约化畜牧生产中造成严重的经济损失与福利问题。功能性脂质作为具有超越基础营养的生理益处的生物活性脂质分子，为解决这些问题提供了有效方案。本文系统阐述了功能性脂质的定义及其代谢过程。以短链和中链脂肪酸甘油酯为例，重点探讨其在能量稳态、肠道菌群组成与多样性、免疫调节以及抗菌抗病毒活性等方面的重要作用。此外，我们还对功能性脂质在畜牧生产中的现有应用及未来工业潜力进行了批判性评估，并基于实证研究为优化其在动物营养策略中的应用提供了科学建议。

关键词:功能脂类；肠道健康；中短链脂肪酸甘油酯；猪；家禽

引言

在快速发展的现代畜牧业中，猪和禽是主要的肉类来源，其生产效率和健康状况直接关系到食品安全、公共卫生和经济效益。然而，随着集约化养殖模式的广泛采用以及饲料抗生素禁令与减量策略的实施，猪禽肠道健康问题日益凸显。这些问题包括肠道屏障功能受损、肠道菌群失衡、消化效率低下以及由此引发的多种肠道疾病。这些问题不仅降低了动物生产性能，还增加了养殖成本和疾病风险。因此，探索有效维持肠道健康的方法对于促进畜牧业可持续发展至关重要。

脂质作为关键的能量储存形式，不仅为细胞提供必需能量，更是构成细胞膜的重要成分，形成保护屏障守护细胞内部结构。然而随着科研深入，脂质的多样性和复杂性日益凸显，其在生物体内的功能远超最初认知。具有特定生理功能的功能性脂质，在改善动物肠道健康方面展现出巨大潜力。本文系统梳理功能性脂质在猪禽肠道健康领域的应用与研究进展，深入探讨其作用机制、效果及潜在应用前景，旨在为畜牧生产中功能性脂质的合理应用提供科学依据和参考，助力优化饲料配方和提高动物生产性能。

脂肪的类型和功能性脂类的定义

脂肪是由甘油和脂肪酸组成的甘油三酯（TAGs），是生物体的重要组成成分和能量储备。根据脂肪酸的饱和程度，脂肪可分为饱和脂肪和不饱和脂肪，其中不饱和脂肪又细分为单不饱和脂肪和多不饱和脂肪。按碳链长度分类，脂肪还可分为短链脂肪酸甘油酯、中链脂肪酸甘油酯和长链脂肪酸甘油酯。含有长链脂肪酸(LCTs，碳原子数超过12个）的甘油三酯能被多种酶分解，为生命活动提供所需能量。中链甘油三酯(MCTs，含6-12个碳原子）不仅是亲脂性生物活性物质的理想溶剂，还能作为营养成分和生物活性化合物的载体。相较于长链甘油三酯，中链甘油三酯具有快速供能、提升食物消化吸收率等独特优势。

单甘油酯（MAGs）从结构上简化自甘油三酯（TAGs），是指仅与单一脂肪酸结合的甘油分子，其链长可从短链到长链不等。根据酯键与甘油的相对位置，单甘油酯可分为两类：1-单甘油酯（α-单甘油酯）和2-单甘油酯（β-单甘油酯）。常见单甘油酯包括甘油单丁酸酯（C4：0）、甘油单辛酸酯（C8：0）、甘油单癸酸酯（C10：0）、甘油单月桂酸酯（C12：0）等。α-单甘油酯补充剂作为替代性能量来源，可降低人体对蛋白质等其他能量营养素的依赖，从而间接促进蛋白质合成。此外，单甘油酯可被肠道细胞直接利用，有助于维持家禽肠道的完整性和促进营养吸收和利用。值得注意的是，单甘酯具有强的抗菌、抗球菌和抗病毒特性，当与有机酸、精油或益生菌联合使用时，可产生显著的协同作用，对动物健康、生产性能和饲料消化率产生积极影响。

