胆碱降低动物脂肪沉积的营养作用机理

胆碱是动物生长发育所必需的水溶性维生素,其在动物脂肪沉积的调控中起非常重要的作用。肝脏是动物脂肪代谢的重要场所。饲料中添加胆碱可显著降低鼠( Sheard 和Krasin, 1994) 、豚鼠(DailyⅢ等, 1998) 、草鱼( 王道尊等, 1995) 、黄鳝( 陈芳等, 2002) 、蛋鸡(Ruiz 等, 1983) 、肉鸡( 沈红和霍齐光, 1999) 等动物肝脏中粗脂肪含量。目前,对胆碱降低动物脂肪沉积作用机理的研究尚未见系统的报道。基于目前对胆碱代谢和蛋氨酸代谢的生化研究,胆碱氧化、蛋氨酸再甲基化、脂肪酸氧化三者的有机结合可能共同构成了胆碱降低动物脂肪沉积的营养作用机理。

1 胆碱对胆碱氧化的影响

进入动物体内的胆碱主要通过乙酰化、氧化、磷酸化3 条途径代谢。其中, 以胆碱氧化和磷酸化为主( Zeisel, 1990)。肝脏是胆碱氧化和磷酸化最活跃的场所。Weinhold 和Sanders( 1973) 研究发现, 在肝脏中, 胆碱氧化成甜菜碱的速度(9 μmol/h·g) 高于胆碱磷酸化为磷酸胆碱的速度( 1 μmol/h·g)。这暗示着胆碱氧化在胆碱代谢中起着更为重要的作用。胆碱氧化的基本过程是胆碱在胆碱脱氢酶和甜菜醛脱氢酶作用下生成甜菜碱的氧化过程。研究表明,饲料中添加胆碱可影响胆碱的氧化途径。采食胆碱缺乏饲料的鼠肝脏中甜菜碱水平显著降低( Pomfret 等, 1990),同时肉仔鸡、断奶仔猪肝脏中甜菜碱水平随日粮胆碱水平升高表现出线性增加趋势( Siljander- Ras 等, 2003;Saarinen等, 2001) 。Wong 和Thompson( 1972) 向采食胆碱缺乏和充足饲料的鼠腹腔内分别注射1, 2-14C 标记胆碱后发现, 采食胆碱充足饲料鼠肝脏中甜菜碱的放射性显著升高。同时,其采用氧电极测定细胞中氧消耗评定肝脏中胆碱氧化程度发现,采食胆碱缺乏饲料鼠肝脏中胆碱氧化水平降低。此外,在该试验中还观察到采食胆碱充足鼠肝脏中甜菜醛脱氢酶活性高于采食胆碱缺乏饲料的鼠。

Schneider 和Vance 等( 1978) 利用鼠肝脏匀浆液构建反应体系, 通过将3H- 甲基标记胆碱氧化成3H-甲基标记甜菜碱的量评价胆碱氧化程度发现,采食胆碱充足日粮鼠肝脏单位时间内生成3H-甲基标记甜菜碱的量高于采食胆碱缺乏日粮鼠。Finkelstein 等( 1982) 给鼠腹腔内注射400 μmol胆碱后,其肝脏中甜菜碱水平比注射生理盐水鼠高出81 %( P < 0.05) 。由此可见,在胆碱缺乏饲料中添加胆碱可促进动物体内胆碱氧化及甜菜碱的生成。

2 胆碱对蛋氨酸再甲基化的影响

蛋氨酸代谢主要包括再甲基化途径和转硫途径( Finkelstein, 1990) 。其中,蛋氨酸再甲基化途径可能是胆碱经甜菜碱转变为S- 腺苷甲硫氨酸的重要途径。在蛋氨酸再甲基化途径中,高半胱氨酸在甜菜碱高半胱氨酸甲基转移酶作用下, 可由甜菜碱提供活性甲基转变为内源性蛋氨酸, 继而在甲硫氨酸腺苷转移酶作用下转变为S-腺苷甲硫氨酸参与甲基代谢。日粮胆碱可影响蛋氨酸的再甲基化途径。在日粮中添加胆碱可显著提高鼠( Park 和Garrow, 1999)、肉仔鸡( Emmert 等,1996) 、断奶仔猪( Emmert 等, 1998)肝脏中甜菜碱高半胱氨酸甲基转移酶的活性。而胆碱氧化产生的甜菜碱可能直接参与蛋氨酸再甲基化途径。Pomfret 等( 1990) 研究发现, 鼠肝脏中甜菜碱水平随日粮胆碱水平升高而极显著升高的同时, 鼠肝脏中S-腺苷甲硫氨酸水平也极显著升高。

