摘 要 對精胺的代謝調節、生物學功能以及對消化道的調節作用等各方面的研究進展作了綜述，淺析了精胺在動物營養上的應用前景，并對精胺今后的研究方向以及存在的問題作了探討。精胺對消化道黏膜上皮細胞正常生長發育以及在對損傷的適應與修復過程中起重要作用，精胺的發現與應用為促進仔豬小腸細胞增殖和胃腸道發育的研究提供了一個新的思路。 關鍵詞 精胺；仔豬；腸黏膜上皮細胞；斷奶綜合癥 精胺（spermine，SPM）是多胺（polyamine）的一種，是生物代謝過程中產生的具有生物活性的低分子量脂肪族含氮堿。精胺在生物體內含量不高，卻是微生物、動物及人體合成核酸和蛋白質所必需的一種調控物質。凡生長旺盛的組織，如胎肝、幼仔胃腸道及癌腫中，都伴有精胺合成和分泌的明顯增加，并且先于DNA、RNA及蛋白質的合成。精胺的大部分生物功能是建立在與DNA、RNA、蛋白質及帶負電的膜成分之間靜電反應的基礎上的。近年來，許多試驗研究表明，精胺對動物腸道細胞的增殖和損傷的修復有重要作用，適宜劑量的精胺能促進幼仔動物胃腸道生理生化指標達到成年動物水平。仔豬斷奶前期，腸道仍處于發育階段，各項生理、生化指標尚不完善，而斷奶過程中所遭受到的各方面應激惡化了這種內在的生理狀態。通過在仔豬日糧中添加或口服精胺，有望解決生產中所面臨的“仔豬斷奶綜合癥（early weanling syndrome，EWS）”問題。 1 精胺的合成與代謝 精胺化學名為[N,N-雙-3丙氨基]-1，4-雙胺，分子式H2N（CH2）3NH（CH2）4NH（CH2）3NH2，分子量202.3。生物體內包括精胺在內的多胺都以多價正離子形式存在（見圖1）。多胺來自以下幾個途徑：①母乳和日糧（母乳中含有多胺；植物組織中，特別是豆科類植物中精胺含量較其它植物種類高）；②胃腸道的分泌；③組織中脫落的細胞；④腸道內微生物的合成。外源性多胺和內源性多胺共同發揮體內多胺的生物學功能。 生物體內存在著一套完整的機制以調節多胺的濃度并維持多胺池的動態平衡，包括多胺的從頭合成、逆向互變、吸收、降解、排泄等環節。 1.1 精胺的代謝途徑 多胺的代謝可分為兩個主要途徑：互變途徑（polyamine interconversion）和終末代謝途徑（terminal degradation of polyamines）。 1.1.1 精胺的互變途徑（見圖2） 精胺的前體是Ｌ-鳥氨酸（L-ornithine）和L-蛋氨酸（L-methionine）。Ｌ-鳥氨酸在鳥氨酸脫羧酶（ornithine decarboxylase，ODC）催化下脫羧生成腐胺， 腐胺在精脒合成酶的作用下經過一次丙胺基轉移反應生成精脒,精脒在精胺合成酶的作用下再經過一次丙胺基轉移反應生成精胺。Ｌ-蛋氨酸經Ｌ-蛋氨酸腺苷轉移酶催化生成S-腺苷蛋氨酸（SAM），后者再經S-腺苷蛋氨酸脫羧酶（S-adenosylmethionine Decarboxylase SAMDC）生成脫羧的Ｓ-腺苷蛋氨酸（dcSAM），為精脒和精胺的合成提供丙胺基（CH2CH2CH2NH2）。 1.1.2 終末代謝途徑 精胺經精胺乙酰轉移酶、精脒乙酰轉移酶（spermine、spermidine Acetyltransferase，SSAT）和多胺氧化酶（Polyamine Oxidase，PAO）及其它胺氧化酶，逆向互變逐步降解為精脒、腐胺,而腐胺由氧化酶生成氨基丁酸，最后生成胺離子和二氧化碳排出體外。 