Физиологический механизм регуляции трибутирина и его применение в животноводстве
В последние годы антибиотики широко использовались в животноводстве для профилактики заболеваний животных и повышения производительности производства. Использование антибиотиков является эффективным средством для развития интенсивного и крупномасштабного производства. Однако из-за чрезмерного использования антибиотиков возникла серьезная лекарственная зависимость, что привело к бактериальной резистентности и остаткам антибиотиков, которые серьезно угрожают здоровью людей и животных. Поэтому исследования новых альтернатив антибиотикам стали горячей точкой исследований в последние годы. Разработка экологически чистых, эффективных и безопасных альтернатив антибиотикам является основной задачей для развития животноводства в Китае и во всем мире. Трибутирин (ТБ) является продуктом этерификации масляной кислоты и глицерина с длительным периодом полураспада и отсутствием токсических побочных эффектов. Он может разлагаться панкреатической липазой в кишечнике животных с образованием 3 молекул масляной кислоты и 1 молекулы глицерина, которые затем транспортируются кровью в различные ткани и органы организма для оказания своего действия. Добавление ТБ в рацион может улучшить показатели роста животных, способствовать развитию кишечника, повысить иммунитет и обеспечить здоровье организма животного. В этой статье рассматриваются физико-химические свойства, метаболические пути, физиологические функции, механизмы действия и применение ТБ в животноводстве с целью предоставления теоретических ссылок для регулирования здоровья кишечника и исследований в животноводстве с использованием ТБ в качестве новой кормовой добавки.
1. Характеристики и метаболические пути туберкулеза
1.1 Физико-химические характеристики туберкулеза
TB, также известный как трибутират глицерина, является продуктом этерификации 3 молекул масляной кислоты и 1 молекулы глицерина. Это типичное производное масляной кислоты, относящееся к эфирам жирных кислот с короткой цепью, с молекулярной формулой C15H26O6 и относительной молекулярной массой 302,36. Молекулярная структура показана на рисунке 1. TB, как правило, представляет собой бесцветную маслянистую жидкость со слабым жирным ароматом и слегка горьковатым вкусом. Он чрезвычайно трудно растворяется в воде, но легко растворяется в этаноле, хлороформе и эфире, с температурой плавления -75 градуса и температурой кипения 305-310 градуса, что делает его физико-химические свойства относительно стабильными.
1.2 Метаболические пути туберкулеза
TB, будучи типом липида, имеет метаболические пути, тесно связанные с метаболизмом липидов и механизмами абсорбции. Во время переваривания липидов в организме животных липаза имеет самую сильную активность в отношении триглицеридов, за ней следуют диглицериды и самую слабую в отношении моноглицеридов, особенно 2-моноглицеридов. В процессе абсорбции жиров моноглицеридный путь играет доминирующую роль, причем 2-моноглицериды являются основным путем абсорбции, поскольку панкреатическая липаза специфически гидролизует 1,3-позиции триглицеридов для получения 2-моноглицеридов и свободных жирных кислот. Как 1-моноглицериды, так и 2-моноглицериды могут полностью абсорбироваться эпителиальными клетками кишечника и попадать в лимфу, а некоторые из них попадают в кровоток, чтобы оказать свое действие. В микросомах есть ферменты, которые далее этерифицируют моноглицериды в триглицериды, с предпочтением использования 2-моноглицеридов.
TB является типичным производным короткоцепочечных жирных кислот. Поскольку содержание липазы во рту и желудке животного очень низкое, а TB нелегко разлагается желудочной кислотой, его переваривание и всасывание в основном происходят в кишечнике. Благодаря действию панкреатической липазы и микроорганизмов задней кишки в кишечнике TB постепенно и медленно разлагается на глицерин, масляную кислоту и очень небольшое количество монобутирина. Образующийся глицерин может проникать через клеточную мембрану и попадать в клетку для участия в метаболизме, в то время как всасывание и транспортировка масляной кислоты в основном происходят двумя путями: во-первых, обеспечивая энергией клетки кишечника. Кишечник предпочтительно выбирает масляную кислоту для обеспечения энергией. После попадания в клетку масляная кислота разлагается на ацетил-КоА посредством -окисления, поступая в цикл трикарбоновых кислот для снабжения организма энергией или образуя кетоновые тела в печени, которые окисляются для снабжения энергией внепеченочных тканей. Во-вторых, синтез триглицеридов в организме. Когда организму больше не нужны жирные кислоты для обеспечения энергией, масляная кислота, глицерин и монобутирин повторно синтезируют триглицериды, хранящиеся в адипоцитах.
2. Физиологические функции и механизмы действия туберкулеза
2.1 Энергоснабжение
Масляная кислота является важным питательным веществом для клеток кишечника, при этом клетки толстой кишки в первую очередь полагаются на масляную кислоту как на источник энергии. TB, разлагаемый панкреатической липазой в кишечнике, производит масляную кислоту, обеспечивающую энергией клетки слизистой оболочки кишечника, при этом до 75% энергии для кишечника поступает из масляной кислоты.
2.2 Регуляция барьерной функции кишечника
ТБ может служить источником энергии для эпителиальных клеток слизистой оболочки кишечника, способствуя пролиферации и созреванию эпителиальных клеток желудочно-кишечного тракта, улучшая морфологическую структуру кишечника животного, увеличивая площадь контакта между пищей и кишечником и повышая способность организма усваивать питательные вещества. Снижая проницаемость кишечника, способствуя активности пищеварительных ферментов кишечника, способствуя секреции муцина и экспрессируя белки плотных контактов, ТБ усиливает барьерную функцию кишечника у животных.
