猪和肉鸡胃肠道中植酸降解模式的最新研究进展(续1)

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

中图分类号：S816.79 文献标志码：C 文章编号：1001-0769（2019）02-0053-04

3  植酸酶的作用

3.1 内源性黏膜植酸酶的作用

当饲料缺乏肌醇1，2，3，4，5，6-六磷酸二氢（myo-inositol 1，2，3，4，5，6-hexakis dihydrogen phosphate，InsP6）降解酶时，需要对其他酶源水解动物消化道中的InsP6的潜在贡献进行讨论。虽然人们通常假设动物不会在其肠上皮产生内源性植酸酶，但是越来越多的证据表明这种假设是不正确的。

有关猪肠上皮植酸酶的信息比家禽的少。一项研究报告了仔猪的黏膜水解酶在体外对InsP3、InsP4、InsP5和InsP6的活性，并且发现空肠上的黏膜酶活性高于十二指肠和回肠上的（Hu等，1996）。在家禽中，研究主要针对肉鸡，但利用产蛋鸡进行的研究显示小肠不同部位的纯化的刷状边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）发现肠上皮植酸酶（epithelial phytase）的活性在十二指肠制剂中最高而在小肠的较后段制剂中下降。一些证据表明，当肠腔含有较高浓度的无机磷酸盐（Pi）时，肠上皮植酸酶的分泌减少（Huber等，2015）。Applegate等（2003）发现，与含0.4%钙的日粮相比，钙含量为0.9%时上皮植酸酶的分泌量也减少了。然而，据说内源性植酸酶分泌的调节尚未得到充分检测，并且当时研究人员并没有评估内源性植酸酶对肠InsP6分解的定量贡献（Huber等，2015）。由于它们的位置，刷状边界膜相关植酸酶可能只与发生在肠腔中的水解具有有限的相关性。此外，内源酶在消化道环境中可能表现出与充分标准化的体外试验条件下不同的特性。在用含不同添加水平的无机磷酸盐和植酸酶（Zeller等，2015c）的日粮饲喂后，肉鸡十二指肠/空肠中InsP6分解的程度与同行研究中测得的内源性上皮植酸酶活性无关（Huber等，2015）。在三项使用不同的日粮钙和维生素D3组合以及不同肉鸡品系的试验中（Applegate等，2003），研究人员在一个试验中观察到了pc InsP6消失与肉鸡肠道刷状边缘膜囊泡的植酸酶活性的Vmax之间有显著的相关性，然而未在另外两项试验中观察到这种关系。因此，尽管此试验清楚地表明肠道刷状边界膜小泡存在显著的酶活性，但由于消化道的复杂情况，其与InsPx降解的定量相关性仍需要阐明。

3.2  内源性微生物植酸酶的作用

动物肠道内活性植酸酶的另一个潜在来源是定植在动物消化道中的微生物。关于猪，Humer等（2015）观察到胃肠道中的植酸酶活性可以忽略不计。同样，在大肠附近，由猪胃肠道中的微生物植酸酶产生的InsP-P的植酸水解和释放程度也至关重要（Pagano等，2007;Selle和Ravindran，2008）。在给猪饲喂无植酸酶的日粮后研究植酸酶沿着猪胃肠道的活性时，Pagano等（2007）发现酶在结肠中有高水平的活性，但在肠道前段没有高水平的活性。相应地，Schlemmer等（2001）和Seynaeve等（2000）已經发现InsP6在猪回肠后大量消失。由于磷的吸收主要发生在小肠的上端，所以在结肠内分裂的InsP6-P与提供给猪的磷无关。Kerr等（2000）发现，与传统的非限菌肉鸡相比，限菌肉鸡盲肠内容物中的InsP6含量显著高于常规肉鸡中的。在产蛋鸡中，盲肠内容物中的特定植酸酶在活性上比来自嗉囊、胃和小肠内容物中的植酸酶高10倍以上（Marounek等，2010）。这些结果表明微生物显著参与了肠道内InsP6分解过程。体外研究已经显示了各种细菌对InsP6降解的活性（Konietzny和Greiner，2002;Vats和Banerjee，2004）。此外，Raghavendra和Halami（2009）将从鸡肠中分离到的产乳酸细菌鉴定为潜在的InsP6降解候选菌。在肉鸡小肠中的细菌中，乳酸杆菌是最常见的一种（Rehman等，2007）。有趣的是，肉鸡在喂给添加了乳酸杆菌的日粮后，体内磷的沉积量增加（Angel等，2005）。当使用深测序技术时，Witzig等（2015）发现乳酸杆菌是肉鸡嗉囊和小肠中的主要细菌，但是小肠和嗉囊中乳酸杆菌的菌型不同。除了优势菌型之外，研究人员在类杆菌属、伯克霍尔德菌属和三种双歧杆菌属中鉴定了InsP6磷酸酶的基因，这些细菌都存在于鸡的消化道中（Stentz等，2014;Tamayo-Ramos等，2012）。这有力地支持了鸡肠道微生物对InsP6分解有贡献的假设。然而，对于上皮植酸酶，研究人员目前还不能定量分析微生物植酸酶的定量相关性。

也许嗉囊微生物群对InsP6在消化道后端的降解很重要。乳酸杆菌能够在消化道后端定植并产生酶。水合作用和温度有利于细菌的生长和酶的活性增强（Svihus等，2002）。食糜在嗉囊中的短时间滞留可能会导致酶在嗉囊中产生，并主要在消化道随后部位特别是肌胃中活动。随后，在小肠中，来自肠道上皮的植酸酶和其他磷酸酶也会参与进来，所有这些酶一起促使InsP6的降解。这种假说仍然需要在进一步的试验中检验，但是该假说可以扩展到猪消化道中缺少“预发酵”部位，这是观察到InsP6在猪和家禽消化道中降解上存在差異的原因。

