李曉麗 呂 林 解競靜 張麗陽 羅緒剛＊

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100093；2.河南科技大學(xué)動物科技學(xué)院，洛陽471003）

錳（Mn）是動物必需的微量元素之一。自Wilgus等［1］于1937年首次發(fā)現(xiàn)錳能有效防止雛雞發(fā)生滑腱癥以來，錳對家禽的營養(yǎng)作用就一直受到重視。此后，對關(guān)于錳與動物的生長、骨骼發(fā)育、正常生殖性能的維持等方面進行了大量的研究［2－6］。由 于 家 禽 對 錳 的 吸 收 率 低 （為 1% ～3%），排出量大，故錳對雞等家禽具有特殊的重要性［7］。如何提高雞等家禽對錳的吸收利用、減少錳的排出，對于發(fā)展健康、環(huán)保、高效的養(yǎng)禽業(yè)意義重大。因此，本文擬從錳在雞等家禽腸道的吸收特點、影響錳吸收的因素及其分子機制等方面進行綜述，為尋找有效提高家禽錳吸收利用的途徑提供參考依據(jù)。

1 錳的吸收、代謝及排泄

家禽對錳的吸收，主要是在小腸部位。而Ji等［8－10］用外翻腸囊和原位結(jié)扎灌注腸段法在肉仔雞上的研究均發(fā)現(xiàn)，回腸是錳吸收的主要部位。錳的吸收包括3個步驟，首先，腸腔中的錳被腸黏膜上皮細胞攝取，然后錳在上皮細胞內(nèi)轉(zhuǎn)移，最后，錳經(jīng)上皮細胞基底膜進入血液。有研究表明，進入血液中的錳一部分保持游離狀態(tài)，一部分迅速與α2巨球蛋白結(jié)合，上述2種形態(tài)錳（Ⅱ）很快被鐵氧化酶Ⅰ氧化成錳（Ⅲ），錳（Ⅲ）與血漿中轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合以轉(zhuǎn)鐵蛋白結(jié)合錳的形式被肝外組織攝?。?1］。血漿中錳大多與γ球蛋白和白蛋白結(jié)合，少部 分 與 轉(zhuǎn) 鐵 蛋 白 結(jié) 合［12－13］。Keen等［14］報道，錳經(jīng)動物小腸吸收后大部分通過門靜脈轉(zhuǎn)運到肝臟，進入肝臟的錳至少進入5個代謝池，分別是溶酶體、線粒體、細胞核、新合成的錳蛋白和游離的二價錳離子［14－15］。

家禽體內(nèi)錳排泄的主要途徑是經(jīng)膽汁從糞中排出，當(dāng)體內(nèi)錳過量或膽汁排泄途徑受阻時，胰液對錳的排泄量增加。另外，十二指腸、空腸腸壁也可作為錳排泄的輔助途徑［16］。

2 錳的吸收特點及方式

對微量元素錳吸收動力學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，動物腸道對錳的吸收包括非飽和擴散與飽和載體轉(zhuǎn)運2種途徑。已有研究表明，無機錳在腸道中的吸收方式與錳水平密切相關(guān)。Bell等［17］利用大鼠刷狀緣膜囊模型的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)培養(yǎng)液中加入高水平錳（1 000～90 000mmol/L）時，錳以非飽和擴散方式進行轉(zhuǎn)運，且不受大鼠年齡的影響。Garia－Aranda等［18］在大鼠上的研究表明，當(dāng)灌注液中錳水平為0.012 5～0.100 0mmol/L時，錳在大鼠空腸和回腸主要通過一種高親和性、低吸收力的飽和載體方式進行轉(zhuǎn)運。本實驗室前期在肉仔雞原位結(jié)扎腸段中灌注水平為0.13～8.74mmol/L錳時，發(fā)現(xiàn)無機錳在結(jié)扎十二指腸和空腸中是以飽和載體轉(zhuǎn)運方式吸收，在回腸則是非飽和擴散方式吸收［19－20］。Finley等［21］對 錳 的 Caco－2細胞吸收研究表明，從頂端到底端的錳吸收率低于底端到頂端的吸收率；頂端到底端吸收和轉(zhuǎn)運呈高度濃度依賴型；但底端到頂端的吸收和轉(zhuǎn)運呈飽和型。Leblondel等［22］用 Caco－2細胞單層模型研究認為，當(dāng)培養(yǎng)液中添加水平為0.025～2.000mmol/L的錳時，錳從 Caco－2細胞頂膜到基底膜是以飽和載體轉(zhuǎn)運＋非飽和擴散2種方式進行轉(zhuǎn)運，且錳的吸收可以被Ca2＋、Fe2＋所抑制，表明它們可能共用一個轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。

