蛋氨酸及其螯合物對動物基因表達(dá)的調(diào)控

■朱中勝 李呂木 唐 倩

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院，安徽合肥 230036）

蛋氨酸（Methionine，Met）又名甲硫氨酸，學(xué)名2-氨基-4-甲硫基丁酸，分子式為CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH，是動物生長所需氨基酸中唯一含硫必需氨基酸，作為動物體內(nèi)甲基的主要供體，在一碳代謝途徑中伴有重要作用[1-2]。Met螯合物是Met與微量元素金屬離子在一定條件下螯合而成，既能補(bǔ)充飼料Met的不足，又能提高飼料中微量元素的利用率，具有效果好，營養(yǎng)作用顯著，生物效價(jià)高等特點(diǎn)。添加Met及其螯合物的動物飼料可以促進(jìn)動物快速生長、增加瘦肉量和縮短飼養(yǎng)周期等[3-6]。動物缺乏Met，會引起發(fā)育不良、體重減輕、肝腎機(jī)能減弱、肌肉萎縮和皮毛變質(zhì)等[7-9]。隨著研究的深入，大量研究者發(fā)現(xiàn)Met及其螯合物通過調(diào)控動物的乳腺、肝臟、肌肉、胚胎和骨骼等組織的基因表達(dá)，從而影響動物的生長性能和產(chǎn)品品質(zhì)。本文綜述了近年有關(guān)Met及其螯合物對動物基因表達(dá)調(diào)控的研究進(jìn)展，旨在通過Met及其螯合物對動物基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制，為Met及其螯合物作為動物飼料添加劑的合理利用提供一些參考。

1 Met對動物基因表達(dá)的調(diào)控

1.1 Met對奶牛乳腺上皮細(xì)胞相關(guān)基因表達(dá)的影響

Met是乳蛋白合成的第一限制性氨基酸，補(bǔ)充過瘤胃蛋氨酸可以促進(jìn)奶牛尤其是產(chǎn)奶高峰期奶牛的乳蛋白合成。目前，對于奶牛乳蛋白合成的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制目前尚缺乏全面了解。而從基因表達(dá)調(diào)控層面研究Met與乳蛋白合成及乳腺泌乳能力的關(guān)系，將有助于從分子水平揭示乳蛋白合成的調(diào)控機(jī)制。

奶牛蛋白質(zhì)合成中磷酸化蛋白質(zhì)：信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子5a及mTOR對乳蛋白合成具有重要調(diào)節(jié)作用，當(dāng)L-Met處理奶牛乳腺上皮細(xì)胞（DCMECs）時，將使DCMECs的細(xì)胞增殖和β-酪蛋白的表達(dá)水平升高，上調(diào)磷酸化蛋白如：金黃色葡萄球菌核酸酶結(jié)構(gòu)域蛋白1(SND1)，Septin-6，甘氨酰-tRNA合成酶，Twinfilin-1和真核延伸因子的表達(dá)[10]。Liu等[11]研究發(fā)現(xiàn)，Met等營養(yǎng)素可以促進(jìn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子5a基因的表達(dá)來提高DCMECs的哺乳能力。表明，L-Met通過調(diào)控蛋白磷酸化來影響JAK/STAT和mTOR信號通路，進(jìn)而調(diào)節(jié)DCMECs的泌乳和乳蛋白的合成[12]。

Met能促進(jìn)奶牛乳腺上皮細(xì)胞乳蛋白合成相關(guān)基因的表達(dá)及蛋白質(zhì)組的變化，如肉堿乙酰轉(zhuǎn)移酶、二氫嘧啶酶相關(guān)蛋白2、鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶、NADH脫氫酶(泛醌)黃素蛋白2及載脂蛋白A1結(jié)合蛋白，而這些差異蛋白質(zhì)點(diǎn)的功能涉及氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)、能量代謝及細(xì)胞骨架構(gòu)成等生物學(xué)功能[13]。因此，Met可以通過顯著促進(jìn)奶牛DCMECs乳蛋白合成相關(guān)基因的表達(dá)及蛋白質(zhì)組的變化，從而調(diào)節(jié)奶牛泌乳調(diào)控。

1.2 Met對動物肝臟組織中胰島素樣生長因子（IGFI）mRNA表達(dá)的影響

生長激素調(diào)控軸是動物生長調(diào)控系統(tǒng)，IGF-I作為體生長激素（GH）的效應(yīng)子可介導(dǎo)GH的促生長效應(yīng)，促進(jìn)動物生長發(fā)育，調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、分化和代謝過程。

