畜禽蛋氨酸代谢及其生理功能研究进展

■ 胡诚军 江青艳 孔祥峰

（1.中国科学院亚热带农业生态研究所中国科学院亚热带农业生态过程重点实验室，湖南长沙410125；2.华南农业大学动物科学学院，广州510642）

蛋氨酸（Methionine，Met）是构成动物机体蛋白质的基本元件之一，是畜禽必需氨基酸中唯一的含硫氨基酸，也是禽类和反刍动物的第一限制性氨基酸、猪的第二限制性氨基酸。蛋氨酸可为动物机体提供甲基，合成机体所需的蛋白质和生物活性物质等，饲料中必须补充适量的蛋氨酸才能满足动物机体的需求，所以蛋氨酸又被称为“生命性氨基酸”。目前饲料中使用的蛋氨酸主要有固态DL-蛋氨酸（DL-methio⁃nine，DLM）、液态羟基蛋氨酸、固态羟基蛋氨酸钙（methionine hydroxy analogue calcium，MHA-Ca）和N-羟甲基蛋氨酸钙等。越来越多的研究表明，蛋氨酸对畜禽的生产性能、免疫功能、抗氧化功能和肠道发育等方面发挥着重要作用。本文综述了蛋氨酸在畜禽体内的吸收代谢规律及其对畜禽生理功能的调控作用，以期为蛋氨酸在畜禽养殖生产中的合理使用提供参考。

1 蛋氨酸的理化性质

蛋氨酸又被称为甲硫氨酸，学名为2-氨基-4-甲巯基丁酸，是一种中性氨基酸，分子式为C5H11NO2S，分子量为149.21。白色片状或粉末状晶体，具有特别的气味，味微甜，易溶于水、稀酸和稀碱溶液，极难溶于乙醇。按旋光性可分为L-蛋氨酸和D-蛋氨酸。

2 蛋氨酸的吸收转运

不同饲料原料中含有不同含量的蛋氨酸(见表1)。饲料蛋白质经过胃肠道酶消化后，蛋氨酸以游离态被释放出来，并通过肠上皮细胞进入血液和组织。Xie等报道，家禽回肠和十二指肠是L-蛋氨酸吸收的主要部位，其吸收过程具有Na+依赖性；同位素标记法研究证实，4周龄肉鸡回肠末端对蛋氨酸的吸收率为96.5%～97.5%。仔猪蛋氨酸的吸收部位主要在十二指肠和空肠，吸收的主要途径是主动运输，需要钠泵系统的参与。除此之外，蛋氨酸还存在自由扩散和钠非依赖型两种吸收方式（见表2）。

表1 常用饲料原料中蛋氨酸的含量

表2 哺乳动物肠上皮细胞表达的蛋氨酸转运系统

天然蛋白质中存在的蛋氨酸均为L-型，化工合成的蛋氨酸均为DL-型，其中L-型蛋氨酸可被动物机体直接吸收利用，D-型蛋氨酸在机体内必须先转化为L-型蛋氨酸才能被利用。蛋氨酸羟基类似物（me⁃thionine hydroxy analogue，MHA）的主要吸收机制是被动扩散，吸收部位在十二指肠、空肠和回肠，也可在大肠被吸收。同位素稀释技术测定发现，85%的MHA在到达肉鸡十二指肠之前就消失了，说明MHA的吸收部位主要在消化道前端。也有研究表明，消化道前端的pH值较低，有利于MHA的吸收。

3 蛋氨酸的代谢过程

肝脏是蛋氨酸代谢的主要场所，转甲基作用和再甲基作用存在于动物体内绝大多数细胞中，而转硫基作用只存在于肝脏、肾脏、肠道和胰腺等组织器官中。肠道微生物很可能参与蛋氨酸的代谢，因为体外培养的仔猪肠上皮细胞不能代谢蛋氨酸，而仔猪肠道可以代谢约20%的饲粮蛋氨酸。

蛋氨酸在动物体内主要存在以下几个代谢途径（见图1）：①参与多肽和蛋白质的合成，与蛋白质发生相互转化。②在蛋氨酸腺苷转移酶作用下，生成蛋氨酸的活化形式S-腺苷蛋氨酸（S-Adenosyl methionine,SAM）。SAM是体内多种不同甲基转移酶催化反应的甲基供体，也是DNA和蛋白质甲基化修饰的甲基供体，可参与基因表达的调控。在S-腺苷蛋氨酸依赖性甲基化酶作用下，SAM发生转甲基生成S-腺苷高半胱氨酸（S-Adenosylhomocysteine，SAH），SAH进一步水解生成高半胱氨酸（Homocys⁃teine，Hcy）。Hcy是蛋氨酸的重要中间代谢产物，由甜菜碱提供甲基，在甜菜碱高半胱氨酸甲基转移酶作用下，或者由N5-甲基四氢叶酸提供甲基，在5-甲基四氢叶酸高半胱氨酸甲基转移酶作用下，转化生成蛋氨酸，完成整个循环过程。除此之外，高半胱氨酸依次在β-胱硫醚合成酶和γ-胱硫醚酶的作用下生成半胱氨酸（Cysteine，Cys），进而参与谷胱甘肽、胱氨酸、牛磺酸等生物活性物质的合成过程，此过程被称为蛋氨酸代谢的转硫途径。由此可知，Cys参与的是蛋氨酸的降解过程及其他活性物质的生成过程，不参与其循环过程，补充适量的Cys可以代替参与转硫基途径的部分蛋氨酸。③SAM通过转胺丙基作用参与生物胺的形成。SAM经过两次脱羧后生成5-甲硫基腺苷，接着将胺丙基转移给腐胺和亚精胺生成相对应的亚精胺和精胺。5-甲硫基腺苷可经过一系列反应转化成2-羟基-4-甲硫基丁酸（HMB）。HMB与蛋氨酸的结构相似，即HMB上的一个羟基代替了蛋氨酸的一个氨基。HMB首先转化成酮型蛋氨酸，然后经过转氨基作用生成蛋氨酸。

