豬和肉雞胃腸道中 植酸降解模式的最新研究進展（續(xù)2）

陳權(quán)

摘 要：被用作豬和家禽飼料的植物原料含有肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氫（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）及其作為磷（Phosphorus，P）主要儲存形式的鹽（植酸鹽）。磷從InsP6中釋放出來的程度在很大程度上決定了植物原料中磷的消化率和滿足動物對磷需求所需的礦物磷酸鹽的量。植酸酶和其他磷酸酶能夠在動物消化道中催化InsP6水解，并且參與的酶源自日糧和內(nèi)源性起源的一個混合物，后者由腸上皮和侵入消化道的微生物產(chǎn)生。豬和肉雞消化道內(nèi)InsP6的降解程度和出現(xiàn)的降解產(chǎn)物明顯不同。植物本身所含植酸酶的活性是影響豬體內(nèi)InsP6降解和P消化率的一個重要因素，而內(nèi)源酶的活性在肉雞體內(nèi)在含磷原料水解上起主要的作用。肉雞利用InsP6中磷的能力遠高于豬。然而，InsP6的降解很容易通過補充P、鈣（Calcium，Ca）和外源植酸酶來控制。雖然在確定引起InsP6降解變化的因素方面已經(jīng)取得了很大的進展，但是人們對于多種相互作用的理解還不夠充分，無法在行業(yè)中的飼料配方上加以考慮。在全球的磷礦粉儲存量有限、由于土壤磷在某些地區(qū)的積累引起的環(huán)境問題和較高的飼養(yǎng)成本條件下，更好地理解這些相互作用至關(guān)重要。

關(guān)鍵詞：磷酸肌醇；磷酸酶；磷；微生物；黏膜

5 InsPx異構(gòu)體的存在和潛在相關(guān)性

肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氫（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）在消化過程中的分解并不意味著肌醇被徹底去磷酸化。含有不同數(shù)量的磷酸基團的次級InsPx異構(gòu)體廣泛存在于胃腸道中，并且它們的濃度也不同。這引起了人們的廣泛興趣。首先，部分InsP-P由于仍然被綁定在肌醇環(huán)上而不能用于動物。第二，一些特定的InsPx異構(gòu)體能夠表達特定的細胞信號和其他生理功能。

InsPx異構(gòu)體變化的一個原因是酶的來源和特異性。國際純化學與應(yīng)用化學協(xié)會（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）-國際生化學協(xié)會（International Union of Biochemistry，IUB）基于InsP6水解的特異性，識別出不同類型的植酸酶：3-植酸酶（E.C.3.1.3.8）、4-植酸酶（E.C.3.1.3.26）和5-植酸酶已（E.C.3.1.3.72）。這種分類是根據(jù)IUPAC（1976）的D-構(gòu)型編號方式基于肌醇的不同而完成的。細菌植酸酶，例如優(yōu)先產(chǎn)生D-Ins（1，2，3，4，5）P5的大腸桿菌植酸酶被歸類為6-植酸酶?；贗UPAC構(gòu)型產(chǎn)生D-Ins（1，2，3，5，6）P5的植酸酶（如大多數(shù)植物植酸酶）應(yīng)該被稱為4-植酸酶，但是傳統(tǒng)上被稱為6-植酸酶（基于L-構(gòu)型）。釀酒酵母和黑曲霉的植酸酶產(chǎn)生的InsP5之前被鑒定為D-Ins（1，2，4，5，6）P5，根據(jù)D-構(gòu)型，這些植酸酶被稱為3-植酸酶。原則上，屬于這一組別的所有酶在動物消化道中都是有活性的，并且有助于InsP6的降解。通過研究消化道中降解產(chǎn)物的濃度，我們可能了解不同酶對InsP6分步降解的貢獻。

