多肽类物质的营养研究方向
发布时间:2019-04-04阅读量:14431来源:本站

摘要:本文主要从单胃动物消化道中蛋白质消化过程中肽的释放、肽的吸收、血液循环中肽的种类及来源、肽对动物机体蛋白质周转代谢的影响以及肽的生理活性作用等方面对当前肽的研究工作作了简要的概述。

关键词 肽;寡肽;小肽;氨基酸;营养

小肽(Small peptide,SP)特指由2~3个氨基酸(Amino

acid,AA)构成的寡肽(Oligopeptide,OP)。近半个世纪以来,伴随着动物可利用AA和理想蛋白质的深入研究,肽营养越来越受到人们的关注,并取得了积极的进展。人们普遍认为,肽营养研究对于丰富传统动物蛋白质营养理论、提高蛋白质利用效率、节约有限的蛋白质饲料资源和降低氮污染等均具有重要的意义。

本文将主要从SP的吸收机制、吸收特点、影响SP吸收的因素、蛋白质在消化过程中肽释放规律、血液循环中肽的种类及来源、肽对动物机体蛋白质周转代谢的影响以及肽的生理活性作用等对当前肽的研究工作作一简要的概述。

1 SP营养提出的理论依据

动物SP营养的提出有赖于几个试验结果的发现。电磁探针探测试验发现,蛋白质在小肠内的最终水解产物除游离氨基酸(Free amino acid,FAA)外,还含有大量的SP。这一结果促使研究者开始对经典蛋白质消化吸收理论(Dogma理论)产生质疑;Newey和Smyth在1957~1962年间的一系列研究发现蛋白质在小肠内产生的大量SP可直接进入肠粘膜细胞,并为Agar等(1953)、Adibi等(1968)、Adibi(1971)、Cheng等(1971)和Buston等(1972)等人研究所证实,正式掀起了对Dogma理论的挑战;Craft等(1968)、Addison等(1974a,b)和Adibi等(1975)发现动物小肠细胞中存在SP的运输系统,Hara等(1984)在小肠粘膜细胞中发现了SP载体,随后SP的I型载体(Fei等,1994)和II型载体(Adibi,1996)分别被克隆。这从组织结构学的角度为动物SP营养的客观存在提供了直接的证据;全AA日粮与完整蛋白日粮生长试验的对比发现,动物采食纯合饲粮或AA平衡的低蛋白质饲粮时,不能达到最佳生产性能(Pinchasou等,1990;Kephart等,1990;Keshavarz,1991;Jensen,1991;Colnago等,1991),这提示动物对蛋白质的需要不能完全由FAA来满足,SP可能是动物的必需养分。表1是美国乔治亚大学做过的一个试验结果。

 

注:日粮代谢能为13.38MJ/kg;粗蛋白低于23%的各处理的日粮中含硫AA、赖氨酸、精氨酸、色氨酸、苏氨酸、异亮氨酸和缬氨酸当量与粗蛋白质为23%处理的日粮中的水平相同.

2 SP的吸收机制

SP吸收机制的探索开始于二十世纪七十年代。到目前为止,对SP的吸收机制的推测均建立在为数不多的几种SP如Gly-Gly二肽、L-Glu-L-Glu二肽、L-Lys-L-Lys二肽、Gly-L-Lys二肽、Carnosine二肽及Gly-Gly-Gly三肽等吸收情况的基础之上,研究多用蛙、大鼠、小鼠、豚鼠、兔和人等动物而进行。研究结果表明,SP具有以完整的形式进入肠细胞的能力,具有与FAA不同的吸收机制。

SP的生成

动物肠腔中的SP来源于机体日粮蛋白或内源蛋白的降解。蛋白质首先在蛋白酶、内肽酶和外肽酶的作用下生成FAA和OP(含2~6个AA残基);OP在寡肽酶作用下进一步水解,生成FAA和SP。

单胃动物SP的吸收机制

人、兔和鼠等对SP的转运系统可能有三种:1)依赖H+浓度或Ca2+浓度且需要消耗ATP的主动转运系统(Matthews,1987;Vincenzini等,1989),在缺氧或添加代谢抑制剂的情况下将被抑制;2)具有H+依赖性和非耗能性的Na+/H+交换转运系统。Daniel等(1994)经研究认为,SP转运的动力来自于质子的电化学梯度。小肠刷状缘顶端细胞的Na+/H+互运通道的活动引起质子的活动。SP以易化扩散方式进入粘膜细胞时,将导致粘膜细胞内的H+浓度升高,使Na+/H+互运通道活化,进而释放出H+,使细胞内H+浓度恢复到原来的水平。当缺少H+浓度时,SP的吸收依靠膜外底物浓度进行;当细胞外H+浓度高于细胞内时,则通过生电共转运系统逆底物浓度转运;3)可能具有特殊的生理意义的谷胱甘肽(GSH)转运系统(Vincenzini等,1989)。