關(guān)于有機微量元素的吸收機制，有競爭吸收和完整吸收2種假說。競爭吸收假說認為，金屬氨基酸絡(luò)合物中微量元素以離子形式被吸收。其之所以具有高吸收率，是因為適宜絡(luò)合強度的有機微量元素可以防止金屬元素在腸道內(nèi)變成不溶性化合物或被不溶解膠體所吸附從而直接到達小腸刷狀緣，因此其吸收率提高；完整吸收假說則認為，金屬氨基酸絡(luò)合物或螯合物在小腸中不是以金屬離子的形式吸收，而是利用氨基酸和（或）小肽的吸收機制被完整吸收，并以完整形式穿過腸黏膜上皮細胞頂膜和基底膜進入血液［23］。由于尚無檢測有機微量元素的有效方法，因此，有機微量元素的確切吸收機制目前仍不清楚。本實驗室最近利用肉仔雞原位結(jié)扎灌注腸段法研究不同形態(tài)錳的吸收方式，發(fā)現(xiàn)不同形態(tài)錳在十二指腸中吸收的動力學(xué)模型都最適合飽和載體轉(zhuǎn)運，但中等和強絡(luò)合強度復(fù)合氨基酸絡(luò)合錳米氏常數(shù)（Km）和最大吸收速率（Jmax）都增加［24］。這些結(jié)果提示，以絡(luò)合狀態(tài)存在的有機微量元素氨基酸絡(luò)合物或螯合物在小腸中可能不是以無機金屬離子的形式而是以完整絡(luò)合物的形式被吸收；參與轉(zhuǎn)運的載體可能與轉(zhuǎn)運無機金屬離子或游離氨基酸的轉(zhuǎn)運載體相同，但由于絡(luò)合物的結(jié)構(gòu)使金屬或氨基酸與相應(yīng)轉(zhuǎn)運載體的親和力及轉(zhuǎn)運效率發(fā)生改變，因此導(dǎo)致Km和Jmax發(fā)生改變，當(dāng)然可能也有除目前已知的參與無機金屬離子或游離氨基酸轉(zhuǎn)運載體以外的其他轉(zhuǎn)運載體參與有機微量元素絡(luò)合物的轉(zhuǎn)運。

3 影響錳吸收利用的因素

錳的吸收利用受飼糧中植酸、纖維、單寧、鈣、鎂、磷、鐵和鈷的水平，錳的形式、來源和水平，有機配位體，抗生素，疾病和動物年齡等多種因素的影響。

3.1 植酸、纖維、單寧對錳吸收的影響

植酸是消化道中存在的一種抗?fàn)I養(yǎng)因子，其具有很強的螯合能力。植酸通過與錳結(jié)合形成難溶單鹽或螯合物使可溶性的錳減少，從而使動物對錳的吸收降低。一般來說，肉仔雞對錳的吸收與飼糧植酸水平呈顯著的負相關(guān)。李杰等［25］研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加0.8%的植酸可使全雞及脛骨中錳含量極顯著降低。纖維由于可加快微生物活動，使含錳的膽鹽復(fù)合物迅速被降解，導(dǎo)致錳最終隨膽汁排出體外，因此導(dǎo)致機體對錳的吸收利用下降。Halpin等［26］通過對飼糧化學(xué)成分的分析表明，麥麩和玉米－豆粕混合物中的中性洗滌纖維以及米糠中的中性洗滌纖維、植酸和灰分水平是降低錳生物有效性的原因。