与甘油酯不同，羟基脂肪酸的支链脂肪酸酯（FAHFAs）构成了一类新型生物活性脂质分子。大多数内源性FAHFAs具有共同的化学结构特征——通过酯键连接羟基脂肪酸主链与脂肪酸。根据酯键的位置，FAHFAs可分为两大超家族：(1)支链FAHFAs，参与调节代谢和免疫反应；(2)线性（ω-羟基化）FAHFAs，主要用作生物表面活性剂和皮肤屏障基质。FAHFAs可能成为治疗多种代谢性疾病（如Ⅱ型糖尿病、肝脂肪变性、心血管疾病及各类癌症）的潜在靶点，这一发现引发了人类健康领域的广泛关注。

这些多样化的脂质——包括中链甘油三酯（MCTs）、长链甘油三酯（LCTs）、甘油三酯酸（MAGs）和脂肪酸高甘油三酯酸（FAHFAs）——共同构成了功能性脂质的典范。这类脂质被定义为具有特定生理功能和健康益处的脂质成分，通常表现出抗炎、抗氧化以及调节肠道微生物群和免疫系统等生理活性，对健康产生积极影响。结构脂质、磷脂和脂肪酸（包括至关重要的多不饱和脂肪酸）也属于这一大类。关于其对肠道健康的显著影响，已有大量文献进行了详尽综述。本文将重点探讨中短链脂肪酸甘油酯对猪和家禽肠道健康的影响，为这些物质在畜牧业中的合理应用提供重要参考。

猪和家禽肠道健康的重要性

健康的肠道对猪和家禽的整体代谢、生理机能、疾病防御及生长性能至关重要。然而，目前尚缺乏对“肠道健康”的精确统一定义标准。根据科古特和阿瑟诺的研究，健康的肠道被定义为“动物能够正常执行生理功能的能力，通过预防或避免疾病来抵御外源性和内源性应激源”。塞利等人强调了有效消化吸收饲料、维持肠道屏障的有效结构与功能、宿主与肠道菌群的良好互动以及肠道免疫状态良好对肠道健康的重要性。普拉斯克等人提出，肠道健康应视为胃肠道内的稳态状态。他们建议断奶仔猪的肠道健康评估标准应涵盖营养物质的有效消化吸收、有效排泄、功能性保护性肠道屏障、稳定平衡的微生物群落、功能性保护性肠道免疫系统、最小化应激/神经通路激活以及无疾病状态。总之，健康的肠道应增强宿主应对和适应感染/应激的能力，帮助动物实现或维持最佳生长、生产或性能水平。

在实际生猪和家禽养殖中，肠道健康问题屡见不鲜，尤其在新生仔猪和断奶仔猪群体中更为突出。由于年龄和生理状态的限制，这些动物的肠道功能尚未完全发育成熟，对外界因素更为敏感。对于高产型家禽品种而言，高饲料摄入无疑会给其消化系统带来沉重负担。这种负担可能导致消化不良和营养吸收不足等问题，进一步破坏肠道微生物群的平衡，从而引发一系列肠道健康问题。近年来，消化系统与其他器官系统的相互作用日益受到关注。例如，当肠道屏障受损时，有害物质和微生物可能从肠腔渗入门静脉循环系统，直接进入肝脏，进而扰乱肝细胞代谢甚至引发肝病。肠道-大脑轴理论表明，肠道健康状况会影响神经递质释放和神经信号传导，进而影响动物的行为和生理状态。科学家发现，即便是轻微的肠道问题也会显著影响动物的整体健康和生产性能。因此，猪禽的肠道健康与其整体健康状况密切相关，成为保障其生产性能不可或缺的关键因素。

