肠道健康作为家禽营养利用率的决定因素：生物学基础与营养优化

《The Journal of Nutrition》：Gut health as a determinant of nutrient use efficiency in poultry: biological basis and nutritional optimization

　　

# 肠道健康与家禽生产中营养利用效率的关系

## 摘要

高效的营养利用是家禽可持续生产的基础，因为它影响生产性能、饲料成本、动物福利和环境中营养物质的流失。尽管传统上对营养利用率的改善主要关注日粮配方和饲料添加剂，但越来越多的证据表明，肠道健康是决定营养消化、吸收和保留的核心生物学因素。肠道健康涉及肠道形态、消化生理、上皮屏障完整性、肠道微生物群和黏膜免疫稳态之间的协同相互作用，这些因素的协同作用共同调节营养利用效率。营养失衡、肠道病原体、热应激、真菌毒素和管理相关应激因素会破坏这些组成部分，从而损害消化和吸收功能，增加肠道通透性，改变微生物生态，并将营养物质从生产性过程重新分配至免疫激活和组织修复。因此，维持肠道稳态已成为现代家禽营养学的主要目标。本综述综合了当前关于肠道健康与营养利用效率之间生物学机制的联系，并探讨了肠道发育、消化功能、营养转运、屏障完整性、微生物代谢和免疫调节如何相互作用以决定生产性能。本文讨论了损害肠道功能的主要营养、环境和病理因素，以及包括精准日粮配方、微生物群调控、饲料酶、功能性氨基酸、植物源化合物、抗氧化剂和微量元素在内的当前营养策略，这些策略可改善肠道功能和营养利用。综上所述，本综述综合的证据表明，维持肠道健康是最大化营养利用效率的基础，为在减少营养流失的同时提高生产效率、支持更可持续的家禽生产提供了生物学基础。

## 引言

全球家禽产业在满足日益增长的高质量动物蛋白需求方面发挥着至关重要的作用，这是因为与畜禽种类相比，家禽具有生产周期快、饲料转化效率高且环境足迹相对较低的特点。然而，家禽生产的持续扩展伴随着对饲料资源可用性、环境可持续性和生产效率日益增长的担忧[1]、[2]、[3]、[4]。饲料约占家禽生产总成本的60%–70%[5]、[6]，因此提高营养利用效率已成为经济和环境可持续性的主要优先事项[5]、[7]。提高家禽对日粮营养物质的消化、吸收和利用效率，不仅有助于改善生长性能和生产力，还能减少氮和磷的排泄，减少饲料浪费，并降低集约化家禽生产的环境影响。

定量指标进一步说明了家禽主要营养物质之间营养利用效率的差异。对于氨基酸，An和Kong[8]报道了肉鸡标准化回肠消化率的变化：玉米中赖氨酸从10日龄的75.1%增加到22日龄的81.8%，豆粕中从86.5%增加到89.5%；相应的苏氨酸消化率分别从71.8%增加到82.7%和从81.4%增加到86.8%。能量利用也随原料来源和能量评估方法的不同而变化；Lopez和Leeson[9]报道了生长肉鸡中玉米的代谢能（AME）值约为14.0–14.4 MJ/kg，豆粕为10.0–10.7 MJ/kg，而相应的氮校正代谢能（AMEn）值分别约为13.7和9.2–9.3 MJ/kg。磷的利用率可能明显较低；一项对103项肉鸡试验的荟萃分析估计，接受对照日粮的禽只磷保留率为48.4%，而添加植酸酶（平均1,039 FTU/kg）使磷保留率提高了8.6个百分点[10]。能量利用通常以表观代谢能（AME）或氮校正表观代谢能（AMEn）进行评估，而不是以单一的百分比效率来表示[9]。总体而言，这些定量指标表明，营养物质的利用效率因营养类型、原料来源、禽只日龄和日粮干预措施的不同而存在显著差异。

营养利用效率指的是禽只有效消化、吸收、代谢和保留营养物质以维持维持、生长、繁殖和免疫功能，同时最小化通过排泄物的营养流失的能力[11]、[12]、[13]。传统上，营养利用率的改善主要集中在饲料配方、原料质量、外源酶添加、氨基酸平衡和遗传选育等方面。肠道营养物质转运体的表达和活性也是吸收能力的重要决定因素，转运体的表达会响应日粮组成、营养可用性和肠道发育[14]、[15]。尽管这些方法已大幅提高生产效率，但越来越多的证据表明，其效果在很大程度上取决于胃肠道的功能状态。因此，肠道健康已成为现代家禽生产中营养利用效率最重要的生物学决定因素之一[16]、[17]、[18]。

过去十年间，肠道健康的概念有了很大发展。肠道健康不再仅仅代表不存在肠道疾病，现在被认为是涉及肠道形态、上皮屏障完整性、消化和吸收功能、定植微生物群、黏膜免疫和神经内分泌调节之间协同作用的动态和多元状态[19]、[20]。这些相互关联的组成部分共同维持肠道稳态，在实现有效消化和营养吸收的同时，保护宿主免受病原体侵袭和过度炎症反应的侵害[20]、[21]、[22]。其中任何一个组成部分的破坏都会损害消化功能，损害营养利用，并将营养物质从生产性过程转移至免疫激活和组织修复。

