姜 俊 馮 琳 胡 凱 劉 揚 李樹紅,2 周小秋＊

谷氨酰胺(Gln)是魚類血液中含量豐富的游離氨基酸之一[1],飼料中添加 Gln可提高魚類的飼料效率、營養(yǎng)物質(zhì)利用率和生長性能[2-4],增強魚體免疫功能和疾病抵抗力[2-3,5]。近年研究表明,Gln可提高魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成和抗氧化能力,改善消化道黏膜上皮形態(tài)結(jié)構(gòu),促進消化道和消化腺的生長發(fā)育[2,6-9]。本文就 Gln對魚類消化道生長發(fā)育、腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成及抗氧化能力的影響及機理做一綜述。

1 Gln對魚類消化道生長發(fā)育的影響

腸道是魚類消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所,鯉魚等無胃魚類尤其如此。腸道的功能與其生長發(fā)育密切相關(guān)。腸長指數(shù)、腸體指數(shù)和腸道蛋白質(zhì)含量可反映魚類腸道的生長發(fā)育狀況。研究發(fā)現(xiàn),Gln對魚類腸長指數(shù)、腸體指數(shù)和腸蛋白質(zhì)含量有顯著影響[10]。飼料中添加 Gln可使建鯉腸長指數(shù)、腸體指數(shù)和腸道蛋白質(zhì)含量顯著提高,分別提高了 9%、49%和 30%[2]。

腸黏膜上皮直接與腸道中食糜、各種病原微生物和抗原物質(zhì)接觸,其生長發(fā)育和結(jié)構(gòu)完整是腸道消化吸收和免疫屏障功能正常的重要保證[11]。腸黏膜皺襞高度以及堿性磷酸酶(AKP)和 Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)活力是腸黏膜生長發(fā)育的重要標志[10,12-13]。研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加 1.2%Gln對建鯉腸黏膜皺襞高度以及AKP和 Na+,K+-ATPase活力有顯著影響[2](表 1);飼料中添加 0.5%Gln后,哲羅魚腸道Na+,K+-ATPase活力提高了 71%[14]。

腸黏膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)是腸黏膜上皮功能正常的基礎(chǔ),組織顯微觀察是腸黏膜形態(tài)結(jié)構(gòu)研究的重要手段。顯微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn):飼料未添加 Gln,建鯉前、中、后腸黏膜皺襞頂端上皮細胞脫落,皺襞排列不齊,而添加 1.2%Gln,建鯉前、中、后腸黏膜皺襞結(jié)構(gòu)完整,黏膜上皮細胞無明顯脫落[15]。

2 Gln對魚類消化腺生長發(fā)育的影響

魚類消化腺包括胰臟、肝臟和腸腺,但有的魚類的肝臟形態(tài)沒有規(guī)則,呈彌散狀分布在腸系膜上,而且肝臟組織中混雜著胰臟組織,因此合稱肝胰臟。胰腺分泌的蛋白酶、脂肪酶是魚類蛋白質(zhì)和脂肪消化的主要酶來源[16]。胰腺消化酶分泌能力與胰臟生長發(fā)育密切相關(guān),肝體指數(shù)和肝胰臟蛋白質(zhì)含量均可反映肝胰臟的生長發(fā)育狀況[10]。研究發(fā)現(xiàn),飼料添加 1.2%Gln,建鯉肝胰臟重量和蛋白質(zhì)含量顯著提高,肝體指數(shù)和肝胰臟蛋白質(zhì)含量分別提高了 40%和 28%[2]。

表1 Gln對建鯉腸黏膜酶活力和皺襞高度的影響Table 1 Effects of glutamine on enzyme activities and folds height in intestinal mucosa of Jian carp %

魚類腸道的蛋白酶、脂肪酶等消化酶主要來源于胰腺分泌,胰腺分泌的蛋白酶和脂肪酶均以酶原形式進入腸腔后由腸道中的腸激酶或膽鹽等相應(yīng)物質(zhì)激活[16],因此腸道蛋白酶和脂肪酶活力可以反映胰腺消化酶的分泌能力[10]。研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加 Gln,建鯉前、中、后腸[2]和哲羅魚腸道[14]蛋白酶和脂肪酶活力均顯著提高(表 2)。這表明飼料中添加 Gln可能提高了魚類胰腺蛋白酶和脂肪酶的分泌能力,使得魚類各腸段蛋白質(zhì)和脂肪的消化能力增強。

表2 Gln對魚類腸道消化酶活力的影響Table 2 Effects of glutamine on intestinal digestion enzyme activities of fish

3 Gln對魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成及抗氧化能力的影響及機制

3.1 Gln對魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成的影響及機制

腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力對魚類腸上皮細胞增殖分化和腸道生長發(fā)育有非常重要的作用[8]。腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力常用蛋白質(zhì)合成率來反映[17]。研究發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)液中添加 1 mg/L Gln,魚類前腸和中腸上皮細胞的蛋白質(zhì)合成率分別提高了 21%和 123%,但后腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成率無顯著變化,表明 Gln可提高魚類前腸和中腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力,對后腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力無影響[7]。其不同腸段試驗結(jié)果差異的原因可能與魚類不同腸段腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成的特點有關(guān),魚類前、中、后腸上皮細胞的蛋白質(zhì)合成能力依次降低,其具體差異原因有待研究。