肉鸡盲肠中的微生物群具有很大的多样性，包括已知能够分解InsP6的细菌菌种（Rehman等，2007;Witzig等，2015）。相应地，Marounek等（2008）指出，在饲喂玉米-豆粕型日粮后，产蛋鸡盲肠中植酸酶的活性远高于消化道前段中的。限菌肉鸡粪便中InsP6的含量高于常规肉鸡盲肠粪便中的（Kerr等，2000）。这表明微生物对盲肠中InsP6的分解有很大影响。事实上，当日粮不含植酸酶时，只有不到10%的InsP6在肉鸡盲肠中会被回收（Zeller等，2015b）。然而，盲肠中InsP6水解与肉鸡的相关性尚不清楚。基于Son等（2002）的研究结果，我们可以假定不超过四分之一的回肠食糜会进入盲肠用于发酵。回肠吸收后的磷尚未见报道。因此，盲肠中InsPx释放出的磷以磷酸盐形式排出或以其他形式结合被分泌出。在猪上，粪便中InsP6较低的回收率以及pc InsP6相对少的降解也表明在消化道的回肠后隔室中发生大量的微生物InsP6降解。

4  植物植酸酶活性的相关性

Eeckhout和De Paepe（1994）以及Rodehutscord等（2016）指出，某些植物种子和饲料含有固有的植酸酶。小麦、黑麦、黑小麦等谷物含有较高的内源性植酸酶，然而豆科作物种子含有较低的内源性植酸酶。人们很难在油籽和玉米中检测到植酸酶。内源性植物植酸酶——假设它在饲料加工过程中没有失活——原则上可以促进InsP6在动物消化道中的降解。在猪和肉鸡之间，InsP6水解存在相关性差异。

4.1 猪

Schlemmer等（2001）测定发现，猪在饲喂含有高内源性植酸酶的饲料后，其胃消化物中植酸酶活性降低了90%。然而，与采用挤压日粮相比，InsP6对胃和小肠中总InsPx的贡献在使用未经处理的日粮时较低。胃以及十二指肠中不适宜的pH可能会导致这些内源性植物植酸酶强烈失活。胃和小肠中的pH有利于蛋白水解酶，该酶可以分解植物植酸酶，使其在小肠后端中无法检测到（Yi和Kornegay，1996）。沿着这一线索，Schlemmer等（2009）总结道，植物植酸酶可能不参与小肠和大肠中InsP的相关水解。与未处理的日粮相比，小麦-大麦-豆粕型日粮在通过90 ℃左右的蒸汽制粒后其内源性植酸酶的失活仅导致29% pc InsP6-P降解，而前者则导致52%的InsP6-P降解（Blaabjerg等，2010）。使用包括低日粮磷的标准化试验条件研究不同原料中磷在猪上的消化率表明，小麦和黑麦中磷消化率最高（高植酸酶活性），其次是大麦（中等植酸酶活性）和玉米或油籽粕（低/无植酸酶活性）（Düngelhoef等，1994;Hovenjürgen等，2003;Rodehutscord等，1996）。这说明，如果内源性植物植酸酶在饲料加工期间没有被破坏，其是磷在猪消化道中消化的一个有意义的影响因素。

4.2 家禽

在肉鸡中，植酸酶主要在肌胃中蛋白质水解开启之前的嗉囊中起分解作用。然而，一个争议点是内源性植物植酸酶与肠内InsP6的分解相关性如何。对小麦型日粮进行的磷在动物体内的沉积研究发现，所用批次的小麦中内源性植酸酶的活性与磷在肉鸡体内的沉积之间存在某种正相关性（Barrier-Guillot等，1996;Oloffs等，2000）。当喂给挤压加工小麦而不是非挤压加工小麦时，磷在肉鸡体内的沉积率也较低（Oloffs等，1998）。其他使用不同谷物和不同植酸酶进行的研究没有发现日粮中内源性植物植酸酶的活性与InsP6在肉鸡消化道的降解率之间有关系（Juanpere等，2004;Leytem等，2008）。鉴于这些不同的研究结果，顺着消化道研究内源性植酸酶的作用非常令人感兴趣。在将微波处理的小麦替代未经处理的小麦加入日粮后，内源性植酸酶的活性和InsP6在肉鸡嗉囊内的降解率均显著减少（Zeller等，2016）。然而，随着内源性植酸酶进一步通过消化道，在含有微波处理小麦或未经处理小麦的日粮之间存在的InsP6分解差异降解。这些差异表明其他植酸酶源弥补了内源性植物植酸酶活性的缺乏（Zeller等，2015a）。其他研究人员也得出结论，与内源性上皮植酸酶和微生物植酸酶相比，在肉鸡回肠末端测定时，内源性饲料植酸酶似乎对InsP6的降解贡献很小（Leytem等，2008;Shastak等，2014）。当一个植酸酶含量低于检测限度的玉米型日粮与一个含有660 U/kg植酸酶的小麦型日粮相比较时，大约为61%的pc InsP6在肉鸡消化道中降解，并且这两种日粮在pc InsP6降解率上没有差异（Shastak等，2014）。总的来说，从本文中可以看出内源性植物植酸酶相关性评价上的差异还没有得到解释。这可能与日粮中的磷和钙矿物质含量有关。

（待续）