1.2 精胺代謝的調節 體內多胺水平受各種代謝酶及其抑制物的調控，在多胺合成途徑中共有4個酶參與，即2個脫羧酶（ODC和SAMDC）和2個丙胺基轉移酶（精脒合成酶和精胺合成酶）。兩種脫羧酶在動物細胞內含量較低，半衰期很短，且極易誘導，是多胺合成的關鍵酶，丙胺基轉移酶在細胞內的含量相對高得多。ODC是多胺合成的限速酶，其活性依賴于磷酸吡哆醛，半衰期在10~30min。許多刺激細胞生長和分裂的激素和藥物（如谷氨酰胺，Gln）刺激細胞后，其酶活性可增大1 000倍，停止刺激后又可迅速降低至正常水平。其中，Gln刺激ODC活性上升還需要表皮生長因子（EGF）的輔助，提示谷氨酰胺和表皮生長因子可增強精胺的生物學功能。 2 精胺促進細胞增殖的機理 精胺被許多學者認為是細胞的啟動劑，與細胞的增殖、分化和凋亡有關，并能強烈影響細胞DNA、RNA和蛋白質的代謝。體外試驗表明，精胺與細胞周期（見圖3）關系密切，細胞從G1期進入S期時，需要一定濃度的精胺。細胞受促有絲分裂劑刺激后，精胺濃度先于DNA、RNA和蛋白質合成增加而增高，從細胞G1期到有絲分裂期間，細胞內腐胺、精脒和精胺的含量都逐步增加。 精胺特有的結構決定了其在促進細胞增殖和分化中的作用。由精胺的分子式可見，在生理pH下，精胺裸露的4個氮原子空軌道具有強烈的親和電子作用，所以精胺帶有高密度的正四價陽離子。帶陽離子的N原子可以與多價陰離子的生物大分子（DNA、RNA等帶有負電荷的磷酸基團）以次丙基部分把相同鏈上相鄰的磷酸基團連接起來，連接核酸分子雙螺旋鏈之間的小溝，形成穩定的雙螺旋結構，這稱之為“ion-bridging”模型作用。精胺通過“ion-bridging”可以對DNA起濃縮作用，形成圓柱形超螺旋結構，可以使DNA抵抗DNA酶（Dnase）的作用，增加DNA合成的起始效率和合成過程的專一性。 包括精胺在內的多胺都具有促進細胞增殖的作用，只是由于3種多胺的陽離子效價不同，而作用程度不同。有學者通過體外DNA融解曲線證明，精胺更適合與DNA、RNA的磷酸基團結合，使遺傳大分子的空間結構更加穩定。 3 精胺對小腸的調節作用 對幼齡動物而言，腸道處于發育成熟的初期，腸上皮細胞快速增殖，周轉代謝率高，細胞代謝機能亢奮。小腸上皮細胞內精胺含量較高，且隨細胞的生長和分化，其含量逐漸增高。小腸隱窩細胞是具有增殖潛能的未分化腸上皮干細胞，是成熟上皮細胞的前身。隱窩細胞增殖、分化、遷移，是小腸黏膜正常自我更新或黏膜損傷后進行修復的主要的生理、病理學基礎。鳥氨酸脫羧酶和精胺在這一過程中起著十分重要的作用。有試驗證明，口服適量（3~8μmol/d）精胺能促進9~14日齡的幼齡動物小腸生理生化指標達到21~36日齡的水平。 3.1 小腸細胞的增殖、分化與遷移 哺乳動物的各器官中小腸黏膜上皮細胞更新最快，它屬于單層柱狀上皮細胞，表面有許多細小的腸絨毛（intestinal villus）。絨毛根部的上皮下隱至固有層形成管狀的小腸腺（small intestinal gland），又稱腸隱窩（intestinal crypt）。