晚期美拉德反應產(chǎn)物及其對動物健康的影響

何穎

摘? 要：美拉德反應產(chǎn)生的晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end-products，AGEs）會以多種形態(tài)存在，延遲日糧蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)率，而AGEs在動物機體中的積累可能會阻礙組織的修復。晚期糖基化終產(chǎn)物與人類、動物年齡相關的疾病的病因?qū)W有關，少量攝入AGEs以及減少AGEs的積聚，會對抗衰老及相關并發(fā)癥產(chǎn)生有益的影響。美拉德反應不僅會通過封阻賴氨酸降低賴氨酸的生物利用率，也會使賴氨酸發(fā)生聚集交互聯(lián)結，進而阻礙消化酶對蛋白質(zhì)的水解。

關鍵詞：美拉德反應；日糧蛋白質(zhì)；晚期糖基化終產(chǎn)物

中圖分類號：S816.9 文獻標志碼：A 文章編號：1001-0769（2022）05-0004-03

1? 美拉德反應和受損的日糧蛋白質(zhì)

日糧中的晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end-products，AGEs）通常以與蛋白質(zhì)相結合的形態(tài)存在，而有些則處于與多肽相結合的游離狀態(tài)。這些蛋白質(zhì)-AGEs復合物會通過酶促反應降解成小片段，被動物小腸吸收，或游離在腸腔中，其吸收效率主要與日糧AGEs的消化率有關。飼料加工過程中α-二羰基的豐度及其與AGEs形成的相關性，決定了蛋白質(zhì)-AGEs復合物的消化率、營養(yǎng)價值和對動物機體健康的影響。

美拉德反應（Maillard reaction，MR）可以在溫度接近人類體溫的環(huán)境中發(fā)生。例如，體外試驗中血紅蛋白的一部分血紅素（hemoglobin，HbA0）與葡萄糖反應，生成MR產(chǎn)物HbA1c，其進一步反應的產(chǎn)物包括希夫堿和糖胺化合物。糖尿病患者的體內(nèi)含有高濃度的HbA1c，這些糖基化血紅蛋白的β-鏈N末端的纈氨酸含有α-氨基-1-脫氧果糖。

對飼料原料進行熱加工處理可能會降低原料和日糧中氨基酸（特別是賴氨酸）的含量、營養(yǎng)價值和消化率。與未受熱損傷的豆粕型日糧相比，飼喂熱損傷的豆粕型日糧會顯著降低肉雞或斷奶仔豬的體重和胴體重。如果在日糧中加入晶體氨基酸，熱損傷的豆粕型日糧對動物生產(chǎn)性能的負作用能得到部分緩解。熱加工處理對原料產(chǎn)生的熱損傷也可能會引發(fā)維生素的損失，例如當存儲溫度為70 ℃時，奶粉中的維生素B6和維生素B1（硫胺素）含量下降。

在晚期糖基化終產(chǎn)物的形成過程中，由于共價互作和交互聯(lián)結作用，蛋白質(zhì)會發(fā)生結構和功能特性的改變，由此產(chǎn)生的耐消化作用會延遲這些蛋白質(zhì)的周轉(zhuǎn)率，而AGEs在動物機體中的積累可能會阻礙組織的修復。此外，這些AGEs與廣泛表達于動物組織細胞上的受體結合，從而刺激動物產(chǎn)生氧化應激，并導致血管收縮、膠原蛋白沉積過度以及炎癥反應。動物的組織細胞與AGEs長期結合可能會發(fā)展成慢性全身炎癥（代謝性炎癥），人和狗的許多癌癥病患都出現(xiàn)了全身慢性炎癥。因此，狗糧應限制動物體內(nèi)AGEs積累對全身慢性炎癥軸的刺激，進而降低日糧中致癌物的活性。測定食用這種日糧的狗體內(nèi)AGEs和全身慢性炎癥水平，可降低狗患癌癥的發(fā)病率。

