肠黏膜营养及生长调节研究进展

暮雨撒江天

营养物质的消化吸收主要在动物肠道进行，肠道健康与否将直接影响动物对营养物质的摄取。特别对幼龄动物，肠黏膜发育不完全，其生长、发育及健康状况将影响动物的生长、抗疾病、免疫力等诸多方面。另一方面，肠道本身也参与日粮营养成分的物质代谢，这种代谢也直接影响肠外组织器官对日粮营养成分的利用。因此，肠黏膜结构和功能的维持就特别重要，肠黏膜本身的营养也将成为研究动物营养需要必需考虑的重要环节。 　　
1 肠黏膜能量代谢
肠黏膜是动物吸收营养物质的主要器官，由于跨膜转运做功和较高的代谢率，所需能量占整个身体所需能量的相当大部分。据研究证实，反刍动物和其它动物用于肠道上皮和支持组织的能量大约占总需要量的20％(Jim等，1996)。而肠道各部分对能量利用分配的估测表明，吸收黏膜约占整个肠道组织能量消耗的80％，而其中的50％～90％涉及钠泵吸收机制(Jim等，1996)。
谷氨酰胺(Gln)、葡萄糖和酮体是肠道能源物质。许多研究结果表明，氨基酸而非血糖是小肠黏膜的主要能量来源(Wu，1998；Stoll，1998)。Burrin和Reeds(1997)报道，日粮Gln及与Gln代谢有关的天冬氨酸、谷氨酸是小肠黏膜的主要能量来源，为肠道营养物的跨膜转运和高效率的细胞内蛋白质周转等依赖ATP供能的代谢过程提供能源。Peter等(2000)采用外科手术和同位素技术对仔猪的研究表明，日粮谷氨酸的95％供给黏膜代谢，其中50％被完全氧化为二氧化碳，而日粮葡萄糖仅5％被黏膜利用。90％的碳作为二氧化碳释放，而葡萄糖仅34％作为二氧化碳释放。因此，在饲喂条件下肠内(日粮)谷氨酸是比日粮葡萄糖或动脉谷氨酰胺更重要的氧化供能物质。尽管小肠黏膜细胞摄取了大量的葡萄糖，但大多用于糖原的合成，少量用于肠黏膜的分解供能。
2 肠黏膜氨基酸代谢
近20年的研究表明，非必需氨基酸在小肠黏膜内广泛参与代谢(Wu等，1996)。最近几年人们逐渐认识到肠道对日粮必需氨基酸的需求和利用(Stoll等，1998b)。肠内食糜是肠黏膜氨基酸的基本来源也被认可。但肠道氨基酸代谢是一个很复杂的过程，酶作用的底物一部分来自肠道内容物(日粮)，也有一部分来自动脉循环，而日粮氨基酸通过肠黏膜时的代谢又不同于动脉循环中的氨基酸在黏膜的代谢。而目前对于肠黏膜氨基酸代谢方面的研究手段也主要是通过体外肠上皮细胞分离培养进行，对于动物体内的研究还很少。
2.1 谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸
肠腔内Gln、谷氨酸(Glu)和天冬氨酸(Asp)在通过小鼠空肠时分别被降解了66％、98％和大于99％(Windmueller和Spaeth，1975；1976)。因此，日粮中绝大多数Gln和几乎所有的Glu和Asp不为肠外组织所利用(Battezzati等，1995；Stoll等，998b)。小肠黏膜中Gln、Glu和Asp的分解代谢主要是为肠黏膜的生长、发育和新陈代谢提供能量，而嘌呤、嘧啶核苷酸和谷胱甘肽的合成反映了肠道利用Gln、Glu和Asp的重要生理途径。在断奶后，仔猪的肠道可利用氨、Gln和精氨酸(Arg)产生尿素。尿素在肠细胞的合成可能是防御氨中毒的第一道防线(Wu，1995)。
