色氨酸調控生豬腸道屏障功能的研究進展

馬壯壯， 馬文鋒*， 焦國寶， 陳曉宇， 申慧媛， 魯 帆

（1.河南科技大學動物科技學院，河南洛陽 471023；2.河南新仰韶生物科技有限公司，河南三門峽 472000）

色氨酸，中性芳香族氨基酸，天然存在的只有L型氨基酸。可參與動物機體蛋白質合成和代謝網絡調節，改善腸道屏障和免疫消化功能，其是5-羥色胺、褪黑激素、煙酰胺腺呤二核苷酸（NAD）、NADP、煙酸等的前體物（鄺聲耀等，2009）。飼糧中添加適量色氨酸，可以有效調控斷奶仔豬的食欲，調節蛋白質的合成，影響氨基酸轉運載體表達，改善腸道屏障和免疫消化能力，從而提高生豬的生長性能（Martínez等，2012）。

1 色氨酸對生豬腸道屏障功能的影響

腸道是動物體對營養物質消化、吸收的主要器官和場所，同時也是抵抗毒素入侵和外源病微生物的重要屏障之一（Buddington等，2001）。功能性氨基酸影響腸道屏障功能，可以通過借助調控黏膜形態，抵抗毒素入侵和病原微生物的侵襲，協調機體免疫反應和內部信號（羅鈞秋等，2019）。

1.1 色氨酸對腸道黏膜形態結構的影響 李小蘭（2015）研究表明，日糧中添加色氨酸，可以影響腸道黏膜形態結構的完整性。在日糧中添加適宜劑量的色氨酸，可通過一系列酶和微生物的作用，其代謝產物對黏膜免疫系統的調控包括腸道上皮內分泌細胞、腸道上皮屏障功能、腸道微生物之間的相互作用以及誘導受體或細胞因子在腸道固有免疫細胞上表達。

1.2 色氨酸對腸道緊密連接蛋白表達的影響腸道緊密連接蛋白存在于腸道上皮細胞間隙，是一類黏附連接的膜蛋白復合體。緊密連接蛋白在維持腸道結構平衡、維護腸上皮細胞屏障完整、調節黏膜通透性中具有關鍵作用。緊密連接的結構由50多種蛋白質構成，從而動態地維持緊密連接的完整（李小蘭，2015）。跨膜蛋白包括Claudin和Occludin，而胞質支架蛋白主要包括閉合小環蛋白ZO家族，這三種主要的跨膜連接蛋白通過與其他胞質調節蛋白結合，并通過與相關肌動球蛋白環和連環蛋白相互作用、相互依賴，將緊密連接黏著在一起，有利于緊密連接復合體的穩定性，從而構成上皮細胞屏障，共同構成了復雜的緊密連接復合體（周曉容等，2019）。

1.2.1 色氨酸影響腸道Occludin和Claudin-1的表達 李小蘭（2015）用適宜濃度胰高血糖素樣肽-2處理斷奶仔豬的腸道組織后發現，緊密連接蛋白ZO-1、Occludin、Claudin-1的表達量均提高。馮江鑫等（2018）指出，當飼糧中添加氨基酸（總色氨酸濃度0.9%），其中濃度比例達到0.75%時，能夠降低Occludin蛋白的mRNA表達量，對斷奶仔豬的腸道結構產生負面影響。馬文鋒等（2021）研究表明，當日糧中的色氨酸和賴氨酸的比例進行調整，Occludin蛋白的表達量發生明顯的變化，色氨酸增加時可以提高十二指腸和回腸中Occludin的表達量，當色氨酸過量時其腸道屏障完整性可能受到負面影響。根據Liu等（2017）的研究，在育肥豬的飼料中添加適量比例的色氨酸，能夠增加緊密連接蛋白Claudin-3的表達，改善豬的腸道屏障功能，進而提高育肥豬的生長性能。

1.2.2 色氨酸影響腸道閉合小環蛋白ZO的表達閉合小環蛋白ZOs（ZO-1、ZO-2和ZO-3），可作為胞質TJ噬斑的特質分子組件，其中ZO-1最早被發現具有緊密連接的特點（宗秋芳等，2018）。肌動蛋白-細胞骨架可通過與ZO蛋白之間的多種相互作用，提供不同的支架或連接。當ZO-1在腸道中的表達量上調時，可以顯著影響腸道通透性。在飼料中添加色氨酸時，可通過檢測ZO-1的表達量或者活性，進而判斷色氨酸對腸屏障功能的作用。但也有研究表明，當飼料中色氨酸的濃度過高時（0.75%），可以明顯降低緊密連接蛋白-1（ZO-1)的基因表達量，損傷腸道黏膜完整性（Tossou等，2016）。

2 色氨酸對生豬腸道氨基酸或小肽轉運載體的影響

日糧蛋白質在動物體內水解為氨基酸（AA）或小肽后，通過腸上皮細胞轉運載體的吸收轉運進入血液或淋巴，供機體吸收利用并參與營養代謝。游離氨基酸主要依靠腸上皮細胞中的氨基酸轉運載體進入細胞。腸上皮細胞頂膜中的小肽轉運載體（PepT1和PepT2）蛋白可以吸收小肽至腸上皮細胞，進而被機體吸收利用。動物腸道上皮細胞對底物的吸收能力，主要取決于小肽和氨基酸轉運載體基因的表達量，相應地底物濃度也是影響載體表達量的因素之一（權素玉等，2015）。

2.1 色氨酸對腸道氨基酸轉運載體的影響 同一細胞膜中，可以出現許多具有重疊特異性的不同轉運系統，因而每個轉運系統均可以轉運多種氨基酸（朱艷芝，2020）。在日糧中添加色氨酸，增加了腸道中堿性氨基酸通過基底膜進入血液循環的含量。當色氨酸的含量增多時，小腸對堿性氨基酸的轉運能力增強，反之則亦然。在飼糧中添加色氨酸，發現7 d和14 d的腸道和血清總氨基酸含量增加，說明色氨酸能夠作用于氨基酸轉運載體，從而促進蛋白質和氨基酸的消化吸收（江敏等，2015；Willemen等，2014）。

2.2 色氨酸對小肽轉運載體的影響 小肽轉運載體是腸道吸收利用小肽的一種低親和力、高容量的轉運系統。在逆濃度梯度狀態下，小肽轉運載體1（PepT1）和小肽轉運載體2（PepT2）可以利用質子電化學梯度系統，將小肽和小肽類似物轉運到細胞內（周苗苗等，2009）。其中，二肽和三肽是動物攝取蛋白質的主要形式。在胃腸道上皮細胞中，小腸組織表達的媒介PepT1，可以將大量的小肽（二肽和三肽）轉運吸收（Daniel等，2004）。也有研究表明，腸道中色氨酸的存在和PepT1是相互促進的關系，相應地改善腸道對游離氨基酸的轉運狀態（馬小珍等，2007）。

3 小結

色氨酸是生豬的必需氨基酸之一，在調節生豬腸道屏障及氨基酸轉運載體方面具有重要作用。在生豬的日糧中添加適宜劑量的色氨酸，可以影響腸道緊密連接蛋白的表達，改變腸道黏膜的形態結構。色氨酸也可以介導生豬腸道氨基酸和小肽轉運載體的表達，進而影響蛋白質和氨基酸的吸收利用。