王璐 劉理想 孫大明 劉軍花

（1. 國(guó)家動(dòng)物消化道營(yíng)養(yǎng)國(guó)際聯(lián)合研究中心 江蘇省消化道營(yíng)養(yǎng)與動(dòng)物健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)消化道微生物研究室，南京 210095；2. 動(dòng)物科學(xué)類(lèi)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，南京 210095）

1 幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮的生長(zhǎng)發(fā)育

反芻動(dòng)物的胃分為4部分，分別為瘤胃、網(wǎng)胃、瓣胃和皺胃。瘤胃是反芻動(dòng)物主要消化吸收代謝的場(chǎng)所。瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生的揮發(fā)性脂肪酸（VFA）被瘤胃上皮吸收代謝，可為機(jī)體提供70%以上的能量需要。同時(shí)，瘤胃上皮還起著重要的免疫和屏障作用，其形態(tài)及功能的完善對(duì)保證反芻動(dòng)物健康具有重要意義。因此，利用營(yíng)養(yǎng)調(diào)控手段促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育完善是保證動(dòng)物健康及提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵［1］。

1.1 瘤胃上皮的形態(tài)結(jié)構(gòu)及功能

瘤胃壁由內(nèi)到外由黏膜層（瘤胃上皮）、肌層和漿膜層3層組成。黏膜層呈棕黃色或棕黑色，表面分布著大量向瘤胃腔內(nèi)突出的上皮乳頭。瘤胃乳頭的生長(zhǎng)增加了瘤胃上皮的吸收表面積。因此，了解瘤胃乳頭生長(zhǎng)的機(jī)理，對(duì)于制定提高反芻動(dòng)物生產(chǎn)性能的策略具有重要意義［2］。眾所周知，當(dāng)飼料來(lái)源由母乳過(guò)渡為粗飼料或精料開(kāi)食料時(shí)，瘤胃乳頭快速發(fā)育［3］。瘤胃微生物發(fā)酵碳水化合物的產(chǎn)物VFA可誘導(dǎo)瘤胃乳頭生長(zhǎng)，丁酸是瘤胃乳頭生長(zhǎng)最有效的激活劑［4］。不同成年反芻動(dòng)物的瘤胃乳頭長(zhǎng)度存在較大差異，牛約1 cm，羊約0.5 cm［2］。瘤胃乳頭可增加瘤胃上皮與底物的接觸面積，促進(jìn)機(jī)體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。

瘤胃上皮由角質(zhì)層、顆粒層、棘突層和基底層4層組成［5］，每一層都有其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和生物學(xué)功能。角質(zhì)層細(xì)胞內(nèi)含有大量的角蛋白，是瘤胃內(nèi)環(huán)境與外環(huán)境的重要物理性屏障［6］。顆粒層細(xì)胞呈扁平狀，細(xì)胞間由橋粒連接，是上皮的主要滲透屏障，可有效阻止外來(lái)物質(zhì)擴(kuò)散進(jìn)入上皮底層。棘突層細(xì)胞呈橢圓形，有鋸齒狀邊緣。基底層細(xì)胞是柱狀細(xì)胞牢固地附著在基底膜上。棘突層細(xì)胞和基底層細(xì)胞含有功能完善的線粒體等其他細(xì)胞器，這些細(xì)胞成分有助于瘤胃上皮代謝，主要是把部分VFA轉(zhuǎn)化成酮體［7］。同時(shí)，基底層細(xì)胞還參與瘤胃上皮細(xì)胞的更新與修補(bǔ)。