营养、环境和管理因素在整个生产周期中持续影响肠道健康。日粮组成、饲料加工、纤维特性、抗营养因子、饲料添加剂、水质、饲养密度、热应激、病原体暴露和早期生命营养均可改变肠道形态、微生物生态、免疫反应和消化能力[20]、[22]、[23]。旨在提高营养利用效率的干预措施日益关注维持肠道稳态，而非简单地最大化日粮中的营养物质浓度。因此，现代营养策略旨在通过精准营养和靶向调节微生物群、上皮功能和宿主代谢来优化胃肠道生态系统[7]、[20]、[24]。

尽管已有许多综述分别探讨了家禽肠道健康、肠道微生物群、饲料添加剂、消化生理或特定营养干预措施，但相对较少关注肠道健康作为营养利用效率核心生物学调节器的作用。随着家禽生产向精准营养和可持续资源利用方向发展，整合当前关于肠道生理、微生物生态、屏障功能、免疫调节和营养调控的跨领域知识尤为重要。对这些相互关联过程进行机制性理解，是解释为何食用相似日粮的禽只在营养消化率、饲料效率和生产性能方面经常表现出显著差异的必要条件。

因此，本综述综合了当前关于肠道健康在家禽营养利用效率中的作用作为决定因素的现有证据。重点放在将肠道结构、消化功能、上皮屏障完整性、肠道微生物群和免疫稳态与营养消化、吸收、代谢和保留联系起来的生物学机制上。本综述还讨论了损害肠道功能的主要因素，评估了改善肠道健康和营养利用的营养策略，并确定了可能促进开发更可持续、更高效的家禽生产系统的新兴研究方向。图1展示了总结家禽中肠道健康与营养利用效率之间生物学通路的整合性机制框架。

## 各章节摘要

### 肠道健康与营养利用效率：概念与相互关系

高效的营养利用是可持续家禽生产的基础，因为它直接影响生长性能、饲料转化率、胴体产量、产蛋量、生产成本和环境中营养物质的流失。传统上，营养利用效率主要被从营养学角度看待，强调日粮配方、原料质量、营养物质消化率和饲料转化率。然而，随着肠道生理学、微生物学、免疫学等方面的进展……

### 胃肠道发育与肠道形态

胃肠道是营养物质消化和吸收的主要场所，因此是家禽营养利用效率的生物学基础。尽管日粮营养物质组成决定了可用于消化的营养物质数量，但肠道黏膜的结构发育和功能完整性最终决定了这些营养物质被宿主吸收和利用的效率[41]、[42]。发育良好的肠道提供了巨大的吸收面……

### 营养因素

在饮食因素中，过量的粗蛋白是最常见的损害肠道健康的营养原因之一[40]。在上部胃肠道逃过消化的蛋白质进入盲肠，在那里经历微生物发酵[40]。与碳水化合物发酵不同，蛋白质发酵会产生潜在的有害代谢产物，包括氨、生物胺、吲哚、酚类、硫化氢和支链脂肪酸[40]、[74]。这些化合物可……

### 精准日粮配方

精准营养的一个基本原则是基于可消化营养物质而非总营养物质浓度来配制日粮。表观营养成分不一定反映生物利用度，因为营养消化率因原料而异，并受加工条件、抗营养因子、原料质量和肠道功能等因素的影响。对于氨基酸，基于标准化回肠可消化水平的配方考虑了……

### 未来方向与研究重点

尽管在理解肠道健康在调节家禽营养利用效率中的作用方面取得了相当大的进展，但仍有若干基本的生物学和转化问题尚未解决。未来研究应从对生长性能和饲料效率的描述性评估转向机制性研究，整合营养物质转运体调控、上皮能量代谢、线粒体功能、微生物代谢物信号传导、内分泌调节和免疫介导的营养……

### 结论

肠道健康已成为家禽营养利用效率最重要的生物学决定因素之一，远超传统上预防胃肠道疾病的概念。高效的营养利用依赖于肠道形态、消化生理、上皮屏障完整性、营养转运、微生物生态和免疫稳态的协同作用，这些共同调节日粮营养物质的消化、吸收、代谢和保留……

## 作者贡献

M. Naeem：进行文献检索并撰写稿件；W.J. Pacheco：提供指导，参与文献解读，并对稿件进行了批判性修订。所有作者均已阅读并批准最终版本。

## 数据可用性

本研究未产生或分析新数据。本文不适用数据共享。

## 科学写作中生成式人工智能的声明

作者声明，在撰写或制作本稿件时未使用生成式人工智能或人工智能辅助技术。

## 资金支持

本研究未获得任何资金支持。

## 致谢

作者衷心感谢Bourassa博士及其实验室成员提供的宝贵科学讨论和建设性反馈，这些帮助改进了本稿件。作者还感谢奥本大学家禽科学系提供的支持性研究环境和资源使用权，促进了本稿件的准备。

M. Naeem | W.J. Pacheco