新经济环境下代谢组织学及其在动物营养中的应用研究

摘 要：随着世界经济环境的变化，人们对动物营养的需求和要求也在不断发生变化。因此，研究营养物质在动物体内的代谢过程及其在组织中的分布和运输方式是当前动物营养领域最重要的研究内容。代谢组织学（metabolomics）就是一门研究体内代谢产物在组织中分布、运输方式和代谢过程的科学。代谢组织学是以生物学为基础，综合物理学、化学、生理学、遗传学、病理学等学科，以系统科学为理论指导，对生物体进行整体系统研究的一门新兴学科。代谢组织学对动物营养和人类营养与健康都有着重要意义，可以为动物营养提供指导。在畜牧生产中，准确高效地检测动物体内代谢产物对正确判断动物健康状况有着重要意义。文章从代谢组织学的定义及其在动物营养中应用进行介绍，并进行一系列研究。

关键词：代谢组织学 动物营养 应用研究

中图分类号：F061.3；G71

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2024）02-180-02

代谢组织学（metabolomics）是一门新兴的边缘学科，主要研究生物体内的各种代谢物与生物体之间的复杂关系，通过研究这些关系来揭示和阐释生物体内各种生命活动过程。随着细胞生物学、分子生物学和蛋白质组学等技术的发展，代谢组织学的研究对象从细胞、组织逐渐扩展到整体生物体，甚至是人体中的细胞和组织。代谢组织学技术可以为营养和健康研究提供快速、有效且非侵入性的分析方法，如采用LC-MS/MS（HPLC-MS/MS）、FT-ICR MS/MS等技术检测特定代谢物或蛋白质与生物体之间的相互作用，已成为生命科学研究领域中一种重要的研究手段。

一、代谢组织学的发展概况

代谢组织学是一门研究生物体内代谢的细胞和组织的学科。它的发展与人们对代谢过程的认识和对细胞和组织功能的深入研究密不可分。20世纪初期，化学家和生物学家开始研究生物代谢和细胞功能，这为代谢组织学的发展奠定了基础。随着科学技术的不断进步，如电子显微镜、光学显微镜、放射性示踪技术和分子生物学等技术的出现和应用，代谢组织学在20世纪逐渐成为一门独立的学科。人们开始深入探索细胞内的化学反应，尤其是代谢反应，揭示了代谢与细胞功能之间的紧密联系。同时，人们还研究了细胞内的结构改变与代谢产物的分布之间的相互关系，从而形成了代谢组织学的基本理论。

代谢组织学发展历程分为四个阶段。第一个阶段是20世纪70年代，该阶段主要研究生物机体在外环境作用下的生理生化变化过程；第二个阶段是20世纪80年代，该阶段主要研究代谢产物与生物体之间的关系，以及影响生物体的因素；第三个阶段是20世纪90年代，该阶段主要研究生物体内代谢产物与生物体之间的相互作用；第四个阶段是20世纪末至今，该阶段主要研究生物机体内代谢产物对人体健康的影响。

目前，代谢组织学已经成为一门独立学科。虽然不同国家的代谢组织学研究存在差异性，但随着对代谢组织学研究的不断深入，其应用领域也不断扩大。随着研究方法的不断改进和发展，代谢组织学技术逐渐趋于成熟、完善和稳定。

20世纪60年代，对于代谢组织学的概念尚没有统一定义，一些研究者将其定义为“生物机体通过对外界环境刺激产生一系列生理生化变化而对其产生的反应过程”。20世纪70年代以后，该领域在研究方法和内容方面不断进步和拓展，人们逐渐将代谢组织学定义为“从生物体中提取、分析并解释生物体内代谢物与生物体之间相互作用过程中产生的大量生物信息”。此外，在研究内容方面也得到了一定发展。例如，研究内容从单一代谢物到多个代谢物；从单一基因表达到多种基因表达；从单一细胞功能到复杂细胞功能；研究领域由细胞组织扩展到整个生物体，甚至是人体中的细胞和组织。

二、代谢组织学在动物营养中的应用研究

代谢组织学是研究生物体在代谢过程中的细胞、组织及其功能的学科。在动物营养中，代谢组织学的应用研究具有重要的意义。它关注着营养素在动物体内转化的过程，探究着不同营养素与不同组织之间的相互作用，为动物营养学提供了重要的理论支撑和科学依据。