3.2 常量元素鈣、磷對錳吸收的影響

常量元素鈣、磷可抑制錳的吸收。Bandemer等［27］的研究結(jié)果表明，磷酸鈣可以降低錳的吸收，其原因可能是磷酸鈣通過吸附錳而使可溶性錳減少。張日俊等［28］在飼糧中添加過量鈣，結(jié)果發(fā)現(xiàn)心臟錳－超氧化物歧化酶（Mn－SOD）活性下降，表明過量鈣對錳的吸收利用有抑制作用。Smith等［29］在飼糧中以貝殼粉形式提供過量鈣，導(dǎo)致雛雞對錳的利用下降。Halpin等［26］研究指出，鈣可能通過加劇木質(zhì)素或植酸的拮抗作用或降低錳在腸道中的溶解度，導(dǎo)致組織錳的攝取量下降。但Wedekind等［30］的研究表明，脛骨錳含量不受飼糧鈣水平的影響，卻隨磷水平的上升而下降。本實驗室用外翻腸囊法研究高鈣對肉仔雞小腸錳吸收的影響，結(jié)果表明，氯化鈣形式的鈣不但不抑制小腸中錳的吸收，反而使其吸收率明顯提高［8－10］。關(guān)于飼糧中鈣對不同形態(tài)錳源利用率的影響的相關(guān)研究很少。本實驗室前期研究［31－32］表明，在飼糧中添加高鈣（1.85%）可影響不同絡(luò)合強度有機錳源的相對生物學(xué)利用率，尤其是強絡(luò)合強度有機錳源，對肉仔雞顯示出比常鈣條件下更高的相對生物學(xué)利用率。不同試驗所用的鈣和磷來源、雞生長速率及基礎(chǔ)飼糧中錳水平等的不同可能是造成上述結(jié)果差異的原因。如果飼糧中錳水平很高，鈣對錳利用的抑制作用可能不明顯；如果雞的生長速率低，對錳利用的抑制作用可能也不敏感。

3.3 其他微量元素對錳吸收的影響

錳的吸收利用受飼糧中一些微量元素的影響。目前研究較 多 的 是 鐵［33－41］、銅［42］、鈷［43］對 錳利用的影響。

3.3.1 鐵對錳吸收的影響

鐵能抑制動物腸道對錳的吸收。Mena［33］指出，患有缺鐵性貧血癥的病人對錳的吸收率達7%，相當(dāng)于正常人的2倍。姜俊芳等［34］研究表明，飼糧中鐵水平極顯著影響肉雞空腸錳含量，且隨鐵水平的增加而下降；飼糧添加不同水平鐵均極顯著影響肉雞前、后期錳的表觀存留率，且隨鐵水平增加，錳的表觀存留率下降，表明鐵對錳的吸收有拮抗作用。Rodriguez－Matas等［35］研究表明，大鼠缺鐵時錳的吸收增加，鐵和錳的交互作用主要表現(xiàn)在消化吸收水平上而不是代謝過程中。Stephanie等［36］研究飼糧中添加3種不同水平鐵對斷奶仔豬錳吸收的影響，結(jié)果表明，低鐵組（未添加鐵）十二指腸錳含量比鐵充足組（100mg/kg）和高鐵組（500mg/kg）高，且低鐵組提高了十二指腸二價金屬轉(zhuǎn)運蛋白1（DMT1）和金屬轉(zhuǎn)運載體（ZIP14）的表達，而高鐵組則降低了DMT1和ZIP14的表達，推測其原因可能是由于飼糧不同鐵水平對DMT1和ZIP14表達的不同調(diào)控進而影響錳的吸收。已有研究［37－39］表明，當(dāng)細胞內(nèi)鐵缺乏時，十二指腸細胞膜上的DMT1mRNA表達量和蛋白合成增加；在鐵過量狀態(tài)下，小腸細胞膜上的DMT1mRNA表達量和蛋白合成下降。此外，鐵離子可影響鐵調(diào)節(jié)蛋白與位于DMT1mRNA 3′端的鐵結(jié)合元件的結(jié)合來調(diào)節(jié)DMT1mRNA的穩(wěn)定性［40－41］，進而影響錳的吸收轉(zhuǎn)運。

3.3.2 銅、鈷及其他微量元素對錳吸收的影響

譚芳［42］研究表明，肝臟、毛中錳含量隨飼糧銅水平增加而顯著增加，腎臟、肌肉、骨中錳含量隨飼糧銅水平增加有上升趨勢，表明銅與錳的吸收可能具有協(xié)同作用。Woerpel等［43］研究表明，飼糧高鎂（2 000～4 000mg/kg）可降低錳在火雞體組織的貯存。Halpin等［44］試驗表明，含鈷1000mg/kg的飼糧（玉米－豆粕型）提高了雞組織錳的貯存，分析其原因可能為鈷通過競爭性結(jié)合可螯合錳的飼糧因子（如纖維和植酸），從而促進錳的攝入。

