腸黏膜營養(yǎng)及生長調(diào)節(jié)研究進(jìn)展

暮雨撒江天

營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收主要在動物腸道進(jìn)行，腸道健康與否將直接影響動物對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取。特別對幼齡動物，腸黏膜發(fā)育不完全，其生長、發(fā)育及健康狀況將影響動物的生長、抗疾病、免疫力等諸多方面。另一方面，腸道本身也參與日糧營養(yǎng)成分的物質(zhì)代謝，這種代謝也直接影響腸外組織器官對日糧營養(yǎng)成分的利用。因此，腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能的維持就特別重要，腸黏膜本身的營養(yǎng)也將成為研究動物營養(yǎng)需要必需考慮的重要環(huán)節(jié)。 　　
1 腸黏膜能量代謝
腸黏膜是動物吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要器官，由于跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)做功和較高的代謝率，所需能量占整個身體所需能量的相當(dāng)大部分。據(jù)研究證實，反芻動物和其它動物用于腸道上皮和支持組織的能量大約占總需要量的20％(Jim等，1996)。而腸道各部分對能量利用分配的估測表明，吸收黏膜約占整個腸道組織能量消耗的80％，而其中的50％～90％涉及鈉泵吸收機(jī)制(Jim等，1996)。
谷氨酰胺(Gln)、葡萄糖和酮體是腸道能源物質(zhì)。許多研究結(jié)果表明，氨基酸而非血糖是小腸黏膜的主要能量來源(Wu，1998；Stoll，1998)。Burrin和Reeds(1997)報道，日糧Gln及與Gln代謝有關(guān)的天冬氨酸、谷氨酸是小腸黏膜的主要能量來源，為腸道營養(yǎng)物的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)和高效率的細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)等依賴ATP供能的代謝過程提供能源。Peter等(2000)采用外科手術(shù)和同位素技術(shù)對仔豬的研究表明，日糧谷氨酸的95％供給黏膜代謝，其中50％被完全氧化為二氧化碳，而日糧葡萄糖僅5％被黏膜利用。90％的碳作為二氧化碳釋放，而葡萄糖僅34％作為二氧化碳釋放。因此，在飼喂條件下腸內(nèi)(日糧)谷氨酸是比日糧葡萄糖或動脈谷氨酰胺更重要的氧化供能物質(zhì)。盡管小腸黏膜細(xì)胞攝取了大量的葡萄糖，但大多用于糖原的合成，少量用于腸黏膜的分解供能。
2 腸黏膜氨基酸代謝
近20年的研究表明，非必需氨基酸在小腸黏膜內(nèi)廣泛參與代謝(Wu等，1996)。最近幾年人們逐漸認(rèn)識到腸道對日糧必需氨基酸的需求和利用(Stoll等，1998b)。腸內(nèi)食糜是腸黏膜氨基酸的基本來源也被認(rèn)可。但腸道氨基酸代謝是一個很復(fù)雜的過程，酶作用的底物一部分來自腸道內(nèi)容物(日糧)，也有一部分來自動脈循環(huán)，而日糧氨基酸通過腸黏膜時的代謝又不同于動脈循環(huán)中的氨基酸在黏膜的代謝。而目前對于腸黏膜氨基酸代謝方面的研究手段也主要是通過體外腸上皮細(xì)胞分離培養(yǎng)進(jìn)行，對于動物體內(nèi)的研究還很少。
2.1 谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸
腸腔內(nèi)Gln、谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)在通過小鼠空腸時分別被降解了66％、98％和大于99％(Windmueller和Spaeth，1975；1976)。因此，日糧中絕大多數(shù)Gln和幾乎所有的Glu和Asp不為腸外組織所利用(Battezzati等，1995；Stoll等，998b)。小腸黏膜中Gln、Glu和Asp的分解代謝主要是為腸黏膜的生長、發(fā)育和新陳代謝提供能量，而嘌呤、嘧啶核苷酸和谷胱甘肽的合成反映了腸道利用Gln、Glu和Asp的重要生理途徑。在斷奶后，仔豬的腸道可利用氨、Gln和精氨酸(Arg)產(chǎn)生尿素。尿素在腸細(xì)胞的合成可能是防御氨中毒的第一道防線(Wu，1995)。