2.2 赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸
Stoll等(1998)研究发现，哺乳仔猪约50％的日粮赖氨酸(Lys)和蛋氨酸(Met)、45％的苯丙氨酸(Phe)和60％的苏氨酸(Thr)在吸收后的第一次循环中被PDV(portal－drainedviscera)组织摄取。研究者认为被摄取的必需氨基酸中1/3被小肠黏膜代谢，其中小于20％被用于黏膜蛋白合成。同样，在成年人内脏系统中可提取到30％和58％来源于肠道的Lys和Phe(Biolo等，1992；Hoerr等，1993)。这些结果表明小肠黏膜在降解日粮必需氨基酸上起重要作用，而这方面仍缺乏直接证据。此外，有报道说猪肠道中存在苯丙氨酸转氨酶，为Phe在肠黏膜的代谢提供了酶基础。
2.3 丝氨酸和甘氨酸
小肠中有大量的丝氨酸羟甲基转移酶，使丝氨酸(Ser)转化为甘氨酸(Gly)，同时产生合成嘌呤和嘧啶的N5，N10－甲叉四氢叶酸(N5，N10－methylenetetrahydrofolate)，这可能对小肠黏膜高效率合成蛋白质和细胞增殖有重要意义。合成谷胱甘肽是小肠黏膜利用甘氨酸的重要途径(Reeds等，1997)。Stoll等(1998b)报道，哺乳仔猪日粮丝氨酸和甘氨酸的40％和50％首先通过PDV滤出，滤出的氨基酸用于合成的肠蛋白质少于20％。
2.4 精氨酸
成年鼠，被肠黏膜吸收的Arg有40％在肠黏膜被降解，剩下的60％进入肠静脉(Windmueller和Spaeth，1976)。在成年人，膳食Arg的38％在第一次经过肠道上皮细胞时被滤出，其中绝大多数被小肠黏膜利用(Castille等，1993a)。这些结果表明，日粮Arg有相当部分不被肠外组织利用。另一方面，小肠在绝大多数哺乳动物(包括人、猪和鼠)内源Arg合成中起主要作用。断奶后的仔猪由于肠道内Δ1－二氢吡咯－5－羧酸合成酶活性大大增强，能保证由Gln合成足够的Arg以供肠道以外的组织利用。这就是为什么Arg是初生仔猪的必需氨基酸(Wu，1994)。
2.5 脯氨酸
Wu(1997)最近研究表明，0～58日龄仔猪和鼠小肠上皮细胞内存在相当高活性的线粒体脯氨酸氧化酶，由脯氨酸合成了较大量的鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸，占代谢脯氨酸碳的80％～90％。因此肠黏膜在脯氨酸的降解中可能起了主要作用(Wu，1997)。另一方面，小肠黏膜中脯氨酸可以由日粮精氨酸、鸟氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和天冬氨酸以及来源于动脉的谷氨酰胺合成。在猪和人的活体试验表明，小肠是日粮谷氨酸合成脯氨酸的主要器官(Murphy，1996；Matthew，1993)。
2.6支链氨基酸
肠粘膜中具有支链氨基酸转氨酶和支链α－酮酸脱氢酶(Harper，1984)，为支链氨基酸的代谢提供了酶基础。哺乳仔猪40％的亮氨酸、30％的异亮氨酸和40％的缬氨酸首先被PDV滤出，其中用于合成的小肠黏膜蛋白(Stoll，1998)。这些结果表明，肠黏膜对日粮支链氨基酸具有代谢作用少于20％，但其最终的代谢还不清楚。
