长期以来,人们普遍认为食物或饲料中的蛋白质主要起营养作用,而且必须在消化道中分解成游离的必需氨基酸或非必需氨基酸,才能被机体吸收和利用。然而近几十年的研究实践表明,不仅以旧的蛋白质氨基酸理论为基础配制日粮不能获得最佳生产性能,而且动物对饲料中各种氨基酸的利用程度并不完全受单一限制性氨基酸水平的影响,也并不完全遵循营养学经典理论——“水桶法则” 。另外,动物喂以按理想氨基酸模式配制的纯合日粮或低蛋白质氨基酸平衡日粮时,也不能获得最佳的生产状态。因此,传统的蛋白质代谢模型——蛋白质必须水解成游离氨基酸后才能被吸收利用的观点面临挑战,一些学者提出了动物对完整蛋白质本身或有关肽有特殊吸收利用的观点。
事实上,饲料或食物中的某些蛋白质隐含着一些特殊肽质,这些特殊肽质在消化酶作用下被释放出来。1979年Zioudrou等发现α-酪蛋白、小麦谷蛋白的胃蛋白酶水解液中具有阿片活性的肽类物质,这些由外源性食物蛋白水解而产生的肽类与1975年Hughes等从猪脑抽提液中分离的、具有内源性吗啡样活性的甲硫氨酸脑啡肽(methionine enkephalin, MEK)和亮氨酸脑啡肽(leuthine enkephalin,LEK)具有相似的性质,故把这种非机体自身产生的却具有生物活性的肽类物质称为外源性生物活性肽(Exogenous Origin Biological Actibe peptides eBAP)。它是一类分子量小于6000,在构象上较松散,具有多种生物功能的小肽。
1 eBAP对动物的营养作用
1.1 eBAP促进氨基酸的吸收,避免氨基酸之间的吸收竞争,提高蛋白质的沉积率。
小肽吸收系统在氨基酸的吸收中有很重要的作用,小肽吸收系统具有转运快、耗能低、不易饱和等特点,而氨基酸则吸收慢、耗能高、载体易饱和。很多试验证明,小肽的氨基酸残基比相应的游离氨基酸吸收更快。Silk等(1980)报道,乳清蛋白的部分酶解产物(主要成分是小肽)其氨基酸吸收率和吸收速度比类似乳清蛋白的氨基酸混合物更高,表明肽混合物的吸收率高。Hara等 (1988) 的试验证明,大鼠对白蛋白酶解产物的吸收强度高于相应游离氨基酸70%~80%。Rerat等(1988) 在猪的试验中观察到,当十二指肠灌注肽的混合物时,除蛋氨酸外,出现在门静脉的氨基酸都比灌注相应的氨基酸混合物高,而且吸收峰高。
大量研究表明:小肽与游离氨基酸在动物体内具有相互独立的转运机制,二者互不干扰,这就有助于减轻由于游离氨基酸相互竞争共同吸收位点而产生的吸收抑制,进而影响动物体内蛋白质代谢。Pharagyn和Bariey(1987)报道,当Lys和Arg以游离形式存在时两者相互竞争吸收位点,而Lys以肽的形式存在时,Arg对其吸收则无影响。
日粮的氨基酸供给形式还影响着动物体蛋白质的沉积。Funabiki(1990)也观察到肽日粮组小鼠体蛋白合成率较相应氨基酸日粮组高26%。Boza等(1995) 报道,当以小肽形式作为氮源时,整体蛋白沉积高于相应的氨基酸日粮或完整蛋白日粮。乐国伟等(1996) 报道,雏鸡在灌注酷蛋白水解产物后观察到,雏鸡组织蛋白合成率显著的高于灌注相应的游离氨基酸混合物组。究其原因主要是:一方面,蛋白质的合成受到多种激素的调控,Rerat等1988报道,向猪十二指肠灌注小肽混合物后,血浆胰岛素的浓度高于灌注游离氨基酸组;而胰岛素的生理功能之一是参与蛋白质合成中肽链的延伸,增加蛋白质的合成。另一方面,肌肉蛋白质的合成率与动静脉氨基酸差存在相关性(Boisclair,1993)。在吸收状态下,其差值越大,蛋白质的合成率越高。由于小肽的吸收迅速、吸收峰高的原因,能快速提高动静脉的氨基酸差值,从而提高整体蛋白质的合成。
1.2 eBAP促进矿物元素的吸收利用
