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2020-03-02

蛋氨酸大讲堂-2 蛋氨酸在单胃动物中的吸收与转运

 

上一期我们介绍了市场上常见的蛋氨酸形式与生产工艺,那么这一期我们讲一讲不同形式的蛋氨酸被摄入后,在单胃动物体中的吸收与转运过程。

由于动物只能利用L-蛋氨酸来合成蛋白质,其他无论是D-蛋氨酸,还是D,L-羟基蛋氨酸(D,L-HMTBA),都必须在体内经过水解(必要时)、吸收和转运后,转为L-蛋氨酸才能被动物利用。

·       D,L-羟基蛋氨酸的水解

D,L-羟基蛋氨酸同时含有羧基和羟基,其在水溶液中可以建立起一种单体、二聚体和三聚体之间的化学平衡。这一过程的低聚反应如下图所示:

一个分子的羟基(OH)和另一个分子的羧基(COOH)之间能够形成可逆的酯键,在此过程会释放一分子的水。水分含量越高,则单体形式的HMTBA越多。对于含有12%水分的商业化D,L-HMTBA产品,单体HMTBA的含量约为74%。而对于羟基蛋氨酸钙盐来说,如果羧基与钙相连,则只有很少的低聚物形成。

D,L-HMTBA的二聚体、三聚体会在消化道中迅速水解为单体。Martin-Venegas(2006)通过体外实验比较了不同肠段对含65%单体的D,L-HMTBA产品与含100%单体的D,L-HMTBA试验品的相对吸收情况。该实验选取了不同肠段(十二指肠、空肠和回肠),分别将其外翻后两端扎紧,并在其中注满浆膜培养基。然后将这些肠段浸泡在分别含有65%单体以及100%单体的HMTBA粘膜培养基中培养30分钟。最后通过检测培养基和浆膜内的HMTBA水平,就能得出不同肠段对D,L-HMTBA的吸收情况。


引自于Martin-Venegas(2006)

上图的结果显示,无论培养基中添加的是含有65%单体还是100%的单体的D,L-HMTBA,空肠和回肠浆膜内D,L-HMTBA单体的水平没有差异,说明二聚体和三聚体并非是吸收的限制因素。通过检测培养基中单体HMTBA的浓度也证明了这一结论,即商业化的HMTBA产品与100%单体的HMTBA是在消化吸收上是没有区别的,如下图所示:


经过30 分钟的培养,100%单体组中培养基内的HMTBA单体含量有所降低,说明部分HMTBA单体被肠细胞吸收了。而65%单体组中,培养基内的单体含量在各个肠段中均增加了,这说明二聚体、三聚体水解成了单体,并且水解的速度快于肠细胞吸收的速度,从而导致培养基中HMTBA单体的水平增加。考虑到肉鸡肠道的周转时间一般在2-4小时,商品化HMTBA中所包含的低聚物的自然比例也较低,所以商品化的D,L-HMTBA产品中的少部分低聚物也有足够的时间在肠道中被水解并完全吸收。

该实验充分证明,使用D,L-HMTBA作为日粮蛋氨酸源时,应当关注总HMTBA的含量(通常为88%)而不是单体的水平,因为 D,L-HMTBA产品中的二聚体、多聚体进入动物消化道后可以迅速转化为单体,并不会影响D,L-HMTBA的吸收与利用。

·       蛋氨酸的吸收

尽管D,L-蛋氨酸与D,L-HMTBA均能在前肠被完全吸收,但他们的吸收位点并不相同。下图展示了两种蛋氨酸源在肉仔鸡肠道中的吸收情况(Richards, 2005)。给肉仔鸡强饲含有D,L-HMTBA的饲料后,可以观察到D,L-HMTBA在十二指肠阶段就近乎完全被吸收了,而此时饲料原料中的蛋氨酸刚刚开始从蛋白质中释放出来,随后在空肠和回肠中被大量吸收。所以,D,L-HMTBA的吸收位点主要在胃和十二指肠,D,L-蛋氨酸的吸收位点主要在空肠和回肠。前段肠道的吸收可以减少同消化道微生物之间的竞争,从而使得更多的有效成分被动物利用。


