豬和肉雞胃腸道中植酸降解模式的最新研究進展(續1)

陳權

摘? 要：被用作豬和家禽飼料的植物原料含有肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氫（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）及其作為磷（Phosphorus，P）主要儲存形式的鹽（植酸鹽）。磷從InsP6中釋放出來的程度在很大程度上決定了植物原料中磷的消化率和滿足動物對磷需求所需的礦物磷酸鹽的量。植酸酶和其他磷酸酶能夠在動物消化道中催化InsP6水解，并且參與的酶源自日糧和內源性起源的一個混合物，后者由腸上皮和侵入消化道的微生物產生。豬和肉雞消化道內InsP6的降解程度和出現的降解產物明顯不同。植物本身所含植酸酶的活性是影響豬體內InsP6降解和P消化率的一個重要因素，而內源酶的活性在肉雞體內在含磷原料水解上起主要的作用。肉雞利用InsP6中磷的能力遠高于豬。然而，InsP6的降解很容易通過補充P、鈣（Calcium，Ca）和外源植酸酶來控制。雖然在確定引起InsP6降解變化的因素方面已經取得了很大的進展，但是人們對于多種相互作用的理解還不夠充分，無法在行業中的飼料配方上加以考慮。在全球的磷礦粉儲存量有限、由于土壤磷在某些地區的積累引起的環境問題和較高的飼養成本條件下，更好地理解這些相互作用至關重要。

關鍵詞：磷酸肌醇;磷酸酶;磷;微生物;黏膜

中圖分類號：S816.79 文獻標志碼：C 文章編號：1001-0769（2019）02-0053-04

3? 植酸酶的作用

3.1 內源性黏膜植酸酶的作用

當飼料缺乏肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氫（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）降解酶時，需要對其他酶源水解動物消化道中的InsP6的潛在貢獻進行討論。雖然人們通常假設動物不會在其腸上皮產生內源性植酸酶，但是越來越多的證據表明這種假設是不正確的。

有關豬腸上皮植酸酶的信息比家禽的少。一項研究報告了仔豬的黏膜水解酶在體外對InsP3、InsP4、InsP5和InsP6的活性，并且發現空腸上的黏膜酶活性高于十二指腸和回腸上的（Hu等，1996）。在家禽中，研究主要針對肉雞，但利用產蛋雞進行的研究顯示小腸不同部位的純化的刷狀邊界膜囊泡中具有一些植酸酶活性（Huber等，2015;Maenz和Classen，1998;Onyango等，2006）。Maenz和Classen（1998）發現腸上皮植酸酶（epithelial phytase）的活性在十二指腸制劑中最高而在小腸的較后段制劑中下降。一些證據表明，當腸腔含有較高濃度的無機磷酸鹽（Pi）時，腸上皮植酸酶的分泌減少（Huber等，2015）。Applegate等（2003）發現，與含0.4%鈣的日糧相比，鈣含量為0.9%時上皮植酸酶的分泌量也減少了。然而，據說內源性植酸酶分泌的調節尚未得到充分檢測，并且當時研究人員并沒有評估內源性植酸酶對腸InsP6分解的定量貢獻（Huber等，2015）。由于它們的位置，刷狀邊界膜相關植酸酶可能只與發生在腸腔中的水解具有有限的相關性。此外，內源酶在消化道環境中可能表現出與充分標準化的體外試驗條件下不同的特性。在用含不同添加水平的無機磷酸鹽和植酸酶（Zeller等，2015c）的日糧飼喂后，肉雞十二指腸/空腸中InsP6分解的程度與同行研究中測得的內源性上皮植酸酶活性無關（Huber等，2015）。在三項使用不同的日糧鈣和維生素D3組合以及不同肉雞品系的試驗中（Applegate等，2003），研究人員在一個試驗中觀察到了pc InsP6消失與肉雞腸道刷狀邊緣膜囊泡的植酸酶活性的Vmax之間有顯著的相關性，然而未在另外兩項試驗中觀察到這種關系。因此，盡管此試驗清楚地表明腸道刷狀邊界膜小泡存在顯著的酶活性，但由于消化道的復雜情況，其與InsPx降解的定量相關性仍需要闡明。