许多研究都证实,酪蛋白水解产物中,有一类含有可与Ca2+、Fe2+结合的磷酸化丝氨酸残基,能够提高它们的溶解性。Fouad(1974)指出,位于五元或六元环络合物中心的金属元素可以通过小肠绒毛刷状缘,以小肽的形式被吸收。Maria等(1995)报道,肉类水解中的肽类能使亚铁离子可溶性、吸收率提高。研究发现,铁能够以小肽铁的形式到达特定的靶组织,能自由地通过成熟的胎盘,而硫酸亚铁的铁进入血液是经主动转运途径被结合于运铁蛋白而吸收的,由于其分子量相当大(86KD),被胎盘滤出,这可能是小肽铁生物学效价较高的原因。饲养试验表明:母猪被饲喂小肽铁后,母猪奶和仔猪血液中有较高的铁含量,而有机铁却无能为力,这表明,小肽对铁的吸收转运具有十分重要的作用。施用晖等(1996)报道,在蛋鸡日粮中添加小肽制品后,血浆中的Fe2+、Ca2+、Zn2+的含量显著高于对照组,蛋壳强度提高。这可能是由于有些小肽具有与金属结合的特性,从而促进钙、铁、铜和锌的被动转运过程及在体内的储存。
1.3 eBAP在蛋白质代谢中的作用
影响机体组织中蛋白质代谢的因素很多,其中最重要的是氨基酸的种类和数量。近年的研究表明,日粮氨基酸供给形式影响动物对蛋白质的代谢。小肽在动物体蛋白质周转代谢中的作用,不仅表现在吸收上的优势,而且,饲料蛋白质肽的释放量与其完整吸收进入循环的程度,也可能影响组织的蛋白质代谢。乐国伟等(1996)通过灌注和3H-Tyr同位素标记试验,研究了氨基酸不同供给形式——酶解酪蛋白(CSP)与相应氨基酸混合物(FAA)对雏鸡氨基酸的吸收、循环中肽含量、种类及其对雏鸡组织蛋白质合成代谢的影响。结果CSP组雏鸡肠道、肝脏和胸肌组织蛋白质合成率分别显著高于FAA混合物组;说明小肽促进了雏鸡组织蛋白质合成。他们解释,一方面可能与肠道对小肽氨基酸的迅速和完整吸收有关;另一方面,直接吸收进入血液循环中的某些肽影响着组织蛋白质的合成速度。此外,很多试验表明,以小肽形式提供部分或全部氮源时,蛋白质沉积效率高于相应的合成氨基酸日粮和完整蛋白质日粮。
1.4 eBAP与可利用氨基酸利用率的关系及其对动物生产性能的影响
为了校正动物对不同来源饲料蛋白质利用率的差异,目前趋于采用可利用氨基酸指标来衡量日粮蛋白质的平衡性。但随着人们对肽营养认识的日益增多,很多试验的结论显示,蛋白质水解产生的小肽可能提高饲料的氨基酸利用率,从而提高动物生产性能。Mordenti等和Parisini等在猪日粮中添加了少量肽类表明,小肽的添加显著地提高了猪的生产性能及饲料利用率。仔猪对以二肽形式供给的赖氨酸的利用效率大于对游离赖氨酸的利用率。施用晖等(1996)在蛋鸡日粮中添加了少量酪蛋白水解物发现,蛋鸡产蛋率、产蛋量和血浆Fe、Zn含量得到了明显地提高。高启平、乐国伟等(1999)给肉鸡饲喂按理想氨基酸模式配制的纯合及半纯合饲粮,研究饲粮完整蛋白质比例对肉雏鸡生产性能和养分利用的影响。结果表明,肉雏鸡饲粮中提供一定比例的完整蛋白质,可以改善肉鸡对饲料氮、能量的有效利用,提高生产性能。
以上都显示:小肽的种类和数量可能是引起不同来源饲料氨基酸利用率差异的重要因素,能够提高动物的生产性能,其原因可能与肽链的结构及氨基酸残基序列有关,某些eBAP在消化酶的作用下降解产生具有特殊生理活性的小肽,能够直接被动物吸收,参与机体生理活动和代谢调节,从而提高其生产性能。生长猪的日粮中添加少量小肽后,其生长速度加快,蛋白质效率和饲料利用率提高。
2 eBAP 的生理活性作用
2.1 免疫活性作用。
蛋白质水解产生的某些肽具有免疫活性作用,例如,Jolle等(1981,1982)[12]的研究表明,β-酪蛋白的水解生成的三肽Leu-Leu-Tyr以及αs1-酪蛋白的碳末端部Thr-Thy-Met-Pro-Leu-Trp在试验中可以促进人和绵羊腹膜内巨噬细胞的吞噬作用。Parker等(1995年)从人乳酪蛋白酶解物中分离得到两种活性肽:Val-Gln-Pro-Ile-Pro-Tyr和Gly-Leu-Phe。这两种肽浓度在0.1μmol/L 时就能激活腹膜巨噬细胞对绵羊红细胞得吞噬作用,静脉注射这两种活性肽可使小鼠免受肺炎菌的感染。Coste等(1992)报道,β-酪蛋白的胃蛋白酶一糜蛋白酶消化产物中的多肽,可促进大鼠成熟的淋巴细胞和未成熟的脾细胞的增殖。此外,Julius等(1988年)发现绵羊初乳乳清中的一段富含脯氨酸(Pro)也有免疫调节作用,它能够促进B淋巴细胞的生长和分化,有些时候也能抑制免疫反应。除酪蛋白外,乳铁蛋白和大豆蛋白质的酶水解产物中的肽也同样具有免疫活性作用。
2.2 阿片活性作用
