色氨酸在機體內的代謝過程

李 寧，彭 燮

（1.漢中市動物疾病預防控制中心，陜西 漢中 723000；2.四川農業大學動物營養研究所，成都 611130）

色氨酸在機體內的代謝主要通過兩條途徑：犬尿氨酸途徑和5-羥色胺途徑，第3條代謝途徑主要是通過腸道微生物提供，生成色氨酸衍生物被腸道吸收。犬尿氨酸途徑是代謝所吸收的色氨酸的主導路徑，＞95%的色氨酸通過此途徑代謝，剩余的通過5-羥色胺途徑，而這其中有一小部分色氨酸在小腸中沒被吸收，可以在大腸微生物的作用下而發生降解[1-2]。色氨酸在不同的組織中代謝發揮著不同的生理功能。肝臟通過降解攝入的過多色氨酸調節色氨酸的穩態。色氨酸通過免疫細胞降解生成犬尿氨酸在感染、炎癥和懷孕過程中發揮重要的免疫調節作用，同時色氨酸可以在腸道和大腦中生成血清素來調節情緒障礙的敏感性。

5-羥色胺途徑引起了極大關注，因為其可以產生很多生物活性物質。色氨酸可以沿著這條路徑生成血清素，作為大腦中的神經遞質，腸道的旁分泌和內分泌信號，血小板的旁分泌信號和血管收縮劑[3-4]。血清素也可以通過內分泌和其他細胞轉換成褪黑素[5]。犬尿氨酸途徑在肝臟中色氨酸2，3-雙加氧酶催化下反應，當日糧中維生素供應不足的情況下可以生成煙酸（VB3）。然而，現在許多的犬尿氨酸代謝物有著自己的生物學活性作用，可以作為大腦的神經遞質（犬尿酸、喹啉酸），作為信號分子參與免疫功能（3-羥基犬尿氨酸、3-羥基-2-氨基苯甲酸和喹啉酸）[6]。除此之外，這條代謝通路現在可以在肝臟以外的其他一些細胞上經過吲哚胺2，3-雙加氧酶運作。最后，腸道中的微生物通過不同的途徑產生一些色氨酸代謝產物（色胺、吲哚、吲哚丙酮酸、甲基吲哚），這些代謝產物很多都被認為對宿主具有生物學活性[7]。

1 色氨酸的代謝途徑

1.1 5-羥色胺途徑

機體細胞在色氨酸羥化酶的作用下將色氨酸轉化為5-羥色氨酸，又在5-羥色氨酸脫羧酶作用下脫去二氧化碳生成5-羥色胺。色氨酸羥化酶是血清素合成的限速酶。然而，5-羥色胺并不僅僅只由大腦神經元產生。實際上，大腦產生的5-羥色胺只占據了機體產生的一小部分（5%），絕大多數的5-羥色胺由胃腸道嗜鉻細胞產生（約95%）。另外，血小板中也含有機體8～10%的血清素，但其因為缺乏色氨酸羥化酶而不能由色氨酸合成[8]。血小板在其細胞表面通過其強大的運輸能力從其周圍吸收血清素或者是經腸道細胞釋放的血清素進入機體循環時吸收經過的血清素[9]。最終，5-羥色胺可以轉換成褪黑素。松果體細胞產生和貯存大量的血清素，在交感神經的刺激下轉換成褪黑素。在沒有光的情況下，迅速激活血清素-N-乙酰轉移酶和羥基吲哚-O-甲基轉移酶，將血清素轉化成褪黑素進入機體循環。腸道中的嗜鉻細胞也能產生和貯存血清素，也可以在胃腸道中生成褪黑素，但是由這些細胞合成褪黑素的具體方式與松果體細胞不同[10]。

