豬和肉雞胃腸道中植酸降解模式的最新研究進(jìn)展(續(xù)1)

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的降解很容易通過補(bǔ)充P、鈣（Calcium，Ca）和外源植酸酶來控制。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

中圖分類號(hào)：S816.79 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2019）02-0053-04

3? 植酸酶的作用

3.1 內(nèi)源性黏膜植酸酶的作用

當(dāng)飼料缺乏肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氫（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）降解酶時(shí)，需要對(duì)其他酶源水解動(dòng)物消化道中的InsP6的潛在貢獻(xiàn)進(jìn)行討論。雖然人們通常假設(shè)動(dòng)物不會(huì)在其腸上皮產(chǎn)生內(nèi)源性植酸酶，但是越來越多的證據(jù)表明這種假設(shè)是不正確的。

有關(guān)豬腸上皮植酸酶的信息比家禽的少。一項(xiàng)研究報(bào)告了仔豬的黏膜水解酶在體外對(duì)InsP3、InsP4、InsP5和InsP6的活性，并且發(fā)現(xiàn)空腸上的黏膜酶活性高于十二指腸和回腸上的（Hu等，1996）。在家禽中，研究主要針對(duì)肉雞，但利用產(chǎn)蛋雞進(jìn)行的研究顯示小腸不同部位的純化的刷狀邊界膜囊泡中具有一些植酸酶活性（Huber等，2015;Maenz和Classen，1998;Onyango等，2006）。Maenz和Classen（1998）發(fā)現(xiàn)腸上皮植酸酶（epithelial phytase）的活性在十二指腸制劑中最高而在小腸的較后段制劑中下降。一些證據(jù)表明，當(dāng)腸腔含有較高濃度的無機(jī)磷酸鹽（Pi）時(shí)，腸上皮植酸酶的分泌減少（Huber等，2015）。Applegate等（2003）發(fā)現(xiàn)，與含0.4%鈣的日糧相比，鈣含量為0.9%時(shí)上皮植酸酶的分泌量也減少了。然而，據(jù)說內(nèi)源性植酸酶分泌的調(diào)節(jié)尚未得到充分檢測(cè)，并且當(dāng)時(shí)研究人員并沒有評(píng)估內(nèi)源性植酸酶對(duì)腸InsP6分解的定量貢獻(xiàn)（Huber等，2015）。由于它們的位置，刷狀邊界膜相關(guān)植酸酶可能只與發(fā)生在腸腔中的水解具有有限的相關(guān)性。此外，內(nèi)源酶在消化道環(huán)境中可能表現(xiàn)出與充分標(biāo)準(zhǔn)化的體外試驗(yàn)條件下不同的特性。在用含不同添加水平的無機(jī)磷酸鹽和植酸酶（Zeller等，2015c）的日糧飼喂后，肉雞十二指腸/空腸中InsP6分解的程度與同行研究中測(cè)得的內(nèi)源性上皮植酸酶活性無關(guān)（Huber等，2015）。在三項(xiàng)使用不同的日糧鈣和維生素D3組合以及不同肉雞品系的試驗(yàn)中（Applegate等，2003），研究人員在一個(gè)試驗(yàn)中觀察到了pc InsP6消失與肉雞腸道刷狀邊緣膜囊泡的植酸酶活性的Vmax之間有顯著的相關(guān)性，然而未在另外兩項(xiàng)試驗(yàn)中觀察到這種關(guān)系。因此，盡管此試驗(yàn)清楚地表明腸道刷狀邊界膜小泡存在顯著的酶活性，但由于消化道的復(fù)雜情況，其與InsPx降解的定量相關(guān)性仍需要闡明。