1.2 瘤胃上皮的組織形態(tài)發(fā)育

與成年反芻動(dòng)物其他功能器官占空腹體重的百分比下降相反，在斷奶過(guò)程中，瘤胃占胃腸道總?cè)莘e從30%上升到70%［8］。由于未斷奶反芻動(dòng)物需要消化和吸收母乳中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因此小腸在此過(guò)程中起主要作用［9］。幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃上皮生理和代謝發(fā)育都不完全，瘤胃上皮未表現(xiàn)出高度角質(zhì)化特征［10］。幼齡反芻動(dòng)物攝入固體飼料后，瘤胃經(jīng)過(guò)物理和化學(xué)的作用逐漸發(fā)育成熟。早期的研究表明，瘤胃中飼料的物理刺激可以顯著增加瘤胃的重量和肌肉組織發(fā)育［11］。因此，為了促進(jìn)瘤胃上皮的正常發(fā)育，必須建立一個(gè)可行的瘤胃發(fā)酵過(guò)程，這表明在瘤胃腔內(nèi)存在VFA以促進(jìn)正常乳頭的發(fā)育［11］。幼齡反芻動(dòng)物在生命的最初幾個(gè)月如僅靠母乳飼喂，則使瘤胃重量、瘤胃容量、乳頭生長(zhǎng)、角質(zhì)化程度、色素沉積和肌肉組織不能很好發(fā)育［8，10，12］，這是由于通過(guò)食管溝的反射性閉合將母乳直接分流至皺胃［13］，從而阻止了用于瘤胃發(fā)酵的底物進(jìn)入瘤胃。有研究表明，當(dāng)液態(tài)奶直接灌入瘤胃時(shí)可產(chǎn)生VFA并刺激瘤胃乳頭生長(zhǎng)［12］。同時(shí)，相關(guān)研究也表明，口腔灌注一定濃度的VFA可導(dǎo)致羔羊瘤胃乳頭長(zhǎng)度增加［14］。研究表明開(kāi)食料中增加精料的量并沒(méi)有導(dǎo)致瘤胃肌層的改變，但確實(shí)增加了新生犢牛和羔羊的乳頭密度和乳頭長(zhǎng)度［3］。丁酸和丙酸代謝可能引起瘤胃上皮細(xì)胞血流量的增加，也可直接影響瘤胃上皮生長(zhǎng)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)［15］。

1.3 瘤胃上皮功能的發(fā)育

飼料中的碳水化合物經(jīng)過(guò)前段消化道發(fā)酵產(chǎn)生的VFA可為反芻動(dòng)物提供70%以上的能量需要。大部分VFA直接從瘤網(wǎng)胃吸收進(jìn)入血液，約20%進(jìn)入瓣胃和真胃吸收，只有少部分隨食糜進(jìn)入小腸。丁酸在瘤胃上皮中主要參與線粒體內(nèi)的生酮作用，約80%的丁酸轉(zhuǎn)化為酮體（乙酰乙酸和β-羥基丁酸），該過(guò)程產(chǎn)生的ATP將為瘤胃上皮細(xì)胞提供80%以上的能量來(lái)源［16-17］。酮體主要來(lái)自瘤胃中產(chǎn)生的丁酸，但在哺乳初期，它們也來(lái)自脂肪組織的代謝。VFA代謝產(chǎn)生的酮體、乳酸及丙氨酸等進(jìn)入血液后也是合成動(dòng)物性產(chǎn)品（羊肉或牛奶）的重要前體物質(zhì)，與動(dòng)物生產(chǎn)性能的發(fā)揮息息相關(guān)。

瘤胃上皮細(xì)胞吸收的VFA，在瘤胃內(nèi)腔以解離狀態(tài)和未解離狀態(tài)兩種形式存在［18］，通過(guò)氧化代謝通路氧化產(chǎn)生CO2，之后經(jīng)過(guò)碳酸酐酶的催化作用產(chǎn)生碳酸，碳酸又水解成氫離子和碳酸氫根離子。由于Na+吸收與H+分泌到腔內(nèi)的含量增加相關(guān)，因此Na+/H+交換劑是影響細(xì)胞內(nèi)VFA解離產(chǎn)生H+的主要原因［19］。腔內(nèi)H+的增加會(huì)促進(jìn)腔內(nèi)微環(huán)境中VFA的質(zhì)子化，從而促進(jìn)HSCFA的被動(dòng)擴(kuò)散［19］。瘤胃上皮的SCFA-/HCO3-轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以將SCFA-轉(zhuǎn)運(yùn)到瘤胃上皮細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)［20-21］。研究表明，由上皮碳酸酐酶合成或基底外側(cè)吸收而分泌的碳酸氫鹽可穩(wěn)定瘤胃pH值［22］。在瘤胃上皮發(fā)現(xiàn)的陰離子交換劑也有助于碳酸氫鹽和SCFA-的交換，這進(jìn)一步有助于提高瘤胃pH值［23］。

