谷氨酰胺對(duì)動(dòng)物腸道抗氧化能力的影響

love51

　　腸道是動(dòng)物重要的吸收消化器官,對(duì)生長性能和機(jī)體健康起著十分重要的作用。由于腸道不斷的暴露于各種外源物質(zhì)中,因此也極容易產(chǎn)生各種應(yīng)激反應(yīng),損害腸道的正常生理功能。自從Windmueller做了一系列關(guān)于非必需氨基酸在小腸中的重要代謝作用研究后，谷氨酰胺(Glutamine,Gln)對(duì)腸粘膜功能的重要支持作用被廣泛接受。谷氨酰胺在動(dòng)物體內(nèi)含量非常豐富,約占總游離氨基酸的25%,是機(jī)體合成氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸和多種生物活性物質(zhì)的前體。在成鼠、仔豬中,有20%~30%的循環(huán)Gln是被小腸攝取的。Gln被認(rèn)為是快速生長的腸細(xì)胞中最重要的能量來源。在各種應(yīng)激條件下Gln能提高腸道抵抗應(yīng)激的能力,維持腸道的正常結(jié)構(gòu)和功能。而近來年研究發(fā)現(xiàn),Gln對(duì)腸道的保護(hù)作用與其對(duì)腸道抗氧化能力的影響有關(guān)。
　　1 機(jī)體的氧化和抗氧化系統(tǒng)
　　在機(jī)體中，氧化劑和抗氧化劑之間的平衡是嚴(yán)格調(diào)節(jié)的，因?yàn)檫@種平衡對(duì)維持生物大分子和細(xì)胞的功能十分重要。對(duì)平衡的任何干擾都會(huì)引起對(duì)細(xì)胞和組織的毒害。當(dāng)氧化劑的增加超過了抗氧化劑的清除能力時(shí)就被定義為氧化應(yīng)激，導(dǎo)致氧化損傷。通常氧化劑是指活性氧簇（ROS）,它可分為自由基和非自由基。自由基都至少含有一對(duì)未成對(duì)電子，這對(duì)未成對(duì)電子易于得到或失去電子以維持穩(wěn)定性，因此自由基的活性十分高。非自由基包括了許多物質(zhì)，其中的一些活性非常高，但從定義上來說卻不是自由基。ROS的來源包括外源性的和內(nèi)源性的。外源的包括輻射、空氣污染物、藥物、食品。雖然外源產(chǎn)生的ROS很高，但是內(nèi)源來源的更重要，因?yàn)樗茉跈C(jī)體的細(xì)胞生命周期中不斷產(chǎn)生。線粒體ATP的產(chǎn)生過程中，氧氣接受4個(gè)電子被還原成水。在這個(gè)過程中可形成一些主要的氧衍生物，ROS可從線粒體中泄漏到細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中。酶組成了內(nèi)源ROS的另一個(gè)來源，ROS是大多數(shù)酶的副產(chǎn)物，如黃嘌呤氧化酶能產(chǎn)生超氧陰離子，還有一些酶的主要功能就是產(chǎn)生ROS，如產(chǎn)生NO的一氧化氮合酶。ROS的不斷流出引起細(xì)胞成分的連續(xù)性和積累性的氧化損傷，從而改變細(xì)胞功能。
由于不停的暴露在氧化應(yīng)激中，促使細(xì)胞和整個(gè)機(jī)體形成了一套抗氧化的防御機(jī)制。在不同的防御機(jī)制中，抗氧化劑尤其重要，因?yàn)樗苤苯忧宄趸瘎??？寡趸到y(tǒng)主要包括2種類型：抗氧化酶和小分子抗氧化劑。抗氧化酶主要是超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）和谷胱甘肽過氧化物酶（GPx）。小分子抗氧劑主要有谷胱甘肽（GSH）、維生素E、維生素C、類胡蘿卜素等。
　　2 Gln對(duì)腸道抗氧化能力的影響
　　2．1 Gln對(duì)應(yīng)激時(shí)腸道結(jié)構(gòu)和功能的保護(hù)作用
