腐胺在動物營養學中的研究進展

安徽農業大學動物科技學院 胡青松 李呂木

安徽省畜牧生物工程技術研究中心 錢 坤

腐胺，又名1，4-丁二胺、四亞甲基二胺或腐肉堿，是生物體內促進細胞生長的重要物質之一。它能直接參與生物體內的多種生理活動，是生物體生長和細胞代謝所必需的痕量生物活性物質。周晴（1991）研究報道，腐胺是乳源活性物質之一，具有促進細胞分裂分化，促進DNA、RNA以及蛋白質等大分子物質合成和促進炎癥修復的作用。此外，有試驗表明，添加外源性腐胺能夠影響動物體內某些離子通道的活性，起到調節離子運轉的作用。本文就目前腐胺在動物體內的合成與代謝、作用機理及其在動物生產中的應用作一綜述。

1 腐胺的理化性質及來源

腐胺是多胺的一種，普遍存在于活的真核細胞中，常溫下為無色晶體或無色至微黃色液體。腐胺具有腐蝕性，被人體食入或經皮吸入，對眼、鼻、咽喉及皮膚有刺激作用，可引起頭痛等癥狀。大劑量的腐胺具有毒性。

腐胺的來源包括內源性和外源性。內源性是指細胞內多胺的從頭合成以及多胺之間相互轉變。外源性是指主要來源于食物中，包括奶酪、水果、肉類以及蔬菜等。另外，小腸及胰腺的分泌物、腸細胞及腸腔中微生物的分解產物也是腸道中腐胺的來源之一。

2 腐胺在動物體內的合成與代謝

Bardocz等（1995）研究證實，腐胺是亞精胺和精胺合成的前體，腐胺通過丙胺基轉移反應生成亞精胺，亞精胺再經過丙胺基轉移反應生成精胺，因此腐胺是所有高等哺乳動物細胞內多胺從頭合成途徑的第一個多胺分子。多胺合成是從鳥氨酸開始的，鳥氨酸通過鳥氨酸脫羧酶（ODC）作用脫去羧基形成腐胺。Janne和 Raina（1978）認為，ODC活性水平作為一個限速步驟參與腐胺的合成。除了這一合成途徑外，有研究發現，當投給動物大量的非毒性劑量的外源性精脒后，許多組織中腐胺的水平顯著增加，這可能是因為精脒與腐胺之間存在著相互轉化的過程。精脒、精胺經精脒/精胺乙酰轉移酶的催化，將乙酰CoA的乙酰基團轉移至精脒/精胺的N1原子上，形成乙酰化合物，然后再在多胺氧化酶的作用下脫去一分子的乙酰氨基丙醛，形成腐胺或精脒。

腐胺在體內的代謝主要是經過一次丙胺基轉移反應生成精脒，精脒經過一次丙胺基轉移反應形成精胺。丙胺基來自S-腺苷蛋氨酸（SAM）脫羧后的S-腺苷甲硫丙胺（D-SAM）。同時也有研究指出，腐胺經由氧化酶氧化生成氨基丁酸，最后生成胺離子和二氧化碳排出體外（黃益玲和王艷林，2008）。

3 腐胺的作用機理

3.1 誘導DNA的合成和轉錄 腐胺能夠誘導蛋白質的合成。研究發現，腐胺和亞精胺能夠促進小鼠肝臟細胞中RNA的合成，當細胞核染色質或核酸組蛋白被作為引物時，腐胺能促進DNA的合成（Schwimmer，1968）。 在 ΦW-14 噬菌體中，腐胺能夠以與DNA共價鍵結合的形式影響DNA合成的啟動和復制叉的移動速度（Farriol等，2001）。吳錫銘和張本跟（1988）研究指出，腐胺能夠提高肝臟核酸的含量。姚陽等（2001）在多胺濃度對pGEM體外轉錄影響的研究中發現，在pGEM一定范圍內，腐胺可促進T7 RNA聚合酶催化的體外轉錄，表現為隨著腐胺濃度的增加，促進作用增強，但是當達到一定濃度后若繼續增加腐胺濃度，促進轉錄的能力將逐漸下降，甚至出現抑制。在Eichlew和Corr（1992）的研究中也發現類似現象。腐胺在生理pH時，帶有正電荷，可以通過離子鍵和氫鍵的形式與核酸、蛋白質以及含有負電荷基因的磷脂等物質結合，調節其生物活性和功能。進一步研究表明，在稀釋的DNA溶液中，多胺可以與單個的DNA分子發生作用，促進DNA的濃縮和超螺旋過程（王紀防等，2004）。在哺乳動物體內腐胺在體外轉錄中對RNA合成具有調節作用，腐胺能夠促進RNA的合成并且存在促進其合成的最適濃度。研究發現，腐胺濃度在小于18 mol/L時隨著腐胺濃度的增大RNA合成增加，但是當大于這一濃度時RNA合成隨著濃度的增大反而下降（聞曉非，1999）。在細胞中，腐胺可以增加DNA聚合酶的活性，促進DNA的合成，提高蛋白質合成的效率（張翥等，2011）。

