Fysiologisch regulatiemechanisme van tributyrine en de toepassing ervan in de dierlijke productie
De laatste jaren worden antibiotica op grote schaal gebruikt in de veehouderij om dierziekten te voorkomen en de productieprestaties te verbeteren. Het gebruik van antibiotica is een effectief middel om intensieve en grootschalige productie te ontwikkelen. Door het overmatige gebruik van antibiotica is echter een ernstige medicijnafhankelijkheid ontstaan, wat leidt tot bacteriële resistentie en antibioticaresten, die de gezondheid van mens en dier ernstig bedreigen. Daarom is onderzoek naar nieuwe antibiotica-alternatieven de laatste jaren een hotspot voor onderzoek geworden. Het ontwikkelen van groene, efficiënte en veilige antibiotica-alternatieven is een primaire taak voor de ontwikkeling van de veehouderij in China en wereldwijd. Tributyrine (TB) is een veresteringsproduct van boterzuur en glycerol, met een lange halfwaardetijd en geen toxische bijwerkingen. Het kan worden afgebroken door pancreaslipase in de dierlijke darm om 3 moleculen boterzuur en 1 molecuul glycerol te produceren, die vervolgens door het bloed naar verschillende weefsels en organen in het lichaam worden getransporteerd om hun effecten uit te oefenen. Het toevoegen van TB aan het dieet kan de groeiprestaties van dieren verbeteren, de darmontwikkeling bevorderen, de immuniteit verbeteren en de gezondheid van het dierlijk lichaam verzekeren. Dit artikel bespreekt de fysicochemische eigenschappen, metabolische paden, fysiologische functies, werkingsmechanismen en toepassingen van TB in de dierlijke productie, met als doel theoretische referenties te bieden voor de regulering van de darmgezondheid en onderzoek in de dierlijke productie met behulp van TB als een nieuw voeradditief.
1. Kenmerken en metabolische routes van TB
1.1 Fysicochemische kenmerken van TB
TB, ook bekend als glyceroltributyraat, is het product van de verestering van 3 moleculen boterzuur en 1 molecuul glycerol. Het is een typisch boterzuurderivaat, behorend tot korteketenvetzuuresters, met de moleculaire formule C15H26O6 en een relatieve moleculaire massa van 302,36. De moleculaire structuur is weergegeven in Figuur 1. TB is over het algemeen een kleurloze olieachtige vloeistof met een licht vettig aroma en een licht bittere smaak. Het is extreem moeilijk op te lossen in water, maar gemakkelijk oplosbaar in ethanol, chloroform en ether, met een smeltpunt van -75 graden en een kookpunt van 305-310 graden, waardoor de fysisch-chemische eigenschappen relatief stabiel zijn.
1.2 Metabole paden van TB
TB, een type lipide, heeft metabolische routes die nauw verwant zijn aan die van lipidenmetabolisme en absorptiemechanismen. Tijdens de vertering van lipiden in het dierlijk lichaam, heeft lipase de sterkste activiteit op triglyceriden, gevolgd door diglyceriden, en de zwakste op monoglyceriden, met name 2-monoglyceriden. In het proces van vetabsorptie, speelt de monoglyceride route een dominante rol, met 2-monoglyceriden als belangrijkste absorptieroute omdat pancreas lipase specifiek de 1,3 posities van triglyceriden hydrolyseert om 2-monoglyceriden en vrije vetzuren te produceren. Zowel 1-monoglyceriden als 2-monoglyceriden kunnen volledig worden geabsorbeerd door intestinale epitheelcellen en de lymfe binnendringen, waarbij sommige de bloedbaan binnendringen om hun effecten uit te oefenen. Er zijn enzymen in de microsomen die monoglyceriden verder veresteren tot triglyceriden, met een voorkeur voor het gebruik van 2-monoglyceriden.