　　腸粘膜的正常結(jié)構(gòu)與功能是營養(yǎng)物質(zhì)充分消化與吸收的基本保證，因此維持小腸結(jié)構(gòu)與功能是提高養(yǎng)分消化利用和促進(jìn)動(dòng)物生長的重要營養(yǎng)生理基礎(chǔ)。應(yīng)激對(duì)動(dòng)物腸粘膜形態(tài)有很大影響，表現(xiàn)為小腸粘膜絨毛高度下降、隱窩加深、腸絨毛成熟細(xì)胞數(shù)量減少等。輻射損傷的大鼠絨毛細(xì)胞的數(shù)量只有3.6個(gè)/mm，絨毛高度為0.150 mm， 用Gln預(yù)處理后，細(xì)胞數(shù)量增加到7.9個(gè)/mm，絨毛的高度也提高到0.398 mm。鄭善軍（2007）用掃描電鏡觀察Gln對(duì)輻射損傷的大鼠腸粘膜的保護(hù)作用，結(jié)果表明輻射組絨毛雜亂、窄小，排列無規(guī)律，絨毛頂端有明顯潰爛，發(fā)生潰瘍的絨毛數(shù)目較多，而補(bǔ)充Gln組動(dòng)物腸粘膜絨毛寬大、鈍圓， 接近正常對(duì)照組的形態(tài),排列整齊, 絨毛頂端形成細(xì)小潰瘍，但潰瘍發(fā)生不普遍。
Gln還可以保護(hù)腸道正常的吸收和消化功能。Gln可以恢復(fù)小腸缺血再灌注(I/R)損傷的人腸上皮細(xì)胞的Gln、Glu和Leu轉(zhuǎn)運(yùn)受阻。Alteheld(2005)用過氧化氫誘導(dǎo)Caco-2細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激后,細(xì)胞中PepT1載體介導(dǎo)的二肽轉(zhuǎn)運(yùn)被抑制。用Gln二肽處理后可顯著增加二肽的轉(zhuǎn)運(yùn)。Gln還能抑制由手術(shù)氧化應(yīng)激引起的離體腸刷狀緣的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)降低?？梢奊ln恢復(fù)了腸道氧化應(yīng)激引起的營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)受阻。腸道的消化功能可由腸細(xì)胞分泌的消化酶活力來反映。目前關(guān)于Gln對(duì)腸道消化功能的保護(hù)作用僅有少量研究。張軍民(2001)報(bào)道,在日糧中添加Gln后,斷奶仔豬35日齡十二指腸中亮氨酸氨基肽酶的活性是對(duì)照組的1.5倍。楊彩梅(2006)報(bào)道仔豬斷奶后7 d,Gln組和Gly-Gln組蔗糖酶活性分別比對(duì)照組提高54.90%和60.41%，麥芽糖酶活性比對(duì)照組提高45.87%和38.60%。
　　2.2 Gln能抑制腸細(xì)胞的死亡
　　氧化應(yīng)激能使腸細(xì)胞生長抑制或死亡，Gln能抑制小腸粘膜細(xì)胞的死亡。Wischmeyer(1997)用氯乙烷誘導(dǎo)了大鼠腸上皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激，當(dāng)Gln濃度大于4 mmol/l時(shí)能顯著降低氯乙烷引起的細(xì)胞死亡。方天翔（2003）試驗(yàn)結(jié)果表明，輸注Gln后使缺血再灌注的小腸絨毛和隱窩細(xì)胞的凋亡數(shù)量顯著降低。Evans（2003）的研究表明，Gln能劑量依賴的抑制大鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞凋亡；并且Gln抑制細(xì)胞凋亡的作用是特異性的，Glu或Cys、Gly都沒有這個(gè)作用。凋亡是細(xì)胞主動(dòng)參與自身死亡的過程。細(xì)胞凋亡的途徑主要有兩條，一條途徑是通過細(xì)胞外死亡受體激活細(xì)胞內(nèi)的凋亡酶半胱氨酸特異性蛋白酶(caspase-8)；另一條途徑是通過改變線粒體外膜通透性使多種促細(xì)胞凋亡因子從線粒體內(nèi)外膜間隙釋放到胞質(zhì)，從而激活caspase-9。兩條通路最終都通過激活caspase-3(共同通路)進(jìn)入細(xì)胞凋亡的執(zhí)行階段，引起細(xì)胞凋亡。