硫胺素的生理作用及導(dǎo)致其缺乏的主要因素

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所 楊 靜 侯水生

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院 余健劍 楊 琳

硫胺素又名維生素B1和抗神經(jīng)炎素，為白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，富含于豆科飼料、谷物胚芽、糠麩、細菌及酵母中，其主要在小腸內(nèi)通過載體被機體吸收，吸收后的硫胺素在肝臟經(jīng)ATP作用后被磷酸化，以硫胺素一磷酸（TMP）、焦磷酸硫胺素（TPP）、硫胺素三磷酸（TTP）三種形式存在，其中80%為TPP（楊鳳，2000）。硫胺素在體內(nèi)的需要量很少，但對機體新陳代謝卻具有調(diào)節(jié)和控制的作用，對動物的生長、健康、發(fā)育、繁殖、免疫均具有十分重要的意義。

1 硫胺素的生理作用及吸收機制

1.1 生理作用 硫胺素主要通過TPP的形式發(fā)揮其生理功能。TPP是丙酮酸脫氫酶、α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合體和轉(zhuǎn)酮醇酶的輔酶，參與糖酵解、檸檬酸循環(huán)和磷酸戊糖途徑的非氧化分支。TPP參與糖代謝的作用機理是：帶負電荷的底物與TPP嘧啶環(huán)內(nèi)的N1’結(jié)合將負電荷轉(zhuǎn)移到TPP 4’-N原子上，4’-氨基發(fā)生強大的催化反應(yīng)將噻唑環(huán)內(nèi)與N和S相鄰的C-H斷裂，并使C-H上的C原子去質(zhì)子化成為親核原子。研究顯示，山羊體內(nèi)硫胺素缺乏可引起乳酸代謝異常誘發(fā)腳氣病，患病羊呈“觀星狀”（Mane 等，2010）。 此外，硫胺素還可通過抑制乙酰膽堿酯酶的活性影響神經(jīng)的傳導(dǎo)，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂（Dreyfus，1961a；Dreyfus和 Valevski，1961b）。

1.2 吸收機制 SLC19A家族是一個編碼三個載體蛋白的基因片段，其中SLC19A2的編碼基因位于1號染色體長臂第二區(qū)的第三條帶上，編碼高親和力硫胺素載體（THTR-1）（Neufeld 等，1997）；SLC19A3的編碼基因位于2號染色體長臂第三區(qū)的第7條帶上，編碼低親和力硫胺素載體（THTR-2）（Rajgopal等，2001）。 兩種載體在結(jié)構(gòu)和運載方式上相似，且在堿性電中性環(huán)境中吸收能力更強，但吸收機制卻相差甚遠（Reidling等，2002；Rajgopal等，2001）。 硫胺素為生理濃度或較低濃度時，小腸主要通過高親和力載體（THTR-1）以飽和機制主動運輸；在其濃度較高時，硫胺素主要由低親和力載體（THTR-2）以不飽和機制被動轉(zhuǎn)運（Laforenza 等，1997；Rindi等，1994；Rindi等，1992；Hoyumpa 和 Jr，1980）。攝入后的硫胺素經(jīng)載體被十二指腸和空腸吸收。研究顯示，在十二指腸中部、空腸中部THTR-2的表達水平最高，硫胺素吸收能力最強（Said等，2004）。未被小腸吸收的硫胺素可經(jīng)腎皮質(zhì)以載體調(diào)控機制重吸收（Ashokkumar等，2006）。 然而，當(dāng) THTR-1 功能紊亂時，THTR-2能維持正常的機體需求。研究顯示，小鼠腸道THTR-1缺失對硫胺素的吸收量無顯著影響，而THTR-2的表達量得到上調(diào)；小鼠腸道THTR-2缺失使硫胺素的吸收量顯著低于正常組，而體內(nèi)THTR-1的表達水平?jīng)]有變化（Reidling 等，2010）。

2 導(dǎo)致動物硫胺素缺乏的主要因素

硫胺素的缺乏可通過直接或間接作用影響動物的生理機能。有三種情況會導(dǎo)致硫胺素缺乏：（1）飼糧營養(yǎng)不均衡導(dǎo)致硫胺素攝入不足；（2）載體蛋白異常表達，導(dǎo)致硫胺素吸收不充分；（3）其他因素阻礙機體對硫胺素的吸收利用。其中任何一種情況的產(chǎn)生均會對機體產(chǎn)生負面影響。

2.1 飼糧營養(yǎng)不均衡 黃葦?shù)龋?003）在對7周齡肉仔雞硫胺素需要量的研究中觀察到，硫胺素缺乏組的肉仔雞體增重顯著低于正常組；但由于卵黃囊的存在，飼糧中硫胺素缺乏對0～2周齡肉仔雞體增重影響不顯著。Huang等（2011）研究表明，硫胺素缺乏（0.25 mg/kg）導(dǎo)致建鯉厭食、生長緩慢、體表充血等；而正常組（1.37 mg/kg）體增重、餌料系數(shù)、蛋白質(zhì)吸收率、肝胰腺和腸道內(nèi)脂肪酶活性、淀粉酶活性等指標(biāo)均顯著或極顯著高于缺乏組。研究顯示，飼喂低于0.1 mg/kg水平硫胺素的飼糧使鯰魚出現(xiàn)厭食、生長極緩慢、皮膚表面黑斑沉積和死亡率增加等癥狀，而當(dāng)飼糧中硫胺素含量達到1 mg/kg時，鯰魚的生長速度達到最大值，且未出現(xiàn)缺乏癥 （Murai和 Andrews，1978）。

