引言
血液β-羟基丁酸（BHB；也常写作BHBA）通常被用作犊牛瘤胃发育的指标。这个解释有用，但可能过于简单。BHB升高并不只是因为瘤胃微生物已经开始发酵开食料并产生丁酸。要使BHB出现在血液中，瘤胃上皮还必须发育出吸收和代谢挥发性脂肪酸（VFA）所需的结构和代谢机制。因此，血液BHB反映的是瘤胃壁本身发生的一系列发育变化。
可以把这一发育过程看成三个相互关联的部分。第一，随着瘤胃乳头生长，吸收表面积增加。第二，瘤胃上皮把VFA从瘤胃腔转运进入并通过上皮细胞的能力增强。第三，上皮细胞把丁酸代谢为酮体，尤其是BHB的能力逐渐增强。丁酸参与这三个过程，但现有证据表明，上皮成熟的所有环节并不是简单地由丁酸“开启”的。
瘤胃乳头生长
出生时，瘤胃体积较小，上皮表面发育程度也较低。乳头较短，可供吸收的表面积有限。随着犊牛开始采食开食料，微生物发酵增强，瘤胃内VFA浓度升高。长期以来，丁酸和丙酸都被认为是促进瘤胃黏膜发育的重要刺激物，其中丁酸通常产生更强的反应。
Sander等（1959）的经典试验表明，直接向瘤胃提供丁酸或丙酸可促进幼龄反刍动物的瘤胃乳头发育。后续研究进一步解释了这一过程。Mentschel等（2001）发现，补充丁酸的犊牛瘤胃乳头长度明显增加，并认为一个重要机制是上皮细胞凋亡减少。因此，丁酸会改变细胞增殖与细胞损失之间的平衡，从而改变吸收表面积。
这种结构变化很重要，因为瘤胃发育并不仅仅是器官体积增大。更长、数量更多的乳头显著增加瘤胃内容物与上皮之间的接触面积，从而增加发酵产物能够被吸收的表面积。因此，开食料采食不仅通过向犊牛提供营养物质促进瘤胃发育，也通过提供可发酵底物，产生瘤胃壁必须适应的代谢产物。
VFA转运
在瘤胃中产生VFA只是整个过程的一部分。乙酸、丙酸和丁酸必须穿过瘤胃上皮后才能被犊牛利用。一部分VFA可以以未解离形式穿过细胞膜，但由转运蛋白介导的转运以及细胞内酸碱调节同样重要。因此，成熟的瘤胃壁不仅比新生期更大，而且在功能上更能应对大量、持续的发酵产物流量。
单羧酸转运蛋白1（MCT1）是瘤胃上皮中受到较多关注的转运系统之一。其他与转运和pH调节有关的蛋白也参与其中，包括其他单羧酸转运蛋白、阴离子交换蛋白、钠/氢交换蛋白以及质子处理系统。对犊牛而言，关键并不是某一个转运蛋白的名称，而是随着瘤胃成熟，其转运能力会发生变化。
丁酸的作用可以通过试验观察到。Liu等（2019）从10日龄至49日龄向新生羔羊瘤胃灌注丁酸钠。除了增加乳头长度、宽度和表面积外，丁酸还提高了MCT1和DRA的表达，这些基因与上皮VFA转运有关。该试验特别有意义，因为它把丁酸引起的结构反应与上皮的功能反应联系起来。瘤胃壁不仅在变大，其转运发酵产物的能力也在增强。
在解释血液BHB时，这一区别很重要。犊牛可以在瘤胃内产生丁酸，但血液中出现多少BHB还取决于上皮组织的数量，以及这些组织吸收和代谢丁酸的效率。因此，血液BHB反映的不仅仅是瘤胃液中某一种发酵产物的浓度。
生酮作用
丁酸进入瘤胃上皮细胞后，其中很大一部分会在以丁酸形式进入循环之前被代谢。成熟的瘤胃上皮具有很强的生酮能力。丁酸首先被活化为丁酰辅酶A，然后通过线粒体途径氧化，产生乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A。随后，乙酰乙酰辅酶A经HMG-CoA途径转化为乙酰乙酸，乙酰乙酸又可还原为BHB。因此，相当一部分被吸收的丁酸最终以酮体而不是未改变的丁酸形式离开瘤胃壁。
几种酶可以作为这种生酮能力的有用标志。乙酰辅酶A乙酰转移酶（ACAT1）参与乙酰辅酶A和乙酰乙酰辅酶A的形成与相互转化。线粒体3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A合酶（HMGCS2）是生酮作用中的一个重要控制点，而HMG-CoA裂解酶（HMGCL）由HMG-CoA生成乙酰乙酸。β-羟基丁酸脱氢酶（BDH1）催化乙酰乙酸与BHB之间的可逆转化。
