色氨酸在机体内的代谢过程

李 宁，彭 燮

（1.汉中市动物疾病预防控制中心，陕西 汉中 723000；2.四川农业大学动物营养研究所，成都 611130）

色氨酸在机体内的代谢主要通过两条途径：犬尿氨酸途径和5-羟色胺途径，第3条代谢途径主要是通过肠道微生物提供，生成色氨酸衍生物被肠道吸收。犬尿氨酸途径是代谢所吸收的色氨酸的主导路径，＞95%的色氨酸通过此途径代谢，剩余的通过5-羟色胺途径，而这其中有一小部分色氨酸在小肠中没被吸收，可以在大肠微生物的作用下而发生降解[1-2]。色氨酸在不同的组织中代谢发挥着不同的生理功能。肝脏通过降解摄入的过多色氨酸调节色氨酸的稳态。色氨酸通过免疫细胞降解生成犬尿氨酸在感染、炎症和怀孕过程中发挥重要的免疫调节作用，同时色氨酸可以在肠道和大脑中生成血清素来调节情绪障碍的敏感性。

5-羟色胺途径引起了极大关注，因为其可以产生很多生物活性物质。色氨酸可以沿着这条路径生成血清素，作为大脑中的神经递质，肠道的旁分泌和内分泌信号，血小板的旁分泌信号和血管收缩剂[3-4]。血清素也可以通过内分泌和其他细胞转换成褪黑素[5]。犬尿氨酸途径在肝脏中色氨酸2，3-双加氧酶催化下反应，当日粮中维生素供应不足的情况下可以生成烟酸（VB3）。然而，现在许多的犬尿氨酸代谢物有着自己的生物学活性作用，可以作为大脑的神经递质（犬尿酸、喹啉酸），作为信号分子参与免疫功能（3-羟基犬尿氨酸、3-羟基-2-氨基苯甲酸和喹啉酸）[6]。除此之外，这条代谢通路现在可以在肝脏以外的其他一些细胞上经过吲哚胺2，3-双加氧酶运作。最后，肠道中的微生物通过不同的途径产生一些色氨酸代谢产物（色胺、吲哚、吲哚丙酮酸、甲基吲哚），这些代谢产物很多都被认为对宿主具有生物学活性[7]。

1 色氨酸的代谢途径

1.1 5-羟色胺途径

机体细胞在色氨酸羟化酶的作用下将色氨酸转化为5-羟色氨酸，又在5-羟色氨酸脱羧酶作用下脱去二氧化碳生成5-羟色胺。色氨酸羟化酶是血清素合成的限速酶。然而，5-羟色胺并不仅仅只由大脑神经元产生。实际上，大脑产生的5-羟色胺只占据了机体产生的一小部分（5%），绝大多数的5-羟色胺由胃肠道嗜铬细胞产生（约95%）。另外，血小板中也含有机体8～10%的血清素，但其因为缺乏色氨酸羟化酶而不能由色氨酸合成[8]。血小板在其细胞表面通过其强大的运输能力从其周围吸收血清素或者是经肠道细胞释放的血清素进入机体循环时吸收经过的血清素[9]。最终，5-羟色胺可以转换成褪黑素。松果体细胞产生和贮存大量的血清素，在交感神经的刺激下转换成褪黑素。在没有光的情况下，迅速激活血清素-N-乙酰转移酶和羟基吲哚-O-甲基转移酶，将血清素转化成褪黑素进入机体循环。肠道中的嗜铬细胞也能产生和贮存血清素，也可以在胃肠道中生成褪黑素，但是由这些细胞合成褪黑素的具体方式与松果体细胞不同[10]。