图1 蛋氨酸在哺乳动物体内的代谢通路

在哺乳动物胞浆内，以L-半胱氨酸为底物，在胱硫醚-β-合酶（cystathione beta synthase，CBS）和胱硫醚-γ-裂解酶（cystathionine gamma lyase，CSE）作用下，生成H2S；在细胞线粒体内，以β-巯基丙酮酸为底物，在巯基丙酮酸转硫酶(3-mercap⁃topyruvate sulfurtransferase，MPST)作用下，也生成H2S。内源性H2S是一种具有广泛生物学效应的气体信号分子，可参与哺乳动物的多种生理和病理过程。例如，H2S对微生物生物膜的形成和结肠黏液的分泌均具有促进作用，能通过减少中性粒细胞浸润、增加黏液颗粒产生、保持黏液层厚度来缓解实验性结肠炎；H2S可以降低啮齿动物的基础代谢率，而猪体内H2S不足却使其基础代谢率下降。内源性H2S是导致糖尿病的一个重要因素，有研究发现，内源性H2S可以抑制胰岛β细胞分泌胰岛素；脂肪组织来源的H2S可以抑制胰岛素的作用，减少成熟脂肪细胞对葡萄糖的摄取。最新研究发现，H2S对NO的代谢也具有调节作用，说明气体信号分子之间存在相互作用。因此，充分了解H2S的生理功能，对于提高畜禽健康具有重要作用。

4 蛋氨酸的生理功能

4.1 对畜禽生产性能的影响

饲粮中添加适量的蛋氨酸，可提高动物的生长性能。随着饲粮蛋氨酸水平的升高（0.28%～0.48%），仔猪平均日增重显著增加，料重比显著降低，采食量也有增加趋势。Wen等报道，在1～21日龄和22～42日龄时分别饲喂含有0.60%和0.53%蛋氨酸的饲粮，能提高鸡的日增重和胸肌率，降低料肉比。另外，肝脏的蛋白质降解能力随着饲粮蛋氨酸含量的上升而下降，缺乏蛋氨酸会抑制骨骼肌中蛋白质的合成。

不同形式的蛋氨酸对动物生长性能的影响不同。分别饲喂添加蛋氨酸有效含量为0.10%的DLM、MHA-Ca和包膜蛋氨酸（CME）的试验饲粮，肉种鸡的生产性能无显著差异，但以CME对肉种鸡的促生长效果最佳。Kim等研究表明，在饲粮中添加L-蛋氨酸比添加DLM更能提高保育猪的平均日增重以及十二指肠的绒毛高度和GSH浓度。可见，饲粮中添加适量的蛋氨酸，可达到提高动物生长性能的效果，但对动物生长性能促进效果大小与添加到饲粮中蛋氨酸的形式有关。

畜禽不同阶段对蛋氨酸的需求量不同（见表3、表4），饲粮中蛋氨酸的添加量过多，不但不能促进动物的生长，反而会出现抑制作用。饲粮中蛋氨酸的比例不平衡，对动物短期的生殖功能和后代长期的生理机能均产生不利影响。

表3 猪的蛋氨酸需要量[38]

表4 不同类型鸡的蛋氨酸需要量[39]

4.2 对畜禽抗氧化功能的影响

蛋氨酸自身具有抗氧化作用，其残基中的二硫键可以与活性氧反应生成蛋氨酸亚砜（methionine sulf⁃oxide，MetO），MetO在蛋氨酸亚砜还原酶（methionine sulfoxide reductase，Msr）作用下可重新生成蛋氨酸。蛋氨酸的这种抗氧化作用，可以保护其参与组成蛋白质和其他分子的稳定性和生物活性。蛋氨酸是合成GSH的前体物质，GSH在动物体内具有较强的抗氧化作用，可以通过其还原性巯基参与体内的氧化还原反应。巯基与体内的自由基结合，可直接使自由基还原成酸性物质，加速自由基的排泄，抵抗自由基对重要脏器的损害。另外，GSH除了具有清除氧自由基作用外，还能增强抗氧化物酶的活性、提高机体抗氧化防御能力等。