2.3 Регуляция баланса кишечной микробиоты
После попадания в кишечник туберкулез производит бутират посредством действия панкреатической липазы. Бутират может снижать кислотность пищеварительного тракта, проникать в бактерии и разлагаться с образованием ионов водорода и ионов бутирата, что приводит к внутриклеточному закислению. Это приводит к гибели большого количества кислотоустойчивых вредных бактерий, таких как Escherichia coli и Salmonella, в то время как кислотоустойчивые полезные бактерии, такие как Lactobacillus и Bifidobacterium, размножаются в больших количествах, поддерживая баланс кишечной микробиоты у животных.
2.4 Регуляция иммунной функции
ТБ оказывает определенное регуляторное воздействие на иммунную систему животных, участвуя в регуляции иммунной системы организма. ТБ разлагается в кишечнике с образованием бутирата, который оказывает противовоспалительное действие, ингибируя активацию пути ядерного фактора транскрипции-κB (NF-κB), снижая экспрессию генов провоспалительных цитокинов, таких как фактор некроза опухоли- (ФНО-), интерлейкины (ИЛ) ИЛ-1, ИЛ-2, ИЛ-6, ИЛ-8 и ИЛ-12. ТБ может улучшать иммунную функцию животных различными путями, усиливая активность иммунных веществ, способствуя пролиферации регуляторных Т-клеток (Tregs), увеличивая экспрессию противовоспалительных цитокинов, уменьшая экспрессию провоспалительных цитокинов и усиливая антиоксидантную способность для повышения иммунитета животных.
2.5 Регуляция метаболизма
Многочисленные исследования показали, что короткоцепочечные жирные кислоты играют важную роль в энергетическом гомеостазе и липидном обмене, стимулируя гормональные и нервные сигналы в различных тканях, регулируя метаболизм животных. ТБ, разлагаемый панкреатической липазой в кишечнике с образованием бутирата, участвует в регуляции метаболического здоровья в организме.
3 Применение ТБ в животноводстве
Как предшественник бутирата, TB является превосходной добавкой бутирата со стабильными физико-химическими свойствами, безопасной и нетоксичной, решающей проблемы неприятного запаха и летучести бутирата, а также трудности прямого добавления. Он имеет широкие перспективы применения в области питания животных. В качестве кормовой добавки TB может напрямую воздействовать на пищеварительный тракт животных, обеспечивая энергией кишечник, улучшая здоровье кишечника и регулируя показатели роста и состояние здоровья животных.
3.1 Улучшение показателей роста
Добавление ТБ в корм широко применяется в различных сценариях животноводства. Добавление соответствующих количеств ТБ в рацион может увеличить средний суточный прирост подопытных животных, снизить соотношение корма к приросту и улучшить показатели роста животных, при этом рекомендуемые нормы добавления варьируются от 0.075% до 0,25%.
3.2 Улучшение здоровья кишечника
TB может играть положительную роль в здоровье кишечника животных, улучшая морфологию кишечника, регулируя баланс кишечной микробиоты и усиливая кишечный барьер и антиоксидантные способности. Добавление TB может значительно повысить активность сывороточной глутатионпероксидазы (GSH-Px), трипсина и пепсина у белого амура, улучшая пищеварительные и антиоксидантные способности кишечника. Как источник энергии для кишечника, TB может эффективно улучшать и восстанавливать морфологию кишечника, улучшать пищеварительные и абсорбционные способности, способствовать размножению полезных бактерий, улучшать структуру микробиоты, смягчать реакции окислительного стресса, способствовать развитию кишечника и обеспечивать здоровье организма.
3.3 Замена антибиотиков
В настоящее время имеется относительно мало сообщений о замене антибиотиков на ТБ как внутри страны, так и за рубежом. Добавление ТБ в рацион оказывает такое же влияние на показатели роста, как и добавление антибиотиков у отнятых поросят, а ТБ и антибиотики оказывают синергетическое действие. ТБ может стимулировать аппетит у поросят, подвергшихся воздействию ЛПС, облегчать повреждение кишечника и задержку роста за счет регулирования воспалительных факторов, экспрессии фактора роста подвздошных фибробластов 19 (FGE19) и ферментации кишечного ацетата. Длительное применение антибиотиков может изменить структуру кишечной микробиоты, влияя на экспрессию анионообменников, рецепторов транспорта бутирата и белков плотных контактов, что приводит к повреждению кишечника. Добавление ТБ может облегчить вызванное антибиотиками повреждение кишечника и обеспечить здоровье кишечника. Однако текущие исследования ТБ как замены антибиотика все еще относительно ограничены, и для более широкого применения необходимы дальнейшие исследования.
4. Вывод
В целом туберкулез выполняет множество биологических функций, таких как обеспечение организма энергией, поддержание целостности кишечника, регулирование структуры кишечной микробиоты и участие в иммунных и метаболических реакциях.
(Выдержка из: Acta Animal Nutrition 2020, 32 (12): 5547-5555)
Энтони Лян - Hangzhou Well Sunshine Biotech Co., LTD, май 2024 г.
Компания Well Sunshine Group на протяжении двенадцати лет занимается производством и разработкой продукции на основе бутирата натрия.