此外，肠黏膜氨基酸代谢在调节肠完整性和功能方面还起了重要作用：第一，鸟氨酸(精氨酸、谷氨酰胺和脯氨酸的产物)为肠上皮细胞的合成提供了多胺合成的原料，多胺是肠上皮细胞增殖、分化和修补所必需(Luk，1980)；第二，精氨酸为一氧化氮的生理前体，一氧化氮在调节肠道血流、完整性、分泌和上皮细胞迁移中起重要作用(Alican，1996)；第三，谷氨酸、甘氨酸和胱氨酸是合成谷胱甘肽的前体，此三肽对肠黏膜在毒物和过氧化损伤防御中发挥重要作用(Reeds，1997)。
由上可知，由于肠黏膜氨基酸代谢，门脉血流的氨基酸模式显然不同于日粮氨基酸模式，且不能反应出日粮氨基酸在肠外组织的可利用性(Stoll等，1998b)。这对于认识日粮蛋白质、氨基酸营养有重要意义。首先，日粮必需氨基酸在体内先被小肠大量代谢，导致营养有效性降低。由于日粮氨基酸在小肠的代谢与肠黏膜的量呈正相关(Stoll等，1998b)，因此影响肠道重量的因素(生长激素、IGF－I)也可能影响动物对日粮氨基酸的需要；其次，肠道氨基酸的代谢还与动物种类、生长发育和疾病有关，这些因素在推荐动物日粮氨基酸需要和改进体内氨基酸和蛋白质代谢的模式时都必需考虑。
3 矿物质和维生素营养
矿物质和维生素对肠黏膜结构和功能影响的研究主要是微量元素锌和VA。唐方(1992)研究证实：小鼠缺锌可直接导致小肠上皮细胞超微结构的变化，线粒体减少，粗面内质网肿胀扩张，高尔基体萎缩，初级溶酶体形成减少，从而影响小肠上皮细胞对营养物质的消化吸收与合成代谢。缺锌还可导致杯状细胞数量、面积和直径明显减小，粘液层厚度和粘液蛋白质含量进一步降低，从而引起肠道黏膜粘液的屏障功能削弱，小肠黏膜的免疫防御能力降低，肠道粘液动力系统对病原微生物的清洁作用和交联作用削弱，病原微生物易于在黏膜定植、穿透粘液层而直接接触肠黏膜，诱发感染。这可能是临床上缺锌儿童胃肠功能紊乱，反复感染，易引起腹泻的原因之一(罗治彬等，1998)。
Zile等(1977)研究表明，鼠小肠中VA浓度与肠上皮细胞增殖相关。VA缺乏，鼠空肠结构有一定的改变(Warden等，1996)。而在Zehava等(1998)的研究中发现，与鼠比较，小鸡对VA缺乏反应更快，严重VA缺乏可改变小鸡小肠黏膜的形态和黏膜酶的活性，导致黏膜蛋白丢失，降低绒毛高度和隐窝深度并削弱二糖酶、转肽酶和碱性磷酸酶活性。同时表明VA供给量低影响鸡肠上皮细胞的增殖、生长和成熟过程。所以鸡肠道疾病期间，供给高剂量VA可导致粘膜功能的快速恢复。
4 影响肠黏膜结构和功能的营养成分
4.1 谷氨酰胺
谷氨酰胺不仅是肠黏膜的供能物质，还是细胞的蛋白质、核酸及氧化型辅酶Ⅱ(NAD(P)＋)物质等合成的前体和促进剂(Lacey等，1990)。为维持黏膜的正常形态、结构和功能所必需。当肠道由于手术、烧伤或断奶等应激，使肠道上皮屏障作用紊乱时，Gln对维持"健康"的肠道具有重要作用。因此，有研究者认为，Gln是动物的条件性必需氨基酸(Lacey等，1990)。此外，有研究发现，谷氨酰胺还是维持与肠道相关的淋巴组织所必需，是合成肠道免疫球蛋白所必需，表明谷氨酰胺在肠道免疫中的重要作用。
4.2 短链脂肪酸