反芻動(dòng)物瘤胃上皮具有獨(dú)特的代謝機(jī)制，可防止外周血中丁酸的出現(xiàn)，即瘤胃上皮中的高丁酰輔酶合成酶活性可確保丁酸的快速活化，由上皮細(xì)胞氧化成β-羥基丁酸。丁酸通過(guò)瘤胃上皮代謝，很容易從肝臟門(mén)脈血液中移除高位丁酰輔酶A合成酶活性，可確保快速活化和隨后對(duì)酮體的代謝。來(lái)自綿羊肝臟的?；o酶A合成酶特異性地作用于C3至C7直鏈脂肪酸。?；o酶A來(lái)自綿羊腎的合成酶對(duì)C3至C7直鏈脂肪酸具有特異性［24］。這些VFA是通過(guò)碳水化合物在瘤胃中發(fā)酵產(chǎn)生的，并且在反芻動(dòng)物中主要用作變性基質(zhì)。反芻動(dòng)物優(yōu)先利用VFA可能與脂肪酸活化酶的水平有關(guān)。而且，?；o酶A合成酶通常是非平衡酶，可以在控制整個(gè)細(xì)胞過(guò)程中發(fā)揮作用。因此，乙酸、丙酸和丁酸活化反應(yīng)可以作為VFA代謝中的重要調(diào)節(jié)步驟［24］。

幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃很小且功能尚未發(fā)育完全，占總胃腸道容積的30%，只表現(xiàn)乳頭發(fā)育的原始狀態(tài)，但成年綿羊的瘤胃占胃腸道容積的80%，且瘤胃乳頭發(fā)育基本完全，瘤胃上皮細(xì)胞發(fā)生角質(zhì)化［25］。瘤胃上皮代謝變化與形態(tài)發(fā)育相協(xié)調(diào)，包括葡萄糖氧化減少，VFA氧化及酮體量增加［26］。犢牛單獨(dú)飼喂母乳時(shí)瘤胃幾乎沒(méi)有發(fā)育，但是向幼齡反芻動(dòng)物飼喂固體飼料后，瘤胃體積和重量以及乳頭長(zhǎng)度和密度都明顯增加［27］。由此說(shuō)明，瘤胃的生長(zhǎng)和肌肉的發(fā)育前提是存在固體飼料，而瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生的VFA也是瘤胃上皮形態(tài)及功能發(fā)育所必需的。

有研究表明，丁酸對(duì)瘤胃上皮發(fā)育的刺激作用最大，丙酸對(duì)瘤胃上皮的刺激作用略小于丁酸，但遠(yuǎn)大于乙酸所產(chǎn)生的刺激作用。因此，可以合理地預(yù)測(cè)，瘤胃上皮的發(fā)育程度與化合物的生理或生化活性有關(guān)。據(jù)報(bào)道稱(chēng)，瘤胃中脂肪酸增加會(huì)導(dǎo)致瘤胃血流量增加，且相對(duì)增加速率為丁酸＞丙酸＞乙酸［28］。有研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃乳頭的生長(zhǎng)很可能是瘤胃壁代謝某些化合物或脂肪酸對(duì)血流量影響的結(jié)果［28］。在體外試驗(yàn)培養(yǎng)基中添加丁酸可抑制瘤胃上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖的利用，同樣，添加葡萄糖也抑制對(duì)丁酸的利用［29］。也有研究表明，在羔羊84日齡前，葡萄糖和丁酸被瘤胃上皮細(xì)胞利用的效率隨日齡增長(zhǎng)變化不明顯，一直到42日齡后才在培養(yǎng)基中檢測(cè)到β-羥丁酸，但到84日齡時(shí)，β-羥丁酸的濃度已經(jīng)接近成年水平［30］。研究發(fā)現(xiàn)，隨著羔羊日齡的增加（0-84日齡），瘤胃上皮細(xì)胞3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A合酶和乙酰乙酸輔酶A硫解酶的mRNA表達(dá)量也在上升，到84日齡時(shí)即達(dá)到成年水平，且不受日糧和瘤胃內(nèi)VFA的影響［14］，表明瘤胃上皮的代謝功能隨日齡的增長(zhǎng)而逐漸增強(qiáng)。

