動物的蛋白質消化及肽的吸收利用

Brian J.Bequette

Brian J.Bequette，美國馬里蘭大學動物和禽類科學系，美國。

經過動物胃消化的食糜進入小腸后，在胰酶（胰蛋白酶、糜蛋白酶、彈性蛋白酶等）的作用下，開始產生可吸收終產物。然后通過具有吸收功能的上皮細胞刷狀緣膜上表達的水解酶將腸腔里的養分進一步消化。腸道上皮細胞通過位于腸上皮細胞刷狀緣膜上的各種轉運蛋白來吸收被消化的終產物。20世紀50年代之前，普遍認為氨基酸是日糧蛋白質在動物機體消化吸收的唯一終產物，并且氨基酸的吸收有其特定的轉運系統。事實上，整個機體的各種細胞的營養需求大不相同，并且存在大量具有不同結構和功能的轉運蛋白。轉運系統是由各種具有識別、結合及跨膜轉運一個或多個底物的蛋白質組成,而這些轉運蛋白主要存在于整個機體內皮細胞及上皮細胞基底和頂膜上。

氨基酸通過腸上皮細胞刷狀緣黏膜上存在的具有底物特異性的氨基酸轉運蛋白實現氨基酸的跨膜轉運。例如，在這些對堿性、中性及酸性氨基酸具有特異性的氨基酸轉運蛋白中，大部分轉運蛋白對轉運底物又有重疊性，在氨基酸的跨膜轉運中依賴不同的離子及機制（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認為可直接被腸道上皮細胞上的具有廣譜特定性的肽轉運蛋白—PepT1從腸腔轉運至腸道上皮細胞內。

雖然轉運游離氨基酸的轉運蛋白具有底物特異性，但PepT1卻可以轉運來自日糧20種不同氨基酸組成的接近400種二肽以及8000種三肽（Daniel，2004）。在能量消耗方面，二肽或三肽通過PepT1轉運進入細胞所消耗的能量與轉運單一的游離氨基酸是相同的（Daniel,2004）。Leibach等（1996）報道，金屬離子（如Zn2+、Mn2+和 Cu2+）可能會通過與轉運蛋白互作提高家畜對肽的吸收。肽轉運蛋白是以質子耦合寡肽轉運超級家族中的成員，也叫肽轉運家族（Daniel等，2004）。在1994年，第一個PepT1信使RNA在兔子上被克隆（Fei等,1994）。盡管先前很多報道顯示肽可以直接被腸道上皮細胞吸收，但直到20世紀90年代才證實肽轉運蛋白的存在。Matthews等（1996）首次用綿羊證實了家畜體內存在肽轉運蛋白。他們的研究顯示，綿羊瓣胃RNA編碼的小肽轉運蛋白可以在非洲爪蟾卵母細胞上得到表達，這表明確實存在二肽轉運蛋白。肽轉運蛋白——PepT1在多種脊椎動物上被廣泛克隆，其中包括兔子、大鼠、小鼠、綿羊、雞、火雞、狗、人、豬、牛、大西洋鱈和斑馬魚。在豚鼠（Himukai等,1983）和倉鼠（Burston等，1990）中亦被發現具有PepT1的表達或PepT1的活性。

許多試驗表明，單位時間內，以肽的形式來轉運氨基酸比轉運相同氨基酸組成的游離氨基酸的速度要快（Adibi等，1968；Craft等,1968;Adibi,1971、1986；Cheng等，1971；Burston 等,1972）。在大鼠中試驗表明，十二指腸灌服大豆蛋白水解物（Kodera等,2006）或卵白蛋白水解物（Hara等,1984）比由相同氨基酸組成的完整蛋白質或游離氨基酸混合物能更快地被吸收進入門靜脈循環。在豬（Rerat等,1988）和人（Silk等,1980）上用奶蛋白水解物研究的結果也相似。Zhao等（1997）給狗腸道灌服 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，二者通過腸道的速度均隨濃度增加而減慢，對濃度呈現顯著的依賴性。灌服完整的大豆蛋白比水解的大豆蛋白通過腸道的速度更緩慢，充分說明消化在營養物質的吸收過程中是限速步驟。而且，與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腸前段被吸收，表明小肽形式的氨基酸更容易被動物吸收。

當人患有腸道吸收功能紊亂及對某些食物過敏時，以溶液或日糧形式提供的小肽通常是氨基酸的很好來源（Clemente,2000）。與游離氨基酸相比，肽更有優勢，這是因為某些游離氨基酸在水溶液中不穩定或者不溶于水，因而以肽形式補充氨基酸從成本上來講更有效（Lindemann 等，2000；Dabrowski等，2003）。例如，由于谷氨酰胺不穩定以及酪氨酸和色氨酸不溶性，這些氨基酸以小肽形式被吸收進入動物機體會增加這些氨基酸的利用率（Adibi，1997）。同時，使用二肽會降低因飼喂或灌服游離結晶氨基酸導致的高滲透性。到目前為止，所有動物的試驗表明，小腸以小肽形式吸收氨基酸的能力相當大。因此，通過在日糧中添加小肽或水解蛋白制品來提高氨基酸的吸收從而改善動物生長和發育的預測也是合理的。此外，二肽或三肽未經胰酶初始作用也可被動物機體快速有效地吸收利用（Zambonino Infante等,1997）。