3.2 調節體內離子通道 腐胺離子為帶有兩個正電荷的陽離子，因而能夠通過與受體或者通道上帶有負電荷的基團結合從而影響其生物學效應。Iqbal和 Koenig（1985）研究認為，多胺是引起細胞質中Ca2+濃度增加的信使。細胞外二價的陽離子，如Ca2+和Mg2+是腐胺和亞精胺運轉必不可少的離子（Shinki等，1991）。 同時，張翥等（2011）指出，腐胺能夠促進十二指腸中鈣的流通。

3.3 促進細胞增殖和改善腸道發育 腐胺與動物的生長密切相關。Pohjanpelto和 Raina（1972）研究認為，腐胺是哺乳動物細胞中的生長促進因子。腐胺對消化道黏膜上皮細胞正常生長發育以及當消化道黏膜受損時在其適應及修復過程中具有重要作用。Girdhar等（2006）研究發現，當腸道的新陳代謝活動增強時，腐胺的需要量也隨之增加，腸道結構完整性及功能完整性需要更多腐胺來維持。小鼠出生后的前3周，小腸黏膜ODC活性及腐胺的生物合成均一定程度提高，成年鼠經人為化療誘導損傷1周內，黏膜快速恢復損傷時伴有相似的ODC活性升高和腐胺水平增加。在以大豆粕為主的小牛代乳料中添加腐胺能夠促進小腸黏膜上皮細胞的生長發育，在仔豬上的試驗也有類似的結果，原因可能是外源性腐胺能夠抑制或降低豆粕中抗營養因子對小腸黏膜的負面作用（Mogridge 等，1996）。

添加外源性腐胺可以促進幼禽的生長，并且在一定范圍內隨著腐胺濃度的增大生長速度呈線性增加。Smith（1990）研究發現，在雛雞日糧中添加0.4%的腐胺，雛雞生長速度比添加前要明顯加快，在純化氨基酸日糧中添加0.2%的腐胺可以促進雞的生長。在以大豆蛋白為基礎的飼糧中添加腐胺和乙胺可以促進犢牛和仔豬的腸上皮細胞增殖并可降低大豆蛋白在營養吸收方面的不利影響，添加腐胺后可以增加小腸重量和腸密度，同時能夠增加腸絨毛的長度并減少隱窩的深度（Sousadias和 Smith，1995）。腐胺已經被證明無論是在細胞內還是在細胞外均與細胞的增殖有著密切的關系。Ham（1964）通過細胞培養試驗發現，腐胺對中國倉鼠細胞CHD-3的生長具有促進作用。同時有研究報告指出，腐胺能夠促進鼠膀胱上皮細胞的增殖 （Pohjanpelto 和 Raina，1972）。 Gary 等（1980）猜測腐胺可能是通過先轉化成精胺和亞精胺來發揮其生長促進因子的作用，但這一假設尚未有證據能夠證明。現代遺傳學研究發現，在小鼠胚胎發育早期缺少鳥氨酸脫羧酶基因或腺苷甲硫氨酸脫羧酶基因，腐胺轉化成亞精胺受到抑制，這對小鼠的生長是一種致命的影響。Noack等（2000）研究指出，腐胺可以能量底物的形式存在于腸腔中，并在需要的時候被腸道吸收利用。同時腐胺還具有穩定細胞結構，延長細胞壽命的作用。大量試驗表明，多胺在正常及腫瘤組織細胞的有絲分裂中起著重要作用。用ODC的抑制劑二氟甲基鳥氨酸（DFMO）耗盡細胞內的多胺（腐胺為主，精脒其次，精胺無影響）可使細胞生長和增殖受到明顯抑制，此時細胞生長絕對依賴于外源性多胺的補充，此時加入腐胺后迅速填充細胞內多胺池，可完全逆轉DFMO的抗增殖生長效應 （沈希強等，1989）。由此可見，腐胺能夠對動物的生長及腸道功能產生積極作用。