反刍动物SP的吸收机制

肠系膜和非肠系膜途径是反刍动物SP吸收的两种形式(Webb;1993)。空肠、回肠、盲肠和结肠所吸收的物质进入肠系膜系统;瘤胃、网胃、瓣胃、皱胃和十二指肠所吸收的物质进入非肠系膜。经犊牛试验发现,非肠系膜系统是反刍动物吸收SP的主要方式,而肠系膜系统是反刍动物吸收FAA的主要方式(Dirienzo,1990)。用离体瘤胃和瓣胃上皮细胞研究SP吸收特点时发现,二者对SP的吸收都是不饱和的被动扩散过程;后者对SP的吸收能力要比前者强(Matthews,1991)。

3 SP吸收的特点

研究者们采用十二指肠或静脉灌注SP或FAA混合物的方法,通过比较SP和FAA吸收特点之后认为SP和FAA的吸收相互独立、互不干扰,二者在小肠内的转运机制完全不同(Adibi等,1968;Adibi,1971;Cheng等,1971;Buston等,1972)。同FAA相比,SP的吸收特点集中表现在两方面。

速度快、耗能低、载体不易饱和且可避免AA吸收之间的竞争

与FAA的吸收途径相比,SP的吸收速度快、耗能低且载体不易饱和(Ganapathy等,1985;Rerat等,1988)。乐国伟(1997)在鸡的十二指肠灌注主要由SP组成的酶解酪蛋白和相应组成的FAA混合液,10分钟时酶解酪蛋白组门静脉血液循环中一些肽的含量和总肽含量显著高于FAA组。该试验还发现,与FAA相比,SP的吸收不仅迅速,而且吸收率高和吸收强度大。Rerat等(1988)在猪的十二指肠灌注SP和FAA混合物后,发现除蛋氨酸外,出现在门静脉中的SP比灌注相应FAA混合物快,而且吸收峰高;提高灌注量时,两种来源的AA吸收速度差别进一步加大。Hara等(1984)报道,大鼠对鸡蛋蛋白酶解产物的AA吸收强度比相应FAA高70%~80%。Daniel等(1994)认为SP载体的吸收能力可能高于各种AA载体的吸收能力的总和。赵昕红等(1998)向断奶仔猪十二指肠灌注甘氨酰-L-赖氨酸二肽液和此2种FAA构成混合液,结果发现2种灌注液都使仔猪内源AA的吸收发生了不同程度的改变:后者明显降低了谷氨酸、缬氨酸和组氨酸在肝门静脉的出现量;而前者使大多数AA的吸收量都比空白组和甘氨酸与赖氨酸的混合物的吸收量高。

SP本身能促进AA或AA残基的吸收

Bamba(1993)研究发现肠腔中的SP不仅能增加小肠刷状缘氨基肽酶和二肽酶的活性,而且还能提高SP载体的数量。Brandsch等(1994)报道,在生理条件下,空肠中酪蛋白水解所得的内啡肽可使L-亮氨酸进入肠壁细胞的动力学常数Km和最大吸收速度Vmax提高。


4 影响SP吸收的因素

据推测,影响SP吸收的因素可能包括三方面。

动物因素,包括动物种类、生理阶段、年龄和肠道部位

众所周知,AA在动物不同肠道部位吸收效率不同。例如,羊小肠体外肠环法研究结果发现,AA的吸收次序在不同的小肠部位表现不同(William,1969);Johns等(1973)报道,赖氨酸在羊回肠的吸收率最高。Phillips(1979)采用活体灌注法研究羊小肠对AA的吸收时证实,羊回肠是AA吸收的主要部位;而鼠和豚鼠的小肠中段是AA吸收活动最活跃的部位(Baker等,1971)。这可能表明,动物种类对AA吸收部位起决定性作用。另外,AA对运输载体的亲和力不同、载体在肠道内分布不均、肠道内环境、日粮及生理阶段都可能导致AA在肠道不同部位吸收上的差异。有关肽在肠道内吸收部位的研究鲜见报道。但从AA的吸收规律上推断,SP的吸收也可能依肠道部位的不同而发生相应的变化,赵昕红等(1998)的研究证实了这一点。

SP本身因素,包括肽链长度、肽的结构、肽中AA的组成和肽中AA的末端及肽浓度等

肽结构对于肽能否穿过小肠粘膜起决定性作用。研究指出,肠道内只有运载二肽和三肽的运输系统(Craft等,1968;Adibi等,1975;

Addison等,1974a,b),因此可以完整转运二肽和三肽;肠道对大肽的大规模运输很少(Adibi等,1977),目前对其能否完整吸收还存在争议。另外,组成肽的AA所处的位置影响其吸收,即AA在N端或C端其吸收率不同。诸如由赖氨酸和甘氨酸组成的二肽,赖氨酸在N末端的吸收率大于其在C端的吸收率。相反,谷氨酸和赖氨酸组成的二肽,赖氨酸在C端的吸收速度大于其在N末端的吸收速度(Burston等,1972)。