·       蛋氨酸的转运

1.  D,L-蛋氨酸的转运

D,L-蛋氨酸在肠上皮细胞水平的吸收是通过多种机制介导的,包括依赖Na+和不依赖Na+的转运载体,如B0 、B0,+、y+、b0,+和L系统。Na+依赖的转运载体以B0和B0,+转运系统为代表,它们也是中性氨基酸(B0)或中性和阳离子氨基酸(B0,+)的专门转运系统。非Na+依赖型转运载体以y+、b0,+和L系统为代表,它们也是中性氨基酸(L)的专一转运系统以及由阳离子和中性氨基酸(y+和b0,+)所共享的系统。而且,最近研究者认为B0,+和L转运系统是由肠腔中的酸性状态激活的。

2.  D,L-羟基蛋氨酸的转运

D,L-HMTBA既可以主动转运,也可以通过被动扩散而被肠道吸收。研究表明,主动转运主要是通过Na+/H+依赖的MCT1(单羧酸转运蛋白)转运载体完成的(Martin-Venegas, 2007)。这也部分解释了D,L-HMTBA主要在胃和十二指肠被吸收的原因。同时,在Caco-2细胞系中确定HMTBA的主动转运过程与D,L-蛋氨酸的转运载体具有相当的亲和常数(Martin-Venegas, 2007; Zheng, 1994; Chen, 1994)。除此之外,D,L-HMTBA还可以通过被动扩散的形式被肠道吸收,此过程不消耗能量。在肠道上皮功能受损的情况下(如应激、疾病状态),被动扩散可以保证D,L-HMTBA的吸收不会受到影响。


简而言之,D,L-蛋氨酸主要在空肠和回肠被吸收,再通过氨基酸转运载体转运至肠细胞,此过程中可能会与其他的氨基酸竞争氨基酸转运载体。D,L-HMTBA的低聚体可以在体内迅速分解为单体,主要在胃和十二指肠被吸收,再通过单羧酸转运载体转运至肠细胞,亦可能会与其他的单羧酸竞争转运载体。但同时,HMTBA可以通过被动扩散的方式进入肠细胞,使得动物在应激状态下仍然能够有效吸收HMTBA。

不同的蛋氨酸源被吸收和转运后,需要转化为L-Met才能被动物利用,那么下一讲我们就给大家介绍不同形式的蛋氨酸是如何代谢成为L-Met的。

 

(作者:杨宇翔博士,安迪苏罗迪美技术经理)

 

Martin-Venegas R, Soriano-Garcia J F, Vinardell M P, et al. Oligomers are not the limiting factor in the absorption of DL-2-hydroxy-4-(methylthio) butanoic acid in the chicken small intestine[J]. Poultry science, 2006, 85(1): 56-63.

Richards J.D., Atwell C.A., Vázquez-Añón M. and Dibner J.J., (2005). Comparative in vitro and in vivo absorption of 2-Hydroxy-4(methylthio) Butanoic acid and methionine in the broiler chicken. Poultry Science, 84(9):1397-1405.

Martín-Venegas R., Rodriguez-Langunas M.J., Geraert P-A. and Ferrer R., (2007). Monocarboxylate Transporter 1 mediates DL-2-hydroxy-4-(methylthio) Butanoic Acid Transport across the apical membrane of Caco-2 cell monolayers. Journal of Nutrition, 137(1):49-54.

Zheng L., Chen J., Zhu Y., Yang H., Elmquist W. and M., Hu, 1994. Comparison of the transport characteristics of D and L Methionine in a human intestinal epithelial model (Caco-2) and in a perfused rat intestinal model. Pharm. Res, 11(12):1771-1776.

Chen J., Zhu Y. and Hu M., (1994). Mechanisms and kinetics of uptake and efflux of L-methionine in an intestinal epithelial model (Caco-2). Journal of Nutrition, October 1994, 124(10):1907-1916.