饲粮中添加蛋白酶对猪生长性能、营养物质消化率和血清生化指标影响的Meta分析

■ 孟成明 刘子昱 慕春龙* 朱伟云

（1.山东省畜牧总站，山东济南 250100；2.动物消化道营养国际联合研究中心，江苏省消化道营养与动物健康重点实验室，南京农业大学消化道微生物研究室，江苏南京 210095）

近年来，随着抗生素的禁用，酶制剂由于其绿色、安全、无污染和无残留的优势，逐渐成为畜牧生产中一种新型的饲料添加剂[1-2]。在各种酶制剂中，蛋白酶是全球酶制剂份额最大的一种，蛋白酶是水解蛋白质的一类酶的总称，可以将蛋白质水解成小分子的多肽和氨基酸[3-4]。已有研究报道，饲料中添加蛋白酶能够改善动物生长性能，消除饲料中的抗营养因子，提高饲料中营养物质消化率，改变血清生化指标，减少畜禽粪尿中氮磷的排放等[5-6]。然而，当前研究由于试验设计、猪的品种与日龄、饲粮类型和蛋白酶类型与使用量不同等因素，对于饲料中添加蛋白酶是否能够提高猪生长性能和营养物质消化率，改善血清生化指标的结论并不完全一致。针对基于同方向单个研究较多但无法给予明确结论的问题，Meta分析能够通过对多个同类的研究数据进行整理与解析，直观地阐述研究结果，并提高初步结论的论证强度，得出更加科学的结论[7-8]。因此，本研究使用Meta 分析，分析了饲粮中添加蛋白酶对猪生长性能、营养物质消化率和血清生化指标的影响，旨在为蛋白酶在生猪养殖过程中的应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 检索策略

检索中国知网、PubMed 和Web of Science 数据库的相关文献，检索发表时间为2013至2023年，中文关键词包括：猪、蛋白酶、生长性能、营养物质消化率、总蛋白、尿素氮；英文关键词包括：pig、protease、growth performance、nutrient digestibility、total protein、urea nitrogen。其他相关文献通过引用文献和被引文献进行手动检索。

1.2 筛选标准

纳入文献标准：①选择已发表的随机对照试验且研究对象为猪；②具备蛋白酶处理组；③所纳入的文献为研究饲料中添加蛋白酶制剂对生长性能（平均日增重、平均日采食量和料重比）、营养物质消化率（干物质和粗蛋白）和血清生化指标（总蛋白和尿素氮）或其中之一指标的影响，且文章中提供相关指标的平均值和标准差或标准误。

排除文献标准：①排除综述文献、摘要文献和重复报道文献；②排除非蛋白酶单独干预的文献；③排除数据不全或无法利用的文献。

1.3 数据提取

提取选定文献中的以下指标进行后续统计：①文献作者；②发表年份；③样本数量；④动物日龄、体重、品种；⑤试验天数；⑥饲料类型；⑦蛋白酶类型及添加量；⑧平均日采食量、平均日增重、料重比、干物质消化率、粗蛋白消化率、总蛋白水平和尿素氮水平。当同一文献中含有不同浓度蛋白酶处理时，则每1 个浓度作为1 项独立研究进行数据提取，如果文献中存在数据不全等有关问题联系作者获取未知数据。

1.4 统计方法

利用R 包（Meta）对数据进行分析与绘图。用χ2检验，I2检验评价各研究之间的异质性，如果Meta 分析纳入的各项研究均指向同一个结果，即各研究间具有同质性（P＞ 0.05，I2＜50%），则选用固定效应模型进行统计分析，反之选用随机效应模型进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 文献检索与筛选

从数据库检索到文献总计7 105 篇，按照文献筛选标准逐步进行筛选，共有22 篇文献纳入本次Meta分析。文献筛选流程如图1所示。

图1 文献筛选流程

2.2 纳入文献基本特征

本次Meta 分析纳入样本的研究对象为断奶仔猪和生长猪，总计样本量为1 818 头。对照组为无蛋白酶添加的饲粮组，试验组为蛋白酶添加组。纳入基本特征信息详见表1。

表1 纳入文献的基本特征

2.3 Meta分析结果

2.3.1 饲粮中添加蛋白酶对生长性能的影响

饲粮中添加蛋白酶对平均日采食量的影响如图2A 所示。I2=5%，P=0.39，表明存在同质性，因此采用固定效应模型进行分析。结果显示，SMD=0.11，95% CI 为0.01～0.21，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶可以提高平均日采食量。

