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(chǔ)存形式的鹽（植酸鹽）。磷從InsP6中釋放出來(lái)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(dòng)物對(duì)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(dòng)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(gè)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(gè)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(yuǎn)高于豬。然而，InsP6的降解很容易通過(guò)補(bǔ)充P、鈣（Calcium，Ca）和外源植酸酶來(lái)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(jìn)展，但是人們對(duì)于多種相互作用的理解還不夠充分，無(wú)法在行業(yè)中的飼料配方上加以考慮。在全球的磷礦粉儲(chǔ)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(wèn)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(guò)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(tuán)的次級(jí)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(dòng)物。第二，一些特定的InsPx異構(gòu)體能夠表達(dá)特定的細(xì)胞信號(hào)和其他生理功能。

InsPx異構(gòu)體變化的一個(gè)原因是酶的來(lái)源和特異性。國(guó)際純化學(xué)與應(yīng)用化學(xué)協(xié)會(huì)（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）-國(guó)際生化學(xué)協(xié)會(huì)（International Union of Biochemistry，IUB）基于InsP6水解的特異性，識(shí)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(hào)方式基于肌醇的不同而完成的。細(xì)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。基于IUPAC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(dòng)物消化道中都是有活性的，并且有助于InsP6的降解。通過(guò)研究消化道中降解產(chǎn)物的濃度，我們可能了解不同酶對(duì)InsP6分步降解的貢獻(xiàn)。

然而，與InsP6相反，測(cè)量次級(jí)InsPx得出的結(jié)論不具有定量性質(zhì)，并且不能計(jì)算分解率。首先，特定降解產(chǎn)物的濃度會(huì)產(chǎn)生一個(gè)平衡步驟或兩個(gè)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(duì)于最初的磷酸基團(tuán)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(jiǎn)單配置植酸酶可能是倉(cāng)促的。調(diào)查消化道中的優(yōu)勢(shì)和次優(yōu)勢(shì)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(xiàng)研究中，當(dāng)喂給豬含有內(nèi)在植物植酸酶活性的日糧時(shí)，Ins（1，2，3，4，5）P5是胃和小腸中的主要InsP5異構(gòu)體（圖5）。當(dāng)這種植酸酶因日糧的擠壓加工被破壞時(shí)，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(dāng)肉雞飼喂不添加磷添加劑的玉米-豆粕型日糧時(shí)，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(guò)消化道會(huì)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?yàn)?-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I(xiàn)ns（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(xiàng)肉雞研究中，向日糧添加磷酸二氫鈣會(huì)增加雞回腸末端中InsP5的總量，其中Ins（1，2，4，5，6）P5相對(duì)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?yàn)樗鼈儗?duì)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(shí)，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(huì)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(cè)到。添加3-植酸酶和6-植酸酶會(huì)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(shì)，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(guò)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(cè)到Ins（1，2，5，6）P4和Ins（1，2，3，4）P4。它們的相對(duì)貢獻(xiàn)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(dòng)物胃和小腸中的含量分別占InsP總量的6%和17%。當(dāng)與未添加3-植酸酶的日糧相比時(shí)，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(huì)出現(xiàn)于其嗉囊中，但不會(huì)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(huì)產(chǎn)生InsP4的一個(gè)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(lái)自大腸桿菌的植酸酶和對(duì)InsP3的較低水解作用下的累積同樣證實(shí)了在體外使用來(lái)自大腸桿菌的植酸酶的試驗(yàn)中獲得的類似結(jié)果。相反，添加黑曲霉植酸酶不會(huì)導(dǎo)致InsP4的大量積累，而會(huì)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(guò)同時(shí)添加磷酸鹽礦物質(zhì)得到部分補(bǔ)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(dāng)日糧添加植酸酶后，原則上InsP6很可能會(huì)在肉雞消化道中被完全且快速地破壞。研究人員還沒(méi)有計(jì)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(dòng)物消化道中的降解過(guò)程和影響此降解過(guò)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(duì)InsP6的降解程度上，豬和家禽存在較大差異。當(dāng)喂給肉雞磷和鈣含量低的日糧時(shí)，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?xiàng)l件下產(chǎn)生內(nèi)源植酸酶的定量貢獻(xiàn)?！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(guó)）