在小鼠模型中，小鼠攝入含低水平美拉德反應產(chǎn)物（Maillard reaction products，MRPs）的日糧后，體重會減輕，空腹時胰島素濃度下降，血清中高密度脂蛋白水平升高，機體能夠抑制高脂日糧引起的抗胰島素作用。在人糖尿病患者中，當除去膳食中的MRPs時，與糖尿病相關的并發(fā)癥會得到改善。晚期糖基化終產(chǎn)物與人類年齡相關的疾病的病因?qū)W有關，例如動脈粥樣硬化、腎病、視網(wǎng)膜病、骨關節(jié)炎、神經(jīng)退行性疾病和糖尿病。與人類相似，狗也會發(fā)生與年齡相關的疾病。研究發(fā)現(xiàn)，患有糖尿病的高齡犬的組織含有較高濃度的AGEs；同樣，患有白內(nèi)障、骨關節(jié)炎、神經(jīng)退行性老年疾病、血管功能障礙或動脈粥樣硬化等疾病的高齡犬也會出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在限制熱量攝入期間，少量攝入日糧AGEs和減少AGEs的積聚可以解釋廣泛報道的對衰老及相關并發(fā)癥的有益影響。

2? 美拉德反應對賴氨酸和其他日糧成分生物利用率的副作用

美拉德反應不僅會封阻賴氨酸降低賴氨酸的生物利用率，也會使賴氨酸發(fā)生聚集交互聯(lián)結，進而阻礙消化酶對蛋白質(zhì)的水解。這一現(xiàn)象已經(jīng)在動物飼料原料中得到證實，這些原料包括乳制品、用作豬飼料的干谷物、大豆、胡蘿卜、豌豆和玉米。在含糖的情況下，加熱會降低賴氨酸的生物利用率，降低的程度取決于加工過程中所用的溫度和加熱的持續(xù)時間、水活性、環(huán)境的pH?？钒彼幔é?N-呋喃甲酰甲基-L-賴氨酸，又名呋喃素）與MR早期階段密切相關，它不僅標志著果糖賴氨酸、乳糖賴氨酸和賴丙氨酸等美拉德產(chǎn)物的形成和存在，還標志著可利用賴氨酸的損失。

除了降低賴氨酸的生物利用率，MRPs還具有很強的礦物質(zhì)螯合能力，會影響動物對鈣、鐵和磷等礦物元素的利用率。

Rérat等利用豬的體內(nèi)模型進行了蛋白質(zhì)原料的飼喂試驗，研究高水平MR誘導封阻賴氨酸對氨基酸和礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的消化、吸收和排泄的動力學影響。以飼喂未經(jīng)過加工的牛奶（無MR作用）的豬為對照組，飼喂加工過的脫脂奶粉（約含50％的賴氨酸因早期美拉德反應被封阻）的豬為試驗組。結果是，試驗組豬對乳糖中葡萄糖和乳糖的吸收量減少了。這在一定程度上是由于乳源性乳糖損失造成的，因為它們被轉(zhuǎn)化為ε-脫氧-果糖-半乳糖-賴氨酸（lactuloselysine）和乳果糖。此外，由于吸收受阻，賴氨酸、半胱氨酸和丙氨酸的可吸收總量降低了，且乳果糖賴氨酸出現(xiàn)在試驗組豬的門靜脈血液中，表明其不具有生物可利用性。試驗組豬的糞便含有較高水平的氨基酸，再次證實通過熱加工產(chǎn)生美拉德反應將損害蛋白質(zhì)的消化率。熱加工牛奶造成酪蛋白受損，導致賴氨酸的生物利用率降低，這種賴氨酸封阻現(xiàn)象體現(xiàn)在飼喂經(jīng)過熱處理的酪蛋白的小貓生長速度減慢上。含高水平MRPs的日糧會導致動物對蛋白質(zhì)的消化率降低，雄性動物生長期攝入后，所排糞便的氮排放量會增加47％，氮的吸收率降低12％且可消化率下降6％。富含MRP的日糧同樣會影響動物對磷的吸收，導致機體的磷平衡下降。體內(nèi)和體外試驗表明，一些MRPs能夠直接抑制大鼠的刷狀緣酶活性，例如葡萄糖-賴氨酸反應復合物[2-甲基-5（羥甲基）吡咯-1-正亮氨酸]。

