丁酸钠通过瘤胃-血液-肌肉轴调控羔羊脂质代谢的代谢组学机制及其对肉品营养价值的提升作用

　　本研究针对丁酸钠（SB）如何调控反刍动物脂肪酸代谢通路及组织间信号机制的知识空白，通过代谢组学方法系统揭示了SB通过增强不饱和脂肪酸生物合成、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢和花生四烯酸代谢通路活性，协调瘤胃上皮、血液和肌肉组织的脂肪酸代谢，最终改善羔羊肌肉组织脂肪酸组成的调控机制，为生产高营养价值肉制品提供了新策略。

　　

反刍动物，特别是地方品种，在全球人口生计中扮演着重要角色，是肉、奶、毛皮的重要来源，有助于粮食安全并提高畜牧生产者收入。作为许多地区动物蛋白的主要来源，羔羊肉因其富含长链n-3脂肪酸而备受推崇，这些脂肪酸以其健康益处闻名。因此，大量研究工作致力于通过动物生产期间的日粮调整来改变肉的脂肪酸组成，最直接和明确的目标是降低饱和脂肪酸（SFA）浓度，提高不饱和脂肪酸（UFA）水平，从而增强肉的营养吸引力。

羔羊的营养转移、吸收和代谢过程依赖于瘤胃上皮的功能。当反刍动物摄入更多可发酵碳水化合物时，瘤胃中短链脂肪酸（SCFA）浓度增加，刺激瘤胃上皮细胞发育。SCFA通过激活或抑制一系列信号通路，对能量运输、基因转录和代谢过程至关重要。研究表明，丁酸盐可直接促进反刍动物瘤胃上皮细胞增殖并减少凋亡，促进瘤胃乳头形成，从而增加营养吸收的表面积。同时，丁酸盐可促进脂肪细胞分化，通过调节参与脂肪酸合成和氧化的基因诱导脂肪细胞的代谢适应。因此，当前研究表明丁酸盐对动物的瘤胃发育和脂质代谢具有显著影响。

然而，当前关于丁酸盐在反刍动物中的研究主要强调其对瘤胃发育和整体生长性能的影响，丁酸盐对反刍动物脂肪酸代谢的系统性影响仍 largely unexplored。关键问题仍然存在，例如日粮中添加丁酸盐是否会改变瘤胃上皮组织的代谢谱，以及丁酸盐诱导的代谢物是否可以通过血液传输到骨骼肌，从而调节肌肉脂肪酸组成。

为了回答这些问题，研究人员开展了一项系统性的研究。该研究假设日粮中添加丁酸钠（SB）可以影响瘤胃发育和瘤胃上皮内的脂肪酸代谢，并通过血液传输来调节骨骼肌代谢，最终改善羔羊肌肉的脂肪酸组成。主要目标是首次系统阐明SB对羔羊瘤胃、血液和肌肉中脂肪酸代谢过程的影响。

研究人员采用了多种关键技术方法。研究使用了12只健康公羔羊（22.64 ± 1.94 kg，90日龄），随机分为对照组（CON，基础日粮）和SB组（基础日粮+10 g/天/只SB）。实验结束后，采集了瘤胃内容物、瘤胃上皮组织、血液和背最长肌（longissimus dorsi muscle, LDM）样本。通过代谢组学分析（包括非靶向和靶向分析）检测了瘤胃上皮、血浆和肌肉中的代谢物变化，使用气相色谱-质谱联用（GC-MS）靶向分析了肌肉脂肪酸组成，并通过实时定量PCR（qPCR）分析了脂肪酸代谢关键基因的表达。此外，还测定了瘤胃形态学、发酵参数和血浆生化指标。

研究结果揭示了SB的多方面效应：

Effects of dietary SB supplementation on growth performance of lambs

实验结束时，SB组的平均日增重（ADG）显著提高（P < 0.05），料重比（FCR）显著降低（P < 0.05），表明SB改善了羔羊的生长性能。

Effects of dietary SB supplementation on rumen epithelial morphology and characteristics of lambs

与CON组相比，SB促进了瘤胃上皮乳头的发育，乳头长度和宽度均显著增加（P < 0.05）。SB添加显著降低了瘤胃pH和氨氮（NH₃-N）浓度（P < 0.05），而乙酸、丁酸和总短链脂肪酸（SCFAs）含量显著增加（P < 0.05）。