2 丁酸與幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育

2.1 瘤胃內(nèi)丁酸的主要來(lái)源

幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃尚未發(fā)育完全，因此瘤胃中丁酸的主要來(lái)源是飼喂乳中存在的丁酸。盡管母乳中的游離丁酸濃度相對(duì)較低（0.16 g/L），但它可能足以影響瘤胃的發(fā)育和功能［31］。隨著反芻動(dòng)物日齡的不斷增加，瘤胃中的丁酸主要是由瘤胃微生物發(fā)酵碳水化合物而產(chǎn)生。在瘤胃中產(chǎn)生的3種主要VFA（乙酸，丙酸和丁酸）中，丁酸含量最少，根據(jù)日糧組成，其在總發(fā)酵酸中的摩爾比例可在5%-20% 之間［32］。

2.2 日糧丁酸補(bǔ)飼

幼齡反芻動(dòng)物剛出生時(shí)主要飼料來(lái)源是液態(tài)奶，攝入的固體飼料含量較少，此時(shí)瘤胃微生物菌群體系尚未健全。這導(dǎo)致瘤胃中可利用的丁酸非常低，直至反芻動(dòng)物大量攝入固體飼料并建立瘤胃微生物區(qū)系和瘤胃發(fā)酵模式后，瘤胃中丁酸水平才顯著增加［33-34］。此外，由于考慮到經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，代乳料通常代替全脂乳被用作幼齡反芻動(dòng)物的日糧。但有研究表明，代乳料會(huì)使瘤胃發(fā)育遲緩，主要是由于其缺乏乳脂以及植物來(lái)源的抗?fàn)I養(yǎng)因子［35］。并且植物（棕櫚油，椰子油）或動(dòng)物（豬油，牛脂）替代品基本不能滿(mǎn)足幼齡反芻動(dòng)物所需的丁酸含量。因此，日糧丁酸補(bǔ)飼可以作為一種促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)育的手段。

2.2.1 丁酸的性質(zhì)和功能 丁酸又稱(chēng)酪酸，為無(wú)色至淺黃色透明油狀液體，有腐臭的酸味。與水混溶，易溶于有機(jī)溶劑。丁酸可以從哺乳動(dòng)物腸道中膳食纖維的細(xì)菌以及汗液甚至糞便中提取，也是牛乳的成分之一［36］。丁酸有抑制腫瘤細(xì)胞增殖分化，誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)機(jī)體免疫和抗病能力，維護(hù)腸道的正常機(jī)能的作用［37-38］。

2.2.2 日糧丁酸的來(lái)源和形式 丁酸主要以丁酸鹽或丁酸酯的形式作用［39］，相對(duì)于游離丁酸，使用丁酸鹽或丁酸酯的主要優(yōu)點(diǎn)是它們?cè)陲暳仙a(chǎn)過(guò)程中更穩(wěn)定，緩解丁酸的腐臭味，不易快速揮發(fā)且更易于處理［31］。然而，不同來(lái)源的丁酸添加劑具有不同的性質(zhì)和作用。丁酸鈉是丁酸最常用的添加形式，性?xún)r(jià)比較高，且易溶于水并迅速在水溶液中解離［40］。日糧中添加的丁酸鈉在瘤胃中迅速解離并且大部分被胃腸道吸收。與丁酸鈉相比，丁酸鈣在水溶液中較難溶解，少部分可以被小腸消化吸收。當(dāng)丁酸以甘油單酯，二甘油酯或三丁酸甘油酯形式添加時(shí)，必須從甘油中釋放出來(lái)才能促進(jìn)瘤胃上皮的發(fā)育。

日糧丁酸補(bǔ)飼的效果可以通過(guò)保護(hù)丁酸在胃中的釋放和利用來(lái)調(diào)節(jié)。通常采用微囊化和脂肪包衣來(lái)達(dá)到此目的［41-42］。當(dāng)丁酸以保護(hù)形式添加時(shí)，僅在瘤胃中部分釋放，大多數(shù)活性物質(zhì)在小腸中逐漸釋放［43］。當(dāng)以無(wú)保護(hù)形式補(bǔ)飼時(shí)，丁酸被胃腸道近端部分的上皮細(xì)胞迅速吸收，并且不能在血液和近端小腸的內(nèi)容物中檢測(cè)到［44］。

