動物營養中小肽的研究新進展

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　　動物營養中小肽的研究新進展

　　徐海燕　黃志剛　瞿明仁　

　　摘要：自20世紀60年代起人們逐漸認識到除了游離氨基酸，小肽也能夠被動物直接吸收利用。它在動物胃腸內被完整地吸收，這被認為是一種重要的生理現象，從而完善了傳統蛋白質代謝理論，同時也使小肽營養成為繼蛋白質營養研究和應用的又一熱點。文中就小肽的概念和分類、吸收機制與吸收特點、影響小肽吸收的因素、小肽的功能等方面作了簡要綜述。關鍵詞：小肽;吸收;功能;
　　Research Development of Small Peptide in Animal’s Nutrition
　　XU Hai-yan1 HUANG Zhi-gang2 QU Ming-ren*1
　　(1.College of Animal science & Technology;2.College of science，
　　Jiangxi Agriculture University，Nanchang，Jiangxi 330045，China)
　　Abstract：It has been recognized that in addition to amino acid the small peptide can be directly absorbed by animals since 1960s.The small peptide can be absorbed by animal’s stomach and intestine completely.The conception and classification, absorption mechanism and characteristic of the small peptide，as well as its function are introduced in this article.
　　Key word：small peptide;absorption;function
　　傳統的經典蛋白質營養理論即氨基酸營養理論認為，動物采食的日糧蛋白質在消化道內經胰蛋白酶和糜蛋白酶作用降解為游離氨基酸和小肽，游離氨基酸可被動物直接利用，而小肽只有在肽酶的作用下進一步降解為游離氨基酸才能被利用。早在1921年Boegland就提出了小肽轉運的可能性，但人們受傳統蛋白質消化吸收理論的影響，對小肽完整吸收的觀點難以接受。20世紀60年代以后，許多學者做了大量的試驗后發現，用純合日糧或低蛋白氨基酸平衡的日糧飼喂動物并不能達到最佳生產性能(Edmonds等，1985)。Agar等(1953)首先觀察到腸道能完整地吸收轉運雙甘肽;此后，Newey和Smith (1960)提出了令人信服的小肽可被完整吸收的論據，證實了完整的甘氨酰-甘氨酸能被轉運吸收。Hara等(1984)也指出，蛋白質在消化道中消化終產物的大部分往往是小肽而不是游離氨基酸。之后，小肽的I型載體(Fei等，1994)和Ⅱ型載體(Adibi，1996)分別被克隆。至此，小肽能被完整吸收的觀點逐漸被人們認識和利用。近年來，隨著小肽的深入研究，小肽營養也已成為繼蛋白質營養研究和應用的又一熱點。
　　1小肽的概念和分類
　　多肽，是指分子結構介于氨基酸和蛋白質之間的一類化合物。氨基酸是組成多肽和蛋白質的基本基團。一般來講，多肽的含義更廣泛一些，多肽和蛋白質之間并沒有嚴格的區分，多肽指由低于五十個氨基酸組成的化合物，如由三個氨基酸組成叫三肽，四個組成叫四肽，順此類推;高于五十個氨基酸以上的化合物通常稱為蛋白質(馮懷蓉等，2002)。肽中氨基酸殘基低于10個的稱為寡肽;一般認為，小肽是二肽、三肽。
　　按其所發揮的功能把小肽分為兩大類，即功能性小肽和營養性小肽。功能性小肽指能參與調節動物的某些生理活動或具有某些特殊作用的小肽，如抗菌肽、免疫肽、抗氧化肽、激素肽、表皮生長因子等。營養性小肽是指不具有特殊生理調節功能，只為蛋白質合成提供氮架的小肽(鄭云峰等，2006)。