其他因素

Rubino等(1971)发现AA不影响二肽及其前体物的运输;而能量是肽逆浓度梯度吸收的限制性因素(Addison等,1972,1975;Matthews等,1974;Nutzenadel等,1976)。Ganapathy等(1985)提出电化学质子可能是运输肽的驱动力;Takuwa等(1985)发现肽在刷状缘膜处转运时出现了H+浓度梯度,肽在转运时需要H+浓度,其驱动力可能来自于电化学质子供能;但Vincerzini(1989)报道,谷胱甘肽(GSH)的吸收与Na+、K+、Li+、Ca2+和Mn2+的浓度梯度有关,而与H+的浓度无关。另外,组织水平上的研究发现,SP的吸收对Na+具有依赖性或部分依赖性(Himukai等,1978;Shoaf等,1980),但也有研究认为肽吸收时不需要Na+(Bertloot等,1981;Cheesman等,1982),Na+仅对肽水解后释放出的FAA的吸收是必需的(Himukai等,1980;Bertloot等,1981;Himukai等,1983)。目前,对肽的转运调控认知还很不够,尚需深入的研究。

5 动物血液循环中的肽的种类及来源

动物在饥饿或非饥饿状态时,其血液循环中均存在相当数量和种类不同的肽。牛与羊门静脉血浆肽含量高达70%~80%(Koeln等,1993;Seal和Parker,1991;McCormick和Webb,1982);大鼠血浆中含肽量为10%~52%(Asata等,1994;Seal等,1991;Galibois等,1991);猪和鸡血浆中也存在一定量的肽(Blahovec等,1993)。血液循环中低分子肽含量差异很大,其原因除动物种类不同外,还可能与动物所处的吸收状态、肠道内蛋白质消化产物(包括OP和SP)和FAA的种类、含量对血液循环中肽的影响有关。Adibi等(1997)认为人及动物血液循环中的肽类主要由消化道吸收、体蛋白分解、机体合成(如肽类激素和脑啡肽等生理活性肽类)、服用具有肽类结构的药物和肠外营养方式(如皮下、肌肉、静脉注射含SP的AA溶液)等5种来源,而第一种是血液循环获得肽的最主要方式。

蛋白质在消化之后以何种形式、数量和比例吸收进入循环目前尚不完全清楚。一般研究表明,SP进入肠细胞后,将完全或部分被肠细胞中的二肽酶和三肽酶水解,然后以SP或FAA的形式进入血液循环。正常生理情况下,绝大多数进入小肠细胞的SP离开浆膜之前,已被迅速水解为FAA(Daniel,1994);某些生理和药理试验发现某些完整的SP能够进入血液循环(Inui等,1992;Bronk等,1993)。例如用同位素示踪技术可观察到双甘肽可由小鼠小肠完整转运到血液循环系统中(Adibi,1971)。牛门静脉血液中70%的AA以肽的形式存在(Koeln等,1983);Newcastle大学的科学家们发现,采食鱼粉的羊的肠系膜中大多数AA以肽的形式存在。Gardner(1975)发现大鼠小肠段吸收至浆膜的FAA来自肽的占36%;而Sleisenger等(1977)对豚鼠灌注酪蛋白水解物后,血浆中所吸收的FAA量比灌注量低,可能与肽吸收的形式的存在有关;鸡肠道灌注酪蛋白水解物后,门静脉血液中肽结合AA(PBAA)含量上升,且出现与灌注液相同的肽峰,而在非麻醉条件下给雏鸡灌注SP后,血浆肽量显著高于灌注FAA的鸡只(乐国伟,1996);采食通常饲料的鸡,其肝门静脉血浆肽含量远高于饥饿和采食无氮日粮的鸡(王燕桃等,1997);这两个研究说明鸡肠道内蛋白质消化产物中的OP和SP可完整地吸收进入循环。Seal等(1991,1993)也认为肽可以完整吸收进入循环,但对灌注双甘肽和多聚蛋氨酸后的大鼠进行注后30min和60min的抽血测定却没有测出循环中肽量的变化。对此,Kee等(1993)分析认为,肽能否完整吸收除与肠道肽浓度有关之外,还与肽在体内的清除率有关,一些肽如半胱氨酰AA肽、双甘肽和甘氨酰酪氨酸的半衰期都较短。另外,不同的吸收底物进入循环的量也不同,循环中PBAA中的AA种类与被吸收的完整肽AA组成可能有着特殊联系,在一些试验中也证实,某些合成的肽确能够以完整的形式进入循环,但进入的量依肽的AA组成、构型及肽键抗肽酶水解能力不同而异(Webb等,1992,1993)。

SP可被完整吸收进入血液,如双甘肽可以出现在鼠小肠外翻的肠囊粘膜中,但完整SP从胃肠道直接吸收进入血液中这一现象的意义至今还不十分清楚。这主要有两个方面的原因。首先,无有效的方法来测定和鉴定体液中SP的种类和数量;其二缘于动物的差别。实验室研究SP吸收所用动物主要是鼠类、兔及人。而对于某些其他拥有特殊的解剖学特征和突起的动物情况可能有所不同,尤其对于具有微生物发酵功能的反刍动物,可能更为特殊(乐国伟,1995)。

