猪胃肠道谷氨酸代谢及其对机体健康的影响

酸 ㊁ 谷氨酰胺 和 天 冬 氨 酸 浓 度 过 高 会 引 起 神 经 毒 必需的 ㊂ 因 此 ， 谷 氨 酸 的 代 谢 对 于 维 持 机 体 健 康 具有重要意义 ㊂ ， 它们在 小 肠 的 大 量 代 谢 对 于 组 织 生 长 也 是
㊂ 由于血浆谷氨
，
１㊀ 谷氨酸在胃内的转运和代谢
㊀ ㊀ 越来越 多 的 研 究 表 明 ， 有 小 部 分 谷 氨 酸 能 够 在胃内被吸收代谢 ［ ４］ ㊂ Ｄｏｕｇｌｓ 等通过往仔猪胃和 十二指肠灌注 １３ Ｃ 标记测定谷氨酸的代谢率 ， 发现 胃内 Ｃ 标 记 的 谷 氨 酸 主 要 被 氧 化 成 二 氧 化 碳
∗ 通信作者 ： 谭碧娥 ， 副研究员 ， Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｂｉｅｔａｎ＠ ｉｓａ．ａｃ．ｃｎ ； 印遇龙 ， 研究员 ， 博士生导师 ， Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｙｉｎｙｕｌｏｎｇ＠ ｉｓａ．ａｃ．ｃｎ
１１ 期
黄 ㊀ 博等 ：猪胃肠道谷氨酸代谢及其对机体健康的影响
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肠道也是许多氨基酸如谷氨酰胺 ㊁ 谷氨酸 ㊁ 天冬氨 酸代谢的重 要 场 所 ㊂ 饲 粮 中 仅 有 ５％ 谷 氨 酸 和 天 冬氨酸 ㊁３０％ ３３％ 的谷氨酰胺及 ６０％ ６４％ 的脯 氨酸进入门脉循环 ［ ８］ ㊂ 谷氨酸在小肠的代谢大多 发生在肠上皮细胞 ㊂ 谷氨酸主要通过高亲和力的 Ｘ⁃ＡＧ 系统和低亲和力的 Ｂ０ 系统从肠腔转运进入 肠上皮细胞 ㊂ Ｘ⁃ＡＧ 系统转运谷氨酸和天冬氨酸 ， 包括谷氨酸 天冬氨酸转运载体 － １ （ ｇｌｕｔａｍａｔｅ ／ ａｓ⁃ ｐａｒｔａｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ⁃１， ＧＬＡＳＴ⁃１） ㊁ 谷氨酸转运载体 － １ （ ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｒ⁃１， ＧＬＴ⁃１ ） ㊁ 兴 奋 性 氨 基 酸 ＥＡＡＣ⁃４ 和 ＥＡＡＣ⁃５ ［ ９－１１］ ㊂ 肠 道 内 主 要 的 谷 氨 酸 转运载体为 ＥＡＡＣ⁃１， 在整个小肠膜的刷状缘顶端 表达 ㊂ 但 ＧＬＡＳＴ⁃１ 和 ＧＬＴ⁃１ 在 不 同 胃 细 胞 中 表 达 ， 而在小肠表达量较少 ㊂ 最新研究表明 ， 饲粮中 载 体 （ ｅｘｃｉｔａｔｏｒｙ ａｍｉｎｏ⁃ａｃｉｄ ｃａｒｒｉｅｒ ， ＥＡＡＣ ） ⁃１㊁
［ １ ，３ ］ ［ １１，１４－１５］
达 ， 所以脯氨酸净合成部位是小肠 ［ １７］ ㊂
生成 ＣＯ ２ 或葡萄糖和以尿素或氨排泄出体外 （ 图 胞中 时 ， 谷 氨 酸 能 够 抑 制 谷 氨 酰 胺 的 利 用 和 氧 ㊂ 同时 ， 谷氨酰胺降解生成的谷氨酸 ， 经吡咯 － 啉 ５ － 羧 酸 合 成 酶 （ ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ⁃５⁃ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ ｓｙｎ⁃