然而，與InsP6相反，測量次級InsPx得出的結(jié)論不具有定量性質(zhì)，并且不能計算分解率。首先，特定降解產(chǎn)物的濃度會產(chǎn)生一個平衡步驟或兩個去磷酸化步驟（從InsPx+1生成InsPx和從InsPx生成InsPx-1的步驟）產(chǎn)生。第二，先前提到的不同植酸酶在它們的降解途徑中并不是唯一的。雖然相對于最初的磷酸基團它們擁有攻擊該降解途徑的特殊優(yōu)先權(quán)，但是它們也有可能導(dǎo)致其他InsP5異構(gòu)體共同出現(xiàn)的次要途徑。因此，基于易感磷酸酯鍵的初始攻擊而簡單配置植酸酶可能是倉促的。調(diào)查消化道中的優(yōu)勢和次優(yōu)勢異構(gòu)體能夠顯示出所參與酶的差異。

5.1 InsP5異構(gòu)體

只有極少數(shù)的研究確定豬體內(nèi)出現(xiàn)了InsPx異構(gòu)體。在一項研究中，當喂給豬含有內(nèi)在植物植酸酶活性的日糧時，Ins（1，2，3，4，5）P5是胃和小腸中的主要InsP5異構(gòu)體（圖5）。當這種植酸酶因日糧的擠壓加工被破壞時，InsP5異構(gòu)體不再占主導(dǎo)地位。在結(jié)腸中確定的InsP5異構(gòu)體僅受到日糧擠壓加工的輕微影響。

在肉雞上，當肉雞飼喂不添加磷添加劑的玉米-豆粕型日糧時，Ins（1，2，4，5，6）P5和Ins（1，2，3，4，5）P5是嗉囊中分析到的主要InsP5異構(gòu)體（圖6）。通過消化道會導(dǎo)致出現(xiàn)向Ins（1，2，4，5，6）P5比例下降和Ins（1，2，3，4，5）P5比例增加的轉(zhuǎn)換，這表明肌胃和小腸中6-植酸酶的相關(guān)性較高。這種6-植酸酶是由微生物產(chǎn)生的還是由肉雞腸道黏膜產(chǎn)生的目前還不能確定，但是正如Borda-Molina等支持的那樣，乳酸桿菌同樣發(fā)揮著一定的作用。Ins（1，2，3，4，6）P5也出現(xiàn)在腸道，因為5-植酸酶是百合花粉、假鏈球菌和月形單胞菌屬反芻亞種乳酸菌所需的植酸酶。然而，最近研究人員在雞的小腸和人的糞便中發(fā)現(xiàn)了假鏈球菌。

在含低濃度P的基礎(chǔ)日糧中添加磷酸二氫鈣后，肉雞十二指腸/空腸中Ins（1，2，3，4，5）P5的比例下降，但Ins（1，2，4，5，6）P5的比例提高，然而在回腸末端中該現(xiàn)象消失或相反。在另一項肉雞研究中，向日糧添加磷酸二氫鈣會增加雞回腸末端中InsP5的總量，其中Ins（1，2，4，5，6）P5相對增加量最大。這表明，磷酸二氫鈣可以調(diào)節(jié)InsP5異構(gòu)體的形成或降解（或兩種作用均有），因為它們對特異性植酸酶活性影響不同。

在日糧中添加微生物植酸酶時，不僅InsP6消失，而且InsP5的模式也受到很大的影響。在豬上，向玉米-豆粕型日糧中添加150 U/kg的微生物3-植酸酶會增加Ins（1，2，4，5，6）P5在十二指腸和回腸中的形成，而其他InsP5的含量則減少。在肉雞中，日糧中添加植酸酶的效果已經(jīng)在嗉囊中檢測到。添加3-植酸酶和6-植酸酶會導(dǎo)致Ins（1，2，4，5，6）P5或Ins（1，2，3，4，5）P5分別在嗉囊中明顯占優(yōu)勢，并且這些差異一直到回腸。這些研究人員首次指出，以前通過體外研究已知的3-植酸酶和6-植酸酶的主要降解途徑也可以在家禽消化道的復(fù)雜環(huán)境中找到。

