β-羥基-β-甲基丁酸在豬胴體品質(zhì)、生產(chǎn)性能及免疫機能的應用研究進展

張海澤，胡冰艷，李雨晴，龐衛(wèi)軍

（西北農(nóng)林科技大學動物科技學院，陜西 咸陽 712100）

β-羥基-β-甲基丁酸（HMB）是一種支鏈短鏈脂肪酸，在動物體內(nèi)由亮氨酸代謝產(chǎn)生，一些植物如紫花苜蓿、柚子等也富含HMB。HMB具有調(diào)控蛋白質(zhì)合成與降解、增強免疫機能、減少疾病發(fā)生等作用[1-3]。HMB用于畜牧生產(chǎn)開始于20世紀九十年代，最早由Nissen等[4]開始探究HMB對肉雞生長、死亡率和胴體品質(zhì)的影響。大量研究表明，豬飼料中添加HMB有促進肌肉生長、改善胴體性狀、提高母豬及仔豬的生產(chǎn)性能等作用[5-6]。近年來，HMB在豬生產(chǎn)領域的研究取得了新進展。本文總結(jié)了β-羥基-β-甲基丁酸的代謝途徑、主要功能、及在豬生產(chǎn)中的應用，以期能為HMB在豬生產(chǎn)中的實際應用提供思路和方向。

1 HMB的代謝途徑

β-羥基-β-甲基丁酸（HMB）可由機體經(jīng)代謝產(chǎn)生。研究表明，在健康機體中，體內(nèi)的亮氨酸在肝臟或其他組織內(nèi)經(jīng)轉(zhuǎn)氨基作用生成α-酮異己酸（α-KIC）[7]，α-KIC在體內(nèi)有兩種代謝途徑：90%～95%的α-KIC在肝臟線粒體中，在α-酮酸脫氫酶的作用下生成異戊酰基輔酶A，在線粒體內(nèi)進一步分解代謝，生成β-羥基-β-甲基戊二酰-輔酶A ( HMG-CoA)；5%～10%的α-KIC在肝細胞內(nèi)，α-KIC在雙加氧酶的催化下直接生成HMB，與代謝途徑中的其他酶不同，這種酶需氧[8]。體內(nèi)10%～40%的HMB隨著尿液排出體外[9]，其余HMB再進一步代謝，生成HMG-CoA。HMG-CoA最終生成乙酰乙酸（acetoacetate）、乙酰輔酶A（Acetyl CoA）和膽固醇，參與修復細胞膜[10]。HMB的代謝途徑見圖1。

圖1 HMB的生成及代謝途徑

2 HMB對豬胴體品質(zhì)、生產(chǎn)性能、免疫機能的影響

HMB在豬生產(chǎn)中的研究，大多數(shù)是關于其對豬胴體品質(zhì)、母豬的繁殖性能、仔豬的生長發(fā)育和對母豬及仔豬免疫力的研究（表1）。對于HMB在生長肥育豬中作用的研究以及HMB是否可以作為一種抗生素替代物方面的研究，在后非洲豬瘟時代及全面禁抗大背景下可能具有一定研究意義。

表1 HMB在豬生產(chǎn)中的應用研究

2.1 HMB對豬胴體品質(zhì)的影響

大量試驗結(jié)果表明，在豬飼糧中添加HMB對肉品質(zhì)的影響主要表現(xiàn)在改善胴體組成，減少蛋白質(zhì)分解，促進蛋白質(zhì)合成，增加胴體肌肉含量和降低脂肪含量，此外對豬的脂肪酸組成具有積極的調(diào)節(jié)作用，飼糧補充HMB是調(diào)節(jié)豬脂質(zhì)代謝的有效方法。

