猪和肉鸡胃肠道中 植酸降解模式的最新研究进展（续2）

陈权

摘 要：被用作猪和家禽饲料的植物原料含有肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氢（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）及其作为磷（Phosphorus，P）主要储存形式的盐（植酸盐）。磷从InsP6中释放出来的程度在很大程度上决定了植物原料中磷的消化率和满足动物对磷需求所需的矿物磷酸盐的量。植酸酶和其他磷酸酶能够在动物消化道中催化InsP6水解，并且参与的酶源自日粮和内源性起源的一个混合物，后者由肠上皮和侵入消化道的微生物产生。猪和肉鸡消化道内InsP6的降解程度和出现的降解产物明显不同。植物本身所含植酸酶的活性是影响猪体内InsP6降解和P消化率的一个重要因素，而内源酶的活性在肉鸡体内在含磷原料水解上起主要的作用。肉鸡利用InsP6中磷的能力远高于猪。然而，InsP6的降解很容易通过补充P、钙（Calcium，Ca）和外源植酸酶来控制。虽然在确定引起InsP6降解变化的因素方面已经取得了很大的进展，但是人们对于多种相互作用的理解还不够充分，无法在行业中的饲料配方上加以考虑。在全球的磷矿粉储存量有限、由于土壤磷在某些地区的积累引起的环境问题和较高的饲养成本条件下，更好地理解这些相互作用至关重要。

关键词：磷酸肌醇；磷酸酶；磷；微生物；黏膜

5 InsPx异构体的存在和潜在相关性

肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氢（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）在消化过程中的分解并不意味着肌醇被彻底去磷酸化。含有不同数量的磷酸基团的次级InsPx异构体广泛存在于胃肠道中，并且它们的浓度也不同。这引起了人们的广泛兴趣。首先，部分InsP-P由于仍然被绑定在肌醇环上而不能用于动物。第二，一些特定的InsPx异构体能够表达特定的细胞信号和其他生理功能。

InsPx异构体变化的一个原因是酶的来源和特异性。国际纯化学与应用化学协会（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）-国际生化学协会（International Union of Biochemistry，IUB）基于InsP6水解的特异性，识别出不同类型的植酸酶：3-植酸酶（E.C.3.1.3.8）、4-植酸酶（E.C.3.1.3.26）和5-植酸酶已（E.C.3.1.3.72）。这种分类是根据IUPAC（1976）的D-构型编号方式基于肌醇的不同而完成的。细菌植酸酶，例如优先产生D-Ins（1，2，3，4，5）P5的大肠杆菌植酸酶被归类为6-植酸酶。基于IUPAC构型产生D-Ins（1，2，3，5，6）P5的植酸酶（如大多数植物植酸酶）应该被称为4-植酸酶，但是传统上被称为6-植酸酶（基于L-构型）。酿酒酵母和黑曲霉的植酸酶产生的InsP5之前被鉴定为D-Ins（1，2，4，5，6）P5，根据D-构型，这些植酸酶被称为3-植酸酶。原则上，属于这一组别的所有酶在动物消化道中都是有活性的，并且有助于InsP6的降解。通过研究消化道中降解产物的浓度，我们可能了解不同酶对InsP6分步降解的贡献。

然而，与InsP6相反，测量次级InsPx得出的结论不具有定量性质，并且不能计算分解率。首先，特定降解产物的浓度会产生一个平衡步骤或两个去磷酸化步骤（从InsPx+1生成InsPx和从InsPx生成InsPx-1的步骤）产生。第二，先前提到的不同植酸酶在它們的降解途径中并不是唯一的。虽然相对于最初的磷酸基团它们拥有攻击该降解途径的特殊优先权，但是它们也有可能导致其他InsP5异构体共同出现的次要途径。因此，基于易感磷酸酯键的初始攻击而简单配置植酸酶可能是仓促的。调查消化道中的优势和次优势异构体能够显示出所参与酶的差异。

5.1 InsP5异构体

只有极少数的研究确定猪体内出现了InsPx异构体。在一项研究中，当喂给猪含有内在植物植酸酶活性的日粮时，Ins（1，2，3，4，5）P5是胃和小肠中的主要InsP5异构体（图5）。当这种植酸酶因日粮的挤压加工被破坏时，InsP5异构体不再占主导地位。在结肠中确定的InsP5异构体仅受到日粮挤压加工的轻微影响。

在肉鸡上，当肉鸡饲喂不添加磷添加剂的玉米-豆粕型日粮时，Ins（1，2，4，5，6）P5和Ins（1，2，3，4，5）P5是嗉囊中分析到的主要InsP5异构体（图6）。通过消化道会导致出现向Ins（1，2，4，5，6）P5比例下降和Ins（1，2，3，4，5）P5比例增加的转换，这表明肌胃和小肠中6-植酸酶的相关性较高。这种6-植酸酶是由微生物产生的还是由肉鸡肠道黏膜产生的目前还不能确定，但是正如Borda-Molina等支持的那样，乳酸杆菌同样发挥着一定的作用。Ins（1，2，3，4，6）P5也出现在肠道，因为5-植酸酶是百合花粉、假链球菌和月形单胞菌属反刍亚种乳酸菌所需的植酸酶。然而，最近研究人员在鸡的小肠和人的粪便中发现了假链球菌。