TB is een typisch kortketenvetzuurderivaat. Omdat het lipasegehalte in de mond en maag van het dier erg laag is en TB niet gemakkelijk wordt afgebroken door maagzuur, vinden de vertering en absorptie ervan voornamelijk plaats in de darm. Door de werking van pancreas-lipase en micro-organismen in de dikke darm in de darm, wordt TB geleidelijk en langzaam afgebroken tot glycerol, boterzuur en een zeer kleine hoeveelheid monobutyrine. De geproduceerde glycerol kan het celmembraan doordringen en de cel binnengaan om deel te nemen aan het metabolisme, terwijl de absorptie en het transport van boterzuur voornamelijk via twee routes plaatsvinden: ten eerste door energie te leveren aan darmcellen. De darm selecteert bij voorkeur boterzuur om energie te leveren. Na binnenkomst in de cel wordt boterzuur afgebroken tot acetyl-CoA door -oxidatie, waarbij het de tricarbonzuurcyclus binnengaat om energie te leveren voor het lichaam, of ketonlichamen vormt in de lever, die worden geoxideerd om energie te leveren voor extrahepatische weefsels. Ten tweede, het synthetiseren van triglyceriden in het lichaam. Wanneer het lichaam geen vetzuren meer nodig heeft om energie te leveren, synthetiseren boterzuur, glycerol en monobutyrine opnieuw triglyceriden die zijn opgeslagen in adipocyten.
2. Fysiologische functies en werkingsmechanismen van TB
2.1 Energievoorziening
Boterzuur is een belangrijke voedingsstof voor cellen in de darmen. De cellen in de dikke darm zijn voornamelijk afhankelijk van boterzuur als energiebron. TBC, dat in de darmen door pancreaslipase wordt afgebroken, produceert boterzuur, dat energie levert aan de cellen van het darmslijmvlies. Tot wel 75% van de energie voor de darmen komt uit boterzuur.
2.2 Regulering van de intestinale barrièrefunctie
TB kan dienen als energiebron voor intestinale mucosale epitheelcellen, de proliferatie en rijping van gastro-intestinale epitheelcellen bevorderen, de morfologische structuur van de darm van het dier verbeteren, het contactoppervlak tussen voedsel en de darm vergroten en het vermogen van het lichaam om voedingsstoffen te absorberen verbeteren. Door de intestinale permeabiliteit te verminderen, de activiteit van intestinale spijsverteringsenzymen te bevorderen, mucinesecretie te bevorderen en tight junction-eiwitten tot expressie te brengen, versterkt TB de intestinale barrièrefunctie bij dieren.
2.3 Regulering van de balans van de intestinale microbiota
Na binnendringen in de darm produceert TB butyraat door de werking van pancreas lipase. Butyraat kan de zuurgraad van het spijsverteringskanaal verlagen, bacteriën binnendringen en ontbinden om waterstofionen en butyrationen te produceren, wat leidt tot intracellulaire verzuring. Dit zorgt ervoor dat een groot aantal zuur-intolerante schadelijke bacteriën zoals Escherichia coli en Salmonella afsterven, terwijl zuur-tolerante nuttige bacteriën zoals Lactobacillus en Bifidobacterium in grote aantallen prolifereren, waardoor de balans van de darmflora bij dieren behouden blijft.
2.4 Regulering van de immuunfunctie
TB heeft een bepaald regulerend effect op het immuunsysteem van dieren en draagt bij aan de regulering van het immuunsysteem van het lichaam. TB ontleedt in de darmen om boterzuur te produceren, dat ontstekingsremmende effecten uitoefent door de activering van het nucleaire transcriptiefactor-κB (NF-κB) pad te remmen, waardoor de genexpressie van pro-inflammatoire cytokinen zoals tumornecrosefactor- (TNF-), interleukinen (IL) IL-1 , IL-2, IL-6, IL-8 en IL-12 wordt verminderd. TB kan de immuunfunctie van dieren verbeteren via verschillende paden, door de activiteit van immuunstoffen te verbeteren, de proliferatie van regulerende T-cellen (Tregs) te bevorderen, de expressie van ontstekingsremmende cytokinen te verhogen, de expressie van pro-inflammatoire cytokinen te verminderen en de antioxiderende capaciteit te verbeteren om de immuniteit van dieren te versterken.
