动物的蛋白质消化及肽的吸收利用

Brian J.Bequette

Brian J.Bequette，美国马里兰大学动物和禽类科学系，美国。

经过动物胃消化的食糜进入小肠后，在胰酶（胰蛋白酶、糜蛋白酶、弹性蛋白酶等）的作用下，开始产生可吸收终产物。然后通过具有吸收功能的上皮细胞刷状缘膜上表达的水解酶将肠腔里的养分进一步消化。肠道上皮细胞通过位于肠上皮细胞刷状缘膜上的各种转运蛋白来吸收被消化的终产物。20世纪50年代之前，普遍认为氨基酸是日粮蛋白质在动物机体消化吸收的唯一终产物，并且氨基酸的吸收有其特定的转运系统。事实上，整个机体的各种细胞的营养需求大不相同，并且存在大量具有不同结构和功能的转运蛋白。转运系统是由各种具有识别、结合及跨膜转运一个或多个底物的蛋白质组成,而这些转运蛋白主要存在于整个机体内皮细胞及上皮细胞基底和顶膜上。

氨基酸通过肠上皮细胞刷状缘黏膜上存在的具有底物特异性的氨基酸转运蛋白实现氨基酸的跨膜转运。例如，在这些对碱性、中性及酸性氨基酸具有特异性的氨基酸转运蛋白中，大部分转运蛋白对转运底物又有重叠性，在氨基酸的跨膜转运中依赖不同的离子及机制（Albritton 等，1989；Kanai等，1992；Segawa等，1997；Chairoungdua 等，1999；Rajan 等，2000；Broer等，2004）。此外，以二肽和三肽形式存在的氨基酸被认为可直接被肠道上皮细胞上的具有广谱特定性的肽转运蛋白—PepT1从肠腔转运至肠道上皮细胞内。

虽然转运游离氨基酸的转运蛋白具有底物特异性，但PepT1却可以转运来自日粮20种不同氨基酸组成的接近400种二肽以及8000种三肽（Daniel，2004）。在能量消耗方面，二肽或三肽通过PepT1转运进入细胞所消耗的能量与转运单一的游离氨基酸是相同的（Daniel,2004）。Leibach等（1996）报道，金属离子（如Zn2+、Mn2+和 Cu2+）可能会通过与转运蛋白互作提高家畜对肽的吸收。肽转运蛋白是以质子耦合寡肽转运超级家族中的成员，也叫肽转运家族（Daniel等，2004）。在1994年，第一个PepT1信使RNA在兔子上被克隆（Fei等,1994）。尽管先前很多报道显示肽可以直接被肠道上皮细胞吸收，但直到20世纪90年代才证实肽转运蛋白的存在。Matthews等（1996）首次用绵羊证实了家畜体内存在肽转运蛋白。他们的研究显示，绵羊瓣胃RNA编码的小肽转运蛋白可以在非洲爪蟾卵母细胞上得到表达，这表明确实存在二肽转运蛋白。肽转运蛋白——PepT1在多种脊椎动物上被广泛克隆，其中包括兔子、大鼠、小鼠、绵羊、鸡、火鸡、狗、人、猪、牛、大西洋鳕和斑马鱼。在豚鼠（Himukai等,1983）和仓鼠（Burston等，1990）中亦被发现具有PepT1的表达或PepT1的活性。

许多试验表明，单位时间内，以肽的形式来转运氨基酸比转运相同氨基酸组成的游离氨基酸的速度要快（Adibi等，1968；Craft等,1968;Adibi,1971、1986；Cheng等，1971；Burston 等,1972）。在大鼠中试验表明，十二指肠灌服大豆蛋白水解物（Kodera等,2006）或卵白蛋白水解物（Hara等,1984）比由相同氨基酸组成的完整蛋白质或游离氨基酸混合物能更快地被吸收进入门静脉循环。在猪（Rerat等,1988）和人（Silk等,1980）上用奶蛋白水解物研究的结果也相似。Zhao等（1997）给狗肠道灌服 0、50、100、200 g/l完整的大豆蛋白溶液或者灌服 0、100、200、300、400 g/l水解的大豆蛋白溶液，二者通过肠道的速度均随浓度增加而减慢，对浓度呈现显著的依赖性。灌服完整的大豆蛋白比水解的大豆蛋白通过肠道的速度更缓慢，充分说明消化在营养物质的吸收过程中是限速步骤。而且，与灌服完整的大豆蛋白相比，灌服水解的大豆蛋白有更多比例的氨基酸在小肠前段被吸收，表明小肽形式的氨基酸更容易被动物吸收。

