畜禽蛋氨酸代謝及其生理功能研究進展

■ 胡誠軍 江青艷 孔祥峰

（1.中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)研究所中國科學院亞熱帶農業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南長沙410125；2.華南農業(yè)大學動物科學學院，廣州510642）

蛋氨酸（Methionine，Met）是構成動物機體蛋白質的基本元件之一，是畜禽必需氨基酸中唯一的含硫氨基酸，也是禽類和反芻動物的第一限制性氨基酸、豬的第二限制性氨基酸。蛋氨酸可為動物機體提供甲基，合成機體所需的蛋白質和生物活性物質等，飼料中必須補充適量的蛋氨酸才能滿足動物機體的需求，所以蛋氨酸又被稱為“生命性氨基酸”。目前飼料中使用的蛋氨酸主要有固態(tài)DL-蛋氨酸（DL-methio?nine，DLM）、液態(tài)羥基蛋氨酸、固態(tài)羥基蛋氨酸鈣（methionine hydroxy analogue calcium，MHA-Ca）和N-羥甲基蛋氨酸鈣等。越來越多的研究表明，蛋氨酸對畜禽的生產性能、免疫功能、抗氧化功能和腸道發(fā)育等方面發(fā)揮著重要作用。本文綜述了蛋氨酸在畜禽體內的吸收代謝規(guī)律及其對畜禽生理功能的調控作用，以期為蛋氨酸在畜禽養(yǎng)殖生產中的合理使用提供參考。

1 蛋氨酸的理化性質

蛋氨酸又被稱為甲硫氨酸，學名為2-氨基-4-甲巰基丁酸，是一種中性氨基酸，分子式為C5H11NO2S，分子量為149.21。白色片狀或粉末狀晶體，具有特別的氣味，味微甜，易溶于水、稀酸和稀堿溶液，極難溶于乙醇。按旋光性可分為L-蛋氨酸和D-蛋氨酸。

2 蛋氨酸的吸收轉運

不同飼料原料中含有不同含量的蛋氨酸(見表1)。飼料蛋白質經過胃腸道酶消化后，蛋氨酸以游離態(tài)被釋放出來，并通過腸上皮細胞進入血液和組織。Xie等報道，家禽回腸和十二指腸是L-蛋氨酸吸收的主要部位，其吸收過程具有Na+依賴性；同位素標記法研究證實，4周齡肉雞回腸末端對蛋氨酸的吸收率為96.5%～97.5%。仔豬蛋氨酸的吸收部位主要在十二指腸和空腸，吸收的主要途徑是主動運輸，需要鈉泵系統(tǒng)的參與。除此之外，蛋氨酸還存在自由擴散和鈉非依賴型兩種吸收方式（見表2）。

表1 常用飼料原料中蛋氨酸的含量

表2 哺乳動物腸上皮細胞表達的蛋氨酸轉運系統(tǒng)

天然蛋白質中存在的蛋氨酸均為L-型，化工合成的蛋氨酸均為DL-型，其中L-型蛋氨酸可被動物機體直接吸收利用，D-型蛋氨酸在機體內必須先轉化為L-型蛋氨酸才能被利用。蛋氨酸羥基類似物（me?thionine hydroxy analogue，MHA）的主要吸收機制是被動擴散，吸收部位在十二指腸、空腸和回腸，也可在大腸被吸收。同位素稀釋技術測定發(fā)現(xiàn)，85%的MHA在到達肉雞十二指腸之前就消失了，說明MHA的吸收部位主要在消化道前端。也有研究表明，消化道前端的pH值較低，有利于MHA的吸收。

3 蛋氨酸的代謝過程

肝臟是蛋氨酸代謝的主要場所，轉甲基作用和再甲基作用存在于動物體內絕大多數(shù)細胞中，而轉硫基作用只存在于肝臟、腎臟、腸道和胰腺等組織器官中。腸道微生物很可能參與蛋氨酸的代謝，因為體外培養(yǎng)的仔豬腸上皮細胞不能代謝蛋氨酸，而仔豬腸道可以代謝約20%的飼糧蛋氨酸。