2.5 Regulering van het metabolisme
Talrijke studies hebben aangetoond dat korteketenvetzuren een belangrijke rol spelen in energiehomeostase en lipidenmetabolisme door hormonale en neurale signalen in verschillende weefsels te stimuleren en zo het metabolisme van dieren te reguleren. TB, afgebroken door pancreas-lipase in de darm om butyraat te produceren, neemt deel aan de regulering van de metabolische gezondheid in het lichaam.
3 Toepassing van TB in de veehouderij
Als voorloper van butyraat is TB een uitstekend butyraatsupplement met stabiele fysicochemische eigenschappen, veilig en niet-toxisch, dat de problemen van de onaangename geur en vluchtigheid van butyraat aanpakt, en de moeilijkheid van directe aanvulling. Het heeft brede toepassingsmogelijkheden op het gebied van diervoeding. Als voeradditief kan TB direct inwerken op het spijsverteringskanaal van dieren, energie leveren voor de darmen, de gezondheid van de darmen verbeteren en de groeiprestaties en gezondheidsstatus van dieren reguleren.
3.1 Verbetering van de groeiprestaties
Het toevoegen van TB aan voer is op grote schaal toegepast in verschillende scenario's voor dierlijke productie. Het aanvullen van de juiste hoeveelheid TB in het dieet kan de gemiddelde dagelijkse groei van proefdieren verhogen, de voer-tot-groeiverhouding verlagen en de groeiprestaties van dieren verbeteren, met aanbevolen toevoegingspercentages variërend van 0.075% tot 0,25%.
3.2 Verbetering van de darmgezondheid
TB kan een positieve rol spelen in de gezondheid van de dierlijke darm door de darmmorfologie te verbeteren, de balans van de darmmicrobiota te reguleren en de darmbarrière en antioxiderende capaciteiten te versterken. Het toevoegen van TB kan de activiteit van serumglutathionperoxidase (GSH-Px), trypsine en pepsine in graskarpers aanzienlijk verhogen, waardoor de spijsverterings- en antioxiderende capaciteiten van de darmen worden verbeterd. Als energiebron voor de darmen kan TB de darmmorfologie effectief verbeteren en herstellen, de spijsverterings- en absorptiecapaciteiten verbeteren, de proliferatie van nuttige bacteriën bevorderen, de microbiotastructuur verbeteren, oxidatieve stressreacties verlichten, de darmontwikkeling bevorderen en de gezondheid van het lichaam waarborgen.
3.3 Vervanging van antibioticagebruik
Momenteel zijn er relatief weinig rapporten over het vervangen van antibiotica door TB, zowel nationaal als internationaal. Het toevoegen van TB aan het dieet heeft vergelijkbare effecten op de groeiprestaties als het toevoegen van antibiotica bij gespeende biggen, en TB en antibiotica hebben synergetische effecten. TB kan de eetlust van LPS-uitgedaagde biggen stimuleren, darmschade en groeivertraging verlichten door ontstekingsfactoren te reguleren, ileale fibroblastgroeifactor 19 (FGE19) tot expressie te brengen en darmacetaat te fermenteren. Langdurig gebruik van antibiotica kan de structuur van de darmmicrobiota veranderen, wat de expressie van anionenwisselaars, butyraattransportreceptoren en tight junction-eiwitten beïnvloedt, wat leidt tot darmschade. Het toevoegen van TB kan door antibiotica veroorzaakte darmschade verlichten en de gezondheid van de darmen waarborgen. Huidig onderzoek naar TB als vervanging voor antibiotica is echter nog relatief beperkt en er zijn verdere studies nodig voor bredere toepassing.
4. Conclusie
Tuberculose vervult meerdere biologische functies, zoals het leveren van energie aan het lichaam, het handhaven van de integriteit van de darmen, het reguleren van de structuur van de darmflora en het bijdragen aan immuun- en stofwisselingsreacties.
(Uittreksel uit: Acta Animal Nutrition 2020, 32 (12): 5547-5555)
Anthony Liang - Hangzhou Well Sunshine Biotech Co.,LTD, mei 2024
Sunshine Group richt zich al twaalf jaar op de productie en ontwikkeling van natriumbutyraatproducten.