3.2? 內(nèi)源性微生物植酸酶的作用

動(dòng)物腸道內(nèi)活性植酸酶的另一個(gè)潛在來源是定植在動(dòng)物消化道中的微生物。關(guān)于豬，Humer等（2015）觀察到胃腸道中的植酸酶活性可以忽略不計(jì)。同樣，在大腸附近，由豬胃腸道中的微生物植酸酶產(chǎn)生的InsP-P的植酸水解和釋放程度也至關(guān)重要（Pagano等，2007;Selle和Ravindran，2008）。在給豬飼喂無植酸酶的日糧后研究植酸酶沿著豬胃腸道的活性時(shí)，Pagano等（2007）發(fā)現(xiàn)酶在結(jié)腸中有高水平的活性，但在腸道前段沒有高水平的活性。相應(yīng)地，Schlemmer等（2001）和Seynaeve等（2000）已經(jīng)發(fā)現(xiàn)InsP6在豬回腸后大量消失。由于磷的吸收主要發(fā)生在小腸的上端，所以在結(jié)腸內(nèi)分裂的InsP6-P與提供給豬的磷無關(guān)。Kerr等（2000）發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的非限菌肉雞相比，限菌肉雞盲腸內(nèi)容物中的InsP6含量顯著高于常規(guī)肉雞中的。在產(chǎn)蛋雞中，盲腸內(nèi)容物中的特定植酸酶在活性上比來自嗉囊、胃和小腸內(nèi)容物中的植酸酶高10倍以上（Marounek等，2010）。這些結(jié)果表明微生物顯著參與了腸道內(nèi)InsP6分解過程。體外研究已經(jīng)顯示了各種細(xì)菌對(duì)InsP6降解的活性（Konietzny和Greiner，2002;Vats和Banerjee，2004）。此外，Raghavendra和Halami（2009）將從雞腸中分離到的產(chǎn)乳酸細(xì)菌鑒定為潛在的InsP6降解候選菌。在肉雞小腸中的細(xì)菌中，乳酸桿菌是最常見的一種（Rehman等，2007）。有趣的是，肉雞在喂給添加了乳酸桿菌的日糧后，體內(nèi)磷的沉積量增加（Angel等，2005）。當(dāng)使用深測(cè)序技術(shù)時(shí)，Witzig等（2015）發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌是肉雞嗉囊和小腸中的主要細(xì)菌，但是小腸和嗉囊中乳酸桿菌的菌型不同。除了優(yōu)勢(shì)菌型之外，研究人員在類桿菌屬、伯克霍爾德菌屬和三種雙歧桿菌屬中鑒定了InsP6磷酸酶的基因，這些細(xì)菌都存在于雞的消化道中（Stentz等，2014;Tamayo-Ramos等，2012）。這有力地支持了雞腸道微生物對(duì)InsP6分解有貢獻(xiàn)的假設(shè)。然而，對(duì)于上皮植酸酶，研究人員目前還不能定量分析微生物植酸酶的定量相關(guān)性。

也許嗉囊微生物群對(duì)InsP6在消化道后端的降解很重要。乳酸桿菌能夠在消化道后端定植并產(chǎn)生酶。水合作用和溫度有利于細(xì)菌的生長和酶的活性增強(qiáng)（Svihus等，2002）。食糜在嗉囊中的短時(shí)間滯留可能會(huì)導(dǎo)致酶在嗉囊中產(chǎn)生，并主要在消化道隨后部位特別是肌胃中活動(dòng)。隨后，在小腸中，來自腸道上皮的植酸酶和其他磷酸酶也會(huì)參與進(jìn)來，所有這些酶一起促使InsP6的降解。這種假說仍然需要在進(jìn)一步的試驗(yàn)中檢驗(yàn)，但是該假說可以擴(kuò)展到豬消化道中缺少“預(yù)發(fā)酵”部位，這是觀察到InsP6在豬和家禽消化道中降解上存在差異的原因。

肉雞盲腸中的微生物群具有很大的多樣性，包括已知能夠分解InsP6的細(xì)菌菌種（Rehman等，2007;Witzig等，2015）。相應(yīng)地，Marounek等（2008）指出，在飼喂玉米-豆粕型日糧后，產(chǎn)蛋雞盲腸中植酸酶的活性遠(yuǎn)高于消化道前段中的。限菌肉雞糞便中InsP6的含量高于常規(guī)肉雞盲腸糞便中的（Kerr等，2000）。這表明微生物對(duì)盲腸中InsP6的分解有很大影響。事實(shí)上，當(dāng)日糧不含植酸酶時(shí)，只有不到10%的InsP6在肉雞盲腸中會(huì)被回收（Zeller等，2015b）。然而，盲腸中InsP6水解與肉雞的相關(guān)性尚不清楚?；赟on等（2002）的研究結(jié)果，我們可以假定不超過四分之一的回腸食糜會(huì)進(jìn)入盲腸用于發(fā)酵?；啬c吸收后的磷尚未見報(bào)道。因此，盲腸中InsPx釋放出的磷以磷酸鹽形式排出或以其他形式結(jié)合被分泌出。在豬上，糞便中InsP6較低的回收率以及pc InsP6相對(duì)少的降解也表明在消化道的回腸后隔室中發(fā)生大量的微生物InsP6降解。

4? 植物植酸酶活性的相關(guān)性

Eeckhout和De Paepe（1994）以及Rodehutscord等（2016）指出，某些植物種子和飼料含有固有的植酸酶。小麥、黑麥、黑小麥等谷物含有較高的內(nèi)源性植酸酶，然而豆科作物種子含有較低的內(nèi)源性植酸酶。人們很難在油籽和玉米中檢測(cè)到植酸酶。內(nèi)源性植物植酸酶——假設(shè)它在飼料加工過程中沒有失活——原則上可以促進(jìn)InsP6在動(dòng)物消化道中的降解。在豬和肉雞之間，InsP6水解存在相關(guān)性差異。