丁酸暴露可以提高至少部分生酮机制的表达。在Liu等（2019）的试验中，丁酸钠提高了瘤胃上皮HMGCS2和HMGCL的表达，同时血液BHB也升高。这支持这样一种观点：丁酸既是代谢底物，也是一种与生酮能力增强有关的信号。
正如第1部分（Calf Note #281）所讨论的，生酮能力的发育并不完全依赖瘤胃内丁酸的暴露。对仅饲喂乳汁的羔羊进行的研究表明，即使正常瘤胃发酵被降到很低，生酮酶的表达和活性仍会随年龄显著增加。因此，丁酸似乎是在刺激和加速一个内在的发育过程，而不是这个过程唯一的启动因素。
因此，说丁酸简单地诱导整个生酮途径可能过于绝对。更合适的模型是：上皮成熟本身包含一个与年龄有关的发育成分，而丁酸和其他发酵产物会刺激、加速并塑造这一成熟过程。当我们把BHB作为生物学指标时，这一区别非常重要。
把三个部分联系起来
瘤胃乳头生长、VFA转运和生酮作用彼此紧密相连。开食料采食量增加会增强发酵并增加丁酸供应。丁酸促进乳头生长，从而扩大吸收表面积。同时，上皮转运VFA并维持细胞内pH的能力也在增强。丁酸进入细胞后，会越来越多地通过生酮代谢转化为乙酰乙酸和BHB。
这就是血液BHB能够作为瘤胃发育有用指标的原因。它综合了几个必须同时发生的过程：发酵必须产生丁酸；必须有足够的功能性上皮表面积来吸收丁酸；上皮细胞还必须具备把丁酸转化为酮体的代谢能力。因此，血液BHB升高告诉我们的不只是“犊牛正在发酵开食料”，它还说明犊牛正在向一个功能性反刍动物的代谢表型转变。
与此同时，不应把BHB当作瘤胃乳头大小或开食料采食量的直接计量指标。年龄、固体饲料的采食量和类型、瘤胃发酵模式、上皮组织量、转运能力、生酮酶表达以及外周组织对酮体的利用，都可能影响血液中测得的BHB浓度。因此，BHB更适合作为一个综合性的功能指标，而不是对瘤胃发育某一个单独组成部分的直接测量。
这对犊牛管理意味着什么？
实际管理信息仍然很熟悉：犊牛在断奶前需要有足够的干料采食量。开食料提供建立活跃瘤胃发酵所需的可发酵碳水化合物，并使瘤胃壁逐渐适应从前反刍消化向反刍消化转变时所产生的大量VFA。然而，这一建议背后的生物学过程比过去“开食料产生丁酸，丁酸使乳头生长”的简单顺序更复杂。瘤胃的表面积、转运系统和细胞内代谢都在同时发生变化。
这也有助于解释为什么单独用年龄或单独用开食料采食量来判断是否适合断奶都不够完善。年龄促进上皮代谢的内在成熟，而开食料提供底物和代谢负荷，加速功能性适应。准备离开乳汁日粮的犊牛需要两者兼备：既要有足够的生物学成熟度，也要有足够的固体饲料采食量，以便撤去乳汁后仍能维持发酵和营养供应。
要点
年轻犊牛的血液BHB不仅仅是发酵已经开始的被动标志。开食料发酵产生的丁酸参与瘤胃上皮的协调成熟，包括瘤胃乳头生长、VFA转运能力增强和生酮作用增强。丁酸可以刺激这些过程中的每一个过程，但生酮能力的发育也具有重要的年龄依赖性成分。因此，把血液BHB看作瘤胃功能发育的综合指标，比把它简单看作瘤胃中丁酸含量的指标更合适。
参考文献
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Mentschel, J., R. Leiser, C. Mulling, C. Pfarrer, and R. Claus. 2001. Butyric acid stimulates rumen mucosa development in the calf mainly by a reduction of apoptosis. Arch. Anim. Nutr. 55:85-102. doi:10.1080/17450390109386185.
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