OP对循环中肽含量和种类的影响及其机制尚不清楚。凝胶过滤层析表明,动物门静脉的肽大多为3~5肽(Schlagheck等,1984);犊牛血肽的分子量多在500~1500之间(Koeln,1993),Matthews(1991)报道羊瘤胃和真胃上皮对二种肽的吸收与它们在粘膜的浓度呈线性增加关系。Webb等(1993)认为这种非饱和形式的吸收可能是以渗透而不是通过肽载体载运,即OP的完整吸收可能与SP载体通道吸收无关。目前,在微生物体中已发现了有独立的需能量OP转运体系,可使4~5肽依靠ATP或相关的高能物质而驱动转运,并证实该转运体系具有二个ATP结合蛋白、两个完整的膜蛋白和一个底物结合蛋白(Kunji等,1993;Tynkkynen等,1993);但在动物体内尚未发现大分子OP载体。Simons等(1987)和Rerat等(1992)在添加碳水化合物以供给能量条件下灌注蛋白质水解产物,发现OP吸收速度比FAA快,似乎也显示了动物OP需能吸收的特性。Kusaka等(1986)认为鸡肠道中可能存在多种肽的转运体系;但鸡肠道是否存在新的OP载体尚不清楚。

动物对某些FAA的吸收也能改变循环中肽的含量。乐国伟(1996)发现鸡灌注FAA后,高浓度和低浓度FAA灌注组门静脉的血浆中的PBAA分别占总AA的45.9%和52.6%;灌注标记酪氨酸和FAA或SP后,循环中出现较高浓度的标记结合态AA,说明在吸收过程中,肠道将首先利用一部分FAA合成肽,之后再完整转运进入循环,这一过程的意义目前尚不清楚;从肽可溶性高、稳定性强和离子强度较低的特性以及肽能缓解某些AA(如酪氨酸和苯丙氨酸)高浓度时的毒性等优势分析,这种转化对于动物可能具有重要的意义。肠腔及肠细胞中蛋白酶和肠肽酶仅仅只是催化水解肽键反应,在一定条件下也可能像在体外酶催化反应那样,用FAA做底物来进行肽的合成(Gaertner和Puigserverl988;Monter等,1991);该过程可能是一些试验观察到的FAA转运耗能较大和FAA日粮使肠道组织肽酶活性较高的原因(Rose等,1953)。研究发现,γ-谷氨酸循环负责转运酪氨酸进入组织,与膜结合的转肽酶催化酪氨酸与谷胱甘肽反应生成γ-谷氨酰AA,这两种肽可被吸收进入细胞(Meister,1988),尔后被水解,生成酪氨酸和焦谷氨酸,后者进一步被水解生成谷氨酸,再合成谷胱甘肽。γ-谷氨酰转肽酶对底物较有广泛的选择性,可以催化生成其他谷氨酰二肽如γ-谷氨酰-L-AA(Meister,1977)。肽合成的机制和意义有待于进一步研究。

循环中肽的另一来源可能是肝脏的AA代谢(Backwell,1994)。饥饿动物机体循环中的肽可能主要来源于动物体组织胃肠道、肝脏和脾脏等内脏组织蛋白质降解过程中的肽释放和肠道对内源蛋白质的重吸收。然而在动物组织内通常不易观察到蛋白质的中间降解产物,这主要因为细胞中的蛋白质在肽酶的作用下将迅速地被降解为FAA(Kito等,1989;Takahashi等,1987),并且SP可被组织直接利用(Backwall,1994);Kito等(1989)和Takahashi等(1987)认为如果存在抑制肽酶活性的因素,则可观察到肽在组织中的累积。Noguchi等(198l,1982,1988)在肌肉组织中发现了一种可随尿排出并且含三甲基组氨酸的酸性可溶肽。乐国伟(1996)发现鸡处于饥饿状态时,肝门静脉血浆呈现出五个较典型的肽峰,灌注OP或FAA后肽峰明显降低或减少,说明两种状态下鸡体组织降解代谢的情况发生了变化。另外研究发现为动物机体提供氮源或某些AA后,肝脏(Grihde,1984;Hopgood等,1977;Sommercorn等,1981;Mortimore等,1987)和肌肉(Li等,1978;Chua等,1978;Meieman等,1988)组织蛋白质降解减慢。

肠道对内源蛋白质的重吸收也是循环中肽的来源之一。例如Rerat(1988)发现灌注肽后,AA总体吸收超过灌注量;在大鼠和猪等试验也观察到OP对内源性蛋白质分泌量影响较大,而无氮日粮和FAA影响相对较小,肽存在时内源蛋白质分泌增加(Moughan等,1990;Butts等,1993)。

目前已有许多研究发现SP在血液中可被很快清除。例如向鼠静脉注射的甘氨酸-L-甘氨酸二肽,SP很快从血中消失,而且在尿、肌肉、肝脏、小肠粘膜和肾皮质中均检测不到它们的存在;但血液、肌肉、肝脏和肾中AA的浓度升高。血中AA的出现可能是由于SP在组织中水解而后又释放到细胞液中,因为组织中水解酶活性较高(Boza,1995)。而在血液中SP的水解酶活性很小或没有活性。给人静脉大量注射L-丙氨酸-L-谷氨酸和谷氨酸-L-酪氨酸等二种二肽时,SP被清除得也很快,与此同时其组成AA的浓度却以同样的速度很快升高,血液中也出现少量但比较稳定的SP。

分子结构是决定SP从血液中消失速度的一个重要因素。给小鼠静脉注射几种SP时,不同AA组成的SP在血中出现的速度不同(Brandsch等,1994)。甘氨酸处于氮末端位置的SP对水解有更强的抵御能力,如试验发现甘氨酸-L-亮氨酸在鼠的体循环中的水解速度为丙氨酸-L-胱氨酸的一半。

