天然甜菜堿的抗熱應(yīng)激作用

潘淑勤 譯自，2021，5：38～39

潘雪男 校

水合作用不僅僅是一種細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。動(dòng)物機(jī)體內(nèi)98%的分子受水影響，因此維持最佳的水合作用對(duì)動(dòng)物的能量需求提出了挑戰(zhàn)。當(dāng)動(dòng)物處于熱應(yīng)激狀態(tài)時(shí)，維持細(xì)胞水平衡的所需的能量同步增加，因?yàn)閯?dòng)物此時(shí)也需要維持生產(chǎn)性能，抵抗應(yīng)激。那么，天然甜菜堿是怎樣幫助動(dòng)物提高生產(chǎn)效率的呢？

1 水調(diào)控

細(xì)胞沒有直接的可以維持或控制水分子運(yùn)動(dòng)的方法，所以水分子會(huì)根據(jù)所處微環(huán)境的濃度梯度而移動(dòng)。然而，水是細(xì)胞的一種至關(guān)重要的組分，大自然已經(jīng)設(shè)計(jì)了各種操縱其運(yùn)動(dòng)的方法，其中普遍認(rèn)可的一種方法是利用離子泵，如鈉-鉀ATP 酶。它們的作用是將細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)的濃度(主要是鉀離子)提至高于其高滲環(huán)境所處濃度的水平，從而最大限度地減少水分子運(yùn)動(dòng)。然而，這些離子泵主要對(duì)短期的脫水應(yīng)激有效，而對(duì)持續(xù)的脫水應(yīng)激幾乎無(wú)效。這是因?yàn)殁涬x子大量沉積會(huì)影響細(xì)胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)和細(xì)胞器的功能，還會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞減少能量輸出量，而且減少的幅度越大，應(yīng)激持續(xù)的時(shí)間越長(zhǎng)。此時(shí)正是天然甜菜堿開始發(fā)揮功能的時(shí)候，可提供一種能以最低的能源成本來(lái)最大限度地減少細(xì)胞水分損失的安全方法。

2 天然甜菜堿的作用

作為一種天然滲透劑和甲基供體，天然甜菜堿可以有效地幫助細(xì)胞維持水合作用。它通過(guò)與細(xì)胞內(nèi)水分子的相互作用維持水的平衡。同時(shí)，它能保護(hù)細(xì)胞內(nèi)酶、蛋白質(zhì)和細(xì)胞器，使這些成分或生理單元能夠維持正常的功能，免受高溫等應(yīng)激的影響。縱使存在這種挑戰(zhàn)性因素，天然甜菜堿能利用這種方式幫助細(xì)胞“應(yīng)對(duì)”脫水，防止用于動(dòng)物生長(zhǎng)和提高瘦肉率的有價(jià)值的能量被挪用，從而維持生產(chǎn)性能。實(shí)際上，研究表明，天然甜菜堿可將離子泵如鈉-鉀ATP 酶和鈣離子ATP 酶的活性分別降低64%和37%。研究發(fā)現(xiàn)，這些離子泵可顯著節(jié)省能量，轉(zhuǎn)移1 分子鉀到細(xì)胞內(nèi)最終只需要2 分子ATP。

3 深遠(yuǎn)的作用

一系列強(qiáng)有力的證據(jù)表明，天然甜菜堿會(huì)對(duì)熱應(yīng)激下的家畜產(chǎn)生積極的作用。以豬為例，通過(guò)測(cè)定回腸跨膜電阻和異硫氰酸熒光素標(biāo)記的葡聚糖通透性(圖1)，發(fā)現(xiàn)天然甜菜堿可緩解由熱應(yīng)激引發(fā)的腸道通透性改變。在熱應(yīng)激狀況下，這是非常重要的，因?yàn)椴糠盅嚎梢杂蓹C(jī)體的中心部位流向皮膚。對(duì)家禽進(jìn)行的一系列試驗(yàn)表明，天然甜菜堿會(huì)對(duì)主要生產(chǎn)性能指標(biāo)如水潴留、存活率和飼料轉(zhuǎn)化率產(chǎn)生有利的影響(表1)。以肉雞為研究對(duì)象的試驗(yàn)顯示，相比日糧中未添加甜菜堿的熱應(yīng)激處理組和球蟲感染組，甜菜堿組肉雞的水潴留更多。天然甜菜堿同樣會(huì)對(duì)牧場(chǎng)中奶牛的產(chǎn)奶量產(chǎn)生顯著的影響。在夏季高溫環(huán)境下，在日糧中添加2 g/kg 的天然甜菜堿，水潴留提高6%。另外，乳蛋白和乳脂的含量也上調(diào)。

此外，研究證實(shí)天然甜菜堿可促進(jìn)熱休克蛋白(heat shock protein，HSP) 的合成，因此給動(dòng)物補(bǔ)充天然甜菜堿后機(jī)體的耐熱性在一定程度上有所提高。研究表明，相比對(duì)照組，試驗(yàn)組的牛乳腺上皮細(xì)胞用甜菜堿處理后，HSP 27 和HSP 70 的含量更高。哺乳奶牛每千克體重補(bǔ)充114 ng 甜菜堿，血漿淋巴細(xì)胞中HSP 70 的含量提高，但HSP 27 的含量無(wú)顯著變化。另外，研究還發(fā)現(xiàn)應(yīng)激狀態(tài)下補(bǔ)充甜菜堿能夠產(chǎn)生眾多有益作用，如可維持腸道微生物菌群的平衡，提高呼吸速率和直腸溫度，還可顯著提高新生仔豬的初生重，縮短母豬產(chǎn)程等。

4 天然甜菜堿的雙重生理功能

甜菜堿的雙重生理功能使其成為緩解動(dòng)物熱應(yīng)激的一種高效手段。作為一種滲透劑，它有助于保護(hù)細(xì)胞避免發(fā)生水分損失和脫水。而作為一種甲基供體，它可促進(jìn)肝臟中蛋氨酸的再生，這可以優(yōu)化畜禽飼料中蛋氨酸和(或)膽堿的添加水平?？偠灾?，天然甜菜堿的雙重生理功能使其成為一種有價(jià)值的飼料添加劑，可作為一種營(yíng)養(yǎng)策略來(lái)優(yōu)化畜禽在應(yīng)激狀態(tài)下的生產(chǎn)性能。