畜產(chǎn)品飼養(yǎng)過程中合理補(bǔ)充Met，不僅促進(jìn)動物生長發(fā)育和調(diào)節(jié)基因表達(dá)，而且提高飼料的轉(zhuǎn)化率和節(jié)約成本。研究發(fā)現(xiàn)肉兔日糧中補(bǔ)充適量Met將降低料重比，提高肝組織中IGF-I mRNA的表達(dá)[14-15]。同時，Del等[16]發(fā)現(xiàn)肉雞日糧補(bǔ)充0.24%DL-Met將刺激生長因子的合成和釋放，提高生產(chǎn)性能及肝臟組織中IGF-I mRNA和GHR基因的表達(dá)。

1.3 Met對動物肌肉組織相關(guān)基因表達(dá)的影響

日糧中補(bǔ)充Met，將有助于肉雞的肌肉組織發(fā)育生長，主要是由于調(diào)節(jié)肌肉表達(dá)的相關(guān)基因。Wen C等[17]報(bào)道，肉雞日糧補(bǔ)充Met將增加生肌因子5（MYF5）和肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2B（MEF2B）基因的表達(dá)，降低肌肉生長抑制素基因的表達(dá)，從而增加胸肌的發(fā)育生長。Wen C等[18]還證實(shí)，高M(jìn)et日糧能夠改善體重較輕的肉雞的生長性能，可能是由于增加IGF-I和雷帕霉素靶點(diǎn)（TOR）mRNA水平，降低eIF4E-結(jié)合蛋白1、atrogin-1和forkhead box O 4 mRNA水平。同時，Del等[19]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充Met促進(jìn)肉雞的生產(chǎn)性能，可能是由肌肉中解偶聯(lián)蛋白（avUCP m RNA）表達(dá)水平降低。

日糧中限制Met，影響動物的肌肉組織發(fā)育和脂肪代謝。Perrone等[20]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠的日糧中限制Met含量，將上調(diào)大鼠肝臟和脂肪組織中成纖維細(xì)胞生長因子21（FGF-21）的基因和蛋白表達(dá)水平，上調(diào)股四頭肌中脂質(zhì)分解代謝相關(guān)基因。

由此可見，Met的適宜補(bǔ)充將促進(jìn)動物的肌肉組織發(fā)育，提高動物的瘦肉率及生長性能，Met的適宜限制將會促進(jìn)動物肌肉組織中脂肪分解代謝。

1.4 Met對奶牛胚胎發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)的影響

隨著養(yǎng)牛業(yè)的發(fā)展，胚胎移植技術(shù)逐漸成熟，已達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平，在純種擴(kuò)繁、育種和胚胎工程研究中發(fā)揮重要作用。Met作為多肽前體，在翻譯調(diào)控，DNA甲基化和抗氧化中具有重要作用，而Met對奶牛胚胎發(fā)育的基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制尚不明晰，Met缺乏是否影響胚胎死亡也尚不明晰。

奶牛Met代謝的干擾可能會出現(xiàn)低甲基化的DNA，從而導(dǎo)致發(fā)育重要基因的表達(dá)發(fā)生改變，然后導(dǎo)致囊胚發(fā)育的障礙[21]。奶牛飼養(yǎng)過程中補(bǔ)充Met極小差異將引起胚胎轉(zhuǎn)錄顯著變化，檢測10 662個基因中有2 756個基因顯著差異，差異基因中Vim、IFI6、bcl2a1和TBX15與胚胎發(fā)育有關(guān)[22]。

體外培養(yǎng)牛胚胎添加 Met與無Met添加相比對卵裂率、總細(xì)胞數(shù)、外胚層和內(nèi)細(xì)胞團(tuán)的分配及細(xì)胞凋亡頻率均無影響，但無Met添加時還原型谷胱甘肽含量較高[23]。Bonilla等[23]實(shí)驗(yàn)中比較Met各梯度差異發(fā)現(xiàn)體外培養(yǎng)牛胚胎的早期胚胎發(fā)育Met需求量為14～21 μmol/l，而此濃度可能低于或近似于生殖道Met濃度，因此Met缺乏不是胚胎死亡的常見原因。

2 Met螯合物對動物基因表達(dá)的調(diào)控

Met微量元素螯合物作為第3代新型飼料添加劑，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、較高的生物學(xué)效價(jià)、易消化吸收、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。Met螯合物不僅作為高效微量元素和限制性氨基酸補(bǔ)充源，而且對動物基因表達(dá)調(diào)控有一定的影響。