此外,Finkelstein 等( 1982) 研究表明, 与采食无胆碱日粮鼠相比, 采食0.2%胆碱日粮鼠肝脏中蛋氨酸水平升高49 %( P < 0.01) , S- 腺苷甲硫氨酸提高37 %( P < 0.05) 。Zeisel等( 1989) 研究发现, 与采食200 mg/kg 胆碱日粮鼠相比, 采食2000 mg/kg胆碱日粮鼠肝脏中

蛋氨酸、S-腺苷甲硫氨酸水平均极显著升高( P < 0.01) 。由此可见,日粮胆碱可能通过胆碱氧化转变为甜菜碱参与蛋氨酸再甲基化途径而间接参与S- 腺苷甲硫氨酸的合成而影响甲基代谢。

3 胆碱对脂肪酸氧化的影响

S- 腺苷甲硫氨酸是体内重要的活性甲基供体, 其参与了机体内众多的甲基代谢过程(Chiang等, 1996) 。Pomfret等( 1990) 研究发现, 鼠肝脏中甘油三酯水平随日粮胆碱水平的升高而极显著降低的同时, 鼠肝脏中S-腺苷甲硫氨酸水平却极显著升高。这暗示, 胆碱降低脂肪沉积的作用可能与以S-腺苷甲硫氨酸为活性甲基供体的甲基代谢密切相关。脂肪酸氧化在动物脂肪酸分解代谢中起至关重要的作用,而肉碱是长链脂肪酸进入细胞线粒体内进行脂肪酸氧化的重要跨膜转运载体, 在脂肪酸氧化中起关键作用。1 分子肉碱的合成需要3 分子S-腺苷甲硫氨酸提供活性甲基供体(Bieber, 1988) 。胆碱可能通过以S-腺苷甲硫氨酸为活性甲基供体的甲基代谢间接参与肉碱合成而影响脂肪酸氧化。在胆碱缺乏饲料中添加胆碱可显著提高鼠肝脏、心脏和骨骼肌中肉碱水平(DailyⅢ等, 1998; DailyⅢ和Sachan, 1995; Sheard 和Krasin, 1994)。在发现采食胆碱充足日粮鼠肝脏和心肌中肉碱水平高于采食胆碱缺乏日粮鼠的同时, Corredor 等( 1967)在分别由采食胆碱缺乏和充足日粮的鼠组织匀浆组成脂肪酸氧化反应体系中加入一定量的14C 标记棕榈酸后培养一段时间发现,与采食胆碱缺乏日粮鼠相比, 采食胆碱充足日粮鼠心肌和肝脏中14CO2 产量分别升高45 %和170 %,而在胆碱缺乏鼠心肌匀浆反应体系中加入一定量肉碱可提高其14CO2 产量。同时, DailyⅢ等( 1998) 、Sheard 和Krasin ( 1994) 、Carter 和Frenkel( 1978) 的研究均发现,鼠组织中肉碱水平随日粮胆碱水平升高而升高的同时, 鼠组织中脂肪含量显著降低。综上可见, 日粮中胆碱可能通过促进肉碱合成,继而提高机体细胞内脂肪酸氧化水平, 促进机体内脂肪酸分解代谢而降低动物脂肪沉积。

4 小结

基于胆碱代谢和蛋氨酸代谢, 胆碱可能通过胆碱氧化途径生成甜菜碱, 继而通过蛋氨酸再甲基化途径间接参与S- 腺苷甲硫氨酸的合成,进而通过以S- 腺苷甲硫氨酸为活性甲基供体的甲基代谢促进肉碱合成, 增强组织中脂肪酸的氧化, 提高组织对脂肪酸的降解,最终达到降低动物脂肪沉积的作用。