Holecek等[23]研究表明HMB對蛋白質(zhì)降解的抑制主要是抑制骨骼肌中蛋白酶體依賴性蛋白質(zhì)水解，以及與血液中谷氨酸、谷氨酰胺和丙氨酸水平降低有關；Girón等[24]研究表明HMB能夠在沒有發(fā)生氨基酸剝奪的條件下最大限度地提高骨骼肌中的蛋白質(zhì)合成；Duan等[11]采用60頭豬[（21±2）日齡，（5.86±0.18） kg體重]進行2×3析因子設計，試驗進行了15 d的0.60% HMB飼糧補充處理，結(jié)果顯示，飼料中添加HMB導致生長豬的脂肪減少，同時補充HMB調(diào)節(jié)脂肪組織功能，包括脂肪酸氧化、脂肪分解和脂肪因子合成及分泌；Wan等[12]研究發(fā)現(xiàn)，妊娠母豬飼糧添加HMB顯著提高了斷奶仔豬背最長肌雷帕霉素靶蛋白（mTOR）和SRY-Box轉(zhuǎn)錄因子6（Sox6）的mRNA表達，增加了肥育豬眼肌面積和背最長肌Ⅱ型肌纖維橫截面積，其結(jié)果表明HMB通過增加酵解型肌纖維橫截面積來改善肥育豬生長性能及胴體品質(zhì)；Zhong等[13]研究發(fā)現(xiàn)，HMB改善了生長豬骨骼肌中的肌肉脂肪酸組成并改變了脂質(zhì)代謝。飼喂HMB增加了5'-一磷酸腺苷（AMP）活化蛋白激酶（AMPK）磷酸化同時減少mTOR磷酸化，與脂質(zhì)代謝相關基因的mRNA表達一致。因此推測補充HMB可能通過AMPK-mTOR信號通路調(diào)節(jié)主要在氧化骨骼肌中的脂質(zhì)合成代謝和分解代謝。在最近的試驗中，Zheng等[14]試驗結(jié)果表明，在飼糧中添加0.13% HMB顯著提高了巴馬香脂肪組織n-3多不飽和脂肪酸（PUFA）含量和降低n-6/n-3 PUFA比值，表明飼糧中添加適量HMB后改善了巴馬香豬的血脂代謝及胴體品質(zhì)。

綜上，HMB對生長豬或是斷奶仔豬都具有積極的改善胴體以及促進蛋白質(zhì)生成的作用，在未來的研究中，可以進一步探索HMB對于生長豬肌內(nèi)脂肪含量的影響，提高肉品質(zhì)，這對于畜牧生產(chǎn)具有重要意義。

2.2 HMB對母豬及仔豬生產(chǎn)性能的影響

2.2.1 HMB對母豬生產(chǎn)性能的影響 在母豬妊娠后期及哺乳期補充HMB會影響母豬的初乳成分和泌乳量、提高新生仔豬的存活率以及可能具有防止母豬骨質(zhì)流失的功能，此外會對妊娠期母豬的采食量造成影響。

Flummer等[15]研究表明，在母豬妊娠后期及哺乳期飼糧中補充5 g/d HMB會提高母豬初乳量，但不影響初乳的成分，此外可增加豬乳的脂肪含量、干物質(zhì)和能量，降低初生仔豬的死亡率。同時，朱加桃[16]的研究發(fā)現(xiàn)，在圍產(chǎn)期母豬飼糧中添加HMB改善母豬的血液生化指標，提高母豬泌乳量和乳脂率，降低了仔豬宮內(nèi)生長受限（IUGR）的發(fā)生率，提高仔豬在泌乳第7天和斷奶時的體重并增加仔豬平均日增重。此外，Tomaszewska等[25]通過評估小鼠骨小梁和致密骨以及透明和骨骺軟骨的變化，確定懷孕期間補充HMB對產(chǎn)后骨組織質(zhì)量的影響，其結(jié)果顯示妊娠中期補充膳食HMB可加強骨代謝過程并防止妊娠期間骨質(zhì)流失，HMB對妊娠母豬骨質(zhì)的影響尚未發(fā)現(xiàn)，很有可能也具有加強骨代謝過程并防止骨質(zhì)流失的功能。

研究表明，不同劑量的HMB對于母豬的采食量會產(chǎn)生不同的影響：Nissen等[26]自母豬產(chǎn)前3～4 d至仔豬斷奶飼喂添加2 g/d的HMB飼糧，顯著增加了HMB組母豬泌乳期間背膘損失，采食量有降低的趨勢；Wan等[12]研究表明，母豬在飼糧中添加4 g/d的HMB會降低母豬泌乳期的采食量；朱加桃[16]研究表明，在母豬飼糧中添加0.10% HMB顯著降低母豬泌乳期采食量，0.2%的添加量無顯著影響，0.3%的添加量可顯著提高母豬泌乳期采食量。這些結(jié)果表明，飼料中添加HMB影響母豬泌乳期的采食量，但由于此前的研究未對HMB進行更為詳細、準確的定量，且需要考慮所使用的母豬飼料中亮氨酸的水平，因此對于飼料中添加HMB對母豬采食量產(chǎn)生的影響需要更為科學、全面的研究。