2.2 賴氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸
Stoll等(1998)研究發(fā)現(xiàn)，哺乳仔豬約50％的日糧賴氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met)、45％的苯丙氨酸(Phe)和60％的蘇氨酸(Thr)在吸收后的第一次循環(huán)中被PDV(portal－drainedviscera)組織攝取。研究者認(rèn)為被攝取的必需氨基酸中1/3被小腸黏膜代謝，其中小于20％被用于黏膜蛋白合成。同樣，在成年人內(nèi)臟系統(tǒng)中可提取到30％和58％來源于腸道的Lys和Phe(Biolo等，1992；Hoerr等，1993)。這些結(jié)果表明小腸黏膜在降解日糧必需氨基酸上起重要作用，而這方面仍缺乏直接證據(jù)。此外，有報道說豬腸道中存在苯丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶，為Phe在腸黏膜的代謝提供了酶基礎(chǔ)。
2.3 絲氨酸和甘氨酸
小腸中有大量的絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶，使絲氨酸(Ser)轉(zhuǎn)化為甘氨酸(Gly)，同時產(chǎn)生合成嘌呤和嘧啶的N5，N10－甲叉四氫葉酸(N5，N10－methylenetetrahydrofolate)，這可能對小腸黏膜高效率合成蛋白質(zhì)和細(xì)胞增殖有重要意義。合成谷胱甘肽是小腸黏膜利用甘氨酸的重要途徑(Reeds等，1997)。Stoll等(1998b)報道，哺乳仔豬日糧絲氨酸和甘氨酸的40％和50％首先通過PDV濾出，濾出的氨基酸用于合成的腸蛋白質(zhì)少于20％。
2.4 精氨酸
成年鼠，被腸黏膜吸收的Arg有40％在腸黏膜被降解，剩下的60％進(jìn)入腸靜脈(Windmueller和Spaeth，1976)。在成年人，膳食Arg的38％在第一次經(jīng)過腸道上皮細(xì)胞時被濾出，其中絕大多數(shù)被小腸黏膜利用(Castille等，1993a)。這些結(jié)果表明，日糧Arg有相當(dāng)部分不被腸外組織利用。另一方面，小腸在絕大多數(shù)哺乳動物(包括人、豬和鼠)內(nèi)源Arg合成中起主要作用。斷奶后的仔豬由于腸道內(nèi)Δ1－二氫吡咯－5－羧酸合成酶活性大大增強(qiáng)，能保證由Gln合成足夠的Arg以供腸道以外的組織利用。這就是為什么Arg是初生仔豬的必需氨基酸(Wu，1994)。
2.5 脯氨酸
Wu(1997)最近研究表明，0～58日齡仔豬和鼠小腸上皮細(xì)胞內(nèi)存在相當(dāng)高活性的線粒體脯氨酸氧化酶，由脯氨酸合成了較大量的鳥氨酸、瓜氨酸和精氨酸，占代謝脯氨酸碳的80％～90％。因此腸黏膜在脯氨酸的降解中可能起了主要作用(Wu，1997)。另一方面，小腸黏膜中脯氨酸可以由日糧精氨酸、鳥氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸以及來源于動脈的谷氨酰胺合成。在豬和人的活體試驗表明，小腸是日糧谷氨酸合成脯氨酸的主要器官(Murphy，1996；Matthew，1993)。
2.6支鏈氨基酸
腸粘膜中具有支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶和支鏈α－酮酸脫氫酶(Harper，1984)，為支鏈氨基酸的代謝提供了酶基礎(chǔ)。哺乳仔豬40％的亮氨酸、30％的異亮氨酸和40％的纈氨酸首先被PDV濾出，其中用于合成的小腸黏膜蛋白(Stoll，1998)。這些結(jié)果表明，腸黏膜對日糧支鏈氨基酸具有代謝作用少于20％，但其最終的代謝還不清楚。