图2 饲粮中添加蛋白酶对生长性能影响的森林图

饲粮中添加蛋白酶对平均日增重的影响如图2B所示。I2=49%，P=0.009，表明存在异质性，因此采用随机效应模型进行分析。结果显示，SMD=0.43，95%CI 为0.28～0.57，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶可以提高平均日增重。

饲粮中添加蛋白酶对料重比的影响如图2C 所示。I2=62%，P＜0.001，表明存在异质性，因此采用随机效应模型进行分析。结果显示，SMD=-0.33，95%CI 为-0.48～-0.18，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶可以降低料重比。

2.3.2 饲粮中添加蛋白酶对营养物质消化率的影响

饲粮中添加蛋白酶对干物质消化率的影响如图3A 所示。I2=35%，P=0.10，表明存在同质性，因此采用固定效应模型进行分析。结果显示，SMD=0.27，95% CI 为0.15～0.39，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶可以提高干物质消化率。

图3 饲粮中添加蛋白酶对营养物质消化率影响的森林图

饲粮中添加蛋白酶对粗蛋白消化率的影响如图3B 所示。I2=0%，P=0.56，表明存在同质性，因此采用固定效应模型进行分析。结果显示，SMD=0.42，95% CI 为0.32～0.53，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶可以提高粗蛋白消化率。

2.3.3 饲粮中添加蛋白酶对血清生化指标的影响

饲粮中添加蛋白酶对血清中总蛋白水平的影响如图4A 所示。I2=96%，P＜0.001，表明存在异质性，因此采用随机效应模型进行分析。结果显示，SMD=0.20，95% CI 为-0.98～1.39，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶对血清中总蛋白水平无显著影响。

图4 饲粮中添加蛋白酶对血清生化指标影响的森林图

饲粮中添加蛋白酶对血清中尿素氮水平的影响如图4B 所示。I2=38%，P=0.11，表明存在同质性，因此采用固定效应模型进行分析。结果显示，SMD=-0.17，95% CI 为-0.28～-0.05，表明与对照组相比，饲粮中添加蛋白酶可以降低血清中尿素氮水平。

2.3.4 发表偏倚分析

发表偏倚是指有统计学意义的研究结果比无统计学意义的研究更容易投稿和被发表。本研究利用漏斗图法检验发表偏倚，结果表明，所纳入本研究的指标，包括平均日增重（图5A）、平均日采食量（图5B）、料重比（图5C）、干物质消化率（图5D）、粗蛋白消化率（图5E）、血清中总蛋白水平（图5F）和血清中尿素氮水平（图5G）大部分落在漏斗图内部，研究间对称性较好，发表偏倚程度较小。

图5 检验纳入Meta分析发表偏倚的漏斗图

3 讨论

Meta分析结果表明，各个研究中关于饲粮中添加蛋白酶对平均日采食量、干物质消化率、粗蛋白消化率和血清中尿素氮水平的影响存在同质性，结论比较一致，而对平均日增重、料重比和血清中总蛋白水平的影响不完全一致，存在异质性。异质性可能是由于试验动物、试验环境和试验人员等因素造成，异质性是动物试验中普遍存在的问题，对本次Meta 分析不会产生较大影响。本次研究表明，饲粮中添加蛋白酶可以改善猪的生长性能，提高平均日采食量和平均日增重，降低料重比，提高干物质和粗蛋白等营养物质消化率，影响尿素氮生成等。在过去的研究中，由于蛋白酶自身性质、饲料原料、试验动物及使用方法等不同，得出的试验结果并不一致，但是本次Meta 分析通过分析大量样本证实，饲粮中添加蛋白酶对猪的生长发育和消化吸收等方面存在正面影响。

蛋白酶的促生长作用可能是通过减少饲料原料中的抗营养因子，提高营养物质消化率，改善肠道健康，增强机体免疫力等方面实现。大豆是等养殖行业和饲料行业最重要的资源，但是大豆中的蛋白类抗营养因子，例如大豆球蛋白（Glycinin）和β-伴大豆球蛋白（β-conglycinin）等，会危害畜禽的生长发育，限制大豆资源利用效率[31-33]，在豆粕饲料中添加蛋白酶，有助于增加大豆球蛋白的降解，缓解大豆的抗营养作用[34]。在断奶仔猪的日粮中，蛋白质含量偏高，而断奶仔猪早期的消化系统和免疫系统等发育不健全，尚未建立完善的肠道微生物区系[35-37]，因此对饲粮中的蛋白质消化吸收不完全，未消化的蛋白质进入后肠被微生物降解成生物胺等有害物质，造成仔猪营养性腹泻[38-39]。蛋白酶可以把玉米、豆粕和高粱等植物蛋白原料中的蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，促进对蛋白质的分解利用，提高营养物质消化率[39]，有利于动物消化吸收，减少仔猪腹泻[40]。在肠道健康方面，在低蛋白水平的日粮中添加蛋白酶能够显著增加肠道杯状细胞数量，并且显著提高了回肠绒毛高度与隐窝深度之比（VH/CD）[23]。在肠道微生物方面，饲粮中添加蛋白酶可以增加断奶仔猪肠道菌群中的厚壁菌门（Firmicutes）和乳酸杆菌属（Lactobacillus）的丰度，降低拟杆菌门（Bacteroidetes）和梭菌属（Clostridium）以及链球菌属（Streptococcus）的丰度[41]。除此之外，还有研究表明添加蛋白酶可以减少血清中白细胞数量，降低血清中胆固醇、三酰甘油和肿瘤坏死因子-α的水平[25,42]。以上研究表明，蛋白酶可能是通过提高蛋白质等营养物质消化率，促进肠道发育，改变肠道微生物区系，增强免疫功能等方面来实现促生长作用。

