25羟基维生素D₃即25羟基胆钙化醇，其分子式为C₂₇H₄₄O₂·H₂O，相对分子质量418.7。25羟基维生素D₃是维生素D在人类和动物体血液循环中的主要活性形式，其生物学效价是维生素D₃的3~5倍。维生素D对骨骼健康起着至关重要的作用，而且血液中维生素D浓度与患某些慢性病如心血管疾病、糖尿病和癌症的风险相关^[1]。许多国家的人群普遍存在维生素D缺乏症。无论是地理差异、人体体质还是现代生活方式均导致人体内维生素D处在较低水平。因此，从食物中获得维生素D对改善人体及动物的健康状况变得尤为重要^[2]。可通过向畜禽饲粮中添加维生素D以提高畜产品(肉、蛋、奶)维生素D含量^[3]。近年研究表明，添加维生素D₃是补充家畜所需维生素D的通用手段，而具有活性的代谢产物25羟基维生素D₃比维生素D₃可以更有效地提高血液中25羟基维生素D₃的浓度，而且从消化道吸收的速度可能比维生素D₃更快^[4-5]。因此，本文旨在通过阐明25羟基维生素D₃的生理功能和其特色吸收优势，并综述其在动物生产应用中的研究进展，为其在动物生产中应用奠定理论基础。

1 25羟基维生素D₃的合成代谢途径

25羟基维生素D₃是钙调节激素1, 25二羟基维生素D₃的必要前体。大多数哺乳动物能通过饲粮摄入或通过光化学反应将7脱氢胆固醇转化为维生素D₃。肝脏对循环中的维生素D₃有很高的亲和力。在肝脏中，维生素D₃在羟化酶的作用下被羟基化成25羟基维生素D₃^[6]；而后25羟基维生素D₃进入全身循环，并在肾脏中经过1α羟化酶羟化生成最终发挥作用的活性形式1, 25二羟基维生素D₃。1, 25二羟基维生素D₃与维生素D受体结合形成特定的异二聚体。这种复合体增加肠内钙结合蛋白和其他蛋白(骨钙素、钙调节激素、24-羟化酶)mRNA的转录，同时降低白细胞介素-2(IL-2)和白细胞介素-12(IL-12)的mRNA转录。这些作用的最终结果是增加肠内钙的吸收，调节细胞内钙离子浓度，调节骨代谢以及免疫反应。在正常情况下，当维生素D充足且血浆钙离子浓度维持正常时，25羟基维生素D₃受到甲状旁腺素的负反馈调节作用被羟基化为无活性形式，如24, 25-二羟基维生素D₃^[7]。维生素D的不同形式及其代谢产物参与调控钙稳态调节中的刺激、调节和活化等机制。尽管经过多年的试验研究，维生素D的最佳有效活性的形式、治疗时间、给药途径尚未明确，25羟基维生素D₃的研发为解决此类难题提供了新思路。

2 25羟基维生素D₃的吸收优势

使用25羟基维生素D₃替代维生素D₃更有利于维持动物健康并保证其发挥最大的生产性能的原因在于：1)由于25羟基维生素D₃在没有甲状旁腺激素的情况下能够像1, 25二羟基维生素D₃一样发挥作用，特别是在肝脏功能受损的情况下，补充25羟基维生素D₃更有效并且毒性更小。研究报道，当给试验组注射25羟基维生素D₃时，母羊血浆中25羟基维生素D₃的浓度要比注射维生素D₃的对照组高6倍^[8]。由此可见，维生素D₃转化为25羟基维生素D₃的效率非常有限，剩余的维生素D₃则被转化和排泄。补饲25羟基维生素D₃避免了过量的维生素D被吸收到脂质中以不受控制的形式释放出来的风险。2)在动物饲粮中添加25羟基维生素D₃可直接调节维生素D活性形式的水平，而不受参与维生素D代谢途径中其他矿物质元素[镁(Mg)和磷(P)]的影响^[5]。3)相对于直接注射1, 25二羟基维生素D₃和维生素D₃，使用25羟基维生素D₃可以实现更大的骨沉积或减少骨钙的重吸收，应用范围广，低毒性风险，易于在饲料中添加，而且能更有效地吸收钙并转化到动物产品中^[9]。4)由于增加1个羟基而增强了25羟基维生素D₃的水溶性，致使25羟基维生素D₃的吸收既不受其他脂溶性维生素的影响，也不依赖胆汁的分泌和脂肪吸收形成的微团结构。由于25羟基维生素D₃是维生素D的主要活性形式且绕过肝脏的羟化反应，能以即用的形式被动物直接利用，因此不受肝脏和肠道功能损伤的影响^[10]。