6 蛋白质对肽的释放及其影响因素

蛋白质进入动物消化道后在许多酶的作用下水解成OP和FAA(见表3),而OP是饲料蛋白消化产物的主要构成成分。如酪蛋白和大豆蛋白小肠可溶性食糜中,肽占总AA含量的76%(Meisel等,1987),且链长几乎都在2~6个AA残基之间(Grimble,1986);而酪蛋白和菜籽粕体外胃蛋白酶-胰酶水解时,肽的释放量占总AA的2/3。目前的研究表明,日粮蛋白质释放肽与AA的能力至少与下列因素有关。

日粮蛋白质的品质

SP和FAA的释放量及之间的比例与日粮蛋白质的品质有关。酪蛋白在鸡肠道内释放的SP量高于豆饼(Sklan等,1980);Asche等(1989)和Raghunath等(1987)通过比较动物肠道的食糜发现,动物蛋白和豆饼在肠道中形成的可溶性肽(大分子肽、OP和SP)含量高,而AA平衡较差的植物蛋白(如小麦蛋白和玉米蛋白)的释放物以FAA为主。Savoie等(1987)用体外消化试验比较了19种动物和植物(豆科和谷物)蛋白在胃蛋白酶-胰蛋白酶的作用下的水解产物成份,发现动物蛋白质释放出的肽与FAA之间的比例高于豆类蛋白,而谷物蛋白最低。体内和体外消化试验结果均表明,尽管各种蛋白质水解释放出的AA种类和组成模式不同,但其所含必需AA更易以肽或FAA形式释放(Raghunath等,1987)。饲料蛋白释放的肽的数量与其AA组成密切相关:优质(EAA含量高且平衡)蛋白容易水解生成分子量低而数量多的OP,而劣质(EAA缺乏且不平衡)蛋白则产生出数量少但分子量大的肽片段(Meister,1987)。乐国伟等(1996)分析了几种蛋白质饲料的胃蛋白酶一胰酶水解产物,发现OP释放量由大至小依次为酪蛋白、鱼粉、蚕蛹、豆粕、豆饼、菜籽饼和玉米蛋白粉,回归分析表明寡肽释放量与有效赖氨酸(Alys)呈高度正相关;另一试验也观察到了这一现象(刘选珍等,1996)。许多试验表明,饲料蛋白质的赖氨酸消化率与氮消化率高度相关,可能与该现象有关。

蛋白质AA排列顺序

Grimble等(1987)和Rees等(1988)报道,蛋白质在肠道形成肽链长度和FAA比例取决于蛋白质中AA的排列顺序。酪蛋白经胃蛋白酶和胰蛋白酶消化后产生的大分子肽含量高于大米蛋白和小麦蛋白(Matoba等,1982),而短链肽的产生多以优质蛋白为来源(Grimble等,1989)。乐国伟等(1996)研究表明,含脯氨酸、谷氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸越高的蛋白质水解产生的OP肽链越长,而含精氨酸、赖氨酸、天冬氨酸和甘氨酸越高的蛋白质水解产生的OP肽链越短。因Lys-Pro、Arg-Pro、Tyr-Pro、Phe-Pro和Trp-Pro等与Pro相连的肽键不能被胃蛋白酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶水解(小出武比古,1976),加之Pro为非极性AA,通过侧链回转与主链连接而形成刚性侧链,也不易为水解酶所断裂(阎隆飞,1988),因而,富含此类肽键的蛋白质在形成肽的过程中将受到一定的制约。另外,丙氨酸和谷氨酸含量高时,也不易从链上断裂;含疏水性的苯丙氨酸的肽类对肽载体的亲合力高,较易以肽的形式吸收。


加工和贮藏条件

Restani等(1992)通过体外水解试验发现蒸制加工肉品释放SP的量少而FAA多,冷冻干燥肉品和鲜肉释放SP的量多而FAA少。贮藏时间也影响着蛋白质原料肽的释放量,如乐国伟等(1996)研究表明,有效赖氨酸含量低、经过加热长期存放的豆粕,其释放的肽量仅为有效赖氨酸含量高的新鲜豆粕的63%。这与Chung等(1986)和Swaisgood等(1991)所发现的美拉德反应降低豆粕营养价值的研究结果相吻合。总体而言,加工工艺及贮藏因素对蛋白质肽释放的研究较为缺乏,进一步分析和研究它们之间的关系,可能有助于认识加工和贮藏等环节影响蛋白质和AA营养价值的机理。