3.4 錳水平及添加形式對錳吸收的影響

微量元素在消化道內(nèi)的吸收方式受其水平的影響，水平低時，微量元素的吸收為主動的載體轉(zhuǎn)運過程，水平高時，則以被動的擴散方式吸收。由于機體存在穩(wěn)恒機制，動物對微量元素的吸收并非一直隨其水平的升高線性升高，而是呈漸近線關(guān)系。本實驗室前期研究低、高2種不同飼糧錳水平對組織錳含量的影響，結(jié)果表明，組織錳含量均受到飼糧錳水平的顯著影響，且隨飼糧錳水平增加，組織錳沉積順序為：骨灰＞肝臟＞腎臟＞胰臟＞心臟＞脾臟＞肌肉。當(dāng)飼糧中添加高水平錳時，肝臟、胰臟和骨灰錳含量隨飼糧錳水平呈直線上升；而在低水平錳時，除骨灰錳含量呈直線上升外，其余軟組織的錳含量均近似二次曲線或漸近線變化［45］。Wedekind等［46］研究發(fā)現(xiàn)，飼糧缺錳可導(dǎo)致肝臟、腎臟和整個體組織錳貯動用速度比骨更快一些?；痣u飼糧中添加錳鹽（無機錳和有機錳），富積錳最多的部位是肝臟和腎臟，相當(dāng)少的錳積累在心臟、胃和胸肌，且肝臟、腎臟對有機錳的富積比無機錳更好；隨著飼糧錳水平增加，機體錳貯存增加，但錳在體內(nèi)的存留并不隨飼糧錳水平增加而有比例的增加［47］。

除了錳水平外，錳的吸收利用也受其添加形式的影響。錳在飼糧中的添加形式有2種：無機錳，如硫酸錳、氯化錳、氧化錳、碳酸錳等；有機錳，如甘氨酸錳、蛋氨酸錳、復(fù)合氨基酸錳及寡肽錳等。早期不同錳源吸收利用差異的研究多集中在無機錳之間。Hennig等［48］使用同位素示蹤法報道，肉仔雞對氯化錳的生物學(xué)有效性高于硫酸錳和二氧化錳。本實驗室前期以跖骨灰錳含量和中腳趾骨灰錳含量為衡量指標(biāo)，均發(fā)現(xiàn)試劑級硫酸錳生物學(xué)有效性依次高于一氧化錳和二氧化錳［45，49］。近年來，隨著有機錳的應(yīng)用，其吸收率高的特點已引起人們廣泛關(guān)注。Fly等［50］、Henry等［51］和朱玉琴等［52］發(fā)現(xiàn)雛雞對蛋氨酸錳的利用率顯著高于無機錳。Halpin等［26］發(fā)現(xiàn)雛雞對錳蛋白鹽的利用率高于硫酸錳。Garcia－Aranda等［18］研究低分子質(zhì)量配體組氨酸和檸檬酸對錳吸收的影響，結(jié)果表明，當(dāng)配體與錳的比例為2∶1時，錳的吸收是無配體存在時的3倍。向雞飼糧中添加乙二胺四乙酸（EDTA），提高了錳、鋅和銅的利用率，降低了其需要量［53］。本實驗室關(guān)于不同形態(tài)錳在肉仔雞上吸收利用的系列研究［31－32，54－55］表 明，有 機錳源絡(luò)合強度與其相對生物學(xué)利用率密切相關(guān)，表現(xiàn)出中等絡(luò)合強度＞強絡(luò)合強度＞弱絡(luò)合強度有機錳，且弱絡(luò)合強度有機錳對肉仔雞的相對生物學(xué)利用率與無機硫酸錳接近。關(guān)于有機錳在肉雞腸道的吸收研究較少。本實驗室系列研究［8－10，19－20，24］還發(fā) 現(xiàn)，機錳的吸收與其絡(luò)合強度有密切相關(guān)性，表現(xiàn)為強絡(luò)合強度＞中等絡(luò)合強度＞弱絡(luò)合強度有機錳，且上述3種有機錳的吸收均高于無機硫酸錳。

3.5 動物年齡、錳營養(yǎng)狀況對錳吸收的影響

動物對錳的吸收也受其年齡的影響，有研究表明，幼鼠能吸收20%的錳，而成年大鼠對錳的吸收率僅為3%～4%［56］。動物的錳營養(yǎng)狀況會影響體內(nèi)錳的存留。靜脈注射的錳經(jīng)2種途徑即“慢途徑”和“快途徑”進行排泄。其中經(jīng)“慢途徑”排出的錳占注射劑量的70%，其在體內(nèi)的半衰期為39d，經(jīng)“快途徑”排出的錳量較少，在體內(nèi)的半衰期為4d。機體長期缺乏錳，則經(jīng)“慢途徑”排出的錳提高到84%，且生物半衰期也上升至90d［11］。