动物营养学报 ２０１５，２７（ １１） ：３３２６⁃３３３１ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｉｍａｌ Ｎｕｔｒｉｔｉｏｎ ｄｏｉ：１０．３９６９ ／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００６⁃２６７ｘ．２０１５．１１．００２
㊀
猪胃肠道谷氨酸代谢及其对机体健康的影响
黄 ㊀ 博 １，２ ㊀ 胡佳宇 １，２ ㊀ 吴苗苗 １，２ ㊀ 肖 ㊀ 昊 １，２ ㊀ 张 ㊀ 军 １，２ ㊀ 谭碧娥 １∗ ㊀ 印遇龙 １∗
１３
２㊀ 谷氨酸在小肠内的转运和代谢
㊀ ㊀ 尽管一 直 认 为 氨 基 酸 主 要 在 肝 脏 中 代 谢 ， 但
收稿日期 ：２０１５－０６－１２ 基金项目 ： 国家自然科学基金 （ ３１１１０１０３９０９ ，３１３３００７５ ，３１３７２３２６ ） ； 中国科学院青年创新促进会 （ ２０１４３３６ ） 作者简介 ： 黄 ㊀ 博 （ １９９１ ） ， 女 ， 湖南汩罗人 ， 硕士研究生 ， 从事单胃动物营养研究 ㊂ Ｅ⁃ｍａｉｌ： ６６４１３５００３＠ ｑｑ．ｃｏｍ
肠肠腔 ， 蛋白质和多肽水解释放的谷氨酸及氨 ， 在 谷氨酰胺合 成 酶 的 作 用 下 转 化 生 成 谷 氨 酰 胺 ， 大 肠黏膜有着较小肠黏膜更高的谷氨酰胺合成酶活 以防止结肠肠腔中较高的氨浓度抑制短链脂肪酸 在结肠上皮细胞的氧化 ［ １５］ ㊂ 由此可见 ， 谷氨酸在 结肠上 皮 细 胞 的 供 能 过 程 中 具 有 极 其 重 要 的 作 用 ㊂ 然而 ， 结 肠 细 胞 对 谷 氨 酸 的 利 用 并 不 仅 仅 局 限在能量代谢上 ㊂ 结肠细胞中存在丰富的还原型 谷胱甘肽合 成 和 转 运 活 性 ， 作 为 合 成 谷 胱 甘 肽 的 抵抗各种氧化应激具有重要的作用 ［ １８］ ㊂ 此外 ， 还 有研究发现 ， 在 体 外 分 离 的 结 肠 细 胞 氨 基 酸 代 谢 过程中 ， 谷氨酸可以被转化成天冬氨酸 ㊁ 丙氨酸等 其他氨基酸 ， 从而提高饲粮中氨基酸的利用率 ［ １９］ ㊂ 前体物质 ， 谷氨酸对于维持结肠上皮细胞还原性 ㊁ 性 ， 将结肠肠腔中的谷氨酸和氨转化成谷氨酰胺 ，
２． 中国科学院大学 ，北京 １０００４９ ）
（ １． 中国科学院亚热带农业生态研究所 ，中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室 ，湖南省 畜禽健康养殖工程技术中心 ，农业部中南动物营养与饲料科学观测实验站 ，长沙 ４１０１２５ ；
Байду номын сангаас
摘 ㊀ 要 ： 谷氨酸是组成蛋白质或肽的结构氨基酸之一 ㊂ 胃和小肠能吸收游离谷氨酸 ， 结肠上皮 细胞及结肠微生物也能利用肠腔内的谷氨酸 ㊂ 食物中的谷氨酸在胃肠道被大量代谢 ， 为肠道完 整性和功能维持提供了大量三磷酸腺苷 （ ＡＴＰ ） ， 是胃肠道的主要能量来源 ㊂ 此外 ， 谷氨酸是谷 氨酰胺等其他氨基酸以及一些生物活性分子的前体 ， 发挥着营养 ㊁ 免疫调节和抗氧化应激等生 理作用 ㊂ 本文综述谷氨酸在猪胃肠道的代谢机制及其对机体健康的影响 ㊂ 关键词 ： 猪 ； 谷氨酸 ； 代谢 ； 胃肠道 ； 健康 中图分类号：Ｓ８５２．２；Ｓ８２８㊀ ㊀ ㊀ ㊀ 文献标识码：Ａ㊀ ㊀ ㊀ ㊀ 文章编号：１００６⁃２６７Ｘ（２０１５）１１⁃３３２６⁃０６ １０％ ２０％ ， 在生物体内的蛋白质代谢过程中占有 重要地位 ㊂ 谷 氨 酸 在 小 肠 细 胞 中 被 大 量 代 谢 ， 只 有小部分的 谷 氨 酸 可 从 肠 腔 进 入 肠 系 膜 静 脉 ， 是 肠细胞的 主 要 能 源 物 质 ㊂ 谷 氨 酸 ㊁ 谷 氨 酰 胺 和 天 冬氨酸的代谢为肠道完整性和功能维持提供了大 量的三磷酸腺苷 （ ａｄｅｎｏｓｉｎｅ ｔｒｉｐｈｏｓｐｈａｔｅ ， ＡＴＰ ） 且与甘氨酸一起调节神经功能 性