本次Meta 分析研究了饲料类型、猪只品种、体重、蛋白酶类型和添加量等对于蛋白酶作用效果的影响。蛋白酶对玉米、大豆和高粱等蛋白质含量丰富的植物饲料均可以产生效果，将大分子的蛋白质水解成肽和氨基酸，可能会存在水解程度及方式上的不同，但是整体上可以促进蛋白质的消化吸收[43]。在猪只品种方面，蛋白酶在杜长大商品猪和地方猪种上均能够发挥作用，不同品种可能由于摄入饲料原料以及机体消化吸收等不同原因对于蛋白质的响应程度不同[44]，因此蛋白酶的作用效果可能会存在微小差异。另外，体重是影响蛋白酶作用效果的另一重要因素，断奶仔猪的饲粮中添加蛋白酶的作用效果优于生长育肥猪，这可能是由于随着动物日龄的增长，体内的胃蛋白酶和胰蛋白酶等内源酶分泌增加，肠道微生物区系稳定[35]，消化吸收系统发育完善，生长育肥猪对蛋白质等营养物质的消化率趋于稳定，因此在生长育肥猪饲粮中添加蛋白酶的作用效果较在断奶仔猪饲粮中添加蛋白酶有所下降[45]。在蛋白酶类型方面，蛋白酶种类丰富，自然界中存在成百上千种蛋白酶，作用效果不尽相同，从蛋白酶活性中心的基团来看，碱性蛋白酶和胰蛋白酶等属于丝氨酸蛋白酶，木瓜蛋白酶和菠萝蛋白酶等属于半胱氨酸蛋白酶，酸性蛋白酶和凝乳酶等属于天冬氨酸蛋白酶，中性蛋白酶和角蛋白酶等属于金属蛋白酶。不同蛋白酶对于蛋白质的优先酶切位点不同，例如碱性蛋白酶优先水解不带电荷的氨基酸残基，例如色氨酸和酪氨酸等，木瓜蛋白酶优先水解含有疏水侧链的氨基酸残基，例如精氨酸和赖氨酸等[46]。综上，在蛋白酶使用过程中，需要根据饲料类型、不同生长时期等确定不同类型的蛋白酶及其添加量。

规范化与标准化的Meta 分析流程能够影响最终的分析结果，包括文献前期筛选，排除和纳入标准、文献质量评估、信息与数据提取、统计方法和证据呈现等。本文在分析过程中尽可能多地分析指标，以更全面、系统地展示蛋白酶的应用效果。但是，由于文章研究目的等不同，部分论文没有涉及一些指标，例如部分营养物质消化率（有机物、粗脂肪和总能等）、腹泻率、肠道指标（绒毛高度、隐窝深度和菌群结构等）和部分血清生化指标（总胆固醇和三酰甘油等）。为了保守分析，本研究放弃了这些指标，希望未来有更多高质量的研究证明蛋白酶对猪的其他方面的影响作用。除此之外，本研究仍存在一些不足之处：①纳入研究的样本数量不足；②各研究之间动物日龄与体重、试验周期、饲粮配方、蛋白酶种类及添加量等存在较大差异；③缺少质量评估标准，无法对试验结果的科学性进行客观验证等。因此，本研究更需要进一步拓展数据采集途径、增加研究样本数量、优化数据筛选及提取流程，进一步验证研究结果。

4 结论

Meta分析研究表明，饲粮中添加蛋白酶可以提高猪的平均日采食量和平均日增重，降低料重比，提高干物质和粗蛋白的消化率，降低血清中尿素氮含量，从统计层面为蛋白酶在生猪养殖过程中的应用效果提供一定的数据参考。