肠道中功能性脂质的代谢

经口摄入后，功能性脂质在脂肪酶作用下分解为游离脂肪酸及其他化合物。这些分解产物随后与磷脂、胆固醇及胆汁酸混合形成胶束。当脂质胶束进入肠上皮细胞刷状缘膜时，脂肪酸结合蛋白（FABPs）会与游离脂肪酸结合并将其转运至细胞质。肠道中的FABP1倾向于引导脂肪酸进行氧化以供细胞供能，而FABP2则更倾向于在内质网中通过二酰甘油酰基转移酶（DGAT）的作用，将脂肪酸导向与甘油三酯（TAGs）结合形成甘油三酯单酰胺（MAGs）的再合成[17]。中链甘油三酯（MCTs）和短链甘油三酯则绕过甘油三酯途径，直接被吸收进入门静脉循环，随后通过白蛋白转运至肝脏进行快速氧化，或被重新定向形成极低密度脂蛋白（VLDL）。

新合成的甘油三酯（TAGs）主要经历两种代谢途径：一种形成乳糜微粒，另一种形成细胞质脂滴（CLDs）。DGAT2产生的TAGs主要参与乳糜微粒和CLDs的形成，而DGAT1产生的TAGs则主要形成内质网脂滴，并可能帮助增大乳糜微粒前体的体积——尽管CLDs在肠上皮细胞中的生长可能受到限制。乳糜微粒与CLDs具有相似的结构特征：两者核心均含有甘油三酯和胆固醇酯等中性脂质，外围包裹着磷脂单层复合物、游离胆固醇及多种蛋白质。乳糜微粒以乳糜微粒前体的形式合成，这一过程主要借助微粒体甘油三酯转移蛋白（MTTP）和载脂蛋白B48（apoB48）完成。合成的乳糜微粒前体通过前体微粒运输囊泡（PCTV）从内质网转运至高尔基体，在此进一步加工成成熟乳糜微粒。乳糜微粒作为脂质运输的主要载体，与脂蛋白协同作用，将脂质运输至肠上皮细胞的基底膜，并释放至淋巴系统，从而将脂质有效输送至全身循环。随着中性脂滴不断积累，新生的脂滴会以“出芽”方式从内质网膜分离，最终发育为成熟的脂滴囊（CLDs）。这些脂滴既能重新合成乳糜微粒，也可作为脂质的临时储存库。当脂质含量过高时，在脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）或溶酶体酸性脂肪酶（LAL）的作用下，脂滴还能重新转化为脂肪酸。CLDs在细胞内发挥着重要作用，包括能量储存、脂质代谢调控、细胞膜组装与维持、信号传导调节以及炎症反应调控。当其代谢功能异常或调控机制紊乱时，乳糜微粒和CLD可能通过脂质沉积、氧化应激、炎症反应、肠道屏障功能受损和水电解质平衡失调等机制导致肠道损伤。

功能性脂质对猪和家禽肠道健康的影响

功能性脂质对肠道能量代谢的影响

根据上述代谢途径，我们得出结论：功能性脂质的主要代谢功能之一是为肠道细胞提供能量，这主要通过脂肪酸氧化（FAO）实现。相较于葡萄糖代谢，FAO对肠道干细胞的自我更新至关重要，而后者又维持着肠道屏障的完整性并支持整体肠道功能。此外，肠道中FAO活性的增强以及与FAO相关的基因（如Cpt1A和HADHA）表达的增加，可进一步促进脂质摄取和转运。这种适应性反应可能有助于降低高脂饮食引起的循环脂质水平升高。FAO的增强与核受体转录因子PPARα的激活密切相关。在小肠中，PPARα上调了与脂质分解代谢相关的基因表达，如酰基辅酶A氧化酶（ACO）。Karimian Azari等人发现，肠道特异性PPARα激活可通过促进FAO来减少CLDs含量。值得注意的是，许多功能性脂质——尤其是中链甘油三酯（MCTs）——能增强PPARα激活，从而调节能量代谢途径。