蛋氨酸在動物體內主要存在以下幾個代謝途徑（見圖1）：①參與多肽和蛋白質的合成，與蛋白質發(fā)生相互轉化。②在蛋氨酸腺苷轉移酶作用下，生成蛋氨酸的活化形式S-腺苷蛋氨酸（S-Adenosyl methionine,SAM）。SAM是體內多種不同甲基轉移酶催化反應的甲基供體，也是DNA和蛋白質甲基化修飾的甲基供體，可參與基因表達的調控。在S-腺苷蛋氨酸依賴性甲基化酶作用下，SAM發(fā)生轉甲基生成S-腺苷高半胱氨酸（S-Adenosylhomocysteine，SAH），SAH進一步水解生成高半胱氨酸（Homocys?teine，Hcy）。Hcy是蛋氨酸的重要中間代謝產物，由甜菜堿提供甲基，在甜菜堿高半胱氨酸甲基轉移酶作用下，或者由N5-甲基四氫葉酸提供甲基，在5-甲基四氫葉酸高半胱氨酸甲基轉移酶作用下，轉化生成蛋氨酸，完成整個循環(huán)過程。除此之外，高半胱氨酸依次在β-胱硫醚合成酶和γ-胱硫醚酶的作用下生成半胱氨酸（Cysteine，Cys），進而參與谷胱甘肽、胱氨酸、?；撬岬壬锘钚晕镔|的合成過程，此過程被稱為蛋氨酸代謝的轉硫途徑。由此可知，Cys參與的是蛋氨酸的降解過程及其他活性物質的生成過程，不參與其循環(huán)過程，補充適量的Cys可以代替參與轉硫基途徑的部分蛋氨酸。③SAM通過轉胺丙基作用參與生物胺的形成。SAM經過兩次脫羧后生成5-甲硫基腺苷，接著將胺丙基轉移給腐胺和亞精胺生成相對應的亞精胺和精胺。5-甲硫基腺苷可經過一系列反應轉化成2-羥基-4-甲硫基丁酸（HMB）。HMB與蛋氨酸的結構相似，即HMB上的一個羥基代替了蛋氨酸的一個氨基。HMB首先轉化成酮型蛋氨酸，然后經過轉氨基作用生成蛋氨酸。

圖1 蛋氨酸在哺乳動物體內的代謝通路

在哺乳動物胞漿內，以L-半胱氨酸為底物，在胱硫醚-β-合酶（cystathione beta synthase，CBS）和胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine gamma lyase，CSE）作用下，生成H2S；在細胞線粒體內，以β-巰基丙酮酸為底物，在巰基丙酮酸轉硫酶(3-mercap?topyruvate sulfurtransferase，MPST)作用下，也生成H2S。內源性H2S是一種具有廣泛生物學效應的氣體信號分子，可參與哺乳動物的多種生理和病理過程。例如，H2S對微生物生物膜的形成和結腸黏液的分泌均具有促進作用，能通過減少中性粒細胞浸潤、增加黏液顆粒產生、保持黏液層厚度來緩解實驗性結腸炎；H2S可以降低嚙齒動物的基礎代謝率，而豬體內H2S不足卻使其基礎代謝率下降。內源性H2S是導致糖尿病的一個重要因素，有研究發(fā)現(xiàn)，內源性H2S可以抑制胰島β細胞分泌胰島素；脂肪組織來源的H2S可以抑制胰島素的作用，減少成熟脂肪細胞對葡萄糖的攝取。最新研究發(fā)現(xiàn)，H2S對NO的代謝也具有調節(jié)作用，說明氣體信號分子之間存在相互作用。因此，充分了解H2S的生理功能，對于提高畜禽健康具有重要作用。