2.2.3 日糧丁酸的補(bǔ)飼方式 犢牛的瘤胃發(fā)育在很大程度上取決于營(yíng)養(yǎng)因素，初生犢牛提前飼喂固體飼料可加速其生長(zhǎng)，這在早期斷奶干預(yù)中尤為重要［45］。自由采食固體飼料對(duì)犢牛瘤胃的重量，體積和功能的發(fā)育有積極影響［46］。此外，從反芻動(dòng)物剛出生開(kāi)始就攝入固體飼料會(huì)增加犢牛對(duì)固體飼料的攝入量，并且可能對(duì)瘤胃微生物區(qū)系，瘤胃發(fā)酵及其瘤胃上皮的形成產(chǎn)生積極影響［47］。瘤胃中的發(fā)酵產(chǎn)物，例如VFA（主要是丁酸和少量的丙酸），是瘤胃上皮細(xì)胞發(fā)育的主要刺激物［28］。液態(tài)飼料（初乳，牛奶或代乳品）是幼齡反芻動(dòng)物最重要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。因此，實(shí)踐中給犢牛飼喂數(shù)量有限的液態(tài)奶和含碳水化合物飼料的混合物，這些混合物迅速發(fā)酵成丁酸和丙酸，以加速瘤胃發(fā)育［48］。羔羊從2月齡開(kāi)始采食固體飼料，這種飼料經(jīng)瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生VFA。幼齡反芻動(dòng)物出生時(shí)，瘤胃上皮細(xì)胞以相似的速率氧化葡萄糖和丁酸。在斷奶時(shí)（42-56日齡）葡萄糖氧化速率降低，丁酸變成主要的氧化底物［30］。此外，在斷奶時(shí)，使丁酸生成酮體β-羥基丁酸的瘤胃上皮細(xì)胞增加了六倍［30］。有研究表明，在犢牛斷奶前后的飼糧中添加丁酸鈉可使斷奶犢牛瘤胃乳頭的長(zhǎng)度和寬度有效增加，肌層厚度也有增加趨勢(shì)［30］。在幼齡反芻動(dòng)物代乳料或開(kāi)食料中添加丁酸會(huì)有缺點(diǎn)，即瘤胃上皮細(xì)胞強(qiáng)烈增殖，特別是分化和成熟導(dǎo)致角質(zhì)層增厚，瘤胃角化過(guò)度會(huì)影響瘤胃上皮對(duì)VFA的吸收［49-50］。此外，研究表明，日糧添加丁酸會(huì)降低綿羊瘤胃食糜中的纖維素分解酶和木聚糖分解酶的活性，而瘤胃中的淀粉分解酶活性較高［51］。無(wú)論是在代乳料還是在開(kāi)食料中直接添加丁酸，其特殊的腐臭味會(huì)降低反芻動(dòng)物的采食量以及平均日增重［52-53］。采用包被形式的丁酸比單一添加丁酸時(shí)經(jīng)濟(jì)成本高。同時(shí)，也有研究表明，使用瘤胃瘺管動(dòng)物，直接往其瘤胃內(nèi)灌服丁酸也可促進(jìn)瘤胃的發(fā)育［54］，但此法對(duì)反芻動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生應(yīng)激。Liu等［55］發(fā)現(xiàn)飼喂母乳的條件下補(bǔ)飼開(kāi)食料，同時(shí)采用口腔灌服丁酸鈉的形式對(duì)幼齡反芻動(dòng)物傷害相對(duì)較小，更能反映丁酸對(duì)幼齡反芻動(dòng)物的實(shí)際作用，并且更加貼近于生產(chǎn)。