3.4 腐胺與機體免疫的關系 腐胺作為細胞因子可參與炎癥反應調節、促進損傷組織修復。腐胺一般是以結合態的形式存在于細胞組織中，體液中含量很少，這與腐胺帶正電荷有關系。研究發現，在炎癥部位腐胺的濃度偏高，因為某些炎癥細胞 （如巨噬細胞、T淋巴細胞）本身也能誘導ODC，因此，從這一點來看，腐胺與炎癥反應有著密切的關系。ODC是多胺代謝通路中合成腐胺的酶，該酶半衰期較短，酶活性較低。當受到炎癥刺激時，ODC活性迅速增強，在炎癥部位產生較高水平的腐胺。在正常細胞中ODC的表達受到嚴格調控，而在腫瘤細胞中ODC持續高表達，導致腐胺生物合成增加，細胞內腐胺水平異常。DFMO是ODC的不可逆抑制劑，賀俊崎和曹淑蘭（1997）研究發現，當用一定量的DFMO處理人早幼粒白血病細胞并從細胞形態、FCM及DNA梯形圖譜觀察到誘導細胞凋亡現象，但是用一定量外源性腐胺與DFMO同時處理細胞時細胞不受影響，說明腐胺對人早幼粒白血病細胞具有維持作用。蘭曉煦和武進峰（2006）在膀胱癌EJ細胞上的試驗中也得到相似的結論。S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶受腐胺活化，但被精脒抑制，這就表現出炎癥的初期腐胺水平較高，隨后精脒持續高水平，而精胺水平始終較低。另外，腐胺還具有誘導抗炎蛋白、促進組織修復的作用。20世紀80年代初，有研究發現，地塞米松必需在內源性腐胺合成通路正常時才能抑制大鼠足角叉菜膠性水腫。Bird和 Hidir（1983）在研究多胺阻抑大鼠佐劑性關節炎作用時指出，多胺的抗炎機制在于誘導磷脂酶A2阻抑蛋白。另外，用外源性腐胺治療大鼠模型，用藥組肝臟組織中核酸含量顯著增加，損傷組織修復加快。腐胺在肝臟再生的過程中以抗炎因子的身份起著促進作用。Iqbal和Koenig（1985）認為，損傷肝細胞的再生與修復需要外源性的腐胺參與，是由于外源性腐胺對ODC具有反饋作用，抑制其活性，影響內源性腐胺的生物合成而發揮其治療作用。

4 腐胺在動物生產中的應用

4.1 腐胺對動物生長性能的影響 腐胺對動物生長性能的影響主要是通過促進腸道發育及改善腸道環境來實現的。Mogridge等（1996）研究發現，在斷奶仔豬飼糧中添加腐胺可顯著增加結腸內容物中乳酸桿菌數量，顯著減少結腸內容物中大腸桿菌數量，顯著降低仔豬斷奶后腹瀉的發生率。說明腐胺具有改善斷奶仔豬結腸微生物區系的作用。當動物腸道功能受到抑制時，添加外源性腐胺對腸道的新陳代謝可起促進作用。生大豆中含有抗營養因子凝集素，凝集素會抑制腸道的生長和功能的表達。在含有生大豆的雞飼糧中添加腐胺可以有效地抑制凝集素的毒性。Mogridge等（1996）試驗指出，飼料中添加0.3%的腐胺可以消除由飼喂生大豆導致的生長抑制現象。Smith（1990）在仔雞日糧中添加0.2% ～0.4%的腐胺能夠極大程度地克服生大豆對生長性能的不良影響。Sanjay（2006）在含有生大豆的雛雞飼糧中添加0.3 g/100 g的腐胺，體增重、采食量、飼料轉化率、空腸的蛋白含量，以及十二指腸、空腸和回腸的形態學指數均明顯高于對照組。Peng等（2010）研究表明，斷奶仔豬飼糧中添加腐胺使結腸內容物乳酸桿菌含量提高26.60%（P＜0.01），大腸桿菌含量降低92.61%（P＜0.01），仔豬腹瀉指數降低36.94%（P＜0.05），仔豬對粗灰分和鈣的消化率分別提高30.37%和71.30%（P＜0.05）。同時有提高干物質、有機質和磷消化率的趨勢。腐胺已經被證明可以增加十二指腸絨毛高度并且能夠促進胃腸道黏膜細胞的生長，促進小腸黏膜的生長、發育、成熟和損傷后的恢復，且對炎癥具有修復作用（Gilbert等，1981）。

