《Aquaculture Science and Management》：Tributyrin and its importance in fish and shrimp nutrition
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水产养殖正面临与植物性饲料和饲料原料可持续性相关的日益严峻的挑战。三丁酸甘油酯（Tributyrin, TB），作为丁酸（butyric acid）的三酸甘油酯，因其在多种水产动物中具有增强肠道健康、免疫力和代谢性能的潜力，已作为一种功能性饲料添加剂（func
水产养殖正面临与植物性饲料和饲料原料可持续性相关的日益严峻的挑战。三丁酸甘油酯（Tributyrin, TB），作为丁酸（butyric acid）的三酸甘油酯，因其在多种水产动物中具有增强肠道健康、免疫力和代谢性能的潜力，已作为一种功能性饲料添加剂（functional feed additive）在水产养殖领域受到关注。三丁酸甘油酯通过改善营养吸收、促进免疫应答和支持消化健康，提供了一种有前景的解决方案。虽然三丁酸甘油酯在贝类中的效果仍未得到充分探索，但理论上的益处表明，它可能增强消化效率和应激抵抗力。本综述强调了三丁酸甘油酯在水产养殖中的重要作用，特别是在促进可持续饲料实践方面，同时呼吁开展更有针对性的研究，以确定其在更广泛的物种和环境条件下的有效性。
引言
全球水产养殖产量持续快速扩张，以满足日益增长的动物蛋白需求。然而，这一增长受到鱼粉和鱼油有限供应及成本上升的制约，迫使行业日益依赖植物性蛋白源。三丁酸甘油酯（TB）作为丁酸（butyric acid）的稳定前体，一种对维持肠道上皮完整性至关重要的短链脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA），提供了一条可控且高效的丁酸递送途径，避免了游离丁酸或其盐类相关的挥发性问题。研究表明，TB能够调节与炎症、免疫和代谢相关的基因表达，同时调节肠道微生物群组成并增强营养吸收。在植物性蛋白源如豆粕、玉米蛋白粉和藻粉替代鱼粉的趋势下，这些原料常含有植酸盐、单宁、蛋白酶抑制剂和皂苷等抗营养化合物，会损害消化并抑制先天性和适应性免疫功能，导致生长欠佳。补充TB已被证明可通过改善营养消化率和利用率、增强肠道屏障功能来缓解这些不利影响，从而促进向更可持续的植物性饲料配方过渡。此外，TB具有显著的免疫刺激和抗氧化特性，有助于养殖物种承受集约化养殖系统中的生理应激源。通过增强非特异性免疫应答和抗病能力，同时有利地调节肠道微生物群，TB支持一个不易受病原感染影响的生理环境，减少对抗生素和其他化学干预措施的依赖。从可持续性的角度来看，TB有助于改善饲料转化效率，减少营养废物，并促进替代蛋白原料的有效利用，从而降低水产养殖作业的环境足迹，同时支持动物福利。
三丁酸甘油酯的结构
三丁酸甘油酯，化学名称为三（丁酸）甘油酯，是一种由三个丁酸分子酯化到单个甘油骨架上的甘油三酯。其分子式为C15H26O6（摩尔质量约302.36 g/mol），IUPAC命名为2,3-二[丁酰氧基]丙基丁酸酯。该分子具有三个相同的直链丁酸酰基（CH3CH2CH2COO），围绕甘油骨架形成对称结构。TB在室温下为油状液体，具有中性脂质性质，不溶于水。丁酸与甘油酯化增强了其稳定性，使其成为水产饲料配方中比其他丁酸衍生物更有利的选择。与游离丁酸或丁酸钠相比，TB的主要优势在于其优越的化学稳定性。酯键防止了丁酸盐在饲料中或储存期间的快速分解，允许活性成分在饲料到达消化系统时更可控地释放。TB的化学结构允许其有效掺入水产饲料中，而不会因环境条件而降解。此外，TB作为组蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase, HDAC）抑制剂，在其被摄入后，通过消化道中的脂肪酶和酯酶水解，释放游离丁酸，随后在小肠中被吸收。
三丁酸甘油酯的不同形式