2.3 丁酸對(duì)瘤胃上皮發(fā)育的影響

丁酸調(diào)控幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育是一個(gè)歷久彌新的話(huà)題。早期研究主要從宏觀層面闡述了丁酸對(duì)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃發(fā)育的影響。Sander等和Hodson［56-57］通過(guò)瘤胃瘺管給犢牛灌注乙酸鈉、丙酸鈉、丁酸鈉、氯化鈉和葡萄糖發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉和丙酸鈉刺激瘤胃乳頭生長(zhǎng)的能力比乙酸鈉、氯化鈉和葡萄糖的強(qiáng)。添加丁酸鈉能明顯促進(jìn)瘤胃黏膜的發(fā)育，瘤胃乳頭的生長(zhǎng)可能與瘤胃壁代謝丁酸供能直接相關(guān)。Walker等［58］也發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸能促進(jìn)瘤胃乳頭生長(zhǎng)并能產(chǎn)生一定的生化作用，但在7周齡和9周齡斷奶羔羊中瘤胃發(fā)育遲緩，丁酸利用率下降。Flatt等［59］研究表明，低纖維日糧或乙酸、丙酸、丁酸和乳酸的混合鈉鹽溶液都會(huì)促進(jìn)瘤胃乳頭的發(fā)育。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在飼喂?fàn)倥５娜樘侨芤褐刑砑佣∷徕c可增加瘤胃乳頭長(zhǎng)度［60］。在犢牛代乳料中添加丁酸鈉刺激瘤胃發(fā)育，增加了乳頭長(zhǎng)度與寬度，并發(fā)現(xiàn)在代乳料與發(fā)酵劑混合物日糧中添加丁酸鈉，更有利于犢牛的瘤胃上皮發(fā)育［4］。同時(shí)，在代乳料中添加丁酸鈉還可促進(jìn)瘤胃上皮對(duì)丁酸，丙酸和乙酸的吸收代謝，增加瘤胃乳頭的長(zhǎng)度及寬度［61-62］。在犢牛開(kāi)食料中添加0.3%的丁酸鈉也可有效增加瘤胃乳頭長(zhǎng)度和寬度，促進(jìn)瘤胃上皮發(fā)育［47］。上述早期研究結(jié)果表明，在代乳料/開(kāi)食料中添加或是通過(guò)瘤胃灌注適量丁酸可有效促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮形態(tài)發(fā)育并促進(jìn)其吸收代謝功能。

隨著研究的深入，丁酸調(diào)控瘤胃上皮發(fā)育的研究逐漸從宏觀層面延展到細(xì)胞和分子水平。Mentschel等［63］研究發(fā)現(xiàn)，日糧中添加丁酸刺激瘤胃黏膜基底層干細(xì)胞細(xì)胞的有絲分裂，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的增殖，使乳頭長(zhǎng)度增加。Sakata等［64］也證實(shí)了這一觀點(diǎn)，短鏈脂肪酸是消化道的生理腔內(nèi)營(yíng)養(yǎng)因子，可以促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞的分裂。體外細(xì)胞培養(yǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，丁酸和胰島素相互作用能促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞 DNA 合成［65］。Gálfi等［66］發(fā)現(xiàn)丁酸抑制瘤胃上皮細(xì)胞分化作用是依賴(lài)pH變化的過(guò)程，因?yàn)榱鑫干掀ぜ?xì)胞在不同pH值下的代謝和運(yùn)輸過(guò)程不斷變化，加上局部生長(zhǎng)因子，可廢除丁酸的抑制作用。進(jìn)一步研究表明，丁酸鈉對(duì)瘤胃上皮細(xì)胞生長(zhǎng)具有濃度依賴(lài)性的抑制作用［67］。將較高濃度（5 mmo/L）的丁酸鈉添加到瘤胃上皮細(xì)胞培養(yǎng)物中，促進(jìn)了角質(zhì)化細(xì)胞的形成，表明高濃度的丁酸在誘發(fā)瘤胃上皮細(xì)胞過(guò)度角質(zhì)化中起重要作用［68］。在體試驗(yàn)也進(jìn)一步證實(shí)了這一觀點(diǎn)，長(zhǎng)期瘤胃灌注高濃度的丁酸會(huì)導(dǎo)致瘤胃上皮角質(zhì)層增厚，細(xì)胞增殖減少［69］。Jamila等［70］每天給山羊瘤胃內(nèi)灌注0.3 g/kg體重的丁酸鈉，結(jié)果發(fā)現(xiàn)瘤胃上皮層的乳頭大小增加，這與產(chǎn)生較高的細(xì)胞層數(shù)目有關(guān)，并且細(xì)胞周期蛋白與mRNA表達(dá)水平增加。研究表明，丁酸通過(guò)改善瘤胃上皮細(xì)胞增殖和凋亡相關(guān)的基因表達(dá)促進(jìn)瘤胃乳頭生長(zhǎng)。在上皮細(xì)胞生長(zhǎng)過(guò)程中，細(xì)胞增殖速度明顯高于細(xì)胞凋亡速度。Liu等［55］研究發(fā)現(xiàn)，口服丁酸鈉可以改善斷奶羔羊的動(dòng)物生產(chǎn)性能，促進(jìn)瘤胃乳頭生長(zhǎng)，并增強(qiáng)與瘤胃上皮VFA攝取和代謝相關(guān)的基因的表達(dá)。丁酸可以刺激微生物發(fā)酵產(chǎn)物的吸收和代謝，調(diào)節(jié)參與維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的蛋白質(zhì)的活性，以及參與調(diào)控瘤胃上皮組織內(nèi)代謝物的細(xì)胞間流動(dòng)的蛋白質(zhì)的活性，這些作用促進(jìn)了瘤胃上皮組織的代謝發(fā)育［71］。