一些研究報告顯示，給魚飼喂水解蛋白后，其小腸中PepT1表達量升高（Verri等，2003；Ronnestad等,2007）。在鱸魚幼苗飼料中，用小肽替代20%或40%的日糧總氮，較僅用魚粉組顯著提高鱸魚幼苗增重及成活率（Zambonino Infante等,1997）。同樣，給鱸魚幼苗和鯉魚幼苗分別飼喂52%粗蛋白的日糧，采食含有酵母和魚粉水解蛋白組魚的成活率、末重、總生物量、畸形率均優于采食含同等量的完整的酵母和大豆蛋白或魚粉組（Cahu等,1998）。同時，Cahu 等（1999）的研究表明，在鱸魚幼苗飼料中，用魚粉水解蛋白替代25%日糧總氮的魚粉，生長性能未受影響。由上述結果可以推斷，用魚粉水解蛋白替代魚粉可以提高鱸魚幼苗或鯉魚幼苗的生產性能。

Kotzamanis等（2007）最新研究表明，在鱸魚幼苗飼料中添加10%沙丁魚副產物的水解蛋白（含蛋白42%，主要由2～4個氨基酸組成的小肽）、或一種商業化酶水解蛋白（含82%蛋白，主要有4～20個氨基酸組成的肽）或者飼喂19%上述兩種產品中任一種，其他的蛋白來源均為魚粉。與商業化酶水解蛋白相比，沙丁魚水解蛋白水溶性較差，含有大量的二肽和三肽。結果顯示，添加10%商業化酶解蛋白組鱸魚幼苗的生長性能、成活率以及腸道發育（刷狀緣膜酶活水平）最好。同時鱸魚幼苗的免疫機能也得到了增強，這可從孤菌數的下降反映出來。日糧中肽的分子量分布及肽的含量會影響動物生長性能及免疫系統的發育。肽的不同蛋白來源、不同水解條件以及不同添加比例導致很難對不同試驗結果進行有效的比較。由于PepT1對不同肽底物親和力的差異，肽對PepT1基因表達的影響，以及可能存在的8400種二肽和三肽，這些因素使得營養師難以給出一個適合動物自身消化酶以及腸道肽轉運系統的肽組成。

盡管目前市場上有大量不同的肽制品，但對于這些產品的效價一直存在一些爭議。分析肽組成結構的技術進展有助于將來設計有關不同蛋白源替代或用小肽替代日糧中的蛋白源的飼養試驗。到目前為止，在對豬的研究中已獲得有前景的結果。豬腸膜蛋白粉（DPS，Nutra－Flo Company,Sioux City,IA）是含有豬小腸水解殘渣的小肽制品。斷奶仔豬日糧中添加DPS可顯著提高其生長性能 （Zimmerman等,1997;Lindemann等,2000；DeRouchey等,2003）。同時，有研究表明，一種由豬血、經選擇的雞組織及水解羽毛粉混合的酶解蛋白產品（Griffin Industries Inc.,Cold Spring,KY）在早期斷奶仔豬日糧中與鯡魚粉、噴霧干燥血球粉、噴霧干燥血漿具有類似的飼喂價值。

日糧如果能很好地匹配動物腸道所有消化酶及腸道上的營養轉運蛋白將極大地提高日糧中蛋白的利用，降低氮的排放，改善動物健康及促進動物的生長。傳統的蛋白質代謝觀點認為，動物蛋白質的代謝是日糧蛋白質降解成游離氨基酸，通過進入血液循環來參與組織及奶蛋白的合成。然而，小肽是腸道非常重要的蛋白降解產物，腸道內小肽轉運蛋白PepT1的存在表明肽在動物營養中具有重要的生理學意義。而且，某些腸道內降解產生的小肽可完整地出現在動物的血液循環中（Matthews等，1995），某些肽還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）。這些結果提示我們：對于動物在生成蛋白(如乳蛋白)受到氨基酸的供應限制時，可考慮使用小肽來提供這些限制氨基酸。

[1]Adibi S A.Intestinal transport of dipeptides in man:Relative importance of hydrolysis and intact absorption[J].J.Clin.Invest.,1971,50:2266－2275.

[2]Adibi S A.Kinetics and characteristics of absorption from an equimolar mixture of 12 glycyl－dipeptides in human jejunum[J].Gastroenterology,1986,90:577－582.

[3]Adibi S A.The oligopeptide transporter(Pept－1)in human intestine:Biology and function[J].Gastroenterology,1997,113:332－340.

[4]Adibi S A,E.Phillips.Evidence for greater absorption of amino acids from peptide than from free form in human intestine[J].Clin.Res.,1968,16:446-448.

[5]Albritton L M,L.Tseng,D.Scadden,et al.A putative murine ecotropic retrovirus receptor gene encodes a multiple membranespanning protein and confers susceptibility to virus infection[J].Cell,1989,57:659-666.

[6]Backwell F R C,B.J.Bequette,D.Wilson,et al.The utilization of dipeptides by the caprine mammary gland for milk protein synthesis[J].Am.J.Physiol.,1994,267:R1-R6.

[7]Bequette B J,F.R.C.Backwell,C.E.Kyle,et al.Vascular sources of phenylalanine,tyrosine,lysine,and methionine for casein synthesis in lactating goats[J].J.Dairy Sci.,1999,82:362-377.

[8]Broer A,K.Klingel,S.Kowalczuk,et al.Molecular cloning of mouse AA transport system Bo,a neutral AA transporter related to hartnup disorder[J].J.Biol.Chem.,2004,279:24467-24476.

[9]Burston D,J.M.Addison,D.M.Matthews.Uptake of dipeptides containing basic and acidic amino acids by rat small intestine in vitro[J].Clin.Sci.,1972,43:823-837.

[10]Burston D,D.M.Matthews.Kinetics of influx of peptides and amino acids into hamster jejunum in vitro:Physiological and theoretical implications[J].Clin.Sci.,1990,79:267-272.