3 25羟基维生素D₃的生物学功能及作用机制 3.1 调节钙磷平衡和维持骨骼健康

钙是细胞反应所必需的矿物元素，参与细胞内功能，包括肌肉收缩、神经细胞活动、释放激素和酶的激活；参与细胞外功能，包括凝血、细胞膜的维持和稳定以及维持骨骼和牙齿结构的完整性^[11]。维生素D₃及其代谢物25羟基维生素D₃和1, 25二羟基维生素D₃在维持血浆和细胞内外钙浓度方面发挥着极其重要的作用。在肠道和肾脏中，1, 25二羟基维生素D₃增加了钙转运蛋白的表达。与正常生理条件下相比，妊娠期和哺乳期1, 25二羟基维生素D₃浓度增加2~3倍^[12]。饲粮中所含的钙比动物所需要的少时，动物试图通过增加吸收的钙的比例来进行补偿。所以饲粮中钙浓度较低或动物对钙的需求量较高时，维生素D代谢产物对增加钙的吸收比例影响至关重要。维生素D缺乏症常见的影响是对饲粮中钙和磷的吸收不良，由于骨重吸收增加以维持血浆钙浓度，从而导致骨化不良和骨软化，引起软骨病和佝偻症的发生。当摄入大量维生素D时，可能会发生维生素D过量，从而导致血浆钙浓度增加，如果持续时间足够长，可能导致软组织钙化和厌食症^[13]。维生素D代谢物浓度升高可在不增加骨吸收速率的情况下增加矿物元素的吸收，并可能促进净骨沉积^[14]，也可在饲粮钙充足的情况下增加消化道对钙的吸收效率。因此，饲粮中添加维生素D代谢物是提高钙、磷吸收效率，维持机体钙磷平衡的有效方式。骨骼健康已经成为人类和动物健康的一个主题。最近有研究表明，骨骼健康不仅仅与骨骼强度有关，骨骼的状态和代谢分泌物可能影响能量平衡和繁殖性能。

3.2 调节免疫功能

维生素D₃除了在调节钙磷平衡和维持骨骼健康方面起作用外，还具有免疫调节作用。Lippolis等^[15]研究表明，通过调节胞内维生素D信号通路可增强奶牛对细菌感染的抵抗力，因此维生素D在调节免疫功能和传染病抗性方面具有重要意义。在25羟基维生素D₃的作用下Toll样受体(TLR)识别并激活胞内和旁分泌维生素D信号机制，从而调节主动和被动免疫反应^[16]。在脂多糖(LPS)刺激单核细胞中加入25羟基维生素D₃，活化单核细胞将25羟基维生素D₃转化为1, 25二羟基维生素D₃，同时上调一氧化氮合酶表达并增加一氧化氮(NO)生成量。单核细胞产生1, 25二羟基维生素D₃的同时增加了主动免疫相关基因的表达^[17]。

1, 25二羟基维生素D₃是主动免疫和被动免疫中的调节因子。在主动免疫系统中，1, 25羟基维生素D₃增强了通过TLR4激活的单核细胞的NO和RANTES(亦称CCL5，一种强效趋化因子)反应^[17]。由于NO是免疫系统中重要的信号分子，1, 25二羟基维生素D₃诱导活化牛单核细胞NO产生，可能增强NO下游信号机制。增加RANTES的产生，可能会增强免疫细胞对感染部位的作用^[18]。血清25羟基维生素D₃通过1, 25二羟基维生素D₃在免疫系统中的抗炎作用影响免疫功能。最近的研究也证明了1, 25二羟基维生素D₃对被动免疫反应的影响，表明1, 25二羟基维生素D₃抑制抗原T细胞的促炎干扰素-γ(IFN-γ)和白细胞介素-17(IL-17)反应^[19-20]。

3.3 预防心血管疾病

流行病学研究发现维生素D与心血管疾病风险存在相关性，同时阐明了维生素D缺乏可能导致心血管疾病风险增加的机制^[21]。维生素D受体和1-α-羟化酶都存在于心血管组织中，将维生素D转化为最终活性形式。维生素D受体敲除后无法正常合成1, 25二羟基维生素D₃，增加纤维化细胞外基质，导致心室扩张和机电耦合受损^[22]。同时，内皮细胞也表达维生素D受体，在应激状态下维生素D受体的表达上调；维生素D受体的激活调节血管内皮生长因子启动子中的反应元件，影响细胞膜钙的流入，以及高血压机体中内皮依赖性血管平滑肌收缩和血管张力^[23]。重要的是，1, 25二羟基维生素D₃作为肾素-血管紧张素-醛固酮系统的负调节因子，其中肾素是一种刺激血压升高的激素^[24]。维生素D代谢受损对人体血管系统的其他潜在后果包括动脉粥样硬化和动脉钙化。例如，维生素D的抗淋巴组织增生可影响单核细胞或巨噬细胞的分化以及炎症细胞因子的伴随反应和分泌，这种作用反过来又可能决定单核细胞的渗透性和胆固醇在血管壁的滞留^[25]。