4 蛋氨酸的生理功能

4.1 對畜禽生產性能的影響

飼糧中添加適量的蛋氨酸，可提高動物的生長性能。隨著飼糧蛋氨酸水平的升高（0.28%～0.48%），仔豬平均日增重顯著增加，料重比顯著降低，采食量也有增加趨勢。Wen等報道，在1～21日齡和22～42日齡時分別飼喂含有0.60%和0.53%蛋氨酸的飼糧，能提高雞的日增重和胸肌率，降低料肉比。另外，肝臟的蛋白質降解能力隨著飼糧蛋氨酸含量的上升而下降，缺乏蛋氨酸會抑制骨骼肌中蛋白質的合成。

不同形式的蛋氨酸對動物生長性能的影響不同。分別飼喂添加蛋氨酸有效含量為0.10%的DLM、MHA-Ca和包膜蛋氨酸（CME）的試驗飼糧，肉種雞的生產性能無顯著差異，但以CME對肉種雞的促生長效果最佳。Kim等研究表明，在飼糧中添加L-蛋氨酸比添加DLM更能提高保育豬的平均日增重以及十二指腸的絨毛高度和GSH濃度?？梢姡暭Z中添加適量的蛋氨酸，可達到提高動物生長性能的效果，但對動物生長性能促進效果大小與添加到飼糧中蛋氨酸的形式有關。

畜禽不同階段對蛋氨酸的需求量不同（見表3、表4），飼糧中蛋氨酸的添加量過多，不但不能促進動物的生長，反而會出現(xiàn)抑制作用。飼糧中蛋氨酸的比例不平衡，對動物短期的生殖功能和后代長期的生理機能均產生不利影響。

表3 豬的蛋氨酸需要量[38]

表4 不同類型雞的蛋氨酸需要量[39]

4.2 對畜禽抗氧化功能的影響

蛋氨酸自身具有抗氧化作用，其殘基中的二硫鍵可以與活性氧反應生成蛋氨酸亞砜（methionine sulf?oxide，MetO），MetO在蛋氨酸亞砜還原酶（methionine sulfoxide reductase，Msr）作用下可重新生成蛋氨酸。蛋氨酸的這種抗氧化作用，可以保護其參與組成蛋白質和其他分子的穩(wěn)定性和生物活性。蛋氨酸是合成GSH的前體物質，GSH在動物體內具有較強的抗氧化作用，可以通過其還原性巰基參與體內的氧化還原反應。巰基與體內的自由基結合，可直接使自由基還原成酸性物質，加速自由基的排泄，抵抗自由基對重要臟器的損害。另外，GSH除了具有清除氧自由基作用外，還能增強抗氧化物酶的活性、提高機體抗氧化防御能力等。

Chen等研究表明，在斷奶仔豬飼糧中添加L-蛋氨酸，可以增加血液和組織中Cys和GSH的含量，降低血液中Cys/胱氨酸氧化還原電勢和組織中GSH氧化態(tài)/還原態(tài)的電勢。林禎平等報道，飼糧蛋氨酸水平從0.26%增加到0.76%，能顯著提高28～70日齡獅頭鵝的機體抗氧化功能，飼糧蛋氨酸水平為0.66%時機體的抗氧化能力最強，谷胱甘肽過氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和GSH含量最高。

在肉種雞飼糧中添加DLM、MHA-Ca和CME，能增強肉種雞的抗氧化功能，提高肝臟和腎臟中GSHPx和SOD的活性。給肉雞飼喂MHA及其鈣鹽，可顯著提高十二指腸和空腸GSH/GSSG比值以及過氧化氫酶（CAT）活性，降低丙二醛（MDA）水平。與DLM相比，MHA及其鈣鹽能更好地提高腸道的抗氧化能力，降低ROS水平，維持腸道氧化還原穩(wěn)態(tài)，促進腸道的健康發(fā)育。以上資料表明，蛋氨酸可以提高畜禽的抗氧化功能，并且與飼糧中蛋氨酸的添加形式和添加量存在關系，在畜禽養(yǎng)殖生產中蛋氨酸的添加應根據(jù)實際情況而定，最大程度發(fā)揮蛋氨酸的功能。