㊂ 在大
图 ３㊀ 脯氨酸合成和利用途径 Ｆｉｇ．３㊀ Ｐａｔｈｗａｙｓ ｏｆ ｐｒｏｌｉｎｅ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ａｎｄ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ［ １７］
㊀ ㊀ 谷氨酸尤其是谷氨酸钠的长期食用一直以来 被认为对幼 畜 及 婴 儿 具 有 神 经 毒 性 的 风 险 ， 还 会 引起肥胖等疾病 ［ ２１－２２］ ㊂ 但是 ， 也有研究发现 ， 过量 的谷氨酸 （ ４ 倍正常量 ） 摄入对血液中谷氨酸浓度 没有显著影响 ［ ２３－２４］ ， 只有极端高剂量的谷氨酸 才 会带来神经毒性 ［ ２５］ ㊂ 正常情况下 ， 谷氨酸进入消 化道被 氧 化 成 ＣＯ ２ 或 者 转 化 成 其 他 非 必 需 氨 基 酸 ㊂ 研究 发 现 ， 当 饲 粮 中 谷 氨 酸 摄 入 量 增 加 到 ３ 和其他支链氨基酸等也显著增加 ［ ２６］ ㊂ Ｆｅｎｇ 等 ［ ２７］ 倍时 ， 肠内谷氨酰胺 ㊁ 天冬氨酸和鸟氨酸分别显著 增加 ４．８ ㊁ ４． ０ ㊁ ２． ７ 倍 ； 小 肠 吸 收 的 脯 氨 酸 ㊁ 精 氨 酸
补充谷氨 酸 可 以 显 著 提 高 空 肠 ＥＡＡＴ⁃１㊁ ＥＡＡＴ⁃２㊁ ＥＡＡＴ⁃３ 和 ＥＡＡＴ⁃４ 表 达 量 ， 从 而 最 大 化 吸 收 利 用 肠腔中的谷氨酸 ［ ５］ ㊂ ㊀ ㊀ 氧化是谷氨酸在肠道上皮细胞的主要代谢方 式 ㊂ 谷氨酸 在 肠 上 皮 细 胞 内 被 氧 化 ， 首 先 与 草 酰 乙酸通过转 氨 基 作 用 产 生 α － 酮 戊 二 酸 和 天 冬 氨 酸 ，α － 酮戊二酸进入线粒体通过三羧酸循环产生 ａｄｅｎｉｎｅ ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ， ｒｅｄｕｃｅｄ ， ＮＡＤＨ ） 和 黄 素 腺 嘌 ＦＡＤＨ２ ） ， 用于线粒体 ＡＴＰ 的 合 成 （ 图 １ ） ［ １２］ ㊂ 同 时 ， 谷氨酸转 氨 基 作 用 产 生 的 天 冬 氨 酸 也 能 进 入 线粒体通过三羧酸循环被氧化成为肠上皮细胞的 另一种能源物质 ［ １３］ ㊂ 还原型辅酶烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 （ ｎｉｃｏｔｉｎａｍｉｄｅ⁃ 呤 二 核 苷 酸 （ ｆｌａｖｉｎ ａｄｅｎｉｎｅ ｄｉｎｕｃｌｅｏｔｉｄｅ ， ｒｅｄｕｃｅｄ ，
㊂ 当谷氨酸和谷氨酰胺同时存在于上 皮 细
不同 ， 大肠的肠腔中有大量的细菌和细菌代谢物 ，
ｔｈａｓｅ ， Ｐ５ＣＳ） 催化可转化为谷 氨 酸 － γ － 半 醛 ， 产 生 吡咯啉羧酸 （ ｐｙｒｒｏｌｉｎｅ⁃５⁃ｃａｒｂｏｘｙｌａｔｅ ， Ｐ５Ｃ ） ， 降解生 成脯氨酸 ㊂ 绝大多数脯氨酸在体内的合成是通过 谷氨酸 ／ Ｐ５ＣＳ 途 径 （ 图 ３ ） ［ １６］ ， Ｐ５ＣＳ 仅 在 肠 道 表
［ ５］