5.2 InsP4異構(gòu)體

研究人員在豬和肉雞消化道內(nèi)的肌醇四磷酸鹽（Inositol tetrakisphosphates，InsP4）中可以檢測到Ins（1，2，5，6）P4和Ins（1，2，3，4）P4。它們的相對貢獻各不相同。豬飼喂含有極低水平內(nèi)在植酸酶活性且不添加植酸酶的擠壓型日糧后，僅約1%的總InsP在其胃、小腸和結(jié)腸中以Ins（1，2，5，6）P4 和Ins（1，2，3，4）P4的形式出現(xiàn)。然而，在飼喂含有內(nèi)在活性植酸酶的非擠壓型日糧豬中，Ins（1，2，3，4）P4和Ins（1，2，5，6）P4在動物胃和小腸中的含量分別占InsP總量的6%和17%。當與未添加3-植酸酶的日糧相比時，在日糧中添加3-植酸酶可以提高豬十二指腸和回腸中的InsP4水平。Zeller等發(fā)現(xiàn)，肉雞飼喂不添加植酸酶的日糧后，Ins（1，2，5，6）P4會出現(xiàn)于其嗉囊中，但不會出現(xiàn)在其小腸中。相反，Ins（1，2，3，4）P4主要存在于家禽十二指腸/空腸和回腸中。日糧中添加3-植酸酶和6-植酸酶會產(chǎn)生InsP4的一個特征性模式，類似于InsP5。添加源自大腸桿菌的植酸酶能夠使嗉囊和前胃/肌胃中的Ins（1，2，5，6）P4含量顯著提高，這種異構(gòu)體似乎也存在于小腸中。這種異構(gòu)體在添加來自大腸桿菌的植酸酶和對InsP3的較低水解作用下的累積同樣證實了在體外使用來自大腸桿菌的植酸酶的試驗中獲得的類似結(jié)果。相反，添加黑曲霉植酸酶不會導(dǎo)致InsP4的大量積累，而會導(dǎo)致InsP3異構(gòu)體在嗉囊的積累。

5.3 肌醇釋放

Walk等發(fā)現(xiàn)，在玉米-豆粕型日糧中添加500 U/kg和1 000 U/kg的植酸酶后，肉雞肌胃中肌醇的濃度顯著加大。與此結(jié)果一致，我們發(fā)現(xiàn)日糧中添加植酸酶后肉雞回腸中的肌醇濃度也顯著提高，但這種植酸酶效應(yīng)可以通過同時添加磷酸鹽礦物質(zhì)得到部分補償。日糧中植酸酶含量從1 000 U/kg增加到3 000 U/kg，肉雞外周血漿中肌醇的濃度也顯著增大。因此，當日糧添加植酸酶后，原則上InsP6很可能會在肉雞消化道中被完全且快速地破壞。研究人員還沒有計算出添加可代謝肌醇的定量相關(guān)性。

6 結(jié)論

更好地了解InsP6在動物消化道中的降解過程和影響此降解過程的因素是朝著在豬和家禽行業(yè)中更可持續(xù)地使用磷源和植酸酶的關(guān)鍵。在植物源性、內(nèi)源和微生物植酸酶對InsP6的降解程度上，豬和家禽存在較大差異。當喂給肉雞磷和鈣含量低的日糧時，InsP6在雞消化道中的降解潛力較大。我們需要更好地理解微生物在不同飼喂和管理條件下產(chǎn)生內(nèi)源植酸酶的定量貢獻?！酢?/p>

（續(xù)完）

原題目：Chapter 1 Update on phytate degradation pattern in the gastrointestinal tract of pigs and broiler chickens（英文）

原作者：M. Rodehutscord和P. Rosenfelder（美國）