此外，腸黏膜氨基酸代謝在調(diào)節(jié)腸完整性和功能方面還起了重要作用：第一，鳥氨酸(精氨酸、谷氨酰胺和脯氨酸的產(chǎn)物)為腸上皮細(xì)胞的合成提供了多胺合成的原料，多胺是腸上皮細(xì)胞增殖、分化和修補(bǔ)所必需(Luk，1980)；第二，精氨酸為一氧化氮的生理前體，一氧化氮在調(diào)節(jié)腸道血流、完整性、分泌和上皮細(xì)胞遷移中起重要作用(Alican，1996)；第三，谷氨酸、甘氨酸和胱氨酸是合成谷胱甘肽的前體，此三肽對腸黏膜在毒物和過氧化損傷防御中發(fā)揮重要作用(Reeds，1997)。
由上可知，由于腸黏膜氨基酸代謝，門脈血流的氨基酸模式顯然不同于日糧氨基酸模式，且不能反應(yīng)出日糧氨基酸在腸外組織的可利用性(Stoll等，1998b)。這對于認(rèn)識日糧蛋白質(zhì)、氨基酸營養(yǎng)有重要意義。首先，日糧必需氨基酸在體內(nèi)先被小腸大量代謝，導(dǎo)致營養(yǎng)有效性降低。由于日糧氨基酸在小腸的代謝與腸黏膜的量呈正相關(guān)(Stoll等，1998b)，因此影響腸道重量的因素(生長激素、IGF－I)也可能影響動物對日糧氨基酸的需要；其次，腸道氨基酸的代謝還與動物種類、生長發(fā)育和疾病有關(guān)，這些因素在推薦動物日糧氨基酸需要和改進(jìn)體內(nèi)氨基酸和蛋白質(zhì)代謝的模式時都必需考慮。
3 礦物質(zhì)和維生素營養(yǎng)
礦物質(zhì)和維生素對腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能影響的研究主要是微量元素鋅和VA。唐方(1992)研究證實：小鼠缺鋅可直接導(dǎo)致小腸上皮細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)的變化，線粒體減少，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腫脹擴(kuò)張，高爾基體萎縮，初級溶酶體形成減少，從而影響小腸上皮細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收與合成代謝。缺鋅還可導(dǎo)致杯狀細(xì)胞數(shù)量、面積和直徑明顯減小，粘液層厚度和粘液蛋白質(zhì)含量進(jìn)一步降低，從而引起腸道黏膜粘液的屏障功能削弱，小腸黏膜的免疫防御能力降低，腸道粘液動力系統(tǒng)對病原微生物的清潔作用和交聯(lián)作用削弱，病原微生物易于在黏膜定植、穿透粘液層而直接接觸腸黏膜，誘發(fā)感染。這可能是臨床上缺鋅兒童胃腸功能紊亂，反復(fù)感染，易引起腹瀉的原因之一(羅治彬等，1998)。
Zile等(1977)研究表明，鼠小腸中VA濃度與腸上皮細(xì)胞增殖相關(guān)。VA缺乏，鼠空腸結(jié)構(gòu)有一定的改變(Warden等，1996)。而在Zehava等(1998)的研究中發(fā)現(xiàn)，與鼠比較，小雞對VA缺乏反應(yīng)更快，嚴(yán)重VA缺乏可改變小雞小腸黏膜的形態(tài)和黏膜酶的活性，導(dǎo)致黏膜蛋白丟失，降低絨毛高度和隱窩深度并削弱二糖酶、轉(zhuǎn)肽酶和堿性磷酸酶活性。同時表明VA供給量低影響雞腸上皮細(xì)胞的增殖、生長和成熟過程。所以雞腸道疾病期間，供給高劑量VA可導(dǎo)致粘膜功能的快速恢復(fù)。
4 影響腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能的營養(yǎng)成分
4.1 谷氨酰胺
谷氨酰胺不僅是腸黏膜的供能物質(zhì)，還是細(xì)胞的蛋白質(zhì)、核酸及氧化型輔酶Ⅱ(NAD(P)＋)物質(zhì)等合成的前體和促進(jìn)劑(Lacey等，1990)。為維持黏膜的正常形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能所必需。當(dāng)腸道由于手術(shù)、燒傷或斷奶等應(yīng)激，使腸道上皮屏障作用紊亂時，Gln對維持"健康"的腸道具有重要作用。因此，有研究者認(rèn)為，Gln是動物的條件性必需氨基酸(Lacey等，1990)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，谷氨酰胺還是維持與腸道相關(guān)的淋巴組織所必需，是合成腸道免疫球蛋白所必需，表明谷氨酰胺在腸道免疫中的重要作用。
