日糧因素對(duì)反芻動(dòng)物胰腺外分泌功能的調(diào)控

■姚軍虎 郭 龍 曹陽(yáng)春

（西北農(nóng)林科技大學(xué)，陜西楊凌712100）

胰腺外分泌對(duì)日糧中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在反芻動(dòng)物小腸內(nèi)的消化十分重要。胰腺外分泌部由分泌胰液的腺泡和運(yùn)輸胰液的胰腺管組成，能合成和分泌胰淀粉酶、脂肪酶、蛋白酶和糜蛋白酶等消化酶，能夠消化過(guò)瘤胃的淀粉、脂肪和蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。國(guó)內(nèi)外研究中，以胰腺淀粉酶的分泌調(diào)控居多，因?yàn)榉雌c動(dòng)物小腸內(nèi)過(guò)瘤胃淀粉的消化受到胰腺外分泌功能的限制[1-2]，約有40%的過(guò)瘤胃淀粉不能被消化利用[3]，造成能量利用效率偏低。所以提高反芻動(dòng)物胰腺外分泌能力，尤其是淀粉酶的分泌，是提高能量利用效率的關(guān)鍵[4]。

1 反芻動(dòng)物胰腺的生理結(jié)構(gòu)

胰腺作為化學(xué)性消化腺體，由分泌胰島素和胰高血糖素等激素的內(nèi)分泌部和分泌淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶等消化酶的外分泌部組成，在動(dòng)物正常生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖和生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。奶牛對(duì)淀粉等日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化主要依賴瘤胃的微生物消化，腸道內(nèi)的化學(xué)性消化則與單胃動(dòng)物相似，主要依賴胰腺分泌的消化酶。認(rèn)識(shí)反芻動(dòng)物胰腺的生理結(jié)構(gòu)及分泌消化酶的主要細(xì)胞類型——腺泡細(xì)胞，是進(jìn)行胰腺外分泌功能的調(diào)控研究的基礎(chǔ)。

1.1 胰腺的生理結(jié)構(gòu)

胰腺在奶牛體內(nèi)位于腹膜后，呈長(zhǎng)條狀，分為頭、頸、體、尾4種結(jié)構(gòu)，但各結(jié)構(gòu)間并無(wú)明顯界限。胰腺表面被薄層結(jié)締組織所覆蓋，被十二指腸環(huán)繞。胰腺按照功能分為內(nèi)分泌部和外分泌部。胰腺外分泌部分呈多分支小葉狀，包含分泌胰酶的腺泡和分泌水、電解質(zhì)并具有運(yùn)輸通道作用的導(dǎo)管。胰液由碳酸氫鈉等無(wú)機(jī)鹽、淀粉酶、蛋白酶等酶原顆粒和水構(gòu)成，通過(guò)導(dǎo)管流入十二指腸內(nèi)，消化食糜中的淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪等物質(zhì)。胰腺內(nèi)分泌部分呈緊密球團(tuán)狀，嵌于外分泌部分，由胰島細(xì)胞構(gòu)成。胰島細(xì)胞分為四類，包括α細(xì)胞、β細(xì)胞、δ細(xì)胞和PP細(xì)胞，分別分泌升高血糖的胰高血糖素、降低血糖的胰島素、生長(zhǎng)抑素（以旁分泌的方式抑制α、β細(xì)胞）和胰多肽（抑制胃腸運(yùn)動(dòng)、胰液分泌和膽囊收縮）。內(nèi)分泌細(xì)胞只占胰腺細(xì)胞總數(shù)的極少部分[5]，但分泌的激素卻有十分重要的調(diào)節(jié)功能，尤其是在血糖平衡方面。

1.2 胰腺腺泡細(xì)胞

胰腺組織中，80%的細(xì)胞是腺泡細(xì)胞。腺泡是胰腺行使外分泌功能的基本功能結(jié)構(gòu)，由錐形的漿液性腺細(xì)胞組成，主要用于合成、儲(chǔ)存和分泌各種消化酶。腺泡細(xì)胞是典型的分泌型細(xì)胞，其結(jié)構(gòu)如1 圖所示。大量的酶原顆粒分布于細(xì)胞基部，蘇木精染色呈嗜酸性，顆粒數(shù)量隨功能和狀態(tài)而變化。酶原顆粒旁邊有許多核糖體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器，呈嗜堿性，細(xì)胞核呈橢圓形，位于細(xì)胞中部偏上。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體合成蛋白質(zhì)，運(yùn)輸?shù)礁郀柣w加工后形成酶原分泌顆粒，腺泡細(xì)胞以胞吐的方式將酶原顆粒釋放到腺泡腔，再經(jīng)過(guò)胰腺導(dǎo)管進(jìn)入十二指腸，被腸激酶活化后發(fā)揮營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化的作用。本課題組成功分離并培養(yǎng)了奶牛胰腺腺泡細(xì)胞，并以此為模型，研究了功能性氨基酸對(duì)消化酶分泌的影響和機(jī)理。

圖1 胰腺腺泡細(xì)胞的結(jié)構(gòu)示意圖[6]

2 反芻動(dòng)物對(duì)碳水化合物的消化過(guò)程

反芻動(dòng)物瘤胃內(nèi)存在大量的細(xì)菌、原蟲和厭氧真菌，盡管沒(méi)有消化腺體，但可依靠這些種類和數(shù)量龐大的微生物發(fā)酵和降解攝入的飼料。皺胃具有消化腺體，能夠分泌消化液，但是消化能力有限。反芻動(dòng)物，特別是奶牛，瘤胃內(nèi)碳水化合物的消化代謝調(diào)控研究的較為透徹，目前，單純調(diào)控瘤胃的消化代謝并不能繼續(xù)提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能。小腸內(nèi)的化學(xué)性消化逐漸受到重視，其消化生理的研究圍繞胰腺功能、小腸酶分泌、小腸微生物、小腸葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體以及小腸屏障功能等的作用及其調(diào)控。反芻動(dòng)物可高效的利用蛋白類和脂肪類飼料進(jìn)行生長(zhǎng)、生產(chǎn)、繁殖等[7]。