功能性脂质对肠道菌群的影响

越来越多的证据表明，功能性脂质与肠道菌群的调节密切相关（图1）。例如，研究发现，三丁酸甘油酯能显著提升肠道菌群中多种细菌属（如摇蚊菌属、摇蚊杆菌属、黏孢菌属和丁酸梭菌属）与断奶仔猪的平均日增重和/或体重呈正相关。相反，莫吉杆菌属、消化链球菌属、阿托波菌属和柯林斯氏菌属的数量显著减少，与日增重和体重呈负相关。此外，柯林斯氏菌的减少可能与肠道屏障功能改善及肠漏性降低有关（表1）。给断奶仔猪饲喂三丁酸甘油酯与茴香混合物后，可增加罗伊氏乳杆菌、淀粉乳杆菌和丁酸梭菌等有益菌群，同时减少致病菌粪肠球菌。但有研究发现，三丁酸甘油酯对仔猪粪便中大肠杆菌和肠杆菌科菌群数量无显著影响，而乳杆菌和双歧杆菌数量却明显下降。这种差异可能源于微生物检测结果基于PCR扩增的特定菌株，无法反映这些细菌的整体种群构成。值得注意的是，丁酸梭菌仅在饲料转化率较高的猪只中检出，提示其可能在提升饲料利用率方面具有潜在作用。

图1.功能脂质改善猪和家禽肠道健康的作用机制。

LCFAG：长链脂肪酸甘油酯；LCFA：长链脂肪酸；MCFAG：中链脂肪酸甘油酯；MCFA：中链脂肪酸；SCFAG：短链脂肪酸甘油酯；SCFA：短链脂肪酸；Tregs：调节性T细胞；FABP：脂肪酸结合蛋白；TAG：甘油三酯；LDs：脂滴；CM：乳糜微粒；apoB48：载脂蛋白B48。

在肉鸡养殖中，添加三丁酸甘油酯可增加回肠和盲肠内的芽孢杆菌及乳酸菌数量，同时减少致病性大肠杆菌。此外，龚等人观察到添加三丁酸甘油酯后，盲肠内艾森伯格菌的增加可能对饲料转化率产生负面影响。杨等人发现，添加丁酸甘油酯（由30%单丁酸甘油酯、50%双丁酸甘油酯和20%三丁酸甘油酯混合而成）能有效减少盲肠中柔膜菌和霍尔德曼菌等有害菌群，同时显著提升双歧杆菌的多样性和丰度。此外，与双歧杆菌相关的血清代谢物如胆碱、二甲胺和琥珀酸也显著升高，研究表明，丁酸甘油酯可通过调节肠道微生物代谢物来影响脂质和能量代谢。多项研究探讨了单甘油酯对家禽肠道菌群的影响。实验数据显示，饲喂含单山羊奶甘油酯与单辛酸甘油酯的混合物可使产蛋鸡盲肠中的变形菌门丰度降低约5.86%。值得注意的是，变形菌门中的条件致病菌（如大肠杆菌和志贺氏菌）已被证实对肠道健康具有显著负面影响。当肉鸡饲喂单山羊奶甘油酯与单月桂酸甘油酯混合物时，其肠道菌群呈现年龄依赖性变化：在饲喂3周和7周时，厚壁菌门、里肯氏菌科RC9组、巴氏杆菌科和柯林斯菌属的菌群数量显著减少，而拟杆菌属和拉氏螺菌科NK4A136组的丰度则有所增加。在第7至10周间，微生物群落进入稳定期，这些变化可能与肉鸡的生长性能和饲料转化率相关。总体而言，功能性脂质有助于优化肠道菌群组成、改善猪禽肠道健康并促进动物生长。

