姜 俊 馮 琳 胡 凱 劉 揚(yáng) 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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用率和生長(zhǎng)性能[2-4],增強(qiáng)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(xì)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(jìn)消化道和消化腺的生長(zhǎng)發(fā)育[2,6-9]。本文就 Gln對(duì)魚類消化道生長(zhǎng)發(fā)育、腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成及抗氧化能力的影響及機(jī)理做一綜述。

1 Gln對(duì)魚類消化道生長(zhǎng)發(fā)育的影響

腸道是魚類消化吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要場(chǎng)所,鯉魚等無(wú)胃魚類尤其如此。腸道的功能與其生長(zhǎng)發(fā)育密切相關(guān)。腸長(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育狀況。研究發(fā)現(xiàn),Gln對(duì)魚類腸長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育的重要標(biāo)志[10,12-13]。研究發(fā)現(xiàn),飼料中添加 1.2%Gln對(duì)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(xì)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(xì)胞無(wú)明顯脫落[15]。

2 Gln對(duì)魚類消化腺生長(zhǎng)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(lái)源[16]。胰腺消化酶分泌能力與胰臟生長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(lái)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(jìn)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(qiáng)。

表2 Gln對(duì)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(duì)魚類腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成及抗氧化能力的影響及機(jī)制

3.1 Gln對(duì)魚類腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的影響及機(jī)制

腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力對(duì)魚類腸上皮細(xì)胞增殖分化和腸道生長(zhǎng)發(fā)育有非常重要的作用[8]。腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力常用蛋白質(zhì)合成率來(lái)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(xì)胞的蛋白質(zhì)合成率分別提高了 21%和 123%,但后腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成率無(wú)顯著變化,表明 Gln可提高魚類前腸和中腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力,對(duì)后腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力無(wú)影響[7]。其不同腸段試驗(yàn)結(jié)果差異的原因可能與魚類不同腸段腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的特點(diǎn)有關(guān),魚類前、中、后腸上皮細(xì)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(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力的機(jī)制,目前僅見 1篇研究。雷帕霉素靶蛋白(TOR)是細(xì)胞蛋白質(zhì)合成調(diào)控的關(guān)鍵信號(hào)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(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力[18]。研究發(fā)現(xiàn),培養(yǎng)液中單獨(dú)添加 Gln后魚類腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成率提高了 125%,同時(shí)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(shí)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(shí)添加 Gln、RAP和 DON后蛋白質(zhì)合成率提高了23%,說(shuō)明 Gln可通過(guò) TOR信號(hào)途徑、谷氨酰胺酶途徑及其他未知途徑來(lái)提高魚類腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成能力;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),Gln可促進(jìn)魚類腸上皮細(xì)胞 TOR和谷氨酰胺酶基因的表達(dá),其mRNA豐度分別提高了 47%和 26%[7]。因此,Gln可通過(guò)提高魚類腸上皮細(xì)胞 TOR和谷氨酰胺酶基因表達(dá),增強(qiáng) TOR信號(hào),提高腸上皮細(xì)胞 Gln代謝利用能力,從而提高魚類腸上皮細(xì)胞的蛋白質(zhì)合成能力。關(guān)于 Gln促進(jìn)魚類腸上皮細(xì)胞蛋白質(zhì)合成的具體信號(hào)調(diào)控分子機(jī)制尚未見相關(guān)報(bào)道。對(duì)鼠腸上皮細(xì)胞的研究表明,Gln在氨基酸通過(guò)TOR信號(hào)調(diào)控鼠腸上皮細(xì)胞生長(zhǎng)中起著關(guān)鍵性調(diào)控作用[19]。

3.2 Gln對(duì)魚類腸上皮細(xì)胞抗氧化能力的影響及機(jī)制

腸上皮細(xì)胞極易受到各種氧化物的損傷和破壞,從而嚴(yán)重影響魚類腸道生長(zhǎng)發(fā)育和消化吸收及免疫屏障功能[20-21]。細(xì)胞和組織丙二醛(MDA)和蛋白質(zhì)羰基(PCA)含量是衡量細(xì)胞和組織脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化損傷程度以及細(xì)胞和組織的抗氧化能力的重要標(biāo)識(shí)[22-23]。研究發(fā)現(xiàn),添加Gln對(duì)魚體組織和腸上皮細(xì)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(xì)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(duì)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(xì)胞抗氧化能力的機(jī)制,目前已有研究報(bào)道。研究表明,Gln主要通過(guò)影響細(xì)胞抗氧化酶系統(tǒng)和非酶系統(tǒng) 2種途徑來(lái)提高腸上皮細(xì)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(xì)胞超氧化物歧化酶(SOD)、過(guò)氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過(guò)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(duì)照組差異不顯著,且與細(xì)胞 MDA和PCA含量呈顯著負(fù)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(fù)相關(guān)關(guān)系?？梢?添加 Gln可以提高魚類腸道和腸上皮細(xì)胞的抗氧化能力,保護(hù)腸上皮細(xì)胞脂質(zhì)和蛋白質(zhì)免受 H2O2的氧化損傷,有利于腸道生長(zhǎng)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(xì)胞酶性和非酶性抗氧化能力的分子信號(hào)機(jī)制,目前還未見相關(guān)報(bào)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(jìn) GSH合成并增強(qiáng)腸上皮細(xì)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?？梢?Gln可能通過(guò)與鼠相似的途徑提高魚類腸上皮細(xì)胞的非酶抗氧化能力。

4 小 結(jié)

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

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