丁酸衍生物作为饲料添加剂在水产养殖中的有限掺入已变得越来越普遍。TB掺入水产饲料的形式显著影响其有效性、生物利用度和稳定性。纯三丁酸甘油酯以液体或粉末形式存在，直接添加到水产饲料中，与其他丁酸衍生物相比，在稳定性和适口性方面具有优势。酯化作用防止了丁酸盐的快速释放，允许在消化系统中逐渐水解，这对于其在肠道中的靶向作用至关重要。微囊化丁酸酯是水产饲料中使用的另一种形式，涉及将丁酸或其盐类包裹在保护性涂层内，以控制其随时间释放。然而，TB中的天然酯键提供了更稳定和有效的释放机制，无需额外的包封材料，使其掺入饲料更简单且更具成本效益。在某些情况下，TB被掺入预混料和有机酸混合物中。在胃肠道中，TB被脂肪酶和酯酶分解，随着饲料通过消化系统缓慢释放丁酸，确保丁酸直接递送到肠道，改善各种水生物种的整体健康状况。
丁酸和三丁酸甘油酯的来源
TB及其来源可分为三类：食品基（天然膳食）来源、内源性微生物来源和合成来源。天然来源方面，TB作为丁酸的一种形式存在于反刍动物来源的黄油和其他乳脂产品中，因为乳脂中特定存在丁酸，其与甘油形成酯。此外，在蜂蜜和奶酪中也发现了少量TB和丁酸酯。由于TB作为丁酸盐是天然存在的，并被公认为安全（Generally Recognized As Safe, GRAS），可直接添加到食品中。内源性微生物来源方面，胃肠道内丁酸的内源性产生主要以游离丁酸形式存在，而非酯化到甘油的丁酸。结肠内的厚壁菌门（Firmicutes），如Faecalibacterium prausnitzii、Roseburia和Eubacterium rectale，通过丁酰辅酶A：乙酸辅酶A转移酶发酵膳食纤维和抗性淀粉产生丁酸。合成来源方面，用于研究、制药和食品目的的TB是化学合成的，因为天然和微生物代谢途径不产生酯化丁酸。工业合成TB主要有两种方法：传统方法通过甘油和丁酸或丁酰氯的化学酯化，以及使用脂肪酶的酶法酯化/酯交换。此外，合成TB在I期肿瘤学研究中已作为丁酸的口服前体药物使用。
三丁酸甘油酯在鱼类和虾类中的作用机制
摄入和水解：TB在掺入膨化颗粒饲料后，通过鱼类和虾类微酸性胃时基本保持完整，因其是非挥发性、低气味、亲脂性酯。TB分解为其组成部分（包括甘油骨架和三个丁酸阴离子）发生在鱼类的肠腔和虾类的中肠上皮，主要由胰脂肪酶促进，该酶被胆汁盐激活。每摩尔TB可产生三摩尔游离丁酸，使其成为比单丁酸甘油酯或丁酸二甘油酯更有效的丁酸摩尔来源。在鱼类中，膳食TB补充已被证明能显著提高肠道脂肪酶、淀粉酶和胰蛋白酶活性。在甲壳类动物中，TB同样增强了肝胰腺脂肪酶活性，证实了脂肪水解是鱼类和甲壳类消化系统中保守的第一步。
吸收和转运：释放到肠腔后，游离丁酸主要通过肠细胞顶膜的非离子被动扩散被吸收，另有少量载体介导机制辅助。钠偶联单羧酸转运蛋白（sodium-coupled monocarboxylate transporter, SMCT1）主要负责载体介导的丁酸转运，涉及丁酸与Na+沿电化学梯度的共转运。在鱼类中，超过一半的吸收丁酸在肠细胞中作为能量来源被局部消耗，其余部分与白蛋白结合通过门静脉血流转运至肝脏和其他靶器官。这种肠道优先的转运模式解释了TB在鱼类中总是引起肠道组织形态学的全身前改善。对于虾类，丁酸通过中肠上皮扩散，首先转运至肝胰腺小管细胞，然后通过血淋巴到达其他部分。
表观遗传和炎症调节：在细胞水平上，丁酸通过三个主要方面影响细胞：作为肠细胞线粒体的优先氧化能量来源；作为I类组蛋白去乙酰化酶（HDACs）的内源性抑制剂，从而调节染色质乙酰化和基因表达；以及通过G蛋白偶联游离脂肪酸受体，特别是FFAR2（GPR43）和FFAR3（GPR41）发挥作用。丁酸对HDACs的抑制作用导致组蛋白乙酰化增加，使染色质结构松散，允许负责上皮分化、屏障修复和抗炎信号的基因转录。在鱼类中，TB补充改变了与能量代谢、脂肪酸β-氧化和类固醇生成相关的基因转录。此外，TB补充增加了肠道中紧密连接相关基因的转录。在甲壳类动物中，尽管没有脊椎动物紧密连接蛋白的同源物，编码隔膜连接蛋白（功能上等同于紧密连接蛋白）的基因对TB的响应方式相似。
肠道微生物群和屏障修复：TB及其水解代谢物丁酸通过间接（通过pH和黏液变化）和直接（抗菌作用）途径影响肠道微生物组。在凡纳滨对虾中，膳食TB改变了肠道微生物组组成，导致微生物物种数量和多样性减少，同时富集了有益细菌。在虹鳟鱼中，TB补充在高浓度下选择性抑制肠杆菌科，而不影响微生物组多样性，表明TB具有靶向而非广谱的抗菌活性。