功能性脂质对免疫反应的调控作用

功能性脂质在动物体内对免疫系统具有显著调节作用，可发挥抗炎、抗菌及增强免疫力等多重功效。最新研究表明，在断奶仔猪饲料中添加游离硬脂酸丁酯会引发小肠炎症反应，导致TNF-α和IFN-γ表达水平升高。与之形成对比的是，微囊化硬脂酸丁酯可降低远端结肠中的IFN-γ表达。这可能是因为短链脂肪酸需要经过后肠菌群发酵才能生成。而游离硬脂酸丁酯丁酸在小肠中被脂肪酶分解为丁酸盐，导致异常积聚并引发炎症反应。相反，微囊化三丁酸甘油酯可避免其在小肠中过早分解，从而在后肠缓慢释放丁酸盐，发挥其抗炎和抗菌作用。膳食中同时添加三丁酸甘油酯与单月桂酸甘油酯，能增加具有抗炎功能的Foxp3阳性调节性T细胞数量，减少MPO阳性粒细胞，缓解断奶引发的炎症反应。单独使用单月桂酸甘油酯也能增加血液中的嗜酸性粒细胞数量，调节免疫系统。含有丁酸、辛酸和癸酸的单甘酯混合物可剂量依赖性降低肉鸡肠道中IL-1β和TNF-α基因表达，影响肠道代谢功能和完整性。在病原体感染时，甘油酯表现出显著抗炎效果。研究发现，单月桂酸甘油酯可降低感染猪流行性腹泻病毒（PEDV）仔猪血清中的IL-6和IL-8水平。此外，甘油酯还能影响获得性免疫反应。Lan等人的研究表明，单月桂酸甘油酯能有效提升肉鸡血清中的免疫球蛋白水平，这些免疫球蛋白可识别并结合病原体，激活先天免疫效应细胞清除病原体。此外，研究发现循环抗体的增加可能与基因或蛋白质水平上促炎细胞因子的减少有关。总之，功能性脂类不仅可以调节先天免疫应答，而且可以增强获得性免疫应答，有助于改善动物性能和抗病能力。

功能脂质的抗菌和抗病毒作用机制

功能脂类，特别是单甘油酯，表现出显著的抗菌和抗病毒活性。菲利普斯团队开展了一项动物实验，将仔猪喂食含单甘酯的饲料。为模拟自然感染途径，饲料中混入了含有活体猪流行性腹泻病毒（PEDV）的冰块。经过20天持续感染后，研究人员在直肠拭子中检测到PEDV病毒。结果显示：对照组54.8%的仔猪检测呈阳性，而接受1.5公斤/吨单甘酯混合物的组别所有仔猪检测均为阴性，证明该混合物能实现100%预防PEDV感染和传播。单月桂酸酯对包括PEDV、非洲猪瘟病毒、黄热病病毒、腮腺炎病毒及寨卡病毒在内的多种包膜病毒具有强效抑制作用，其抗病毒活性源于破坏病毒包膜的能力。但需注意的是，单月桂酸酯的效果会受病毒成熟度影响。类似地，单甘酯还能破坏细菌膜结构，尤其对革兰氏阳性菌效果显著。其作用机制是通过形成胶束与磷脂膜相互作用，破坏膜的完整性和功能。相较于游离脂肪酸，单甘酯因能在更低浓度下形成胶束而展现出更强的生物活性。脂筏是细胞膜中富含胆固醇和特定脂质的特殊微区，为病毒蛋白聚集并与受体蛋白相互作用提供了稳定环境。研究表明，中链和长链甘油三酯能够重塑或破坏脂筏结构，从而影响其功能。猪繁殖与呼吸综合征病毒（PRRSV）和猪流行性腹泻病毒（PEDV）等病毒，正是通过脂筏介导的内吞作用进入细胞的，这表明功能性脂质可能通过改变脂筏结构来阻止病毒入侵。此外，脂肪酸的碳链长度会影响甘油酯的抑制活性。例如，癸酸（C10）和月桂酸（C12）在脂肪酸中表现出最强的抑制效力，虽然链长相当的单甘油酯通常效力更强，但Namkung等人的研究对此提出质疑。实验显示，在缺乏脂肪酶的情况下，丁酸对鼠伤寒沙门氏菌和产气荚膜梭菌的抑制效果最强，其次是单丁酸甘油酯，而三丁酸甘油酯的抗菌活性最弱。由于丁酸甘油酯中的丁酸释放需要小肠内脂肪酶的辅助作用，Namkung团队建议在体内应用丁酸甘油酯进行细菌抑制时，需特别注意脂肪酶活性的影响。