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，Gln可增強(qiáng)小腸粘膜細(xì)胞中Bcl-2的表達(dá)，說明Bcl-2參與Gln抑制腸粘膜細(xì)胞凋亡的保護(hù)機(jī)制。Bcl-2可抑制小腸上皮細(xì)胞凋亡。在細(xì)胞凋亡誘導(dǎo)期，線粒體釋放細(xì)胞色素c，促使Apaf-1激活caspase-9, Bcl-2則抑制細(xì)胞色素c的釋放，阻礙Apaf-1 與效應(yīng)分子的結(jié)合, 阻斷凋亡的聯(lián)級(jí)反應(yīng)。Gln除了可以影響線粒體凋亡通路外，還可以直接影響caspase-3的活性。Erbil（2005）給輻射損傷的大鼠飼喂Gln后,小腸中caspase-3的活性降低了約60%。Gln還完全抑制了大鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞caspase-3活性的增加。當(dāng)Gln的代謝關(guān)鍵酶谷氨酰胺酶的表達(dá)被抑制后,caspase-3的活性是正常細(xì)胞的1.5倍。以上結(jié)果均表明Gln可抑制caspase-3的活性,從而減少腸細(xì)胞凋亡。
　　2.3 Gln對(duì)生物大分子損傷的保護(hù)作用
　　在分子水平上，ROS主要引起脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA的氧化損傷。MDA是脂質(zhì)過氧化的終產(chǎn)物，測(cè)定其含量能直接反映細(xì)胞膜被氧化的程度，因此常用它來衡量細(xì)胞氧化應(yīng)激的損傷程度。大鼠回腸缺血再灌注4 h后MDA的濃度為743.84 nmol/g，而Gln能使MDA的濃度降至354.55 nmol/g。戴定威（1999）研究了Gln對(duì)缺氧復(fù)氧損傷的人小腸細(xì)胞MDA含量的影響表明，預(yù)先應(yīng)用Gln處理組MDA水平顯著低于缺氧復(fù)氧組。Gln還能顯著降低放射性損傷、手術(shù)、抗炎藥引起的大鼠腸組織氧化應(yīng)激時(shí)MDA濃度的增高。Gln還可以保護(hù)蛋白質(zhì)免受氧化損傷。蛋白質(zhì)羰基由蛋白質(zhì)側(cè)鏈氨基酸殘基氧化后產(chǎn)生，通過測(cè)定羰基含量可判斷蛋白質(zhì)是否被氧化損傷。研究發(fā)現(xiàn)在大鼠的腸組織勻漿、刷狀緣膜、線粒體中Gln能降低氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的蛋白羰基含量的增加。
　　3 Gln提高腸道抗氧化能力的可能作用方式
　　3.1 Gln對(duì) GSH合成的影響
　　Gln對(duì)機(jī)體的抗氧化能力的增強(qiáng)可能與其能參與谷胱甘肽(GSH)的合成，增加GSH的含量有關(guān)。GSH是含量最多的低分子巰基化合物（0.5~10 mmol/l），為一種重要的低分子抗氧化劑。GSH在抗氧化應(yīng)激中的主要作用有：①GSH是多種抗氧化酶，如GPx、谷胱甘肽轉(zhuǎn)移酶的輔酶，參與其酶促反應(yīng)；②GSH直接清除羥自由基和單線態(tài)氧，防止ROS對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的氧化損傷；③GSH可參與氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)；④GSH能使維生素C和維生素E轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚孕问?。大量研究表明，Gln在正常的生理?xiàng)l件或應(yīng)激時(shí)都可以維持腸道內(nèi)正常的GSH水平，從而在氧化應(yīng)激時(shí)保護(hù)細(xì)胞的正常結(jié)構(gòu)和功能。此外，Gln還可以提高肝臟、胰腺、胰腺β細(xì)胞、肺細(xì)胞、單核細(xì)胞等組織和細(xì)胞中的GSH含量?？梢?，Gln能廣泛地提高機(jī)體組織中GSH的含量。