Effects of dietary SB on lipid metabolites in rumen epithelial of lambs

PCA和OPLS-DA分析显示CON组和SB组瘤胃上皮代谢物存在整体差异。共鉴定出354个差异表达代谢物（DEMs），其中173个上调，181个下调。这些DEMs主要属于脂质和类脂分子（119个，34.20%），其中48个为脂肪酰基代谢物（40.34%）。SB组27个脂肪酰基代谢物（如二十碳-2,4,6,8,10-五烯酸、花生四烯酸等）相对浓度显著增加，而21个（如油酸、8,12-十八碳二烯酸等）显著降低。通路拓扑分析显示这些代谢物主要富集于不饱和脂肪酸生物合成、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢和花生四烯酸代谢等通路。

Plasma biochemical indicators

SB组血液中非酯化脂肪酸（NEFA）、β-羟基丁酸（BHBA）和极低密度脂蛋白（VLDL）水平显著升高（P < 0.05），而总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）水平显著降低（P < 0.05）。

Plasma metabolites

血浆中共鉴定出182个DEMs，其中86个下调，96个上调。这些DEMs中的39个与脂质代谢相关，包括24个甘油磷脂代谢物、14个脂肪酸代谢物和1个鞘脂。SB组16个代谢物上调，包括5个游离脂肪酸（如FFA (14:0)、FFA (18:3)等）、4个酰基肉碱和2个溶血磷脂酰胆碱等；23个代谢物下调，主要包括7个溶血磷脂酰胆碱、7个溶血磷脂酰乙醇胺等。KEGG富集分析显示这些DEMs主要聚集于甘油磷脂代谢、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢、花生四烯酸代谢等通路。

Metabolites of the longissimus dorsi muscle

LDM代谢组学分析共鉴定出337个DEMs，其中67个被命名，42个上调，25个下调。30个代谢物被鉴定为脂质和类脂分子，其中20个显著上调（主要为脂肪酰基，如花生酸、丁酰基-l-肉碱等），10个显著下调（主要为甘油磷酸胆碱，如PC (15:0/P-18:1(9Z))等）。这些差异代谢物分布于5个主要代谢通路，其中9个代谢物特异注释于脂质代谢，主要通路包括甘油磷脂代谢、花生四烯酸代谢、α-亚麻酸代谢、亚油酸代谢和不饱和脂肪酸生物合成。

Targeted fatty acids in the longissimus dorsi muscle

靶向分析显示，SB添加显著增加了LDM中总单不饱和脂肪酸（MUFAs, P = 0.038）和多不饱和脂肪酸（PUFAs, P = 0.041）含量。具体而言，SB增加了C14:0、C15:0、C16:1、C18:3 n-6、C20:4 n-6和C20:5 n3的含量，而降低了C19:0和C20:2的含量。

Expression analysis of fatty acid metabolism genes in the longissimus dorsi muscle

SB组LDM中脂肪酸代谢基因的相对表达水平发生显著变化：FASN（脂肪酸合酶）、SCD（硬脂酰-CoA去饱和酶）、CD36（血小板糖蛋白4）、PPARα（过氧化物酶体增殖物激活受体α）、FADS2（脂肪酸去饱和酶2）、ELOVL5（极长链脂肪酸延伸酶5）和ELOVL6 mRNA表达显著上调，而ACC1（乙酰辅酶A羧化酶1）mRNA表达显著下调。

研究结论与讨论部分强调，日粮中添加SB通过协调瘤胃-血液-肌肉轴上的脂肪酸代谢，显著改善了羔羊的生长性能、瘤胃发育和肌肉脂肪酸组成。SB促进了瘤胃上皮乳头的生长，增加了SCFAs的产生，并通过调控不饱和脂肪酸生物合成、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢和花生四烯酸代谢等关键通路，提高了肌肉中PUFAs（如C20:4 n-6和C20:5 n-3）的含量。同时，SB还影响了血液中的脂质代谢物（如酰基肉碱和游离脂肪酸）和肌肉中相关基因的表达（如上调SCD、ELOVL5和ELOVL6），进一步促进了长链UFAs的合成与沉积。这些发现不仅阐明了SB通过多组织协同作用改善羔羊肉质营养价值的机制，也为生产富含健康脂肪酸的高品质肉制品提供了重要的理论依据和应用策略。然而，研究也存在样本量较小、缺乏动态监测和肉质直接测量等局限性，未来需结合多组学技术和更大样本进行深入验证。