絨毛部上皮由吸收細胞、杯狀細胞和少量內分泌細胞組成，小腸腺上皮除上述細胞外，還有潘氏細胞和未分化細胞。絨毛表面的吸收細胞游離面在光鏡下可見明顯的紋狀緣，電鏡觀察表明它是由密集而規則排列的微絨毛構成。微絨毛表面上有一層厚0.1~0.5μm的細胞衣，它是吸收細胞產生的糖蛋白，內有參與消化碳水化合物和蛋白質的雙糖酶和肽酶，并吸附有胰蛋白酶、胰淀粉酶等，細胞衣是消化吸收的重要部位。 小腸黏膜基底隱窩是細胞增殖的能量庫，小腸黏膜的所有上皮細胞被認為來自位于隱窩底部的干細胞。小腸干細胞是一種未分化細胞，能夠自我穩定和分化成幾種不同的子細胞系。干細胞是自我復制還是分化成為功能細胞取決于所在的微環境和干細胞本身的狀況。所謂的微環境包括干細胞與周圍細胞，干細胞與細胞外基質以及干細胞與各種可溶性因子的相互作用；而干細胞本身的因素包括了調節細胞周期的各種周期素（cyclin）和周期素依賴激酶（cyclindepe-ndent kinase），基因轉錄因子以及影響細胞不對稱分裂的細胞質因子和細胞器官等。精胺的生物合成可能在調節周期素和周期素依賴激酶以及基因轉錄因子方面具有重要作用。 隱窩內細胞的分化能力與位置有關，越往上細胞增殖能力越小，反之越向底部細胞分化增生能力越強。隱窩上部的細胞壽命大約2~3d，可通過細胞S期標記計算隱窩內細胞遷移率和細胞位置的變化，推算出小腸隱窩內細胞遷移的起源在第4個位置（從底部起），為小腸干細胞錨著點。小腸干細胞增殖分化以不對稱分裂和對稱分裂兩種方式進行，而采取何種方式則取決于組織內部微環境增殖后的暫短擴增細胞（TAC），干細胞將迅速分化為5種不同表型的細胞：即潘氏細胞 、杯狀細胞、內分泌細胞、M細胞和腸吸收細胞。除潘氏細胞向下遷移至隱窩底部外，其它細胞均以排擠的方式沿隱窩－絨毛軸向絨毛端遷移。隨著這些細胞向絨毛端遷移，它們失去了進入細胞周期的DNA合成期（S期）的能力，不再增殖。細胞遷移出隱窩后便逐漸分化，開始表達成熟細胞的功能性基因產物，如堿性磷酸酶、蔗糖酶、乳糖酶等。已經分化的或正在分化的腸上皮細胞繼續沿絨毛表面遷移，最后達到絨毛頂端，然后發生凋亡或被排擠出進入腸腔。腸上皮的更新通過細胞的增殖—遷移—分化—凋亡這一連續的生物學過程得以實現，從而維持腸上皮細胞結構和功能的完整性。 3.2 精胺促進幼齡動物小腸成熟的效果研究 對精胺促進小腸成熟的主要指標有以下幾個方面：①小腸的重量和單位長度的腸黏膜重量。②小腸各項生理生化指標，包括腸道pH值、滲透性、二糖酶活性、肽酶活性、蛋白質總量、DNA和RNA含量、mRNA表達等指標。③腸道組織學檢驗，包括小腸各部位的顯微檢驗和小腸遠端的透射電鏡檢驗。④小腸免疫功能發育。通過測定小腸免疫細胞的發育，揭示精胺對小腸發育的影響。⑤血漿激素水平檢驗。測定各激素的水平，尋找精胺可能通過促進激素的釋放而促進小腸成熟的非直接途徑。 Dufour等(1998)在出生后第12d的大鼠上試驗，通過每天兩次口服精胺（6μmol/d），連續3d，到第15d宰殺大鼠。測定腸道生理生化指標，數據顯示：口服精胺使大鼠第15d的小腸發育指標、蛋白濃度、DNA濃度、二糖酶水平和3種多胺濃度與正常發育到第36d的大鼠相似，表明精胺促進了腸道的提前成熟，且這種效果比口服6μmol/d的精脒更好。