4.3 對畜禽免疫功能的影響

多項研究表明，在飼糧中添加適量的蛋氨酸可以提高畜禽的免疫功能。例如，0.3%蛋氨酸可顯著提高仔豬脾臟指數(shù)。在動物飼糧中添加適量的蛋氨酸，還可以促進動物外周血、胸腺、脾臟T淋巴細胞增殖轉化能力，提高細胞免疫應答反應；而蛋氨酸缺乏，則會降低機體的免疫功能。Parvin等報道，細胞免疫反應隨飼糧中蛋氨酸水平的增加而增強，添加量為6.0 g/kg時免疫反應最強。雛雞飼糧中的蛋氨酸水平達到6.5 g/kg時，細胞免疫反應最強，但不影響抗體效價。另外，蛋氨酸可顯著影響仔豬血液中IgG的效價及半數(shù)溶血值，當飼糧中蛋氨酸含量為0.39%時仔豬的體液免疫功能較強。這表明，蛋氨酸可通過促進畜禽的免疫器官、免疫細胞生長發(fā)育來提高畜禽的免疫功能，進而促進畜禽的健康生長。

4.4 對畜禽腸道健康的影響

腸道不僅是吸收營養(yǎng)物質的主要部位，還是動物體內最大的免疫器官和內分泌器官，因此維持腸道健康對提高動物的生產性能具有重要意義。最近，有不少研究報道了蛋氨酸與動物腸道健康的關系。例如，在飼糧中添加0.12%的L-蛋氨酸，可顯著增加斷奶仔豬的小腸絨毛高度和絨毛高度/隱窩深度比值；在飼糧中添加0.24%的液體蛋氨酸羥基類似物，可降低斷奶仔豬的腹瀉率和結腸大腸桿菌和沙門氏菌數(shù)量，增加小腸絨毛高度/隱窩深度比值及結腸乳酸桿菌數(shù)量；在斷奶仔豬飼糧中添加MHA 14 d后，可顯著提高斷奶仔豬空腸和回腸中杯狀細胞的數(shù)量以及腸道谷胱甘肽的含量。以上的研究表明，飼糧中添加不同形式的蛋氨酸能促進仔豬腸道的健康發(fā)育，維持腸道結構完整和功能正常發(fā)揮。而腸道健康水平決定著動物的健康狀況。

腸道微生物可調節(jié)宿主的生理功能，對機體健康的維持至關重要。Dahiya等研究發(fā)現(xiàn)，在基礎飼糧中添加0.8%的DLM可增加肉雞盲腸中乳酸菌的數(shù)量，減少回腸中大腸桿菌和D群鏈球菌的數(shù)量。王之盛等報道，MHA可抑制大腸桿菌、壞死性腸炎梭菌和雞白痢沙門氏菌，減少仔豬的腹瀉率。腸道中棲息著復雜多樣的微生物菌群,能調節(jié)宿主很多生理過程，以上研究表明，蛋氨酸添加到飼糧中，可以使得腸道微生物區(qū)系發(fā)生變化，而這種變化對于畜禽的生長是有利的。

5 小結

蛋氨酸是畜禽的一種必需氨基酸，具有非常重要的營養(yǎng)價值和生理功能。隨著研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)蛋氨酸不僅僅是蛋白質合成的原料，對動物的免疫功能、抗氧化功能和腸道發(fā)育等也具有重要作用。在畜禽養(yǎng)殖生產中，充分發(fā)掘和利用蛋氨酸的功能，在一定程度上對減少抗生素的使用具有十分重要的作用。但是，蛋氨酸對畜禽的生理功能具有兩面性，添加量過高會產生一定的毒副作用，對動物的生長發(fā)育產生不利影響。為了提高畜禽的生理功能，應根據(jù)畜禽類型、品種、生長階段、飼養(yǎng)條件和生產目的來確定飼糧中蛋氨酸的合理添加量。

（參考文獻39篇，刊略，需者可函索）