，或经过代谢
３㊀ 谷氨酸在大肠内的代谢
㊀ ㊀ 众所周 知 ， 小 肠 和 大 肠 的 肠 腔 环 境 有 很 大 的 其中有 一 部 分 微 生 物 代 谢 产 物 是 能 源 物 质 ㊂ 此 外 ， 在刚出生的小段时间内 ， 大肠中几乎没有氨基 酸从肠腔 转 运 到 血 液 中 ㊂ 在 这 种 情 况 下 ， 氨 基 酸 必须由动脉 血 进 入 结 肠 细 胞 ， 结 肠 上 皮 细 胞 利 用 血液中的谷 氨 酰 胺 作 为 氧 化 底 物 ， 谷 氨 酰 胺 首 先 被线粒体中 的 谷 氨 酰 胺 酶 转 化 成 谷 氨 酸 和 氨 ， 然 后通过转氨作用转化成 α － 酮戊二酸 ， 进入三羧酸 循环 ［ １２］ ㊂ 尽管食物中的蛋白质在小肠中充分消化
㊀
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动㊀ 物㊀ 营㊀ 养㊀ 学㊀ 报
２７ 卷
水解成氨基 酸 和 寡 肽 被 吸 收 ， 但 也 有 大 量 的 含 氮 混合物可以 通 过 回 盲 连 接 进 入 大 肠 ， 被 结 肠 微 生 物代谢产物水解成氨基酸和多肽被吸收
［ １４］
酸在消化道 首 先 被 被 线 粒 体 氧 化 为 肠 细 胞 增 殖 ㊁ 分化以及维持胃肠道完整性和胃肠道功能提供能 量 ， 而食物中 的 大 部 分 的 葡 萄 糖 被 用 于 机 体 其 他 组织器官代 谢 ， 保 障 猪 机 体 健 康 生 长 所 需 要 的 足 够能源物质 ㊂
图 １㊀ 谷氨酸在小肠内的代谢途径 Ｆｉｇ．１㊀ Ｇｌｕｔａｍａｔｅ ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｐａｔｈｗａｙｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｍａｌｌ ｉｎｔｅｓｔｉｎｅ ［ １２］
㊀ ㊀ 大量的 谷 氨 酰 胺 在 体 内 代 谢 ， 包 括 水 解 并 通 过谷氨酰胺 酶 作 用 生 成 谷 氨 酸 和 氨 ， 小 肠 肠 腔 内 细菌和肠上皮细胞利用谷氨酸进一步生成谷胱甘 肽 ㊁ 脯氨酸 ㊁ 鸟 氨 酸 和 精 氨 酸 ２） 化
［ ３］ ［ ２］ ［ １］
㊀ ㊀ 谷氨酸 是 一 种 酸 性 氨 基 酸 ， 约 占 膳 食 蛋 白 的
（ ＣＯ ２ ） ， 然 而 ， 当 灌 注 ３ 倍 正 常 谷 氨 酸 时 ， 与 十 二 指肠灌注相 比 ， 通 过 胃 灌 注 方 式 谷 氨 酸 在 胃 肠 道 的吸收率显著提高表明谷氨酸以游离形式并在高 剂量添加的 情 况 下 ， 一 部 分 谷 氨 酸 可 以 在 胃 内 消 化代谢 ㊂ 除 了 进 行 谷 氨 酸 的 消 化 代 谢 外 ， 胃 上 皮 细胞有许多谷氨酸转运载体表达 ， Ｚｈａｎｇ 等 ［ ５］ 研究 发现在饲粮中补偿谷氨酸可以提高胃肠道谷氨酸 胃部也 是 谷 氨 酸 感 应 和 调 节 消 化 功 能 的 重 要 位 点 ㊂ 一些研究发现谷氨酸可以通过胆碱型神经促 进胃底部收 缩 和 血 液 流 动 ， 也 可 以 通 过 谷 氨 酸 受 上述研究表明表明胃黏膜具有转运谷氨酸进入血 液循环的能 力 ， 同 时 也 是 也 是 谷 氨 酸 感 应 和 调 节 消化功能的位点 ［ ７］ ㊂ 体促进胃酸分泌 ， 从而控制胃肠道的消化功能 ［ ６］ ㊂ 信号受体 和 谷 氨 酸 转 运 体 的 表 达 量 ㊂ 由 此 可 见 ，