從某種程度上來講，硫胺素的缺乏是相對的，因為脂肪可降低機體對硫胺素的依賴性，而能量會增加機體對硫胺素的需要量。TPP作為糖代謝的輔酶，會隨機體能量攝入的增加而導(dǎo)致硫胺素消耗量增加。而當(dāng)攝入充足的脂肪時，肝臟可通過不斷探測門脈中血糖的含量、糖原的儲存量、以及糖酵解和糖異生之間的平衡，來調(diào)節(jié)脂肪的代謝。所以當(dāng)硫胺素不足時，可通過脂肪代謝來緩解能量代謝對硫胺素的依賴而減輕機體的損害。Ellis和Madsen（1943）研究表明，在無硫胺素的飼糧中分別添加2%、11%和28%的脂肪，豬出現(xiàn)缺乏癥的時間分別為25、28 d和33 d，存活時間也依次遞增；給予硫胺素后，平均日增重隨脂肪含量的增加依次遞增 （低脂肪飼糧組平均日增重為0.27 kg，而高脂肪飼糧組平均日增重為0.48 kg），說明低脂肪飼糧會增加硫胺素的需要量。黃葦?shù)龋?003）研究表明，當(dāng)攝入的硫胺素不足時，機體其他組織硫胺素含量較正常低而血清中含量恒定。硫胺素缺乏還可通過提高糖皮質(zhì)激素（GC）水平，抑制蛋白質(zhì)合成，從而導(dǎo)致肌肉、骨骼等組織中蛋白質(zhì)減少，降低骨密度（Adinoff等，2003）。

2.2 載體蛋白的異常表達 SLC19A2基因突變使THTR-1異常表達，導(dǎo)致紅細胞內(nèi)酶異常引起紅細胞性貧血癥的出現(xiàn) （Oishi等，2002；Neufeld等，2001）。研究顯示，患紅細胞性貧血癥的機體的紅細胞硫胺素濃度和以硫胺素為輔基的酶活性比正常低（Rindi等，1992）。由于轉(zhuǎn)酮醇酶活性異常，非氧化分支產(chǎn)生的核酸前體物5磷酸核糖生成量減少，可能會影響機體的DNA和RNA的合成（Neufeld 等，2001；Boros等，1998）。

研究顯示，通過轉(zhuǎn)基因手段可提高鼠THTR-2的mRNA表達水平和蛋白質(zhì)水平，上調(diào)腸道硫胺素吸收能力（Reidling等， 2010、2006）。此外，研究發(fā)現(xiàn)，還原性葉酸載體（RFC1）具有轉(zhuǎn)運TMP和TPP的功能，且該載體在腸道刷狀緣上有較高的表達量（Zhao 等，2002；Zhao 等，2000）。 這意味著當(dāng)體內(nèi)硫胺素缺乏時，可通過RFC1載體將血液中的TMP和TPP轉(zhuǎn)運到所需的組織。但是要將體外試驗成功用于實踐，還需要克服腸道堿性環(huán)境對RFC1的影響。此外，隨日齡的增加，動物對硫胺素需要量也逐漸增加，這可能與體內(nèi)載體的表達量下調(diào)有關(guān) （Fattal和 Mha，2011；Reidling等，2006）。

2.3 其他因素 小腦是對硫胺素缺乏最敏感的組織（Mulholland等，2006）。乙醇可引起腸道對硫胺素的運輸受阻，降低小腦對硫胺素的吸收和利用（Woodhill等，1972）；乙醇還可通過降低機體對Mg2+的吸收進一步影響小腦對硫胺素的利用（Thomson 等，2002）。 Anetor等（2007）研究顯示，鉛能降低血清中硫胺素的含量。這可能是通過降低了機體中Mg2+的濃度而阻礙硫胺素的利用，也可能是硫胺素支鏈上的羥基和噻唑環(huán)上硫原子與鉛有較強的親和力，通過螯合作用減輕鉛對機體的傷害而導(dǎo)致硫胺素含量減少 （Thomson等，2002；Braton 等，1981）。 此外，硫胺素具有較高的遺傳性，當(dāng)母體硫胺素缺乏時，會影響子代的生長發(fā)育（Manzardo 和 Penick，2006）。

3 小結(jié)

研究發(fā)現(xiàn)，隨著日齡的增加，動物組織內(nèi)硫胺素含量呈下降趨勢（管守軍，2008）。因此，動物在整個生長過程中，硫胺素的需要量是變化的。目前，關(guān)于硫胺素的需要量雖然進行了一定的相關(guān)研究，但不同動物在不同生理、環(huán)境條件下對各種維生素的需要量及其在體內(nèi)的作用機理還需要進一步探討，以便形成系統(tǒng)的分析機制。

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