Chen等研究表明，在断奶仔猪饲粮中添加L-蛋氨酸，可以增加血液和组织中Cys和GSH的含量，降低血液中Cys/胱氨酸氧化还原电势和组织中GSH氧化态/还原态的电势。林祯平等报道，饲粮蛋氨酸水平从0.26%增加到0.76%，能显著提高28～70日龄狮头鹅的机体抗氧化功能，饲粮蛋氨酸水平为0.66%时机体的抗氧化能力最强，谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）、超氧化物歧化酶（SOD）活性和GSH含量最高。

在肉种鸡饲粮中添加DLM、MHA-Ca和CME，能增强肉种鸡的抗氧化功能，提高肝脏和肾脏中GSHPx和SOD的活性。给肉鸡饲喂MHA及其钙盐，可显著提高十二指肠和空肠GSH/GSSG比值以及过氧化氢酶（CAT）活性，降低丙二醛（MDA）水平。与DLM相比，MHA及其钙盐能更好地提高肠道的抗氧化能力，降低ROS水平，维持肠道氧化还原稳态，促进肠道的健康发育。以上资料表明，蛋氨酸可以提高畜禽的抗氧化功能，并且与饲粮中蛋氨酸的添加形式和添加量存在关系，在畜禽养殖生产中蛋氨酸的添加应根据实际情况而定，最大程度发挥蛋氨酸的功能。

4.3 对畜禽免疫功能的影响

多项研究表明，在饲粮中添加适量的蛋氨酸可以提高畜禽的免疫功能。例如，0.3%蛋氨酸可显著提高仔猪脾脏指数。在动物饲粮中添加适量的蛋氨酸，还可以促进动物外周血、胸腺、脾脏T淋巴细胞增殖转化能力，提高细胞免疫应答反应；而蛋氨酸缺乏，则会降低机体的免疫功能。Parvin等报道，细胞免疫反应随饲粮中蛋氨酸水平的增加而增强，添加量为6.0 g/kg时免疫反应最强。雏鸡饲粮中的蛋氨酸水平达到6.5 g/kg时，细胞免疫反应最强，但不影响抗体效价。另外，蛋氨酸可显著影响仔猪血液中IgG的效价及半数溶血值，当饲粮中蛋氨酸含量为0.39%时仔猪的体液免疫功能较强。这表明，蛋氨酸可通过促进畜禽的免疫器官、免疫细胞生长发育来提高畜禽的免疫功能，进而促进畜禽的健康生长。

4.4 对畜禽肠道健康的影响

肠道不仅是吸收营养物质的主要部位，还是动物体内最大的免疫器官和内分泌器官，因此维持肠道健康对提高动物的生产性能具有重要意义。最近，有不少研究报道了蛋氨酸与动物肠道健康的关系。例如，在饲粮中添加0.12%的L-蛋氨酸，可显著增加断奶仔猪的小肠绒毛高度和绒毛高度/隐窝深度比值；在饲粮中添加0.24%的液体蛋氨酸羟基类似物，可降低断奶仔猪的腹泻率和结肠大肠杆菌和沙门氏菌数量，增加小肠绒毛高度/隐窝深度比值及结肠乳酸杆菌数量；在断奶仔猪饲粮中添加MHA 14 d后，可显著提高断奶仔猪空肠和回肠中杯状细胞的数量以及肠道谷胱甘肽的含量。以上的研究表明，饲粮中添加不同形式的蛋氨酸能促进仔猪肠道的健康发育，维持肠道结构完整和功能正常发挥。而肠道健康水平决定着动物的健康状况。

肠道微生物可调节宿主的生理功能，对机体健康的维持至关重要。Dahiya等研究发现，在基础饲粮中添加0.8%的DLM可增加肉鸡盲肠中乳酸菌的数量，减少回肠中大肠杆菌和D群链球菌的数量。王之盛等报道，MHA可抑制大肠杆菌、坏死性肠炎梭菌和鸡白痢沙门氏菌，减少仔猪的腹泻率。肠道中栖息着复杂多样的微生物菌群,能调节宿主很多生理过程，以上研究表明，蛋氨酸添加到饲粮中，可以使得肠道微生物区系发生变化，而这种变化对于畜禽的生长是有利的。

5 小结

蛋氨酸是畜禽的一种必需氨基酸，具有非常重要的营养价值和生理功能。随着研究的不断深入，发现蛋氨酸不仅仅是蛋白质合成的原料，对动物的免疫功能、抗氧化功能和肠道发育等也具有重要作用。在畜禽养殖生产中，充分发掘和利用蛋氨酸的功能，在一定程度上对减少抗生素的使用具有十分重要的作用。但是，蛋氨酸对畜禽的生理功能具有两面性，添加量过高会产生一定的毒副作用，对动物的生长发育产生不利影响。为了提高畜禽的生理功能，应根据畜禽类型、品种、生长阶段、饲养条件和生产目的来确定饲粮中蛋氨酸的合理添加量。

（参考文献39篇，刊略，需者可函索）