3.4 调节脂肪和能量代谢

Mera等^[27]提出骨代谢和能量代谢可能由相同的激素调节，其中胰岛素可直接抑制成骨细胞活性，从而促进骨骼重吸收。脂肪组织也可影响骨代谢，脂肪细胞产生的瘦素通过影响由成骨细胞b2-AR受体介导的交感神经系统，从而抑制成骨细胞活性并抑制骨沉积^[27]。在小鼠中的试验表明，降钙素通过影响胰岛素和葡萄糖进而调节能量代谢^[28]。在奶牛中，低钙血症增加了发生代谢疾病的风险，低于正常浓度的游离钙离子和总钙阻碍胰岛素释放，导致脂肪分解增加^[29]。在哺乳期早期，脂肪组织的胰岛素敏感性降低，对脂质信号的反应增强，导致能量代谢紊乱^[30]。研究表明，25羟基维生素D₃影响了血清素和由骨细胞分泌的代谢物的浓度，并证明矿物元素和能量代谢的调节激素之间存在一定的相互作用^[31]。此外，健康的骨骼可以提供更多的基质协助调节葡萄糖和脂肪的代谢，从而降低发生代谢疾病如酮症、胎衣不下和食欲不振等的风险^[9]。

4 25羟基维生素D₃在畜牧生产中的应用 4.1 25羟基维生素D₃在猪生产中的应用

在猪饲粮中补充25羟基维生素D₃有一个很大的优势，是因为它可提供相对于维生素D₃ 5倍的生物学效价，能更有效地转化成最终生物活性代谢物^[32]。研究发现，通过在饲粮中添加25羟基维生素D₃可改善母猪体内维生素D的浓度，并显著增加分娩第90天胎儿背长肌的纤维数量^[33]。饲喂妊娠母猪25羟基维生素D₃可使新生仔猪血液中维生素D浓度达到充足水平(32.62 ng/mL)，而对照组新生仔猪维生素D缺乏，血液中维生素D浓度仅为15.59 ng/mL。在妊娠母猪饲粮中添加25羟基维生素D₃增加了新生仔猪和断奶仔猪的体重、背长肌和腰大肌纤维数，并且上调了新生仔猪维生素D受体、肌细胞生成素和胰岛素样生长因子2 mRNA的表达，同时下调了肌生成抑制蛋白的表达，添加25羟基维生素D₃是预防或治疗仔猪维生素D缺乏症的有效方法^[34]。但也有研究表明无论母猪的饲粮中维生素D形式和剂量如何，维生素D很少被传递给后代，所以在没有阳光照射的舍饲环境下仔猪可能需要补充维生素D^[35]。

补充25羟基维生素D₃已被证明可以改善钙、磷的沉积^[36]。Sugiyama等^[37]研究报道，在仔猪饲粮中添加25羟基维生素D₃可显著降低软骨病和骨关节病的发病率，促进软骨内正常骨化。Konowalchuk等^[38]研究表明，在仔猪饲粮中添加25羟基维生素D₃提高了白细胞的存活能力和吞噬能力。在仔猪的耐受性试验中，仔猪饲粮添加5~10倍的25羟基维生素D₃推荐量不影响其生理指标^[39]。饲喂生长猪相同单位的25羟基维生素D₃和维生素D₃，25羟基维生素D₃组生长猪血浆中25羟基维生素D₃浓度显著高于维生素D₃组^[40]。有研究证明以5或10倍的推荐量饲喂仔猪25羟基维生素D₃对任何生物学参数均无不良影响，25羟基维生素D₃可以作为一个高安全系数的饲料添加剂^[39]。饲粮中添加25羟基维生素D₃可通过增加对钙、磷的吸收来减少粪便排泄钙、磷，有可能减少环境污染^[41]。

4.2 25羟基维生素D₃在家禽生产中的应用

根据欧盟的一项规定，蛋鸡饲粮中维生素D₃可以部分或全部被25羟基维生素D₃替代^[42]。蛋鸡饲粮中添加25羟基维生素D₃可以增加蛋黄中25羟基维生素D₃含量^[43]。向肉用母鸡提供25羟基维生素D₃，可以提高肠道对钙的吸收效率，从而提高蛋壳质量；此外，提高鸡蛋中25羟基维生素D₃的沉积，可能会提高鸡蛋的孵化能力和仔鸡的出生重量，从而提高肉鸡的生长效率^[42]。在饲粮中添加足量维生素D₃的同时添加25羟基维生素D₃对育龄1~7 d肉鸡的胚胎发育具有保护作用，从而降低早期胚胎死亡率，以提高肉鸡繁殖群的整体生产力^[44]。饲粮中添加适宜水平的25羟基维生素D₃可改善肉仔鸡的生长性能，增加体增重，提高胸肉率，增强骨骼(股骨、胫骨和跖骨)矿化，提高血浆钙浓度及钙、磷沉积率，改善软骨和胫骨发育不良，促进肠道发育和提高免疫力^[45-47]。研究证明，饲粮中添加斑蝥素和25羟基维生素D₃可提高肉鸡的繁殖性能、饲料转化率和胴体重^[42]，并改善仔鸭的钙磷代谢和抗氧化功能^[48]。