动物营养与人类健康密切相关，尤其是在动物饲料方面。代谢组织学作为一门新兴的交叉学科，主要应用于营养与人类健康之间的关系研究。随着人类生活水平的提高，对动物产品的需求量也日益增加，人们对动物产品质量要求也越来越高。传统的营养研究方法由于检测手段复杂，难以全面反映动物产品中营养物质的变化趋势。代谢组织学通过对动物体内代谢产物进行定性定量分析，可以更加全面地反映动物体内营养物质的变化情况，进而为人类提供更好的服务。

动物营养学的核心是研究动物对不同营养素的消化、吸收和利用。代谢组织学作为一种重要的研究方法，可以帮助我们更深入地了解动物对不同营养素的利用机理。比如，研究表明饲料中不同脂肪酸的组成对动物脂肪积累和消耗有着不同的影响。具体而言，油酸和亚油酸可以通过促进线粒体呼吸链功能而促进脂肪酸氧化，从而减少脂肪积累；而硬脂酸和反式脂肪酸则会抑制线粒体呼吸链功能，促进脂肪酸合成，从而增加脂肪积累。这些研究成果为生产实践提供了指导，帮助我们更加科学地制定饲料配方和营养方案。

如Gleason等研究发现，奶牛日粮中添加维生素E可以降低瘤胃pH值并促进瘤胃内微生物数量和蛋白含量增加。在饲料中添加锌可以提高动物对锌吸收利用，降低血液中锌含量，改变激素水平，但是当饲料中锌含量过高时会增加胃肠道的负担。当饲料中的矿物质含量超过一定限度时会抑制动物体内蛋白质吸收，引起脂肪沉积。研究发现在饲养过程中添加大豆可以提高牛奶中必需氨基酸、必需脂肪酸、非必需氨基酸和賴氨酸等氨基酸的含量，而且不会增加蛋白质沉积。Belska等发现，随着日粮中蛋白质水平增加（30%）和脂肪含量减少（2%）时，奶牛胃肠道内赖氨酸和蛋氨酸水平也显著降低。饲料中添加维生素E可以降低奶牛在采食量、产奶量、乳脂、乳糖含量和血氨基酸水平方面的差异。

此外，Gribenstedt等对母猪进行饲喂试验后发现添加维生素E可以提高其产奶量、乳成分和免疫功能。因此，在动物营养方面代谢组织学具有很大的发展前景。随着科学技术不断发展成熟和在临床上的广泛应用，代谢组织学在动物营养领域将会发挥越来越重要的作用。

同时，代谢组织学还能够帮助我们了解营养素对不同组织的影响，从而更好地理解动物对营养素的需求。比如，研究发现，不同的营养素对肌肉、肝脏、肠道等不同组织有着不同的作用。例如，蛋白质是肌肉合成的关键原料，而二十二碳六烯酸则是脑组织中的必须脂肪酸。代谢组织学的研究可以帮助我们理解不同营养素与不同组织之间的相互关系，制定更加科学的营养方案，促进动物健康发展。

在动物营养学的研究中，代谢组织学无疑是一种重要的研究方法。通过代谢组织学的研究，可以更加深入地了解动物对营养素的利用机理，从而制定更加科学的饲养方案，提高生产效益，同时也可以增强动物的健康水平。

三、以代谢组织学研究为基础的营养研究

代谢组织学是现代营养学的重要分支之一，它研究的是人体内的代谢过程和组织器官之间的关系，以及这些因素对健康和疾病的影响。营养学研究一直都是人类最关注的问题之一，因为饮食和营养健康是维持生命的重要因素之一。而代谢组织学研究的结果在很大程度上能够帮助我们了解人体的代谢过程，从而提高我们的饮食和健康水平，预防和治疗一系列营养相关疾病。

代谢组织学的研究对象主要是代谢物，也就是人体内的物质代谢产物，如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等。这些代谢物能够通过血液循环到达各个组织器官，从而影响和调节人体生理功能。代谢组织学的研究方法主要是利用代谢组学等技术手段，对这些代谢物进行定量和分析，探究不同代谢物之间的关系以及其与健康和疾病之间的联系。代谢组织学的研究对象涉及整个生物体，并不局限于动物或人体，而是将整个生物体作为一个整體。在动物营养和人类健康领域，代谢组织学的研究方法已成为研究的基础。