此外，豬采食脫脂奶粉后，其門靜脈血液和尿液中的果糖賴氨酸——一種葡萄糖和賴氨酸的糖胺化合物——含量為攝入總量的18.6％。這表明乳糖賴氨酸的半乳糖殘基通過酶的作用釋放進入腸腔或者腸上皮刷狀緣中，隨后通過腸道屏障被轉(zhuǎn)運。大鼠攝入富含MRPs的日糧后，可以在其血液中檢測到早期和晚期糖基化終產(chǎn)物。日糧中的戊糖素和N-羧甲基賴氨酸[N-（carboxymethyl） lysine，CML]被攝入動物體內(nèi)后，約26％～29％的CML會通過尿液排出，15％～22％的通過糞便排出。在人類的身體中，結合蛋白質(zhì)的果糖賴氨酸從尿液中排出體外的數(shù)量占總攝入量的1.4％～3.5％。與之相比，大約有10％的日糧AGEs被健康人吸收，其中三分之二滯留在體內(nèi)，三分之一在3 d內(nèi)通過尿液排出。小分子量AGEs是水溶性的，并不屬于肝臟脫毒酶底物，因此排泄迅速。攝入大分子量的戊糖素會導致動物只能排出2％的AGEs，造成AGEs積累、內(nèi)皮細胞紊亂和血管疾病。

3? 蛋白質(zhì)交互聯(lián)結免疫原性的影響

在食品的熱加工過程中，美拉德反應以及單獨的熱處理都會導致蛋白質(zhì)發(fā)生交互聯(lián)結。丙酮醛是動物體內(nèi)和體外MR的一種常見中間產(chǎn)物，已經(jīng)被證實參與了賴氨酸、精氨酸或半胱氨酸形成的交互聯(lián)結聚集體。正常生理濃度的丙酮醛足以誘發(fā)這些反應，產(chǎn)生不同的熒光產(chǎn)物——類似于衰老和糖尿病發(fā)展的蛋白質(zhì)特征。此外，脫氫丙氨酸可能會與賴氨酸和半胱氨酸殘基反應，形成交互聯(lián)結產(chǎn)物，例如賴丙氨酸（lysinoalanine，LAL）和硫化雙丙氨酸。給大鼠飼喂經(jīng)過熱處理的酪蛋白后，可在其尿液、血清、肝臟和腎臟中檢測到。然而，Hellwig等證明，LAL在消化過程中會被分解為大分子肽。在熱處理過程中，除了形成LAL之外，MR或者熱處理引發(fā)的蛋白質(zhì)變性可能會啟動蛋白質(zhì)之間的疏水作用，并形成新的二硫鍵聚集體。蛋白質(zhì)的這種交互聯(lián)結不僅會降低它們的消化率，而且會影響自身的免疫原性和過敏原性。Roth-Walter等證實動物的腸上皮細胞影響凝聚的β-乳球蛋白和α-乳球蛋白吸收。在小鼠模型中，蛋白質(zhì)的凝聚被證實可以增加腸黏膜下淋巴集結（Peyer’s patches）對其的攝入量。與非凝聚蛋白質(zhì)相比，這種吸收會顯著增強與黏膜T輔助細胞2（T helper 2，Th2）相關的抗體應答，明顯提高細胞因子的產(chǎn)生量。同樣，小鼠攝入交互聯(lián)結的β-乳球蛋白后會出現(xiàn)更強烈的過敏反應，這可能是由于小鼠對胃腸道蛋白質(zhì)水解的抵抗力增強，逆行蛋白運輸?shù)交啬c淋巴集結，以及抗原遞呈細胞的攝入和處理發(fā)生了改變。Liu等發(fā)現(xiàn)乳清蛋白在熱處理過程中發(fā)生凝聚反應與水活度降低和MR進度呈正相關。此外，凝聚物的形成不僅與細胞結合的配體有關，而且也與可溶性晚期糖基化終產(chǎn)物受體（soluble receptor for advanced glycation end products，sRAGEs）的形成有關，這說明增強了MR修飾的凝聚物的免疫原性。

原題名：Immunomodulation by processed animal feed： the role of Maillard reaction products and advanced glycation end-products （AGEs）（英文）

原作者：Malgorzata Teodorowicz、Wouter H Hendriks、Harry J Wichers和Huub F J Savelkoul