7 OP与FAA对组织蛋白代谢的影响

OP在动物蛋白质营养中的特点与FAA相比,不仅表现在吸收上,而且表现在蛋白质代谢等方面。

蛋白质沉积是蛋白质合成率与降解率相互平衡的结果,因机体组织不同而不同,肌肉蛋白沉积与体蛋白沉积相似,合成率对蛋白质沉积的作用比降解率更为重要,氮沉积增加,意味着合成率提高;肝脏与之恰恰相反,降解率对蛋白质的沉积作用相对来说更大一些。除此之外,蛋白质沉积仍受诸多因素的影响,如AA水平和某些特殊的AA,此外,AA的供给形式也是一重要因素。SP作氮源时,动物体蛋白质沉积高于相应的FAA日粮或完整蛋白日粮(Hara等,1984;Pulllain等,1989;Pulllain等,1991;Zaloga等,1991;Infante等,1992;Mnnchi等,1993;Boza等,l995)。采食肽日粮的小鼠,体蛋白合成率较相应FAA日粮组高26%(Funabiki等,1990);灌注主要由SP构成的酪蛋白水解物的雏鸡,体蛋白质合成率显著高于相应FAA混合物组(乐国伟等,1996);日粮添加合成寡肽的育肥猪,产肉量和瘦肉率提高(Rerat等,1988);日粮添加大分子酪蛋白水解物的产蛋鸡,产蛋率、产蛋量和饲料转化率显著提高(施用晖等,1996)。Nielsen等(1994)发现相同的AA平衡状态下,水解酪蛋白、完整酪蛋白和水解大豆蛋白型日粮对大鼠整体蛋白质合成与降解存在不同的影响,前二者既提高蛋白质合成又促进蛋白质降解,后者仅抑制降解;同时发现,三种蛋白型日粮对胰岛素、胰岛素类生长因子和胰高血糖素分泌作用类似,而且提高血浆EAA和NEAA水平也相近。说明肽与FAA对动物整体蛋白质沉积可能存在不同的作用的机制。

SP的迅速吸收以及由此而引起的机体内分泌变化,可能是其影响不同组织蛋白质代谢发生变化的原因之一。Oddy等(1986)和Boisclair等(1993)研究发现肌肉蛋白质的合成率与动静脉AA含量差值存在较强的相关性,动静脉AA含量的差值越大,蛋白质合成率越高。肠道肽载体对含疏水性和侧链体积较大的AA的肽,如含支链AA、蛋氨酸和苯丙氨酸的肽的亲合力高(Matthews,1991),而这些AA本身也参与组织蛋白质合成和降解的调控。如亮氨酸可促进不同生理和营养条件下大鼠肌肉蛋白质的合成(Rannels等,1974;Buse等,1975;Fulks等,1975;Chua等,1979;Garlick等,1988;Funabiki等,1992)。血浆AA浓度的迅速提高可能提高血浆胰岛素的浓度(Rerat等,1988;Monchi等,1993),Garlick等(1988)报道平衡AA促进蛋白质合成的效果,也可由必需AA的混合物或支链AA所重复;支链AA能够提高肌肉蛋白质对胰岛素作用的敏感性。Funabiki等(1992)认为亮氨酸、精氨酸和蛋氨酸可能是胰岛素的促泌素;McNurLan等(1982)发现给予大鼠亮氨酸后,体内胰岛素迅速升高;特别是灌注寡肽的动物对亮氨酸的迅速吸收使血浆胰岛素浓度高于给予FAA的动物(Rerat等,1988),而胰岛素既参与蛋白质合成中肽链的延长,又可能影响肽链延长速度,增加肌肉的蛋白质合成(Fundabiki等,1992)。支链AA的摄入能够改善血浆AA的平衡,可能亦是改善蛋白质合成代谢的原因。此外,蛋氨酸在蛋白质合成中也有着重要的作用,它是动物体合成所有蛋白质的起始AA(WaterLow等,1978)。Yokogoshi等(1979)和Muramatsu等(1986)发现无氮日粮中添加蛋氨酸能增加染色体数量,改善肝脏及整体蛋白质合成速度,提高蛋白质的绝对合成量;当蛋氨酸和半胱氨酸缺乏时,由于蛋氨酸自身氧化速度较快,蛋氨酸重利用减少,雏鸡和产蛋鸡单位RNA的蛋白合成减少,且合成速度下降(Kino等,1987;Hirmoto等,1990)。影响蛋白质合成的另一个AA是色氨酸,Lin等(1988)发现猪背最长肌体外苯丙氨酸的掺入随日粮色氨酸的浓度提高而增加,色氮酸不仅是合成蛋白质的原料,而且可能也参与调节蛋白质的合成。