1.2 犬尿氨酸途径

肝脏代谢过多的色氨酸通过犬尿氨酸途径，在一系列酶的作用下，最终主要产生乙酰辅酶A，同时也有一些被转化为喹啉酸和烟酸。除了烟酸之外，其他一些代谢中间产物（如犬尿酸、3-羟基犬尿素、3-羟基-2氨基苯甲酸和喹啉酸）也发现有直接的生物学活性作用。因此，犬尿氨酸途径既是降解途径也是生物合成途径（合成一些生物活性分子）。肝脏中，色氨酸在犬尿氨酸途径中色氨酸2，3-双加氧酶作用下转换成N-甲酰犬尿氨酸，此酶是这个途径的限速酶[1]。N-甲酰犬尿氨酸随后迅速在甲酰胺酶作用下装换成犬尿氨酸。犬尿氨酸依次被转换成3-羟基犬尿素、3-羟基-2氨基苯甲酸。通常情况下，大多数的色氨酸经过犬尿氨酸途径经乙酰辅酶A完全氧化生成二氧化碳和水[1]。由于犬尿氨酸不能积累，所以只有很少色氨酸通过犬尿氨酸氨基转移酶转化成犬尿喹啉酸。色氨酸2，3-双加氧酶是肝脏中产生的一种酶，而在其他组织（如大脑和小肠）吲哚胺2，3-双加氧酶启动犬尿氨酸降解途径。犬尿喹啉酸是大脑中谷氨酸NMDA受体的颉颃剂，而NMDA是谷氨酸受体的激动剂，识别受体亚型的特异性，也对α7烟酰乙酰胆碱受体具有颉颃活性，可能与其他一些神经活性受体相互作用[11]。喹啉酸在脑细胞中促进NMDA的激活和谷氨酸的释放，引起神经元的兴奋性和兴奋毒性[12]。这种兴奋性行为发生在喹啉酸浓度处于较低水平时，在大脑（30～100 nmol·L-1）中一般不出现[13-14]。

1.3 微生物途径

胃肠道中的微生物也是色氨酸代谢的一个重要组成部分，摄入过量的色氨酸将使一些未被小肠吸收的色氨酸到达大肠[15]。一系列的代谢产物将由肠道细菌产生，包括吲哚、吲哚-3-乙酸、吲哚丙酸、吲哚乳酸、色胺和甲基吲哚[16]。吲哚是肠道细菌产生的主要色氨酸代谢产物，经过大肠吸收，进入门脉循环经肝脏吸收，随后氧化成吲哚酚然后和硫酸盐结合，最终随尿液排出[15,17-18]。除此之外，甲基吲哚也备受关注，在反刍动物上被鉴定为肺炎球菌毒素，产生严重的肺水肿和肺气肿等致命综合征[19]。甲基吲哚也在人的结肠和血液中被发现，也可以从肠道中吸收[15,20-21]。甲基吲哚在肺部经细胞色素P450酶代谢，生成活性中间体与DNA和蛋白质相结合，这个过程将导致细胞死亡[22-23]。因此，对于添加色氨酸是否会引起肺部甲基吲哚的增加以及对肺部的副作用有待研究。但是在临床上的一些研究尚未报道呼吸系统的副作用，此外，在啮齿类动物上的研究表明，高摄入量的色氨酸并没有引起肺部病理学。

2 色氨酸在畜禽中的应用

色氨酸是一种具有调节畜禽机体免疫功能的必需氨基酸。研究发现，色氨酸在机体内有以下生理功能：合成蛋白质，提高畜禽生长性能，提高饲料利用率，增强机体抗氧化功能，增强免疫功能，生成激素类物质[24-25]。饲粮中添加色氨酸能够增强畜禽机体的血清总抗氧化能力、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活性。将肉鸡饲粮中的色氨酸水平提高到0.42%或更高，可改善肉鸡的采食量和肉品质，还能使肠道中的致病菌与非致病菌的平衡处于有利状态。魏宗友等通过在扬州鹅饲粮中添加不同含量的色氨酸，发现添加适量色氨酸可提高扬州鹅脾脏指数及血清中免疫球蛋白的含量[26]。Pluske等在仔猪饲粮中添加一定量的色氨酸，有效减少了仔猪的应激反应，增强了机体免疫功能[27]。有研究表明，在饲粮中添加一定剂量的色氨酸可显著增加小肠绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度的比值以及血清甘氨酸含量，显著降低小鼠血清中尿素和胆固醇含量[28]。同时，色氨酸能够调节瘤胃内微生物活动所处的适宜pH，避免瘤胃酸中毒以及由此引发的蹄叶炎。

3 小结

色氨酸作为机体内一种非常重要的必需氨基酸，在饲粮中适量添加会促进动物生长，提高机体免疫力和减少应激行为等，但是过量添加则不会产生明显效果，甚至还会产生一定的副作用。在养殖畜禽过程中，只有综合考虑畜禽的品种、体重、性别、生长阶段、生长状况、饲料组成、饲喂方式及环境因子等因素，合理掌握色氨酸的理化性质以及在动物机体中代谢途径及生理功能，才是科学利用色氨酸的基础。