這與Hou 等（2001）體外試驗顯示的精胺效果優于精脒和腐胺的一致。 But等（1993）在出生后第10d的哺乳大鼠上試驗，分別口服精胺0.2、0.5、1.0、2.5和5.0μmol/d,連續口服4d后，第14d宰殺大鼠，測定腸道生理、生化指標發現：口服5.0μmol/d精胺比口服生理鹽水的對照組十二指腸單位長度的腸黏膜重量提高12%~57%（P<0.05）；麥芽糖酶活性提高了177%（P<0.01）；氨基肽酶活性提高了54%（P<0.01）；蔗糖酶活性提高了66倍（P<0.01）；乳糖酶降低了57%（P<0.02）；腸道酶活性指標達到第20d正常哺乳大鼠的水平；腸絨毛和隱窩的分泌型免疫細胞（SC-IgG）的數量分別提高19倍和3.6倍。血漿激素水平檢驗顯示，對照組檢驗不出腎上腺皮質激素，而口服5.0μmol/d精胺組檢出了高含量的腎上腺皮質激素， 證明精胺誘導了腎上腺皮質激素的釋放，提示精胺可能通過促進腎上腺皮質激素的提早釋放途徑，促進腸道成熟。試驗組間各項生理生化指標比較顯示，當精胺劑量高于2.5μmol/d時，這種腸道提前成熟更顯著，表明精胺的作用效果有劑量依賴性。 4 精胺在動物營養上的研究 多胺的研究主要集中在醫學研究領域，特別是在臨床醫學和癌癥學上的研究已經趨于成熟。相對而言，在動物營養上的研究，無論從數量上還是研究的深度和廣度上都還十分滯后，在仔豬上的研究更是少之又少。 到目前為止，精胺在動物營養上使用的研究，只有一篇在肉雞上的飼養試驗報道（Sousadias等，1995）。試驗結果顯示，在120周齡的成年公雞日糧中分別添加0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%的高濃度精胺，飼養14d，0.6%、0.8%和1.0%試驗組死亡率分別為25%、50%和60%。在同樣試驗條件下，添加0.037 5%、0.075%和0.100%的精胺，除0.037 5%試驗組飼料轉化效率有所改善外，其它試驗組的各項生長指標與對照組相比無顯著差異。本試驗提示，高濃度精胺對成年雞有嚴重的毒害作用，適宜濃度的精胺才能發揮其在動物體內的正常生物學功能。尋找精胺在日糧中適宜的添加量是其應用中需解決的首要問題。美國一家營養和食品研究機構以大鼠為研究對象，測定了精胺的急性和亞急性中毒劑量，得出結論，未產生不利影響的精胺水平為每天每千克體重19mg。 精胺對消化道黏膜上皮細胞正常生長發育以及在對損傷的適應與修復過程中有重要作用，精胺的發現與應用為促進仔豬小腸細胞增殖和腸道發育的研究提供一個新的思路。但精胺在仔豬上的應用還屬于一個新的技術，要想取得良好的效果，必須解決好以下幾個問題：①精胺在腸道和內臟組織中的代謝；②外源性精胺對體組織內多胺代謝的影響；③精胺使用的最佳添加時間和最佳延續時間；④精胺在仔豬日糧中的最佳添加水平；⑤精胺與其它活性物質（Gln和EGF）協同作用效果和機制的研究。總之，精胺的研究與開發將為我國仔豬生產開辟一條新的途徑，為養豬業帶來一個新的突破。 參考文獻 1 Pegg A.E.，McCann P.P. 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