蛋白质在消化中水解产生的某些肽类具有神经递质的作用,例如,β-酪蛋白的水解生成的酪啡肽片段的氨基酸排列顺序与内源性的阿片肽的N-末端排列顺序相似(Morley,1981,1982)。从β-酪蛋白的水解产物中进一步纯化出的六肽(Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-Ile)和四肽(Tyr-Pro-Phe-Pro),在体外均具有阿片肽的活性(Brantle,1985)。可以显著抑制细胞腺苷酸环化酶活性,降低细胞内cAMP水平,除酪蛋白外,小麦谷蛋白的胃蛋白酶水解产物中也存在有阿片肽作用的肽,这些生物活性肽在肠道可完整吸收进入血液循环,作为神经递质而发挥生理活性的作用,以上这些肽的主要作用有镇痛(静)、调节人体情绪、体温、脉搏、消化道的运动和肠上皮细胞对离子的转用以及其调节消化液的分泌。
2.3 对内分泌的作用
Schusdiziarra V等(1983)用β-CM-7,β-CM-5,β-CM-4,β-CM-3给狗静脉灌注(1n mol/kg.h),发现β-CM可刺激Insuline、Gastrine、生长抑素(Somatostatin SS)和胰多肽等激素的释放。Paroli E等(1988)证明β-CM可使动物饲后血浆Insuline升高的幅度增大,对SS和胰高血糖素也有影响。Kamarrogirr(1994)认为β-CM可使血浆中生长激素(GH)和类胰岛素生长因子(IGFs)水平升高。Foretschel M A(1996)认为β-CM与肠丛阿片受体结合后,可经神经传导引起垂体内源性阿片肽释放。
2.4 对消化活动的作用
最早发现外啡肽学者Henschen A(1979)证明β-CM可使豚鼠回肠收缩强度减弱。Haute F M(1986)体外试验表明,β-CM使兔回肠和胃运动减缓。Daniel H(1990)给小鼠灌肠酪蛋白和β-CM,发现食糜流量均降低,这种作用被纳洛酮逆转。Wortey等(1983)证明以酶解酪蛋白产物含有外啡肽,并可以延长胃排空和胃蠕动。这一现象在Shook(1986)、Gallian(1983)和Gregory(1989)等的试验中得到证实。Schusdziarra(1992)用100mgβ-CM-4-amide饲喂狗后,肠的蠕动受到抑制。Tomme D(1988)认为β-CM作用于肠肌丛神经元,使后者处于超极化状态,从而抑制其兴奋,并减少Ach释放,达到抑制胃肠运动目的。
大量研究表明,外啡肽对动物摄食有促进作用。一般说来阿片受体激动剂加强摄食,而颉抗剂则相反。纳洛酮可使动物对食物选择能力下降,但也有报道日粮中Casein增加,摄食量反而减少的报道。Foretschel M A(1995)认为β-CM与肠肌丛阿片受体结合后,经神经传导作用于摄食中枢影响摄食。但这可能仅是原因之一。外啡肽对摄食影响可能与外啡肽对Insulin、SS分泌及胃肠运动的影响密切相关。小肽对乳酸菌、双歧杆菌和酵母菌等多种微生物的生长具有显著的促进作用,因而有利于饲料的消化、吸收。 此外,eBAP还具有抗高血压作用、抗凝血作用、促进DNA的合成、抗菌作用以及抗毒、解毒、防止黑色素沉淀,促进松果腺再生等多种作用。
3 结语
动物对蛋白质的利用中,小肽吸收机制的起着很重要的作用。这种机制使得氨基酸的吸收比降解为游离氨基酸再吸收更快,从而提高了动物对蛋白质的利用率。不仅如此,有些小肽还可以作为生理活性物质,直接被动物吸收,参与动物生理功能和代谢调节。因此,eBAP吸收对动物有着十分重要的意义。但目前为止,人们对eBAP的吸收、转运、代谢机理和生理意义还不十分清楚,尚需更多、更深入的研究。综上所述,通过对小肽代谢过程和生理活性所做的大量的基础性研究,已经取得了许多有关eBAP营养生理学有意义的研究进展。首先,小肽的营养作用不同于游离氨基酸这一观点已被越来越多的学者所接受。其次,以肽的形式或肽的混合物来满足动物氨基酸需要,有可能提高动物生产力。再次,已有的试验结果使人们对eBAP的生理作用越来越重视。总之,有关eBAP的营养生理学研究是一个很有前景的研究领域,但尚需做很多深入细致的工作。比如,哪些因素参与调节eBAP的吸收利用,如何利用eBAP的研究成果改善现有的营养体系?如何进行eBAP的低成本、高纯度的大批量生产等等。