在含低浓度P的基础日粮中添加磷酸二氢钙后，肉鸡十二指肠/空肠中Ins（1，2，3，4，5）P5的比例下降，但Ins（1，2，4，5，6）P5的比例提高，然而在回肠末端中该现象消失或相反。在另一项肉鸡研究中，向日粮添加磷酸二氢钙会增加鸡回肠末端中InsP5的总量，其中Ins（1，2，4，5，6）P5相对增加量最大。这表明，磷酸二氢钙可以调节InsP5异构体的形成或降解（或两种作用均有），因为它们对特异性植酸酶活性影响不同。

在日粮中添加微生物植酸酶时，不仅InsP6消失，而且InsP5的模式也受到很大的影响。在猪上，向玉米-豆粕型日粮中添加150 U/kg的微生物3-植酸酶会增加Ins（1，2，4，5，6）P5在十二指肠和回肠中的形成，而其他InsP5的含量则减少。在肉鸡中，日粮中添加植酸酶的效果已经在嗉囊中检测到。添加3-植酸酶和6-植酸酶会导致Ins（1，2，4，5，6）P5或Ins（1，2，3，4，5）P5分别在嗉囊中明显占优势，并且这些差异一直到回肠。这些研究人员首次指出，以前通过体外研究已知的3-植酸酶和6-植酸酶的主要降解途径也可以在家禽消化道的复杂环境中找到。

5.2 InsP4异构体

研究人员在猪和肉鸡消化道内的肌醇四磷酸盐（Inositol tetrakisphosphates，InsP4）中可以检测到Ins（1，2，5，6）P4和Ins（1，2，3，4）P4。它们的相对贡献各不相同。猪饲喂含有极低水平内在植酸酶活性且不添加植酸酶的挤压型日粮后，仅约1%的总InsP在其胃、小肠和结肠中以Ins（1，2，5，6）P4 和Ins（1，2，3，4）P4的形式出现。然而，在饲喂含有内在活性植酸酶的非挤压型日粮猪中，Ins（1，2，3，4）P4和Ins（1，2，5，6）P4在动物胃和小肠中的含量分别占InsP总量的6%和17%。当与未添加3-植酸酶的日粮相比时，在日粮中添加3-植酸酶可以提高猪十二指肠和回肠中的InsP4水平。Zeller等发现，肉鸡饲喂不添加植酸酶的日粮后，Ins（1，2，5，6）P4会出现于其嗉囊中，但不会出现在其小肠中。相反，Ins（1，2，3，4）P4主要存在于家禽十二指肠/空肠和回肠中。日粮中添加3-植酸酶和6-植酸酶会产生InsP4的一个特征性模式，类似于InsP5。添加源自大肠杆菌的植酸酶能够使嗉囊和前胃/肌胃中的Ins（1，2，5，6）P4含量显著提高，这种异构体似乎也存在于小肠中。这种异构体在添加来自大肠杆菌的植酸酶和对InsP3的较低水解作用下的累积同样证实了在体外使用来自大肠杆菌的植酸酶的试验中获得的类似结果。相反，添加黑曲霉植酸酶不会导致InsP4的大量积累，而会导致InsP3异构体在嗉囊的积累。

5.3 肌醇释放

Walk等发现，在玉米-豆粕型日粮中添加500 U/kg和1 000 U/kg的植酸酶后，肉鸡肌胃中肌醇的浓度显著加大。与此结果一致，我们发现日粮中添加植酸酶后肉鸡回肠中的肌醇浓度也显著提高，但这种植酸酶效应可以通过同时添加磷酸盐矿物质得到部分补偿。日粮中植酸酶含量从1 000 U/kg增加到3 000 U/kg，肉鸡外周血浆中肌醇的浓度也显著增大。因此，当日粮添加植酸酶后，原则上InsP6很可能会在肉鸡消化道中被完全且快速地破坏。研究人员还没有计算出添加可代谢肌醇的定量相关性。

6 结论

更好地了解InsP6在动物消化道中的降解过程和影响此降解过程的因素是朝着在猪和家禽行业中更可持续地使用磷源和植酸酶的关键。在植物源性、内源和微生物植酸酶对InsP6的降解程度上，猪和家禽存在较大差异。当喂给肉鸡磷和钙含量低的日粮时，InsP6在鸡消化道中的降解潜力较大。我们需要更好地理解微生物在不同饲喂和管理条件下产生内源植酸酶的定量贡献。□□

（续完）

原题目：Chapter 1 Update on phytate degradation pattern in the gastrointestinal tract of pigs and broiler chickens（英文）

原作者：M. Rodehutscord和P. Rosenfelder（美國）