2.1 蛋氨酸鉻對動物基因表達(dá)的調(diào)控

Cr3+作為葡萄糖耐量因子(Glucose Tolerance Factor，GTF)的活性成分與胰島素發(fā)揮協(xié)同作用，參與脂類、糖和蛋白質(zhì)代謝。蛋氨酸鉻作為有機(jī)鉻以其低毒、高效和提高生產(chǎn)性能等作用，成為動物生產(chǎn)的鉻源和蛋氨酸源。

蛋氨酸鉻對育肥豬的生長性能和產(chǎn)品品質(zhì)的影響。Li等[24]研究報(bào)道，育肥豬日糧中添加蛋氨酸鉻提高育肥豬的生長和肉色，降低背最長肌的適口性，同時增加總肌紅蛋白含量和肌紅蛋白mRNA水平，從而提高肉色。催波等[25]試驗(yàn)證實(shí)，蛋氨酸螯合鉻可以降低三江白豬皮下脂肪組織中脂肪酸合成酶基因（FAS）mRNA表達(dá)，從而減少脂肪沉積。由此可見，蛋氨酸鉻可通過控制肌紅蛋白mRNA和FAS基因的表達(dá)水平，能有效改善肉色和控制脂肪在機(jī)體內(nèi)的合成及沉積，而改善畜產(chǎn)品品質(zhì)。

Sadeghi等[26]對 Capra hircus山羊研究發(fā)現(xiàn)，蛋氨酸鉻源補(bǔ)充鉻時提高B2M、MHCA、MHCB和Rap2A四個免疫相關(guān)基因的表達(dá)水平?？梢姡鞍彼徙t添加到動物飼料中還可以通過增進(jìn)相關(guān)免疫基因的表達(dá)改善動物體液免疫性能。

2.2 蛋氨酸銅對動物基因表達(dá)的調(diào)控

蛋氨酸銅作為高效的有機(jī)銅源，更有利于動物對銅的攝取。日糧中適度補(bǔ)充銅能夠提高生長激素的分泌和生長激素釋放肽mRNA水平，進(jìn)而促進(jìn)動物的采食和生長。

生長豬補(bǔ)充蛋氨酸銅和硫酸銅均可以提高胃底腺GH分泌和生長激素釋放肽mRNA的表達(dá)水平，提高下丘腦GHRH mRNA的表達(dá)水平，抑制下丘腦生長抑素mRNA的表達(dá)水平，從而提高豬生長性能和飼料利用率[27-28]。

對水產(chǎn)動物的研究發(fā)現(xiàn)，凡納濱對蝦飼料銅添加水平不但影響組織中銅的蓄積，還影響凡納濱對蝦SOD活性和Toll受體mRNA表達(dá)水平，從而影響機(jī)體的抗弧菌能力，但對凡納濱對蝦鰓組織中溶菌酶mRNA表達(dá)水平卻無影響[29]。

2.3 蛋氨酸鋅對動物基因表達(dá)的調(diào)控

無機(jī)鋅源硫酸鋅和有機(jī)鋅源蛋氨酸鋅對鋅的攝取和動物的生長均有促進(jìn)作用，但蛋氨酸鋅相對于硫酸鋅具有更高的鋅攝取和促生長作用。

研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充硫酸鋅和蛋氨酸鋅與基礎(chǔ)日糧組相比昆明雄性大鼠血漿GH mRNA和GHR mRNA表達(dá)無影響，但血漿IGF-I mRNA表達(dá)上調(diào)，而且蛋氨酸鋅相對于硫酸鋅更顯著的提高IGF-I mRNA表達(dá)水平[30]。金屬硫蛋白-1（MT-1）mRNA相對表達(dá)豐度是評價(jià)動物機(jī)體鋅營養(yǎng)狀況的敏感指標(biāo)[31]。徐振華等[31]探討日糧不同鋅添加水平和鋅源對2～3月齡生長肉兔MT-1基因表達(dá)的影響，發(fā)現(xiàn)隨日糧鋅水平的增加，肝臟、腎臟MT-1mRNA相對表達(dá)豐度呈先升高后降低趨勢，80 mg/kg添加水平時硫酸鋅和蛋氨酸鋅2種鋅源MT-1mRNA相對表達(dá)豐度均達(dá)到最高。

3 小結(jié)

日糧中Met及其螯合物可以通過各種途徑調(diào)控動物機(jī)體的基因表達(dá)，從而影響動物機(jī)體的代謝過程，并最終影響動物的生長性能。因此，通過日糧中Met及其螯合物來控制基因轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控動物的生長發(fā)育，為消費(fèi)者提供滿意的畜產(chǎn)品。