某些AA及其水平和存在形式也影响着肝脏和肌肉等组织蛋白质的降解。组织蛋白质的降解主要通过细胞溶酶体和非溶酶体两条途径进行,溶酶体途径一般依据动物的营养状况而占总降解的60%~90%(Seglen等,1979),当AA耗竭时,占整个降解的50%(Khairallah,1985;Furuno等,1986;Henell等,1987;Bebevenga等,1993),而饥饿或AA摄入不足时,肝脏自溶,蛋白质降解速度加快;肠外营养试验表明,不同AA供给水平主要通过控制大鼠肝脏蛋白质降解而影响周转代谢(Chiku,1993)。尽管已有大量的研究试图寻找干扰自溶蛋白质水解途径的AA,但仍不清楚哪种AA负责阻止这一过程,当前认为具有抑制蛋白质水解作用的AA主要包括色氨酸(Hopgood等,1977;Sommercorn等,1981;Grinde,1984)、亮氨酸(Sommercorn等,198l)和蛋氨酸(Sommercorn等,1981;Mortimore等,1988)。Mortimore等认为亮氨酸、酪氨酸、谷氨酸、脯氨酸、组氨酸、色氨酸和蛋氨酸共同对蛋白质的自溶性降解发挥抑制作用,另外,丙氨酸可能具有辅助调节作用(Mortimore等,1987;1988)。肌肉蛋白降解的调控同肝脏一样,AA耗竭能促进溶酶体途径的进行,而胰岛素抑制这一过程(Buse等,1975;Fulks等,1975)。非溶酶体途径主要受Ca2+促进,该途径主要负责病理状态时蛋白质的水解。在AA中,支链AA特别是亮氨酸能够有效地抑制骨骼肌和心肌蛋白质的降解过程(Buse等,1975;Fulks等,l975;Li等,1978;Chua等,1979)。但在一些条件下发现,随肌肉蛋白质水解的增加,肌肉内亮氨酸含量并不降低反而升高(Milewski等,1982),说明亮氨酸可能并非单独地参与肌肉蛋白质的周转代谢调节。Rennie等(1986)认为肌肉蛋白质的合成与降解受谷氨酸/谷氨酰胺池大小的控制,许多体内和体外的试验均证实肌肉谷氨酸/谷氨酰胺浓度和蛋由质合成率存在线性关系(Rennie等,1986;McNurlan等,1987;Jepson等,1988)。谷氨酸/谷氨酰胺转运出肌肉细胞主要受依赖Na+载体的调控,提高细胞内Na+浓度如损伤、长期疾病和败血症(Spesis),都会导致肌肉谷氨酸/谷氨酰胺迅速地损失,使肌肉蛋白质降解加快;亮氨酸干扰肌肉蛋白质的水解,可能也是由于其非竞争性地阻止谷氨酸/谷氨酰胺的流出的结果(Rennie等,1986)。但当以肽的形式肠外供给手术病人谷氨酸时,能部分降低负氮平衡,防止肌肉AA的损失,而游离形式则否(Stehle筹,1989);Darmaun等(1994)观察到无论是由肠道还是肠外供给谷氨酰胺肽,都可提高机体的蛋白质合成,改善亮氨酸的平衡。

SP与FAA在肠组织的AA利用及蛋白质代谢上作用明显不同。许多对短期饥饿或长期低能量和低蛋白营养状态下大鼠试验表明,不同分子形式的AA对动物肠粕膜形态结构、刷状缘膜和肽酶活性的影响不同(Poullain等,1989,1991;Infante等,1992;Botsios等,1993)。除了蛋白质耗竭状态下,通常肠细胞对肠腔中养分的直接利用是有限的。Hirschfield等(1963)和Alpers(1972)观察发现,口服AA与静脉注射AA在体内蛋白质的分布模式完全不同,静脉注射的AA绝大多数标记在腺窝和微绒毛与腺窝的交接处细胞的蛋白质中,而经肠腔注入的AA绝大部分标记在肠粘膜绒毛顶端的细胞蛋白质中。Johnson(1988)认为位于绒毛顶端成熟的非分化肠细胞主要摄取由肠腔注入的AA,而负责细胞生长的腺窝细胞的AA来则来自于血液。因此,只有吸收进入循环再转运到肠组织的AA,才能够参与肠组织蛋白质的合成。乐国伟(1996)通过同位素示踪标记发现肠道灌注SP组的鸡只,肠组织蛋白质合成率高于FAA组。Hagiwara等(1995)试验表明乳铁蛋白及其胃蛋白酶水解生成的肽可促进肠上皮细胞的增殖,此外,乳铁蛋白还可促进细胞生长,促进胸腺嘧啶掺人大鼠腺窝细胞的DNA中;断奶仔猪采食三种类型的日粮(全植物性蛋白型日粮、复合型平衡AA日粮和复合蛋白型日粮)时,肠粘膜的形态结构和结肠粘膜上皮细胞的形态结构存在明显的不同(董国忠等,1994)。这些研究提示肽的存在对于动物尤其是新生动物的肠道细胞AA的吸收、营养供给以及肠组织蛋白质代谢可能具有十分重要的意义。

肽与FAA对组织蛋白质周转代谢的不同影响还可能与其在体内代谢途径的不同有关。Shibata等(1991a,b)发现SP中色氨酸不易进人合成尼克酰胺的降解途径,而更易参与蛋白质合成的途径,因此。给大鼠饲喂FAA混合物、SP或完整蛋白质日粮时,体内色氨酸和尼克酰胺间转化效率以SP日粮为最低;Snell(1989)在微生物体内的代谢中也观察到了这一现象。此外,研究同样发现双甘肽比甘氨酸更易进入蛋白质的合成代谢(Krizysik等,1979);骨骼肌对肽形式存在的甘氨酰和亮氨酸的摄入高于灌注游离形式的甘氨酸和亮氨酸(Lochs等,1986,1988);但Cruz等(1988)使用游离亮氨酸体外培养时,组织对亮氨酸的摄取随培养基中的亮氨酸浓度增加而增加,而用L-酪氨酰-亮氨酸培养时,组织对亮氨酸摄入却不随L-酪氨酰-亮氨酸浓度的变化而变化。