除了直接破坏膜结构外，单月桂酸还能通过增加产酸菌（如螺菌科和克里斯滕森菌科）的丰度来降低肠道pH值，从而抑制有害微生物的生长。在猪饲料中添加三丁酸甘油酯与单月桂酸或单甘油酸乳酸盐的混合物，可使仔猪空肠和回肠的黏膜增厚，促进肠道黏膜生长，从而增强肠道屏障功能以防止病原体入侵。更重要的是，病原体很少对这些甘油酯产生耐药性，这使得功能性脂质成为具有广泛应用前景的抗生素替代品。

功能性脂质产品研究进展：中短链脂肪酸甘油酯的应用与工业化

鉴于功能脂类（尤其是短链和中链脂肪酸甘油酯）的诸多优势，它们正日益被视为促进动物生长和提高生产效率的关键因素。研究人员已对其实际应用进行了广泛研究。例如，Yen等人发现，在饲料中添加3%的中链甘油三酯（TAG）可有效提升动物生长性能，断奶仔猪在出生后第3至7天间体重增重与采食量比值提升18.5%，14天后增幅达8.3%。帕帕多普洛斯团队在两家遗传背景相同但管理方式（断奶时间、抗生素使用）不同的养猪场开展试验，发现添加三丁酸甘油酯与单月桂酸甘油酯混合物能显著提升仔猪生长性能，其效果与氧化锌高剂量组无显著差异，但饲料转化率明显降低。索蒂拉团队研究显示，连续40天给120头断奶仔猪饲喂0.2%三丁酸甘油酯，可显著提高日增重并降低饲料转化率。当当等学者发现，三丁酸甘油酯与茴香混合使用能剂量依赖性提升断奶仔猪的体重增长、采食量及饲料转化率，同时改善干物质、粗蛋白和能量的消化吸收，并线性减少粪便氨排放。这些研究表明添加短链和中链脂肪酸甘油酯对猪生长发育有益。然而，三丁酸甘油酯在肉鸡中的促生长效果仍存在争议，不同研究结果差异较大。不过有研究者提出，在低蛋白或代谢能日粮中添加丁酸盐制剂，可有效提升肉鸡的增重和饲料转化率。在蛋鸡营养研究领域，刘等学者通过实验发现：对40周龄母鸡饲喂300毫克/千克的中链α-单甘酯（含月桂酸单酯和辛酸单酯），其产蛋率在56周龄时仍能保持在90%以上，而对照组则降至84.42%。此外，蛋壳硬度与厚度也显著提升。综上所述，功能性脂质产品不仅能有效促进禽畜健康生长，更在研发经济高效、成本可控的饲料配方方面具有重要应用价值。

结论

功能性脂质对猪禽肠道健康具有关键作用。它们不仅能为肠道黏膜细胞提供能量与营养支持，维持其正常功能，还具备抗菌活性、缓解肠道炎症反应及调节肠道免疫平衡等多重功效。此外，功能性脂质还能调控肠道菌群组成与平衡，稳定肠道微生态。因此，合理使用功能性脂质可有效改善猪禽肠道健康状况，促进其健康成长。鉴于功能性脂质的潜在优势，通过深入研发并科学合理地将其应用于畜牧饲料与生产领域，将显著推动畜牧业发展。未来研究应重点关注：（1）运用先进组学技术系统分析新型功能性脂质化合物，研究脂肪酸高不饱和脂肪酸（FAHFAs）和不饱和单甘酯对猪禽肠道健康的影响。(2)优化应用策略包括最佳剂量、给药时机与持续时间；改进功能性脂质的配方与生产工艺以提升稳定性、溶解度及生物利用度（如采用纳米乳技术及载体递送系统）；探索各类功能性脂质或功能性脂质与其他营养素的协同效应，并通过调节脂肪酸平衡来最大化肠道健康效益。(3)开展长期观察性研究，全面评价功能脂类对猪、禽肠道健康产生的长期影响和潜在风险，确保其生产和使用符合可持续发展要求。

翻译：伏晓晓

原文：Zhang Q, Guo S, Yi D, et al. Impact of functional lipids on intestinal health in swine and poultry[J]. Animal Nutriomics, 1-31.

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