天然甜菜碱的抗热应激作用

潘淑勤 译自，2021，5：38～39

潘雪男 校

水合作用不仅仅是一种细胞运动。动物机体内98%的分子受水影响，因此维持最佳的水合作用对动物的能量需求提出了挑战。当动物处于热应激状态时，维持细胞水平衡的所需的能量同步增加，因为动物此时也需要维持生产性能，抵抗应激。那么，天然甜菜碱是怎样帮助动物提高生产效率的呢？

1 水调控

细胞没有直接的可以维持或控制水分子运动的方法，所以水分子会根据所处微环境的浓度梯度而移动。然而，水是细胞的一种至关重要的组分，大自然已经设计了各种操纵其运动的方法，其中普遍认可的一种方法是利用离子泵，如钠-钾ATP 酶。它们的作用是将细胞内电解质的浓度(主要是钾离子)提至高于其高渗环境所处浓度的水平，从而最大限度地减少水分子运动。然而，这些离子泵主要对短期的脱水应激有效，而对持续的脱水应激几乎无效。这是因为钾离子大量沉积会影响细胞内酶、蛋白质和细胞器的功能，还会导致细胞减少能量输出量，而且减少的幅度越大，应激持续的时间越长。此时正是天然甜菜碱开始发挥功能的时候，可提供一种能以最低的能源成本来最大限度地减少细胞水分损失的安全方法。

2 天然甜菜碱的作用

作为一种天然渗透剂和甲基供体，天然甜菜碱可以有效地帮助细胞维持水合作用。它通过与细胞内水分子的相互作用维持水的平衡。同时，它能保护细胞内酶、蛋白质和细胞器，使这些成分或生理单元能够维持正常的功能，免受高温等应激的影响。纵使存在这种挑战性因素，天然甜菜碱能利用这种方式帮助细胞“应对”脱水，防止用于动物生长和提高瘦肉率的有价值的能量被挪用，从而维持生产性能。实际上，研究表明，天然甜菜碱可将离子泵如钠-钾ATP 酶和钙离子ATP 酶的活性分别降低64%和37%。研究发现，这些离子泵可显著节省能量，转移1 分子钾到细胞内最终只需要2 分子ATP。

3 深远的作用

一系列强有力的证据表明，天然甜菜碱会对热应激下的家畜产生积极的作用。以猪为例，通过测定回肠跨膜电阻和异硫氰酸荧光素标记的葡聚糖通透性(图1)，发现天然甜菜碱可缓解由热应激引发的肠道通透性改变。在热应激状况下，这是非常重要的，因为部分血液可以由机体的中心部位流向皮肤。对家禽进行的一系列试验表明，天然甜菜碱会对主要生产性能指标如水潴留、存活率和饲料转化率产生有利的影响(表1)。以肉鸡为研究对象的试验显示，相比日粮中未添加甜菜碱的热应激处理组和球虫感染组，甜菜碱组肉鸡的水潴留更多。天然甜菜碱同样会对牧场中奶牛的产奶量产生显著的影响。在夏季高温环境下，在日粮中添加2 g/kg 的天然甜菜碱，水潴留提高6%。另外，乳蛋白和乳脂的含量也上调。

此外，研究证实天然甜菜碱可促进热休克蛋白(heat shock protein，HSP) 的合成，因此给动物补充天然甜菜碱后机体的耐热性在一定程度上有所提高。研究表明，相比对照组，试验组的牛乳腺上皮细胞用甜菜碱处理后，HSP 27 和HSP 70 的含量更高。哺乳奶牛每千克体重补充114 ng 甜菜碱，血浆淋巴细胞中HSP 70 的含量提高，但HSP 27 的含量无显著变化。另外，研究还发现应激状态下补充甜菜碱能够产生众多有益作用，如可维持肠道微生物菌群的平衡，提高呼吸速率和直肠温度，还可显著提高新生仔猪的初生重，缩短母猪产程等。

4 天然甜菜碱的双重生理功能

甜菜碱的双重生理功能使其成为缓解动物热应激的一种高效手段。作为一种渗透剂，它有助于保护细胞避免发生水分损失和脱水。而作为一种甲基供体，它可促进肝脏中蛋氨酸的再生，这可以优化畜禽饲料中蛋氨酸和(或)胆碱的添加水平。总而言之，天然甜菜碱的双重生理功能使其成为一种有价值的饲料添加剂，可作为一种营养策略来优化畜禽在应激状态下的生产性能。