Gln可通過谷氨酰胺酶分解成谷氨酸(Glu)，谷氨酸作為GSH的組成氨基酸，提高了GSH的合成。生理pH值條件下Gln是電中性的，谷氨酸則帶負(fù)電荷，因此與Gln相比，Glu更難轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)，所以細(xì)胞內(nèi)合成GSH的谷氨酸主要來自Gln。Gln分解產(chǎn)生的Glu除了作為原料合成GSH外，還可以通過阻止GSH對(duì)Y－谷氨酰半胱胺合酶的抑制對(duì)GSH合成起調(diào)節(jié)作用。Y－谷氨酰半胱胺合酶是GSH合成的限速酶，GSH能夠反饋抑制Y－谷氨酰半胱胺合酶的活性。Glu可以和GSH競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合Y－谷氨酰半胱胺合酶，從而減弱了GSH對(duì)Y－谷氨酰半胱胺合酶的抑制作用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的Glu濃度異常高時(shí)GSH合成會(huì)增強(qiáng)。
　　3.2 Gln對(duì)其它抗氧化劑的影響
　　在抗氧化防御體系中，各種抗氧化酶從不同角度協(xié)助清除體內(nèi)的ROS，在抗氧化過程中起著不同的作用。SOD可加速超氧陰離子（O2-）發(fā)生歧化作用，清除O2-，防止O2-對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的損傷作用。GPx可利用GSH作為底物，還原H2O2和催化幾乎所有的有機(jī)氫過氧化物（ROOH）轉(zhuǎn)變?yōu)镽OH，減輕對(duì)機(jī)體的損傷。CAT主要還原H2O2?，F(xiàn)有的研究表明Gln對(duì)SOD和GPx的活性有影響。Basivireddy（2004）給大鼠飼喂抗炎藥物后，其組織勻漿的SOD、GPx活性顯著降低，補(bǔ)充Gln后增強(qiáng)了這些酶的活性。Fillmann（2007）用乙酸誘導(dǎo)大鼠結(jié)腸炎后，結(jié)腸中的GPx活性與正常組相比降低了21%，預(yù)飼喂Gln后，GPx的活性恢復(fù)到了正常值。斷奶仔豬日糧中添加0.125%和0.25% Gln二肽后，隨添加水平提高，斷奶后第10 d和第21 d血清GPx活性分別以線性或二次曲線方式升高，第10 d和第21 d血清SOD活性均以線性方式升高。高溫下日糧中添加0.5%和0.8% Gln可顯著提高黃羽肉雞的血液GPx活力，對(duì)血液SOD活力無顯著影響。
Yeh(2003)給燒傷的大鼠飼喂Gln后，發(fā)現(xiàn)肝中的GPx和腎中的SOD 活性顯著降低。張軍民(2002)在日糧中添加1.2%谷氨酰胺后，仔豬35日齡時(shí)肝臟和49日齡脾臟中SOD活性均極顯著低于未添加組，他推測(cè)在機(jī)體的抗氧化系統(tǒng)內(nèi)可能存在著動(dòng)態(tài)平衡機(jī)制，即作為抗氧化系統(tǒng)的抗氧化劑在某種狀況下并非同時(shí)增加，而是一種機(jī)制激活時(shí)，而另一種可能處于被抑制狀態(tài)。
從以上的研究中可看出Gln對(duì)抗氧化酶活性的研究存在許多不一致的報(bào)道，關(guān)于Gln對(duì)抗氧化酶的影響方式及機(jī)制還不清楚，有待進(jìn)一步研究。
　　3.3 Gln對(duì)熱休克蛋白表達(dá)的影響