据报道，后肠发酵产物－短链脂肪酸对肠黏膜结构和功能也有影响。每天给一定剂量短链脂肪酸两周，加速了鼠肠上皮增殖(Sakata，1984)。与无发酵纤维的基础日粮比较，短链脂肪酸可使上皮细胞每天增加了3～4倍(Goodlad和wright，1983)。另外，大肠中挥发性短链脂肪酸含量的增加可刺激小肠隐窝细胞生长。许多研究发现，饲喂高纤维日粮较饲喂低纤维日粮的生长猪，空肠和结肠隐窝细胞增生速度更快，从而引起肠黏膜细胞周转速度加快。
4.3 核苷酸
核苷酸能够加速肠细胞的分化、生长。补充核苷酸改变了人和鼠肠上皮细胞的增殖和分化，促进了细胞的生长，加速了小肠上皮细胞的成熟(He等，1993)。另据报道，在营养应激条件下或细胞生长期间，外源核苷酸可能是细胞增殖和分化的条件性必需营养。日粮核苷酸加速了受伤或营养不良鼠肠黏膜的修复(Uauy等，1994)。
5 肠黏膜生长的调节
5.1 表皮生长因子(EGF)
存在于哺乳动物各种组织中的EGF是新生动物和成年动物消化道黏膜的营养性肽。它具有广泛的生物学活性，能刺激上皮细胞的生长与细胞分化。母乳中含有丰富的EGF，可能在调控初生动物胃肠道生长发育方面发挥作用。肠上皮细胞中含有EGF的高亲和力受体，与EGF结合刺激十二指肠、空肠、回肠和结肠隐窝细胞DNA合成，增加了肠黏膜多胺合成的关键酶－鸟氨酸脱羧酶的活性，从而影响肠上皮细胞的生长和成熟(Johnson，1988)。Jaeger等(1990)研究表明，对初生和断奶仔猪，通过内吸收途径或口服EGF显著增加回肠乳糖酶和蔗糖酶活性。
5.2 胰岛素和类胰岛素生长因子
胰岛素可促进多种细胞(包括肠细胞)的增殖。体内研究表明，非肠道给予大鼠和小鼠胰岛素可加速小肠刷状缘酶活性的出现和升高(Menard等，1981)。体外研究亦证实，胰岛素能诱导小肠黏膜的早熟发育，口饲胰岛素，小肠内容物中乳糖酶、麦芽糖酶和碱性磷酸酶总活性升高(郑春田等，1999)。
类胰岛素生长因子(IGFs)包括IGF－I和IGF－Ⅱ，它们作为仔猪胃肠道生长发育的激素类生长因子已引起了广泛的关注。IGF－Ⅰ和IGF－Ⅱ均能刺激DNA的合成和各种类型细胞的有丝分裂(Xu,1996)。用实验啮齿动物的研究证明，外源IGFs能刺激胃肠生长和酶的成熟。严重烧伤病人每天按一定剂量皮下注射IGF－I5天，能显著减轻黏膜萎缩和胃肠壁细菌穿透的发生(Xu，1996)。
5.3 肠高血糖素
断奶时哺乳动物由吸吮母乳到采食饲料的改变，使进入大肠的物质的量增加，微生物发酵增加，小肠后段承载营养物质的加大，刺激黏膜内分泌细胞释放多肽类激素－肠高血糖素。Kelly等(1991)报道，断奶后连续饲喂5天的仔猪比限饲5天的仔猪血浆肠高血糖素水平升高，同时小肠重量、黏膜重量、绒毛高度和隐窝深度增加。
6 结语
日粮氨基酸不仅是肠黏膜的主要供能物质，而且参与肠道氨基酸代谢，还对肠的完整性和功能的调节起一定的作用。日粮中其它营养成分也在一定程度上参与了肠道的生长发育及受损肠上皮细胞的修复。

leijian

这是一个很好的话题。病从口入的传统观念应需得到重视。谢谢楼主！

天之涯

多谢分享，学习再学习！

劲松

很好的资料，谢谢楼主！
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