以上研究都表明，在母豬妊娠后期及哺乳期補充HMB對妊娠母豬生產(chǎn)具有積極作用，但對于HMB的使用劑量還需要更為全面的研究。在未來的研究中可以探究HMB是否具有對母豬妊娠后期氧化應激的緩解作用以及母豬分娩后恢復生產(chǎn)狀態(tài)是否具有積極的影響。

2.2.2 HMB對仔豬生長發(fā)育的影響 研究表明，對母體膳食蛋白質(zhì)水平的任何限制都會降低胎兒蛋白質(zhì)血漿濃度，包括谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸等氨基酸的濃度，從而導致生長發(fā)育進一步遲緩[27]，在母豬妊娠期補充HMB對仔豬的生長發(fā)育有重要影響，可提高新生仔豬的成活率、促進仔豬骨骼肌發(fā)育[28]、促進仔豬腸道黏膜發(fā)育并對新生仔豬骨骼系統(tǒng)發(fā)育具有顯著影響。

Wan等[12]研究表明，補充HMB的新生豬其背最長?。↙D）和半腱?。⊿T）肌肉的相對重量比對照組更高。此外，母體HMB治療增加了肌源性基因的mRNA水平，包括肌肉調(diào)節(jié)因子4（MRF4）、肌源性分化因子（MyoD）和胰島素樣生長因子1（IGF-1），說明HMB可以改善仔豬的生長性能，促進仔豬生長發(fā)育。

補充HMB可刺激新生豬的骨骼肌中的蛋白質(zhì)合成，同時具有促進仔豬骨骼發(fā)育的功能。Tomczyk-Warunek等[29]試驗研究評估母親在懷孕期間補充HMB對其后代骨骼系統(tǒng)發(fā)育的影響，試驗結(jié)果表明，在懷孕期間給予母親HMB在許多方面顯著影響仔豬肱骨的發(fā)育，母豬在懷孕期間補充HMB會影響其后代的多重指數(shù)，提高了仔豬肱骨質(zhì)量和長度，壓實骨和小梁骨的膠原結(jié)構(gòu)也發(fā)生了變化。同時，Kao等[17]研究結(jié)果也表明，腸內(nèi)補充HMB通過刺激蛋白質(zhì)合成和衛(wèi)星細胞增殖來增加新生兒的骨骼肌蛋白質(zhì)合成代謝。Wheatley等[18]研究也表明，補充HMB通過刺激翻譯啟動來增強新生兒骨骼肌中的蛋白質(zhì)合成。?wietlicka等[19]使用傅里葉變換紅外顯微光譜（FTIR顯微光譜）和多變量分析研究對補充HMB期間發(fā)生的關節(jié)軟骨（AC）主要成分分布變化的頻率范圍。其結(jié)果表明添加HMB增加了AC組織膠原蛋白和蛋白多糖含量，同時提高了AC組織的硬度。短鏈脂肪酸（SCFA）已被證明是仔豬斷奶后腸上皮細胞的重要能量來源[30]，補充HMB可以增加仔豬腸道中SCFA的濃度，同時可以減輕仔豬由免疫應激引發(fā)的腸道功能障礙。Zheng等[20]研究結(jié)果顯示，補充HMB顯著增加了脂多糖（LPS）誘導處理的仔豬末端回腸中SCFA（尤其是丁酸）的濃度，還改善了仔豬腸道完整性和功能，調(diào)節(jié)AMPK信號通路和腸道微生物群落。這表明HMB具有減輕仔豬腸道損傷的能力，以改善受到LPS攻擊的斷奶仔豬的腸道健康狀況和生長性能；不僅可以促進腸黏膜的生長，還可以以SCFA的形式為仔豬提供能量。