　　2小肽的吸收機制
　　小肽與游離氨基酸的吸收存在著2種相互獨立的轉運機制。游離氨基酸由腸細胞主動轉運，存在著中性、酸性、堿性和亞氨基酸4類轉運系統，它們逆濃度梯度轉運，通過不同的繼發性主動重吸收系統而進行。而小肽的吸收機制與其完全不同，小肽的吸收是逆濃度進行的。
　　2.1人和單胃動物小肽的吸收機制
　　單胃動物吸收肽是在腸系膜系統，單胃動物的小腸是小肽吸收的主要場所，由小腸黏膜上皮細胞來完成。日糧蛋白質在胃腸道消化酶的作用下，最終分解成游離氨基酸和2～6肽。這些肽在小腸絨毛膜刷狀緣受到氨肽酶N、氨肽酶A的作用，最后大多以游離氨基酸和小肽的形式被完整地吸收，再轉運進入血液循環(Gardner等，1991;Bronk等，1993。其轉運系統可能有以下3種：1)依賴氫離子濃度或鈣離子濃度的主動轉運過程，需要消耗ATP(Vincenzini等，1989。Takuwa等(1985)證實，在一定氫離子濃度存在下，囊泡膜刷狀緣肽的主動轉運加快。這種轉運方式在缺氧或添加代謝抑制劑的情況下被抑制。2)第二種是具有pH值依賴性的氫離子/鈉離子交換轉運系統，不消耗ATP。Daniel等(1994)研究認為，小肽轉運的動力來自質子的電化學梯度，質子向細胞內轉運的動力產生于刷狀緣頂端細胞的氫離子/鈉離子互轉通道的活動，當小肽以易化擴散的形式進入細胞時，引起細胞的pH 下降，氫離子/鈉離子通道被活化，氫離子被釋放出細胞，細胞的pH得以恢復到原始水平。當缺少氫離子梯度時，依靠膜外的底物濃度進行;當存在細胞外高內低的氫離子濃度，則以底物濃度的生電共轉運系統逆底物濃度進行轉運。Fei等(1994)用微電極測定載體PepT1 在轉運 Gly-Sar 的前后細胞內的pH，結果發現，pH由7.22降到7.0這說明，此種跨膜轉運是與氫離子的跨膜轉運一起進行的，如果改變環境的pH，就會影響Gly-Sar的轉運。3)第三種是谷胱甘肽(GSH)轉運系統。Vincerzini 等(1989)報道，谷胱甘肽的跨膜轉運與鈉離子、鉀離子、鋰離子、鈣離子和錳離子的濃度梯度有關，而與氫離子濃度無關，其中受鈣離子影響最大。由于谷胱甘肽在生物膜內具有抗氧化功能，因而谷胱甘肽轉運系統可能具有特殊的生理意義，但目前其機制尚不十分清楚。
　　2.2反芻動物小肽的吸收機制
　　反芻動物在非腸系膜系統部位對小肽的吸收可能存在中間載體轉運吸收、簡單滲透擴散和通道穿透吸收等超過3種的肽轉運機制。在小肽吸收初期以中間載體轉運吸收為主，之后通道穿透吸收變為肽的主要吸收方式，這是由于中間載體吸收激活了上皮細胞閉鎖小帶，使其側腺擴散，小肽的吸收通道通透性加大，小肽由此通道開始被大量吸收，而在整個吸收過程中一直存在著依賴濃度的簡單擴散。Webb(1990)提出反芻動物氨基酸和小肽的吸收存在腸系膜系統和非腸系膜系統兩種途徑。空腸、結腸、回腸、盲腸吸收的小肽進入腸系膜系統;而由瘤胃、瓣胃、網胃、皺胃和十二指腸吸收的小肽則進入非腸系膜系統。Matthews(1991)用離體瘤胃上皮細胞和瓣胃上皮細胞研究小肽的吸收情況時發現，瘤胃上皮細胞和瓣胃上皮細胞對小肽的吸收是不飽和的被動擴散過程;瓣胃上皮細胞吸收小肽的能力要強于瘤胃上皮細胞。
　　3小肽的吸收特點
　　與游離氨基酸吸收相比，小肽的吸收具有速度快、耗能低、載體不易飽和，且各種肽之間轉運無競爭性與抑制性等特點 (Ganapathy等，1985;Rerat等，1988)。Rerat等(1988)報道，向豬十二指腸內分別灌注小肽和游離氨基酸混合物后，除蛋氨酸外，出現在門靜脈中的小肽比灌注相應游離氨基酸混合物快，而且吸收峰高。作為腸腔的吸收底物，小肽不僅能增加刷狀緣的氨肽酶和二肽酶的活性，而且還能提高小肽載體的數量(Bamba，1993)。Daneil等(1994)認為，小肽載體的吸收能力可能高于各種氨基酸載體吸收能力的總和，小肽中氨基酸殘基被迅速吸收的原因，除了小肽吸收機制本身外，可能是小肽本身對氨基酸或氨基酸殘基的吸收有促進作用。據 Brandsch等(1994)報道，在生理條件下，空腸中酪蛋白水解中的β-酪內啡肽使L-亮氨酸進入腸壁細胞的動力學常數Km和最大吸收速度Vmax提高。樂國偉等(1997)報道，分別在來航公雞的十二指腸灌注COP(酪蛋白水解物寡肽)和FAA(游離氨基酸)，10min后，COP組門靜脈總氨基酸(TAA)含量顯著地高于FAA組。這表明小肽的吸收不僅比游離氨基酸吸收快，而且還有吸收率高、吸收強度大的優勢。