4.1 豬

Schlemmer等（2001）測(cè)定發(fā)現(xiàn)，豬在飼喂含有高內(nèi)源性植酸酶的飼料后，其胃消化物中植酸酶活性降低了90%。然而，與采用擠壓日糧相比，InsP6對(duì)胃和小腸中總InsPx的貢獻(xiàn)在使用未經(jīng)處理的日糧時(shí)較低。胃以及十二指腸中不適宜的pH可能會(huì)導(dǎo)致這些內(nèi)源性植物植酸酶強(qiáng)烈失活。胃和小腸中的pH有利于蛋白水解酶，該酶可以分解植物植酸酶，使其在小腸后端中無法檢測(cè)到（Yi和Kornegay，1996）。沿著這一線索，Schlemmer等（2009）總結(jié)道，植物植酸酶可能不參與小腸和大腸中InsP的相關(guān)水解。與未處理的日糧相比，小麥-大麥-豆粕型日糧在通過90 ℃左右的蒸汽制粒后其內(nèi)源性植酸酶的失活僅導(dǎo)致29% pc InsP6-P降解，而前者則導(dǎo)致52%的InsP6-P降解（Blaabjerg等，2010）。使用包括低日糧磷的標(biāo)準(zhǔn)化試驗(yàn)條件研究不同原料中磷在豬上的消化率表明，小麥和黑麥中磷消化率最高（高植酸酶活性），其次是大麥（中等植酸酶活性）和玉米或油籽粕（低/無植酸酶活性）（Düngelhoef等，1994;Hovenjürgen等，2003;Rodehutscord等，1996）。這說明，如果內(nèi)源性植物植酸酶在飼料加工期間沒有被破壞，其是磷在豬消化道中消化的一個(gè)有意義的影響因素。

4.2 家禽

在肉雞中，植酸酶主要在肌胃中蛋白質(zhì)水解開啟之前的嗉囊中起分解作用。然而，一個(gè)爭議點(diǎn)是內(nèi)源性植物植酸酶與腸內(nèi)InsP6的分解相關(guān)性如何。對(duì)小麥型日糧進(jìn)行的磷在動(dòng)物體內(nèi)的沉積研究發(fā)現(xiàn)，所用批次的小麥中內(nèi)源性植酸酶的活性與磷在肉雞體內(nèi)的沉積之間存在某種正相關(guān)性（Barrier-Guillot等，1996;Oloffs等，2000）。當(dāng)喂給擠壓加工小麥而不是非擠壓加工小麥時(shí)，磷在肉雞體內(nèi)的沉積率也較低（Oloffs等，1998）。其他使用不同谷物和不同植酸酶進(jìn)行的研究沒有發(fā)現(xiàn)日糧中內(nèi)源性植物植酸酶的活性與InsP6在肉雞消化道的降解率之間有關(guān)系（Juanpere等，2004;Leytem等，2008）。鑒于這些不同的研究結(jié)果，順著消化道研究內(nèi)源性植酸酶的作用非常令人感興趣。在將微波處理的小麥替代未經(jīng)處理的小麥加入日糧后，內(nèi)源性植酸酶的活性和InsP6在肉雞嗉囊內(nèi)的降解率均顯著減少（Zeller等，2016）。然而，隨著內(nèi)源性植酸酶進(jìn)一步通過消化道，在含有微波處理小麥或未經(jīng)處理小麥的日糧之間存在的InsP6分解差異降解。這些差異表明其他植酸酶源彌補(bǔ)了內(nèi)源性植物植酸酶活性的缺乏（Zeller等，2015a）。其他研究人員也得出結(jié)論，與內(nèi)源性上皮植酸酶和微生物植酸酶相比，在肉雞回腸末端測(cè)定時(shí)，內(nèi)源性飼料植酸酶似乎對(duì)InsP6的降解貢獻(xiàn)很?。↙eytem等，2008;Shastak等，2014）。當(dāng)一個(gè)植酸酶含量低于檢測(cè)限度的玉米型日糧與一個(gè)含有660 U/kg植酸酶的小麥型日糧相比較時(shí)，大約為61%的pc InsP6在肉雞消化道中降解，并且這兩種日糧在pc InsP6降解率上沒有差異（Shastak等，2014）?？偟膩碚f，從本文中可以看出內(nèi)源性植物植酸酶相關(guān)性評(píng)價(jià)上的差異還沒有得到解釋。這可能與日糧中的磷和鈣礦物質(zhì)含量有關(guān)。

（待續(xù)）