3.2? 內源性微生物植酸酶的作用

動物腸道內活性植酸酶的另一個潛在來源是定植在動物消化道中的微生物。關于豬，Humer等（2015）觀察到胃腸道中的植酸酶活性可以忽略不計。同樣，在大腸附近，由豬胃腸道中的微生物植酸酶產生的InsP-P的植酸水解和釋放程度也至關重要（Pagano等，2007;Selle和Ravindran，2008）。在給豬飼喂無植酸酶的日糧后研究植酸酶沿著豬胃腸道的活性時，Pagano等（2007）發現酶在結腸中有高水平的活性，但在腸道前段沒有高水平的活性。相應地，Schlemmer等（2001）和Seynaeve等（2000）已經發現InsP6在豬回腸后大量消失。由于磷的吸收主要發生在小腸的上端，所以在結腸內分裂的InsP6-P與提供給豬的磷無關。Kerr等（2000）發現，與傳統的非限菌肉雞相比，限菌肉雞盲腸內容物中的InsP6含量顯著高于常規肉雞中的。在產蛋雞中，盲腸內容物中的特定植酸酶在活性上比來自嗉囊、胃和小腸內容物中的植酸酶高10倍以上（Marounek等，2010）。這些結果表明微生物顯著參與了腸道內InsP6分解過程。體外研究已經顯示了各種細菌對InsP6降解的活性（Konietzny和Greiner，2002;Vats和Banerjee，2004）。此外，Raghavendra和Halami（2009）將從雞腸中分離到的產乳酸細菌鑒定為潛在的InsP6降解候選菌。在肉雞小腸中的細菌中，乳酸桿菌是最常見的一種（Rehman等，2007）。有趣的是，肉雞在喂給添加了乳酸桿菌的日糧后，體內磷的沉積量增加（Angel等，2005）。當使用深測序技術時，Witzig等（2015）發現乳酸桿菌是肉雞嗉囊和小腸中的主要細菌，但是小腸和嗉囊中乳酸桿菌的菌型不同。除了優勢菌型之外，研究人員在類桿菌屬、伯克霍爾德菌屬和三種雙歧桿菌屬中鑒定了InsP6磷酸酶的基因，這些細菌都存在于雞的消化道中（Stentz等，2014;Tamayo-Ramos等，2012）。這有力地支持了雞腸道微生物對InsP6分解有貢獻的假設。然而，對于上皮植酸酶，研究人員目前還不能定量分析微生物植酸酶的定量相關性。

也許嗉囊微生物群對InsP6在消化道后端的降解很重要。乳酸桿菌能夠在消化道后端定植并產生酶。水合作用和溫度有利于細菌的生長和酶的活性增強（Svihus等，2002）。食糜在嗉囊中的短時間滯留可能會導致酶在嗉囊中產生，并主要在消化道隨后部位特別是肌胃中活動。隨后，在小腸中，來自腸道上皮的植酸酶和其他磷酸酶也會參與進來，所有這些酶一起促使InsP6的降解。這種假說仍然需要在進一步的試驗中檢驗，但是該假說可以擴展到豬消化道中缺少“預發酵”部位，這是觀察到InsP6在豬和家禽消化道中降解上存在差異的原因。

肉雞盲腸中的微生物群具有很大的多樣性，包括已知能夠分解InsP6的細菌菌種（Rehman等，2007;Witzig等，2015）。相應地，Marounek等（2008）指出，在飼喂玉米-豆粕型日糧后，產蛋雞盲腸中植酸酶的活性遠高于消化道前段中的。限菌肉雞糞便中InsP6的含量高于常規肉雞盲腸糞便中的（Kerr等，2000）。這表明微生物對盲腸中InsP6的分解有很大影響。事實上，當日糧不含植酸酶時，只有不到10%的InsP6在肉雞盲腸中會被回收（Zeller等，2015b）。然而，盲腸中InsP6水解與肉雞的相關性尚不清楚。基于Son等（2002）的研究結果，我們可以假定不超過四分之一的回腸食糜會進入盲腸用于發酵。回腸吸收后的磷尚未見報道。因此，盲腸中InsPx釋放出的磷以磷酸鹽形式排出或以其他形式結合被分泌出。在豬上，糞便中InsP6較低的回收率以及pc InsP6相對少的降解也表明在消化道的回腸后隔室中發生大量的微生物InsP6降解。