　　4影響小肽釋放、吸收和轉運的因素
　　4.1蛋白質的品質
　　由于各種消化酶的專一性和蛋白質的氨基酸組成不同，決定了蛋白質酶解產生小肽的種類和數量不同。氨基酸平衡的蛋白質易產生數量較多的寡肽，而劣質蛋白質則產生大量的游離氨基酸和少量分子量大的肽片斷(Meister，1987)。Rayhunath等(1987)選擇α-乳白蛋白、雞蛋蛋白、羊肉蛋白分解物、小麥谷朊、玉米蛋白，以20%的日糧蛋白質水平喂小鼠，分析回腸濾液后發現，飼喂動物蛋白有較大比例的小肽，飼喂植物蛋白有較多的游離氨基酸。4.2日糧的營養水平
　　Webb等(1992)報道，長期對大鼠限制采食(50%的自由采食)，腸組織吸收 L-Met和L-Met-L-Met的能力上升。對人體的研究發現，限制飲食時肽酶的活性下降，恢復飲食后肽酶的活性逐漸回升。此外，當人的飲食中蛋白質含量增高時，小腸絨毛粘膜刷狀緣肽酶的活性增加，低蛋白或無蛋白時肽酶的活性降低，小肽的吸收也隨之發生變化。給大鼠飼喂無蛋白質日糧40～80d后，大鼠空腸組織吸收Met的能力下降，而L-Met-L-Met的吸收能力提高。4.3小肽的理化性質
　　小肽的吸收與其理化性質有一定關系，一般較小的肽比大肽、L型比D型、中性比酸堿性肽更易吸收。目前的研究認為，二肽和三肽能完整的吸收，大于三肽的寡肽(Olig-Peptide，OP)是否能完整吸收還存在爭議。氨基酸殘基構型是小肽轉運的決定因素之一，當賴氨酸位于N端與組氨酸構成二肽時，要比它位于C端時吸收速度快;而當它在C端與谷氨酸構成二肽時，其吸收速度更為迅速。此外，肽載體也對小肽的吸收有一定影響，肽載體對底物具有廣泛的適應性，幾乎能夠以所有的二肽三肽作為底物。肽載體對疏水性、側鏈體積大的底物具有較高的親和力，而對親水性、帶電荷的小肽親和力較小(Matthews，1991)。當蛋白質水解產物中的寡肽和游離氨基酸所占比例較高時，寡肽能誘導腸肽酶的分泌(Bamba等1993)，在腸肽酶的進一步作用下水解釋放出游離氨基酸，使游離氨基酸的濃度提高，從而可能加劇游離氨基酸吸收的競爭抑制，進一步減慢肽的吸收速度。不同比例的小肽與游離氨基酸對動物氨基酸的吸收也有影響，小肽比例的增加能夠顯著提高氨基酸的吸收速度;提高游離氨基酸的濃度或比例時，并不能加快大多數氨基酸的吸收(施用暉等，1996)。
　　4.4加工、貯藏條件
　　加工、貯藏條件是影響蛋白質消化過程中小肽釋放量與游離氨基酸比例的重要因素。Restani等(1992)在體外水解試驗中，發現蒸制加工后的肉品與冷凍干燥及鮮肉相比，前者釋放的SP量少，而鮮肉或冷凍干燥肉品的SP釋放量高。進一步研究加工、貯藏對蛋白質消化率與小肽釋放量的關系，有助于掌握加工、貯藏等條件對蛋白質和氨基酸消化吸收的影響。4.5其他因素
　　動物所處的生理狀態和代謝變化也會影響小肽吸收。其年齡、健康狀況、生長階段等都會影響其對小肽的吸收利用情況。泌乳牛和綿羊在注射牛生長激素(bST)后，肌肉和乳房組織對小肽的利用加強，這可能是由于bST等代謝調節劑加大了機體對與代謝變化有關氨基酸的需要(Boyd等1991)。
　　5小肽的功能
　　小肽在腸道能與特殊受體結合，促進動物胃腸道的生長發育，提高胃腸道消化、吸收功能，部分小肽可被吸收進入血液循環系統，調節機體免疫機能，并通過生長軸調控動物生長，充分發揮動物的生產潛能。所以，小肽的主要功能表現如下：
　　5.1促進氨基酸的吸收利用，提高機體蛋白質的沉積率