2.3 HMB對母豬及仔豬免疫機能的影響

仔豬可以從兩個方向獲得免疫保護：在自然狀態(tài)下仔豬自身免疫系統(tǒng)的發(fā)育獲得的主動免疫以及由母乳中免疫球蛋白提供的被動免疫保護[31-32]。仔豬胎兒在母體內(nèi)生長發(fā)育時，母豬體內(nèi)的免疫球蛋白大多無法傳遞給胎兒，因此初生仔豬基本沒有獲得性免疫保護[33]；此外，初生仔豬自身的免疫系統(tǒng)發(fā)育不成熟，免疫功能不健全，仔豬的成活必須依靠母豬乳汁中的免疫球蛋白，以此獲得被動免疫[34]。因此，仔豬斷奶前在母乳中免疫球蛋白水平下降，而自身的免疫系統(tǒng)發(fā)育完全之前的這段時期，是病原微生物侵擾高發(fā)階段。

近年來關于HMB對豬免疫機能影響的研究開展逐漸增多，研究發(fā)現(xiàn)在母豬飼糧中補充HMB，可提高母豬及仔豬機體主動免疫能力，主要表現(xiàn)在提高淋巴細胞增殖能力、強化巨噬細胞功能和增加仔豬體內(nèi)抗體量。耿文靜等[21]哺乳母豬飼糧中添加0.2% HMB，母豬血清中IgG[35]含量極顯著提高，而且母豬初乳中IgG含量有提高的趨勢。Krakowski等[36]按母豬體重15 mg/kg添加HMB，發(fā)現(xiàn)添加HMB顯著增加了母豬血清和初乳中IgG的濃度；李永明等[22]在妊娠后期至哺乳期母豬飼料中添加2 000 mg/kg的HMB，其結(jié)果顯示，試驗組母豬在妊娠第98天、分娩當天及分娩后第14天血清IgG含量和IgM含量均有不同程度的提高；試驗組仔豬7日齡血漿IgG、IgM含量顯著提高；試驗組仔豬14日齡血漿IgG、IgM及21日齡血漿IgG含量均高于對照組，但差異不顯著。以上研究都表明，HMB可提高仔豬的免疫機能，這有利于提高仔豬日后的生產(chǎn)成績，提高經(jīng)濟效益。

此前有研究表明，在飼料中添加HMB可以提高魚類[37]、肉雞[38]、小牛[39]、山羊[40]等動物的免疫能力，對機體有積極的作用，但在生長豬中的應用還未見研究，對豬的免疫機能的影響還需要更多的研究來充當理論支持。在當今全面禁抗的大背景下，尋找安全、有效的抗生素代替物十分重要，HMB作為機體可代謝產(chǎn)生的物質(zhì)，具有天然的優(yōu)勢，因此，HMB或許有潛力成為一種新型的抗生素替代物應用在豬生產(chǎn)中。

3 總結(jié)與展望

目前在豬生產(chǎn)中的應用，主要存在以下幾個問題。

（1）HMB的添加劑量沒有標準。以往的研究表明HMB的不同使用劑量會產(chǎn)生不同的影響，因此探究最適于生產(chǎn)的劑量十分重要，對于HMB使用劑量的問題很有可能未來研究HMB在豬生產(chǎn)中應用的一個值得考慮的方向。

（2）飼料配方需考慮HMB與亮氨酸之間在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的問題。亮氨酸是體內(nèi)唯一的生酮氨基酸，研究發(fā)現(xiàn)，母豬妊娠后期，賴氨酸∶蘇氨酸∶纈氨酸∶亮氨酸的相對理想比率100∶71∶66∶95[41]。妊娠母豬除賴氨酸外，對于亮氨酸的需求量也很大，因此對于飼料中亮氨酸在體內(nèi)轉(zhuǎn)化為HMB的量也需要充分考慮。

（3）外源性HMB攝入對中間代謝物水平的影響尚不清楚。外源補充HMB是否會對亮氨酸在母豬體內(nèi)的代謝產(chǎn)生影響以及是否其他代謝產(chǎn)物發(fā)揮作用還需要進一步的研究。

此外，國內(nèi)也尚未有HMB在實際生產(chǎn)中使用的案例，也并未有相應的規(guī)定與監(jiān)管，因此對于HMB的推廣使用還需要一定時間，可以在一定范圍內(nèi)在豬生產(chǎn)中試點使用HMB，以觀察使用效果是否適合大范圍推廣應用，并設立嚴格的飼料監(jiān)管體系，避免出現(xiàn)HMB濫用的現(xiàn)象。總之，HMB在當今時代的畜牧生產(chǎn)領域中具有很高的使用潛力，相信隨著研究的深入開展，HMB一定能在畜牧生產(chǎn)中發(fā)揮出更大的作用。