4? 植物植酸酶活性的相關性

Eeckhout和De Paepe（1994）以及Rodehutscord等（2016）指出，某些植物種子和飼料含有固有的植酸酶。小麥、黑麥、黑小麥等谷物含有較高的內源性植酸酶，然而豆科作物種子含有較低的內源性植酸酶。人們很難在油籽和玉米中檢測到植酸酶。內源性植物植酸酶——假設它在飼料加工過程中沒有失活——原則上可以促進InsP6在動物消化道中的降解。在豬和肉雞之間，InsP6水解存在相關性差異。

4.1 豬

Schlemmer等（2001）測定發現，豬在飼喂含有高內源性植酸酶的飼料后，其胃消化物中植酸酶活性降低了90%。然而，與采用擠壓日糧相比，InsP6對胃和小腸中總InsPx的貢獻在使用未經處理的日糧時較低。胃以及十二指腸中不適宜的pH可能會導致這些內源性植物植酸酶強烈失活。胃和小腸中的pH有利于蛋白水解酶，該酶可以分解植物植酸酶，使其在小腸后端中無法檢測到（Yi和Kornegay，1996）。沿著這一線索，Schlemmer等（2009）總結道，植物植酸酶可能不參與小腸和大腸中InsP的相關水解。與未處理的日糧相比，小麥-大麥-豆粕型日糧在通過90 ℃左右的蒸汽制粒后其內源性植酸酶的失活僅導致29% pc InsP6-P降解，而前者則導致52%的InsP6-P降解（Blaabjerg等，2010）。使用包括低日糧磷的標準化試驗條件研究不同原料中磷在豬上的消化率表明，小麥和黑麥中磷消化率最高（高植酸酶活性），其次是大麥（中等植酸酶活性）和玉米或油籽粕（低/無植酸酶活性）（Düngelhoef等，1994;Hovenjürgen等，2003;Rodehutscord等，1996）。這說明，如果內源性植物植酸酶在飼料加工期間沒有被破壞，其是磷在豬消化道中消化的一個有意義的影響因素。

4.2 家禽

在肉雞中，植酸酶主要在肌胃中蛋白質水解開啟之前的嗉囊中起分解作用。然而，一個爭議點是內源性植物植酸酶與腸內InsP6的分解相關性如何。對小麥型日糧進行的磷在動物體內的沉積研究發現，所用批次的小麥中內源性植酸酶的活性與磷在肉雞體內的沉積之間存在某種正相關性（Barrier-Guillot等，1996;Oloffs等，2000）。當喂給擠壓加工小麥而不是非擠壓加工小麥時，磷在肉雞體內的沉積率也較低（Oloffs等，1998）。其他使用不同谷物和不同植酸酶進行的研究沒有發現日糧中內源性植物植酸酶的活性與InsP6在肉雞消化道的降解率之間有關系（Juanpere等，2004;Leytem等，2008）。鑒于這些不同的研究結果，順著消化道研究內源性植酸酶的作用非常令人感興趣。在將微波處理的小麥替代未經處理的小麥加入日糧后，內源性植酸酶的活性和InsP6在肉雞嗉囊內的降解率均顯著減少（Zeller等，2016）。然而，隨著內源性植酸酶進一步通過消化道，在含有微波處理小麥或未經處理小麥的日糧之間存在的InsP6分解差異降解。這些差異表明其他植酸酶源彌補了內源性植物植酸酶活性的缺乏（Zeller等，2015a）。其他研究人員也得出結論，與內源性上皮植酸酶和微生物植酸酶相比，在肉雞回腸末端測定時，內源性飼料植酸酶似乎對InsP6的降解貢獻很小（Leytem等，2008;Shastak等，2014）。當一個植酸酶含量低于檢測限度的玉米型日糧與一個含有660 U/kg植酸酶的小麥型日糧相比較時，大約為61%的pc InsP6在肉雞消化道中降解，并且這兩種日糧在pc InsP6降解率上沒有差異（Shastak等，2014）。總的來說，從本文中可以看出內源性植物植酸酶相關性評價上的差異還沒有得到解釋。這可能與日糧中的磷和鈣礦物質含量有關。

（待續）