　　小肽與游離氨基酸具有相互獨立的吸收機制，二者互不干擾，減輕了與游離氨基酸相互競爭吸收位點而產生的頡頏作用，從而促進氨基酸的吸收，加快蛋白質的合成與沉積(Pan等，2001)。小肽能以完整形式被機體吸收進入循環系統, 從而被組織利用來合成蛋白質或直接成為生理活性物質。一些學者認為小肽對動物的營養具有重要作用，為使其達到最佳生產性能，必須供給動物一定量的小肽。小肽不僅能被小腸粘膜吸收利用，而且其合成分子蛋白的速度遠遠高于氨基酸。動物以小肽形式作為氮源時, 整體蛋白質沉積高于相應的游離氨基酸日糧或完整蛋白質日糧(Infante，1992)。施用暉等(1996)在研究不同比例小肽與游離氨基酸對雞氨基酸吸收時發現，當完全以小肽的形式供給動物氮源時，賴氨酸的吸收速度不再受精氨酸的影響，從而使蛋白質的沉積率升高。樂國偉等(1998)報道，雛雞在灌注酪蛋白水解物小肽后可觀察到，雛雞組織蛋白合成率顯著高于灌注相應的游離氨基酸混合物組。
　　5.2促進礦物元素的吸收利用
　　在動物體內，多數礦物質元素的吸收均以蛋白質為載體，如鈣的吸收需要腸黏膜上的鈣轉運蛋白，鐵的吸收需要鐵轉運蛋白，且多種礦物元素在體內也是以一種與蛋白質結合的形式存在或發揮作用。Found (1974)指出，位于五元或六元環絡合物中心的金屬離子可通過小腸絨毛，以小肽形式被吸收。施用暉等(1996)報道，在蛋雞日糧中添加小肽制品后，血漿中的Fe2+、Zn2+的含量顯著高于對照組，蛋殼強度提高。李永富等(2000)報道，對1～21日齡的乳豬分別添加小肽鐵和右旋糖苷鐵，14日齡時測血清鐵蛋白含量，其中添加小肽組顯著高于添加右旋糖苷鐵組和對照組，這說明以小肽絡合物形式存在的礦物離子更易被機體吸收。
　　5.3提高機體的生產性能
　　小肽能提高動物的生產性能，可能與肽鏈的結構及氨基酸序列有關。多種生物活性小肽(磷酸肽、阿片肽、內啡肽、促泌肽等)可在消化過程中釋放出來，促進消化道的蠕動，改善消化機能，促進動物生長(Infante,1992)。大量試驗表明，在日糧中添加小肽對動物的生產性能有明顯的促進作用。Parisini等(1989)在生長豬日糧中添加少量的小肽制品后，提高了豬的日增重、蛋白質利用率和飼料轉化率，其原因可能是與肽鏈的結構功能有關。施用暉等(1996)報道，在蛋雞基礎日糧中添加小肽制品后，蛋雞的產蛋率、日產蛋量和飼料轉化率均顯著提高，蛋殼強度有提高的傾向。
　　5.4提高機體的免疫能力
　　小肽能夠加強動物消化道內有益菌群的繁殖，提高菌體蛋白的合成，同時小肽可以提高動物自身免疫力，增強抗病力。此外，蛋白質水解產生的肽具有某些免疫活性，如β-酪蛋白水解產生的三肽和六肽可促進巨噬細胞的吞噬作用;以豬骨髓的一段cDNA為模板合成的一種小肽對革蘭氏陽性、陰性菌都有抑制作用。Boyd(1991)研究表明，經蛋白酶、凝乳酶消化獲得的β-酪蛋白C末端序列193～209，可誘發大鼠淋巴細胞大量增殖。高萍等(2000)研究表明，注射一定劑量的豬胰多肽，可提高仔豬的血清球蛋白水平，增強仔豬免疫力。
　　5.5其它功能
　　小肽能阻礙脂肪吸收，并能促進“脂質代謝”。因此，在保證攝入足夠量肽的基礎上，將其它能量組分減至最低，可達到減少體脂沉積的目的，而且可以避免其它方法(如限食加運動)的負面效果(如肌肉組織喪失，體質下降)。在集約化蛋雞生產中，高產蛋雞通過攝取含肽飼料保持體重，維持高生產性能。另外有研究發現，在雞蛋蛋白中提取的某些肽能促進細胞生長和DNA合成。
　　6 小肽的應用前景
　　隨著小肽的深入研究，人們對蛋白質和小肽的營養將有一個更加全面的認識。小肽營養的必需性已被許多試驗所證實，與游離氨基酸相比，小肽在吸收率和利用率上的優勢已經逐漸被人們認可。由于小肽在促進動物生長、增強免疫力、促進腸道發育與成熟、調節內分泌機能等諸多方面發揮重要的生理作用，在畜牧業中將有非常重要的應用價值。同時，小肽本身作為營養物最終被機體所利用，不存在殘留或毒、副作用，對畜產品的品質無負面影響，還可作為抗生素的替代品，對節省蛋白質資源，制造綠色食品，維護人類健康具有深遠的意義。
　　然而，從當前國內外的研究看出，對小肽作用機理和功能的研究雖已基本了解，但對其應用和生產工藝的研究還不完善;還沒有建立一套靈敏度高、簡單易行的目標小肽的活性檢測體系;基因工程生產小肽與應用階段還存在一定距離。這些有待進一步系統深入地研究。
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