丁酸不僅是瘤胃上皮細(xì)胞的主要能量來(lái)源，而且還是間接刺激上皮細(xì)胞增殖的信號(hào)分子［54］。丁酸可以通過(guò)內(nèi)分泌和旁分泌的方式來(lái)發(fā)揮作用，影響激素和生長(zhǎng)因子如IGF-1的分泌，進(jìn)一步促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖［9，72］。有研究表明，飼喂非常低水平的丁酸也可促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物的瘤胃上皮發(fā)育［73-74］，因此丁酸對(duì)瘤胃上皮生長(zhǎng)和成熟的影響可能更多地依賴(lài)于生長(zhǎng)因子的間接作用模式而不是直接為細(xì)胞增殖提供能量。IGF-1通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑加速細(xì)胞有絲分裂，細(xì)胞周期運(yùn)轉(zhuǎn)，促進(jìn)瘤胃上皮細(xì)胞增殖分化以及表面積增加［75］。大量研究表明，體外試驗(yàn)注射不同的IGF-1的濃度會(huì)改變瘤胃乳頭的數(shù)量和大小，DNA的合成也會(huì)發(fā)生變化［76］。有研究發(fā)現(xiàn)，IGF-1和丁酸可通過(guò)協(xié)同作用顯著促進(jìn)DNA的合成和增殖，因此IGF-1和丁酸對(duì)瘤胃上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)具有協(xié)同促進(jìn)作用［77］。

3 小結(jié)與展望

丁酸作為反芻動(dòng)物瘤胃微生物降解植物性飼料的主要產(chǎn)物，也是瘤胃上皮及宿主重要的能量來(lái)源。本文主要介紹了幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮生長(zhǎng)發(fā)育特點(diǎn)以及丁酸對(duì)其發(fā)育的影響。開(kāi)食料/代乳料添加或是口腔/瘤胃灌注合適濃度的丁酸能促進(jìn)幼齡反芻動(dòng)物瘤胃上皮發(fā)育，主要表現(xiàn)為瘤胃乳頭的增長(zhǎng)和細(xì)胞層的增厚，該過(guò)程與瘤胃上皮細(xì)胞增殖的加速密切相關(guān)。但是過(guò)高濃度的丁酸反而對(duì)瘤胃上皮的發(fā)育產(chǎn)生不利影響，主要表現(xiàn)為瘤胃上皮的過(guò)度角質(zhì)化。所以真正明晰不同幼齡反芻動(dòng)物（犢?；蚋嵫颍┰诓煌黼A段對(duì)丁酸的需求量將是未來(lái)的研究重點(diǎn)。同時(shí)，丁酸促進(jìn)瘤胃上皮發(fā)育的深層機(jī)理尚不清楚，還有待進(jìn)一步探索。