代谢组织学相关研究可分为两个阶段：一是在动物营养或健康领域中，通过代谢组织学检测特定代谢物或蛋白质与生物体之间的相互作用，筛选出健康和疾病相关的代谢物或蛋白质。二是在人类营养和健康领域中，通过代谢组织学分析特定代谢物或蛋白质在不同条件下的变化，并筛选出可能影响人类健康的代谢产物。

在动物营养领域中，代谢组织学技术应用于动物营养或健康研究包括：一是营养相关疾病，如人类糖尿病、肥胖症等；二是畜禽生产，如提高饲料转化率、减少饲料污染等；三是种畜繁殖性能，如提高母猪产仔数、仔猪出生重、胚胎成活率等。例如通过对玉米赤霉醇的体内分析可预测其在动物体内的代谢途径；通过对牛血清中蛋白质组分及蛋白质组之间相互作用分析可以预测其在瘤胃中的消化吸收。

在人类营养和健康研究领域中，代谢组织学技术被用于评估健康状况、预测健康发展趋势、发现潜在疾病和药物反应。例如采用代谢组织学方法检测人类肥胖、糖尿病等疾病的代谢标志物可帮助判断个体是否存在潜在风险。此外，一些特殊疾病也可采用代谢组织学技术进行评估：如帕金森病患者血清中肌酸激酶（CK）水平会随着年龄增加，通过检测CK水平可判断帕金森病患者是否存在异常代谢。根据代谢组织学分析结果，可以预测特定疾病的发生风险以及药物治疗效果。通过检测特定代谢物或蛋白质与生物体之间的相互作用来指导营养和健康研究，是目前代谢组织学研究的一种新趋势。

代谢组织学的发展也推动了对人体代谢异常疾病的研究。例如糖尿病，是一种因胰岛素分泌不足或细胞对胰岛素的敏感性降低而引起的一系列代谢障碍。代谢组织学通过对胰岛和肝脏等组织和器官的研究，揭示了糖尿病的发生和发展机制，为疾病的治疗和预防提供了理论基础。总结起来，代谢组织学是一门研究生物体内代谢的细胞和组织的学科。它的发展离不开人们对细胞、组织和代谢过程的认识，同时又推动了对代谢异常疾病的研究。在代谢组织学的持续努力下，相信未来将会有更多的新发现，为人类健康事业做出更大的贡献。

除了营养学研究之外，代谢组织学在医学和药物研发领域也有非常重要的应用。例如，在新药研发过程中，代谢组织学可以对药物在体内的代谢途径进行分析，帮助科学家设计出更加安全有效的药物，从而为疾病治疗提供更好的选择。

总之，代谢组织学的研究深入了解了人体内的代谢过程和组织器官之间的关系，为营养学、医学和药物研发等各个领域提供了重要的科学支撑和技术手段。未来，代谢组织学的研究将会更加深入，有望为人类健康和疾病预防治疗提供更加精准有效的解决方案。

四、结语

代谢组织学技术具有快速、非侵入性和成本低等优点，近年来得到广泛的应用。代谢组织学是将分子生物学、生物化学和系统生物学等多学科相结合的一门交叉学科，对人类和动物的健康有着重要意义。在新经济环境下，动物营养中的代谢产物检测由于其快速、精确、高通量、低成本等优势成为研究热点，结合其他分析方法如高效液相色谱/质谱联用（HPLC/MS）、毛细管电泳（CE）等技术可以检测动物体内多种代谢物。在畜牧生产中，通过检测不同代谢产物来全面了解动物健康状况、营养需求以及饲料原料对动物代谢产物的影响，从而采取有针对性的营养调控措施，能够促进动物生产性能的提高。这些技术都是基于代谢组织学检测技术，可以更深入地了解不同种类或同一种类不同个体间不同代谢物间的变化，从而更好地了解机体对营养物质的吸收与代谢情况。未来，代谢组织学技术将不断发展完善，应用领域不断扩展，以满足各种不同分析检测需求，从而更好地服务于畜牧生产。

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[作者简介：唐晓玲（1972—），女，汉族，湖南衡阳人，本科，教授，研究方向：动物营养。]（责编：建峰）