4.2 腐胺對蛋品質和產蛋性能的影響 Chowdhury和Smith（2002）對產蛋雞的研究表明，當產蛋雞缺鈣時其蛋殼重量比正常的蛋殼低50%～60%，直接導致蛋品質的下降。對于產蛋家禽來說，對鈣添加量的增加要與其腸道吸收鈣的能力相適應,同時應減少腎臟中鈣的排泄。哺乳動物體內的多胺（包括腐胺、精胺和亞精胺）能夠調節體內某些細胞中細胞基質鈣離子的平衡。研究發現，腐胺的代謝產物亞精胺和精胺對從小鼠肝臟中分離出來的線粒體內鈣離子的運轉具有重要的調節作用。有研究將多胺視為細胞內的信使，它可以使細胞質內鈣離子的濃度增加。細胞外二價的陽離子如Ca2+和Mg2+，是腐胺和精胺運轉的必要物質。研究發現，產蛋雞飼喂添加了3.5%鈣和0.10%的腐胺的日糧后，其蛋殼質量明顯提高，原因可能是添加了腐胺后，提高了產蛋雞固鈣的能力，Ca2+濃度提高，促使鈣在體內的運轉平衡。

4.3 腐胺與機體疾病的關系 腐胺與腫瘤的發生和維持腫瘤細胞惡性表型有著密切的關系。細胞內腐胺含量過多時就可能導致細胞過度增殖，導致增殖異常性疾病。早期研究發現，病毒誘導原代成纖維細胞轉化時，腐胺和精脒的含量增多。腐胺在維持腫瘤細胞惡性表型中也起著重要作用，抑制腐胺合成可抑制腫瘤細胞增殖并誘導其分化凋亡，引起腫瘤惡性表型逆轉（Wingo，1995）。ODC為腐胺合成的限速酶，當ODC的活性受到抑制時，細胞內腐胺的含量降低，使腫瘤細胞停滯在G1期，從而抑制腫瘤細胞的生長 （Wallace和Fraser，2004）。抑制ODC的活性就有可能在一定程度上抑制腫瘤的生長（Wallace等，2003）。腐胺能夠通過反饋機制抑制ODC的活性。DFMO是ODC的特異性外源抑制劑，已經被證實能抑制多種腫瘤細胞的生長，機制可能是能耗竭腫瘤細胞快速生長所需的多胺成分，誘導細胞快速凋亡。蘭曉煦和武進峰（2006）有研究發現，DFMO，可以抑制膀胱癌EJ細胞的增生并誘導其凋亡。馬騰驤和韓瑞發（1992）研究指出，多種惡性腫瘤患者的體液、尿液中腐胺含量明顯增高。腐胺可以影響哺乳動物的S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶的活性與生長，并通過胰蛋白酶來延緩S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶的衰老速度，同時對S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶構象的穩定具有促進作用 （Wada和 Shirahata，2010）。Shirahata等（1985）報道，S-腺苷甲硫氨酸脫羧酶通過促進腐胺轉化為精脒和精胺，刺激腫瘤細胞的生長，S-腺苷甲硫氨酸較鳥氨酸脫羧酶是更為有效的細胞轉化的誘導因子。研究發現,高含量多胺是腫瘤細胞快速生長所必需物質，因此,腐胺的代謝途徑也已逐漸成為治療腫瘤的潛在靶點（Casero 和 Marton，2007）。 同時 Seiler（2000）研究發現，腐胺與脊椎動物腦損傷有著密切的關系，當出現腦部缺血時鳥氨酸脫羧酶的活性增加，腐胺的濃度也隨之增加，腐胺造成缺血部位細胞毒性的增加。

5 小結

腐胺廣泛存在于生物組織和體液中，可直接或間接地影響細胞的生命活動，對動物腸道功能具有重要的促進作用。因此，研究腐胺能否作為一種飼料添加劑來提高動物對營養物質的吸收能力，可作為動物營養研究的一個新方向。

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