4.2 短鏈脂肪酸
據(jù)報道，后腸發(fā)酵產(chǎn)物－短鏈脂肪酸對腸黏膜結(jié)構(gòu)和功能也有影響。每天給一定劑量短鏈脂肪酸兩周，加速了鼠腸上皮增殖(Sakata，1984)。與無發(fā)酵纖維的基礎(chǔ)日糧比較，短鏈脂肪酸可使上皮細(xì)胞每天增加了3～4倍(Goodlad和wright，1983)。另外，大腸中揮發(fā)性短鏈脂肪酸含量的增加可刺激小腸隱窩細(xì)胞生長。許多研究發(fā)現(xiàn)，飼喂高纖維日糧較飼喂低纖維日糧的生長豬，空腸和結(jié)腸隱窩細(xì)胞增生速度更快，從而引起腸黏膜細(xì)胞周轉(zhuǎn)速度加快。
4.3 核苷酸
核苷酸能夠加速腸細(xì)胞的分化、生長。補(bǔ)充核苷酸改變了人和鼠腸上皮細(xì)胞的增殖和分化，促進(jìn)了細(xì)胞的生長，加速了小腸上皮細(xì)胞的成熟(He等，1993)。另據(jù)報道，在營養(yǎng)應(yīng)激條件下或細(xì)胞生長期間，外源核苷酸可能是細(xì)胞增殖和分化的條件性必需營養(yǎng)。日糧核苷酸加速了受傷或營養(yǎng)不良鼠腸黏膜的修復(fù)(Uauy等，1994)。
5 腸黏膜生長的調(diào)節(jié)
5.1 表皮生長因子(EGF)
存在于哺乳動物各種組織中的EGF是新生動物和成年動物消化道黏膜的營養(yǎng)性肽。它具有廣泛的生物學(xué)活性，能刺激上皮細(xì)胞的生長與細(xì)胞分化。母乳中含有豐富的EGF，可能在調(diào)控初生動物胃腸道生長發(fā)育方面發(fā)揮作用。腸上皮細(xì)胞中含有EGF的高親和力受體，與EGF結(jié)合刺激十二指腸、空腸、回腸和結(jié)腸隱窩細(xì)胞DNA合成，增加了腸黏膜多胺合成的關(guān)鍵酶－鳥氨酸脫羧酶的活性，從而影響腸上皮細(xì)胞的生長和成熟(Johnson，1988)。Jaeger等(1990)研究表明，對初生和斷奶仔豬，通過內(nèi)吸收途徑或口服EGF顯著增加回腸乳糖酶和蔗糖酶活性。
5.2 胰島素和類胰島素生長因子
胰島素可促進(jìn)多種細(xì)胞(包括腸細(xì)胞)的增殖。體內(nèi)研究表明，非腸道給予大鼠和小鼠胰島素可加速小腸刷狀緣酶活性的出現(xiàn)和升高(Menard等，1981)。體外研究亦證實，胰島素能誘導(dǎo)小腸黏膜的早熟發(fā)育，口飼胰島素，小腸內(nèi)容物中乳糖酶、麥芽糖酶和堿性磷酸酶總活性升高(鄭春田等，1999)。
類胰島素生長因子(IGFs)包括IGF－I和IGF－Ⅱ，它們作為仔豬胃腸道生長發(fā)育的激素類生長因子已引起了廣泛的關(guān)注。IGF－Ⅰ和IGF－Ⅱ均能刺激DNA的合成和各種類型細(xì)胞的有絲分裂(Xu,1996)。用實驗嚙齒動物的研究證明，外源IGFs能刺激胃腸生長和酶的成熟。嚴(yán)重?zé)齻∪嗣刻彀匆欢▌┝科は伦⑸銲GF－I5天，能顯著減輕黏膜萎縮和胃腸壁細(xì)菌穿透的發(fā)生(Xu，1996)。
5.3 腸高血糖素
斷奶時哺乳動物由吸吮母乳到采食飼料的改變，使進(jìn)入大腸的物質(zhì)的量增加，微生物發(fā)酵增加，小腸后段承載營養(yǎng)物質(zhì)的加大，刺激黏膜內(nèi)分泌細(xì)胞釋放多肽類激素－腸高血糖素。Kelly等(1991)報道，斷奶后連續(xù)飼喂5天的仔豬比限飼5天的仔豬血漿腸高血糖素水平升高，同時小腸重量、黏膜重量、絨毛高度和隱窩深度增加。
6 結(jié)語
日糧氨基酸不僅是腸黏膜的主要供能物質(zhì)，而且參與腸道氨基酸代謝，還對腸的完整性和功能的調(diào)節(jié)起一定的作用。日糧中其它營養(yǎng)成分也在一定程度上參與了腸道的生長發(fā)育及受損腸上皮細(xì)胞的修復(fù)。

leijian

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天之涯

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勁松

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