4.3 25羟基维生素D₃在反刍动物生产中的应用

奶牛饲粮中添加维生素D活性代谢物可能是一种有效的饲养策略，可增强吸收效率和骨沉积，缩短泌乳早期钙负平衡持续时间，并提高泌乳中末期的骨钙沉积。研究表明补充25羟基维生素D₃可提高泌乳中期奶牛血浆25羟基维生素D₃浓度，并证明血液中的25羟基维生素D₃与钙、磷、胰岛素、骨钙素之间存在相关性^[49]。在奶牛泌乳中后期使用25羟基维生素D₃可以增强对饲粮中钙、磷的吸收，从而为骨沉积提供更多的钙、磷，而不需要增加饲粮中钙、磷的浓度^[9]。由于泌乳早期处于钙损失过度，在围产期饲喂荷斯坦奶牛25羟基维生素D₃可以提高血液中钙、25羟基维生素D₃和1, 25二羟基维生素D₃的浓度^[50]。与维生素D₃相比，在奶牛围产期前期补充25羟基维生素D₃增加了整个围产期维生素D代谢产物浓度，25羟基维生素D₃增加了围产前期血液中钙、磷浓度，但降低了血液中镁浓度^[31]。25羟基维生素D₃改善了奶牛产后中性粒细胞的氧化爆发能力，降低了哺乳期胎衣不下和子宫炎的发生率，降低了奶牛患病率，可能与改善中性粒细胞免疫功能有关^[51]。在泽西牛产犊前单次口服15 mg 25羟基维生素D₃后血清25羟基维生素D₃浓度增加了60%，但使用的剂量显然不足以改善钙在分娩时的稳态^[52]。

肉类本身含有相对较少的维生素D，但它是25羟基维生素D₃的重要来源^[53]。血液中钙离子浓度增加可以通过增加钙激活蛋白酶可利用的钙离子显著改善牛肉嫩度^[54]。研究表明，在屠宰前7~10 d给肉牛喂食大剂量(50万~750万国际单位)的维生素D₃，可增加牛肉嫩度。通过短期补充维生素D₃或其代谢产物来改善牛肉肌肉嫩度，为肉牛行业提供了一种改善牛肉质量的有效途径^[55]。而在屠宰前饲喂高剂量维生素D₃的缺点是导致肌肉中维生素D₃及其代谢物25羟基维生素D₃的浓度相对较高，从而导致更多的钙在小肠被吸收，血液和组织中钙浓度显著增加，而钙浓度过高会导致畜禽和人类的软组织钙化^[56]。肉牛屠宰之前喂养25羟基维生素D₃是一种替代维生素D₃的有效方式，试验数据表明饲喂25羟基维生素D₃的小母牛血浆和背长肌中25羟基维生素D₃浓度显著增加，血浆中1, 25-二羟基维生素D₃浓度是对照组的2.0~2.5倍^[13]。25羟基维生素D₃可引起类似于维生素D₃的反应，而不需要在牛肉或肝脏中大量残留维生素D₃或其代谢物。25羟基维生素D₃会增加牛肉中钙和磷含量，并可能增加骨沉积，从而减少或逆转净骨损失^[57]。饲喂肉牛25羟基维生素D₃可保证牛肉的安全性，这可能是一个合理的方法来确保消费者满足他们每日维生素D₃的推荐摄入量。综上所述，饲粮中补充维生素D₃可改善牛肉嫩度，缩短牛肉的老化时间，提高肉牛生产的经济效益。

5 小结

综上所述，25羟基维生素D₃具有调节钙磷平衡和维持骨骼健康、改善免疫功能和调节能量代谢等诸多功能，在维持机体健康、增强免疫功能、提高畜禽生产性能、改善畜产品品质等方面有一定的作用，25羟基维生素D₃应用于动物生产中的效果已初步得到验证。因其属于维生素D的代谢产物，不仅绕过肝脏的羟化作用，且具有良好的水溶性易于被肠道吸收，25羟基维生素D₃在畜禽生产中有良好的应用前景。在未来需要进一步探究25羟基维生素D₃生理功能及其作用机理，并研究其在不同种类动物的不同生理阶段的作用效果及作用机制，为其在畜牧生产上的应用奠定理论基础。