關(guān)于 Gln提高魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力的機制,目前僅見 1篇研究。雷帕霉素靶蛋白(TOR)是細胞蛋白質(zhì)合成調(diào)控的關(guān)鍵信號分子,可激活核糖體小亞基 S6激酶(p70S6K)和抑制真核轉(zhuǎn)錄起始因子 -4E結(jié)合蛋白(4E-BP)活性,以調(diào)控細胞蛋白質(zhì)合成能力[18]。研究發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)液中單獨添加 Gln后魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成率提高了 125%,同時添加 Gln和 TOR特異性抑制劑雷帕霉素(RAP)后蛋白質(zhì)合成率提高了 73%,同時添加Gln和谷氨酰胺酶特異性抑制劑正異亮氨酸(DON)后蛋白質(zhì)合成率提高了 91%,同時添加 Gln、RAP和 DON后蛋白質(zhì)合成率提高了23%,說明 Gln可通過 TOR信號途徑、谷氨酰胺酶途徑及其他未知途徑來提高魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力;進一步研究發(fā)現(xiàn),Gln可促進魚類腸上皮細胞 TOR和谷氨酰胺酶基因的表達,其mRNA豐度分別提高了 47%和 26%[7]。因此,Gln可通過提高魚類腸上皮細胞 TOR和谷氨酰胺酶基因表達,增強 TOR信號,提高腸上皮細胞 Gln代謝利用能力,從而提高魚類腸上皮細胞的蛋白質(zhì)合成能力。關(guān)于 Gln促進魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成的具體信號調(diào)控分子機制尚未見相關(guān)報道。對鼠腸上皮細胞的研究表明,Gln在氨基酸通過TOR信號調(diào)控鼠腸上皮細胞生長中起著關(guān)鍵性調(diào)控作用[19]。

3.2 Gln對魚類腸上皮細胞抗氧化能力的影響及機制

腸上皮細胞極易受到各種氧化物的損傷和破壞,從而嚴重影響魚類腸道生長發(fā)育和消化吸收及免疫屏障功能[20-21]。細胞和組織丙二醛(MDA)和蛋白質(zhì)羰基(PCA)含量是衡量細胞和組織脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化損傷程度以及細胞和組織的抗氧化能力的重要標識[22-23]。研究發(fā)現(xiàn),添加Gln對魚體組織和腸上皮細胞的 MDA和 PCA含量有顯著的影響。在 H2O2的氧化應(yīng)激下,培養(yǎng)液中添加 Gln,腸上皮細胞 MDA和 PCA含量較不添加 Gln的氧化應(yīng)激組分別降低了 43%和 60%,與對照組差異不顯著[9]。飼料中添加 Gln,哲羅魚腸道和魚體組織 MDA含量分別下降 56%和36%[14]。

關(guān)于Gln提高魚類腸上皮細胞抗氧化能力的機制,目前已有研究報道。研究表明,Gln主要通過影響細胞抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng) 2種途徑來提高腸上皮細胞的抗氧化能力。在 H2O2的氧化應(yīng)激下,培養(yǎng)液中添加 Gln使腸上皮細胞超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活力和谷胱甘肽(GSH)含量較氧化應(yīng)激組分別提高了 20%、259%、59%和67%,與對照組差異不顯著,且與細胞 MDA和PCA含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系[9]。飼料中添加Gln,哲羅魚腸道[14]及其魚體組織[24]SOD活力分別提高 60%和 62%,與組織 MDA含量呈顯著負相關(guān)關(guān)系?？梢?添加 Gln可以提高魚類腸道和腸上皮細胞的抗氧化能力,保護腸上皮細胞脂質(zhì)和蛋白質(zhì)免受 H2O2的氧化損傷,有利于腸道生長發(fā)育和腸黏膜結(jié)構(gòu)的完整。

關(guān)于 Gln提高魚腸上皮細胞酶性和非酶性抗氧化能力的分子信號機制,目前還未見相關(guān)報道。在鼠上的研究結(jié)果表明,飼糧添加 Gln可提高GSH合成底物谷氨酸的含量,從而促進 GSH合成并增強腸上皮細胞的非酶抗氧化能力[25]。在哲羅魚上的研究發(fā)現(xiàn),飼料添加 Gln極顯著提高了魚體[14]和腸道組織[24]的谷氨酸含量。可見,Gln可能通過與鼠相似的途徑提高魚類腸上皮細胞的非酶抗氧化能力。

4 小 結(jié)

添加 Gln可促進魚類消化道生長發(fā)育,改善腸黏膜上皮形態(tài)結(jié)構(gòu),促進消化腺生長發(fā)育,提高蛋白酶和脂肪酶活力。Gln通過 TOR信號和谷氨酰胺酶途徑提高魚類腸上皮細胞蛋白質(zhì)合成能力,通過提高酶性和非酶性抗氧化能力保護腸上皮細胞免受氧化損傷,進而促進魚類消化道和消化腺生長發(fā)育,改善腸黏膜的形態(tài)結(jié)構(gòu)。Gln促進魚類消化道生長發(fā)育的分子信號機制需進一步深入研究。

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