　　Gln能誘導(dǎo)熱休克蛋白的產(chǎn)生。熱休克蛋白(HSP)又稱為應(yīng)激蛋白，是生物細(xì)胞（包括原核細(xì)胞及真核細(xì)胞）在受熱、生物因素、理化因素等應(yīng)激原刺激后，發(fā)生熱休克反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的一類在生物進(jìn)化中最保守并由熱休克基因所編碼的伴隨細(xì)胞蛋白。HSP可以增強(qiáng)細(xì)胞對(duì)氧化損害的耐受程度，維持細(xì)胞的正常功能，提高細(xì)胞的生存率。Gln主要誘導(dǎo)HSP72和HSP25的表達(dá)。Wischmeyer（1997）對(duì)腸上皮細(xì)胞IEC-18的研究證實(shí)，Gln在熱應(yīng)激、氧化應(yīng)激及無應(yīng)激的條件下都能增強(qiáng)HSP70的表達(dá)，且呈劑量效應(yīng)，2～4 mmol/l的Gln就能誘導(dǎo)HSP70的表達(dá)，當(dāng)Gln的濃度為10～15 mmol/l時(shí),HSP70的表達(dá)量達(dá)到最大值。其它的研究者也報(bào)道了相似的研究結(jié)果。體內(nèi)研究也發(fā)現(xiàn)，Gln能增強(qiáng)LPS感染的小鼠心臟、肺、結(jié)腸和腎中HSP72和HSP25的表達(dá)。Gln可能增強(qiáng)了熱休克因子1(HSF-1)的表達(dá),促進(jìn)HSF-1移位到細(xì)胞核中,與HSP基因上的熱休克反應(yīng)元件結(jié)合,從而誘導(dǎo)了HSP的mRNA轉(zhuǎn)錄。
　　3.4 Gln對(duì)NO產(chǎn)生的影響
　　一氧化氮是含有一個(gè)未配對(duì)電子的小分子,因此它屬于自由基。NO是L-精氨酸氧化產(chǎn)生的。催化這個(gè)反應(yīng)的酶是一氧化氮合酶（NOS),在生理?xiàng)l件下，NO和超氧陰離子反應(yīng)生成過氧亞硝基鹽(ONOO-)。ONOO－是一種強(qiáng)力氧化劑，能消耗巰基,氧化許多分子,引起的損傷類似于羥自由基。它還能引起DNA斷裂,蛋白氧化和蛋白質(zhì)芳香族氨基酸的硝化。因此,NO也能對(duì)細(xì)胞造成氧化損傷。Suha(2003)研究表明小腸缺血再灌注損傷大鼠血漿中NO的濃度為50.55 μmol/l，而Gln組的NO濃度為33.19 μmol/l，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)再灌注4 h和8 h后，Gln組iNOS基因的表達(dá)都要顯著低于I/R組。 Fillmann（2007）在大鼠的結(jié)腸炎模型中發(fā)現(xiàn)，誘導(dǎo)性一氧化氮合酶（iNOS）的蛋白含量是正常大鼠的245%，用Gln預(yù)飼喂后，iNOS的蛋白含量顯著降低，只有正常組的87%。對(duì)大鼠實(shí)施心肺分流術(shù)后，靜脈注射Gln后，其心臟、肺臟、肝臟中的iNOS 蛋白含量顯著降低。Gln對(duì)iNOS表達(dá)的抑制作用可能與其對(duì)核因子-κB（NF-κB）的影響有關(guān)。iNOS基因的表達(dá)受NF-κB 的調(diào)控。Gln阻止了NF-κB 抑制蛋白（IκB）激酶表達(dá)上調(diào)，從而減少了IκB的蛋白水解，降低了NF-κB的p65亞基在細(xì)胞核中的表達(dá)，阻止NF-κB的活化，從而抑制了iNOS基因的表達(dá)。
　　4 結(jié)語
　　隨著研究的不斷深入，谷氨酰胺在動(dòng)物營養(yǎng)中的作用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的非必需氨基酸的范疇。大量研究結(jié)果證明，當(dāng)動(dòng)物處于應(yīng)激或病理狀態(tài)時(shí)，谷氨酰胺維持了腸道的結(jié)構(gòu)和功能，減少了氧化應(yīng)激導(dǎo)致的細(xì)胞死亡和生物大分子的損傷，其機(jī)制之一可能是Gln增強(qiáng)了機(jī)體抗氧化系統(tǒng)的清除能力，或是直接抑制了自由基的產(chǎn)生。隨著養(yǎng)殖生產(chǎn)集約化程度的不斷提高，動(dòng)物抵抗應(yīng)激的能力變得越來越重要，因此，充分了解谷氨酰胺在動(dòng)物抗應(yīng)激中的重要作用，對(duì)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

wht680926

介紹的很全面