4 錳吸收的分子機制

關(guān)于錳吸收的分子機制，已有研究發(fā)現(xiàn)，DMT1是位于腸道黏膜細胞頂膜上轉(zhuǎn)運二價錳離子的唯一載體蛋白，在哺乳動物各組織中廣泛表達，尤其在十二指腸和腎臟的表達最高［37，57］。DMT1在小腸上皮細胞主要定位在腸細胞絨毛膜刷狀緣上［57］，從胃部排出的可溶性二價錳，通過DMT1才能跨越小腸絨毛頂膜進入細胞內(nèi)部［58－60］。Trinder等［59］的研究進一步發(fā)現(xiàn)，DMT1不僅在細胞膜上表達，在絨毛頂端胞漿中也有分布，提示DMT1可能在這些位點之間循環(huán)轉(zhuǎn)運。DMT1（G185R）突變的大鼠，機體缺乏吸收和轉(zhuǎn)運錳的能力［61］。Conrad等［62］向 DMT1突變的細胞中注入重新構(gòu)建的DMT1基因，細胞對二價錳離子的吸收增加。細胞水平的研究還發(fā)現(xiàn)，DMT1對錳和鐵的吸收具有時間、濃度依賴性，二者最大吸收所需pH為6.0；錳離子和鐵離子在吸收時可互相抑制，抑制常數(shù)為1μmol/L［63］。DMT1mRNA的表達受鐵離子水平的影響，鐵離子水平高時，DMT1mRNA的表達下降，反之，DMT1mRNA 的 表 達 升 高［64］。 本 實 驗 室 Bai等［20，24，65］成 功對肉雞小腸DMT1進行了克隆，并研究了不同形態(tài)錳在肉雞小腸中的吸收機制，結(jié)果表明，DMT1 mRNA主要在肉仔雞十二指腸和空腸尤其是十二指腸中表達，在回腸中的表達量很低，這與其研究發(fā)現(xiàn)的錳在肉仔雞十二指腸和空腸中主要是以飽和載體轉(zhuǎn)運方式吸收、在回腸中主要是以非飽和擴散方式吸收的結(jié)果相一致；而錳在肉仔雞回腸中通過非飽和擴散方式的吸收高于十二指腸和空腸中以飽和載體轉(zhuǎn)運方式的吸收。

此外，最新研究發(fā)現(xiàn)，膜鐵轉(zhuǎn)運蛋白（FPN1）可能是哺乳動物腸上皮細胞基底膜上將錳由細胞內(nèi)轉(zhuǎn)出進入血液循環(huán)系統(tǒng)的跨膜轉(zhuǎn)運蛋白。FPN1主要分布于需要平衡鐵、錳代謝的組織，包括成熟的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)系統(tǒng)、十二指腸、肝臟、胎盤及中樞神經(jīng)系統(tǒng)［66－67］。FPN1為單向轉(zhuǎn)運蛋白，最適轉(zhuǎn)運pH為7.4［68］。細胞內(nèi)錳水平提高可上調(diào)FPN1的表達［69］，進而促進胞內(nèi)錳進入血液。FPN1過度表達可減少細胞內(nèi)錳積累，從而降低可能由錳引起的細胞毒性［70］。在十二指腸中，F(xiàn)PN1主要分布在腸上皮細胞的基底膜，與DMT1協(xié)同完成鐵和錳的跨膜轉(zhuǎn)運［71］。但目前國內(nèi)外文獻中尚未見到FPN1是否也在肉雞等家禽小腸上皮細胞表達并參與腸道錳轉(zhuǎn)運，以及不同形態(tài)錳間是否存在差異的研究報道。

5 小 結(jié)

錳作為一種必需的微量元素具有重要的生物學(xué)功能。有效促進雞等家禽對錳的吸收利用，減少錳的排出，對于發(fā)展健康、環(huán)保、高效的養(yǎng)禽業(yè)意義重大。影響錳吸收利用的因素很多，但錳與其他影響因素的相互關(guān)系及其作用機理尚待進一步研究。適宜絡(luò)合強度的有機錳在作用效果上優(yōu)于無機錳，但造成二者之間吸收利用差異的機理尚不清楚。因此，關(guān)于不同形態(tài)錳在家禽等動物體內(nèi)吸收和轉(zhuǎn)運的機理尚需進一步研究。同時，應(yīng)進一步在細胞和分子水平上深入揭示錳在家禽等動物體內(nèi)的營養(yǎng)代謝機理，更準(zhǔn)確、更科學(xué)地評價家禽等動物的錳營養(yǎng)狀況并滿足其錳營養(yǎng)需要，促進家禽等動物的健康和生產(chǎn)。

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