当人患有肠道吸收功能紊乱及对某些食物过敏时，以溶液或日粮形式提供的小肽通常是氨基酸的很好来源（Clemente,2000）。与游离氨基酸相比，肽更有优势，这是因为某些游离氨基酸在水溶液中不稳定或者不溶于水，因而以肽形式补充氨基酸从成本上来讲更有效（Lindemann 等，2000；Dabrowski等，2003）。例如，由于谷氨酰胺不稳定以及酪氨酸和色氨酸不溶性，这些氨基酸以小肽形式被吸收进入动物机体会增加这些氨基酸的利用率（Adibi，1997）。同时，使用二肽会降低因饲喂或灌服游离结晶氨基酸导致的高渗透性。到目前为止，所有动物的试验表明，小肠以小肽形式吸收氨基酸的能力相当大。因此，通过在日粮中添加小肽或水解蛋白制品来提高氨基酸的吸收从而改善动物生长和发育的预测也是合理的。此外，二肽或三肽未经胰酶初始作用也可被动物机体快速有效地吸收利用（Zambonino Infante等,1997）。

一些研究报告显示，给鱼饲喂水解蛋白后，其小肠中PepT1表达量升高（Verri等，2003；Ronnestad等,2007）。在鲈鱼幼苗饲料中，用小肽替代20%或40%的日粮总氮，较仅用鱼粉组显著提高鲈鱼幼苗增重及成活率（Zambonino Infante等,1997）。同样，给鲈鱼幼苗和鲤鱼幼苗分别饲喂52%粗蛋白的日粮，采食含有酵母和鱼粉水解蛋白组鱼的成活率、末重、总生物量、畸形率均优于采食含同等量的完整的酵母和大豆蛋白或鱼粉组（Cahu等,1998）。同时，Cahu 等（1999）的研究表明，在鲈鱼幼苗饲料中，用鱼粉水解蛋白替代25%日粮总氮的鱼粉，生长性能未受影响。由上述结果可以推断，用鱼粉水解蛋白替代鱼粉可以提高鲈鱼幼苗或鲤鱼幼苗的生产性能。

Kotzamanis等（2007）最新研究表明，在鲈鱼幼苗饲料中添加10%沙丁鱼副产物的水解蛋白（含蛋白42%，主要由2～4个氨基酸组成的小肽）、或一种商业化酶水解蛋白（含82%蛋白，主要有4～20个氨基酸组成的肽）或者饲喂19%上述两种产品中任一种，其他的蛋白来源均为鱼粉。与商业化酶水解蛋白相比，沙丁鱼水解蛋白水溶性较差，含有大量的二肽和三肽。结果显示，添加10%商业化酶解蛋白组鲈鱼幼苗的生长性能、成活率以及肠道发育（刷状缘膜酶活水平）最好。同时鲈鱼幼苗的免疫机能也得到了增强，这可从孤菌数的下降反映出来。日粮中肽的分子量分布及肽的含量会影响动物生长性能及免疫系统的发育。肽的不同蛋白来源、不同水解条件以及不同添加比例导致很难对不同试验结果进行有效的比较。由于PepT1对不同肽底物亲和力的差异，肽对PepT1基因表达的影响，以及可能存在的8400种二肽和三肽，这些因素使得营养师难以给出一个适合动物自身消化酶以及肠道肽转运系统的肽组成。

尽管目前市场上有大量不同的肽制品，但对于这些产品的效价一直存在一些争议。分析肽组成结构的技术进展有助于将来设计有关不同蛋白源替代或用小肽替代日粮中的蛋白源的饲养试验。到目前为止，在对猪的研究中已获得有前景的结果。猪肠膜蛋白粉（DPS，Nutra－Flo Company,Sioux City,IA）是含有猪小肠水解残渣的小肽制品。断奶仔猪日粮中添加DPS可显著提高其生长性能 （Zimmerman等,1997;Lindemann等,2000；DeRouchey等,2003）。同时，有研究表明，一种由猪血、经选择的鸡组织及水解羽毛粉混合的酶解蛋白产品（Griffin Industries Inc.,Cold Spring,KY）在早期断奶仔猪日粮中与鲱鱼粉、喷雾干燥血球粉、喷雾干燥血浆具有类似的饲喂价值。

日粮如果能很好地匹配动物肠道所有消化酶及肠道上的营养转运蛋白将极大地提高日粮中蛋白的利用，降低氮的排放，改善动物健康及促进动物的生长。传统的蛋白质代谢观点认为，动物蛋白质的代谢是日粮蛋白质降解成游离氨基酸，通过进入血液循环来参与组织及奶蛋白的合成。然而，小肽是肠道非常重要的蛋白降解产物，肠道内小肽转运蛋白PepT1的存在表明肽在动物营养中具有重要的生理学意义。而且，某些肠道内降解产生的小肽可完整地出现在动物的血液循环中（Matthews等，1995），某些肽还可以被泌乳山羊的乳腺直接吸收利用（Backwell等，1994；Bequette等，1999；Mabjeesh 等，2002）。这些结果提示我们：对于动物在生成蛋白(如乳蛋白)受到氨基酸的供应限制时，可考虑使用小肽来提供这些限制氨基酸。

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