1.2 犬尿氨酸途徑

肝臟代謝過多的色氨酸通過犬尿氨酸途徑，在一系列酶的作用下，最終主要產生乙酰輔酶A，同時也有一些被轉化為喹啉酸和煙酸。除了煙酸之外，其他一些代謝中間產物（如犬尿酸、3-羥基犬尿素、3-羥基-2氨基苯甲酸和喹啉酸）也發現有直接的生物學活性作用。因此，犬尿氨酸途徑既是降解途徑也是生物合成途徑（合成一些生物活性分子）。肝臟中，色氨酸在犬尿氨酸途徑中色氨酸2，3-雙加氧酶作用下轉換成N-甲酰犬尿氨酸，此酶是這個途徑的限速酶[1]。N-甲酰犬尿氨酸隨后迅速在甲酰胺酶作用下裝換成犬尿氨酸。犬尿氨酸依次被轉換成3-羥基犬尿素、3-羥基-2氨基苯甲酸。通常情況下，大多數的色氨酸經過犬尿氨酸途徑經乙酰輔酶A完全氧化生成二氧化碳和水[1]。由于犬尿氨酸不能積累，所以只有很少色氨酸通過犬尿氨酸氨基轉移酶轉化成犬尿喹啉酸。色氨酸2，3-雙加氧酶是肝臟中產生的一種酶，而在其他組織（如大腦和小腸）吲哚胺2，3-雙加氧酶啟動犬尿氨酸降解途徑。犬尿喹啉酸是大腦中谷氨酸NMDA受體的頡頏劑，而NMDA是谷氨酸受體的激動劑，識別受體亞型的特異性，也對α7煙酰乙酰膽堿受體具有頡頏活性，可能與其他一些神經活性受體相互作用[11]。喹啉酸在腦細胞中促進NMDA的激活和谷氨酸的釋放，引起神經元的興奮性和興奮毒性[12]。這種興奮性行為發生在喹啉酸濃度處于較低水平時，在大腦（30～100 nmol·L-1）中一般不出現[13-14]。

1.3 微生物途徑

胃腸道中的微生物也是色氨酸代謝的一個重要組成部分，攝入過量的色氨酸將使一些未被小腸吸收的色氨酸到達大腸[15]。一系列的代謝產物將由腸道細菌產生，包括吲哚、吲哚-3-乙酸、吲哚丙酸、吲哚乳酸、色胺和甲基吲哚[16]。吲哚是腸道細菌產生的主要色氨酸代謝產物，經過大腸吸收，進入門脈循環經肝臟吸收，隨后氧化成吲哚酚然后和硫酸鹽結合，最終隨尿液排出[15,17-18]。除此之外，甲基吲哚也備受關注，在反芻動物上被鑒定為肺炎球菌毒素，產生嚴重的肺水腫和肺氣腫等致命綜合征[19]。甲基吲哚也在人的結腸和血液中被發現，也可以從腸道中吸收[15,20-21]。甲基吲哚在肺部經細胞色素P450酶代謝，生成活性中間體與DNA和蛋白質相結合，這個過程將導致細胞死亡[22-23]。因此，對于添加色氨酸是否會引起肺部甲基吲哚的增加以及對肺部的副作用有待研究。但是在臨床上的一些研究尚未報道呼吸系統的副作用，此外，在嚙齒類動物上的研究表明，高攝入量的色氨酸并沒有引起肺部病理學。

2 色氨酸在畜禽中的應用

色氨酸是一種具有調節畜禽機體免疫功能的必需氨基酸。研究發現，色氨酸在機體內有以下生理功能：合成蛋白質，提高畜禽生長性能，提高飼料利用率，增強機體抗氧化功能，增強免疫功能，生成激素類物質[24-25]。飼糧中添加色氨酸能夠增強畜禽機體的血清總抗氧化能力、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性。將肉雞飼糧中的色氨酸水平提高到0.42%或更高，可改善肉雞的采食量和肉品質，還能使腸道中的致病菌與非致病菌的平衡處于有利狀態。魏宗友等通過在揚州鵝飼糧中添加不同含量的色氨酸，發現添加適量色氨酸可提高揚州鵝脾臟指數及血清中免疫球蛋白的含量[26]。Pluske等在仔豬飼糧中添加一定量的色氨酸，有效減少了仔豬的應激反應，增強了機體免疫功能[27]。有研究表明，在飼糧中添加一定劑量的色氨酸可顯著增加小腸絨毛高度和絨毛高度與隱窩深度的比值以及血清甘氨酸含量，顯著降低小鼠血清中尿素和膽固醇含量[28]。同時，色氨酸能夠調節瘤胃內微生物活動所處的適宜pH，避免瘤胃酸中毒以及由此引發的蹄葉炎。

3 小結

色氨酸作為機體內一種非常重要的必需氨基酸，在飼糧中適量添加會促進動物生長，提高機體免疫力和減少應激行為等，但是過量添加則不會產生明顯效果，甚至還會產生一定的副作用。在養殖畜禽過程中，只有綜合考慮畜禽的品種、體重、性別、生長階段、生長狀況、飼料組成、飼喂方式及環境因子等因素，合理掌握色氨酸的理化性質以及在動物機體中代謝途徑及生理功能，才是科學利用色氨酸的基礎。