肽同FAA一样,最基本的功能在于为机体组织蛋白质代谢提供氮源。Adibi等(1977)研究表明进入循环中的肽,可通过水解为FAA供组织利用;而Backwell(1994)发现灌注的肽标记物能直接进入乳蛋白,表明组织本身就有直接利用肽中的AA来合成乳蛋白的能力。此外,研究还发现某些肽可能对蛋白质合成起直接的促进作用。Noguchi等(1981,1988)从大鼠肌肉中提取出的富含谷氨酸或谷氨酰胺和甘氨酸的酸性可溶性肽以及Nam等(l990)在尿中发现来自于酸性肽中的亮氨酸和缬氨酸的排出量与蛋白质合成和胰岛素样生长因子含量的高度相关,证实血液循环中的某些酸性肽可能对机体蛋白质合成起着促进作用。Wang等(1994)发现SP形式的蛋氨酸对3H-Leu掺入蛋白质的促进作用大于游离蛋氨酸;乐国伟(1996)研究表明雏鸡血液循环中肽的总含量和某些肽含量与组织蛋白质合成率存在着一定的相关性;施用晖等(1996)通过在饲粮中添加少量的大分子酪蛋白质水解物,使产蛋鸡血浆中的SP含量和较大分子肽的种类与数量发生改变,结果发现蛋鸡的产蛋率、产蛋量和饲料转化效率均显著提高。这些研究说明动物机体血液循环中肽的种类和含量,一方面受日粮蛋白质类型、品质和数量的影响,而本身又可能影响着机体组织蛋白质的合成。

8 日粮肽的其他生物学作用

蛋白质水解产生的某些肽不仅可作为AA的供体,而且具有特殊的生理功能,可以以某种形式作用于靶腺,促进激素或酶的分泌:如从乳蛋白体内和体外水解产物中分离出的多种活性肽可参与机体神经和免疫功能的调节,促进细胞的增殖与生长等;从鸡蛋蛋白中提取的肽类物质能促进DNA的合成和细胞的生长(Azuma等,1989)

许多普通蛋白质在肠道酶的水解下也可以形成活性肽。如Zioudrou等(1979)和Brantl等(1979)率先由β-酪蛋白水解物分离出酪啡肽;Petrilli等(1984)和Brantl(1985)发现β-酪蛋白在胃肠道消化过程中多产生由7~10个AA残基构成的酪啡肽,其AA排列顺序与内源阿片肽的N-末端的AA顺序类似(Morley,1981;1982);进一步纯化出的七肽(Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Pro-Ile)和由此七肽生成的四肽(Tyr-Pro-Phe-Pro)在体外也具有阿片肽的活性。目前已清楚小麦谷蛋白的胃蛋白酶水解物中也同样存在具有阿片肽类似功能的活性肽。这些类阿片肽活性肽可通过完整吸收进入循环,作为神经递质发挥生理功能。

日粮蛋白释放的生物活性肽对机体细胞免疫和体液免疫的机能发挥着重要的影响。β-酪蛋白产生的肽类物质可促进巨噬细胞的吞噬功能(Jolle等,1981,1982;Kishino等,1984;Moriguchi等,1985;Gattegno等,1988;Yamauchi等,1993),也可促进大鼠成熟的淋巴细胞和未成熟的脾细胞的增殖(Coste等,1992);Otani(1992)发现牛κ-酪蛋白和糜蛋白消化生成的大分子糖肽(106~169肽)可以抑制脂多糖(LPS)对小鼠脾B细胞的增殖作用。Otani等(1993)报道牛α31-酪蛋白、β酪蛋白和κ-酪蛋白的链霉蛋白酶的水解产物所制得得肽类物质能抑制小鼠脾细胞的增殖,而完整κ-酪蛋白及其胰蛋白酶水解产生的某些肽类物质可减弱新生动物的免疫反应(Otani等,1995)。除了酪蛋白外,其它一些蛋白质,如乳铁蛋白和大豆蛋白的酶消化产物肽也同样具有免疫活性作用,如人和大鼠乳中含有浓度较高且具有免疫活性功能的乳铁蛋白及其水解释放的肽,对新生仔畜的肠道具有免疫保护作用(Paul-Eugene,1993)。

日粮添加少量β内啡肽或其它肽制品可显著提高动物生产性能(Morodent等,1980;Carnie等,1989;Pansini等,1989)。产蛋鸡日粮添加少量大分子水解酪蛋白制品显著提高蛋鸡的产蛋率、产蛋量、血浆铁和锌含量(施用晖等,1996)。这可能与肽类物质促进日粮养分的消化与吸收等有关,如酪蛋白水解产物的某些肽能促进大鼠肠细胞CCK的分泌(Cuber,1989,1990))。

生物活性肽对动物免疫状况和生产性能的调节具有重要的意义,构成了蛋白质营养价值的一个重要方面,这对传统蛋白质营养研究提出了新的课题。

9 小结

SP吸收对蛋白质消化产物的吸收起着重要的作用,这种途径使得肽中大多AA残基的吸收比相应FAA的吸收更为迅速。饲料蛋白质肽的释放可能不仅影响着AA的吸收和蛋白质的代谢,它们可能还以生物活性肽的形式参与机体的生理功能的调节。蛋白质的营养价值评价不仅要考虑其AA的组成,还应注意它们的活性作用。

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