奶牛日糧中的纖維素和半纖維素在瘤胃內(nèi)由微生物產(chǎn)生的纖維素酶降解，分別產(chǎn)生葡萄糖和戊糖，進(jìn)而生成丙酮酸和揮發(fā)性脂肪酸（VFA），瘤胃微生物不能消化木質(zhì)素。淀粉等非結(jié)構(gòu)性碳水化合物被瘤胃微生物發(fā)酵產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸等VFA，經(jīng)瘤胃壁吸收后為奶牛提供能量，同時(shí)被微生物自身利用產(chǎn)生甲烷，損失能量[8]，降低能量利用效率。微生物發(fā)酵產(chǎn)熱時(shí)也會(huì)消耗能量。研究發(fā)現(xiàn)，瘤胃微生物發(fā)酵淀粉產(chǎn)熱的能量損失約為日糧消化能的3%～12%[9]。瘤胃內(nèi)保持一定比例的淀粉發(fā)酵，有利于反芻動(dòng)物瘤胃能氮平衡，獲得更高的微生物產(chǎn)量。

圖2 淀粉在反芻動(dòng)物小腸內(nèi)的消化吸收過(guò)程

淀粉類飼料是日糧中主要為奶牛提供能量的營(yíng)養(yǎng)成分，大部分在瘤胃中被微生物發(fā)酵生成VFA被瘤胃壁吸收，在肝臟內(nèi)合成葡萄糖或在乳腺內(nèi)合成乳脂。小腸內(nèi)的消化過(guò)程，反芻動(dòng)物與單胃動(dòng)物相似，具體的消化過(guò)程如圖2 所示，需要經(jīng)歷以下三個(gè)過(guò)程：①在淀粉酶的作用下淀粉被水解成小分子低聚糖；②在α糖水解酶的作用下，低聚糖被分解為葡萄糖；③葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體將腸腔中的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)到小腸上皮細(xì)胞內(nèi)[10]。由此看出，淀粉在小腸內(nèi)的消化起始于胰腺腺泡細(xì)胞分泌的淀粉酶[11]，淀粉酶在腸腔中被活化，切斷α-1，4 糖苷鍵，將淀粉分解成葡萄糖分子或小分子低聚糖（如麥芽糖、麥芽三糖等）從而被腸上皮細(xì)胞吸收，為機(jī)體供能。真胃灌注淀粉比瘤胃提供的代謝能轉(zhuǎn)化為組織能量的效率高25%[12]。小腸淀粉消化過(guò)程中沒(méi)有發(fā)酵產(chǎn)熱，但在消化酶的作用下，糖苷鍵斷裂也釋放熱能，Baldwina 等[13]估計(jì)淀粉在小腸消化中釋放的熱量相當(dāng)于日糧消化能的0.6%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于瘤胃中的能量損失。

反芻動(dòng)物攝入的淀粉中有15%～25%不經(jīng)瘤胃消化進(jìn)入小腸[4]。盡管理論上淀粉可在小腸內(nèi)被消化，并以葡萄糖的形式被高效吸收、直接供能，效率遠(yuǎn)高于瘤胃內(nèi)微生物降解產(chǎn)生VFA 吸收到體內(nèi)被合成葡萄糖等能量物質(zhì)的效率，但反芻動(dòng)物小腸淀粉消化能力有限，僅能夠消化40%～62%的過(guò)瘤胃淀粉[1]，限制了淀粉在小腸中的消化利用。提高日糧淀粉水平雖短期內(nèi)可增加奶牛的有效能供應(yīng)和生產(chǎn)性能，但過(guò)高的瘤胃可發(fā)酵淀粉往往誘發(fā)各種代謝性疾病，如瘤胃酸中毒。同時(shí)，過(guò)多的過(guò)瘤胃淀粉卻因胰腺淀粉酶分泌不足[10]而難以在小腸中被完全消化，降低日糧能量效率甚至引起后消化道酸中毒。因此，改善反芻動(dòng)物胰腺淀粉酶的分泌能力成為提高小腸淀粉消化的關(guān)鍵。

3 胰腺外分泌功能的影響因素

胰腺消化酶的分泌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的攝入和消化時(shí)啟動(dòng)，同時(shí)受到多種因素影響，例如動(dòng)物年齡、神經(jīng)和體液、日糧組分等。

3.1 動(dòng)物年齡

隨著日齡的增加，動(dòng)物胰腺的發(fā)育逐漸成熟，分泌胰液的總量及其內(nèi)含有的消化酶的量提高[14]。新生犢牛小腸內(nèi)容物中的消化酶包括淀粉酶、蛋白酶和脂肪酶活力都很低，60日齡時(shí)，這些酶活力顯著提高，淀粉酶活力比初生時(shí)約高40倍[15]。胰液總量的分泌情況與之類似，4 日齡犢牛分泌胰液的流量?jī)H為100 日齡犢牛的1/6[16]。

3.2 神經(jīng)和體液

中樞神經(jīng)系統(tǒng)通過(guò)迷走神經(jīng)調(diào)控胰腺分泌功能。阻斷迷走神經(jīng)后，降低犢牛胰液的分泌量、胰蛋白酶的活性和胰液中蛋白質(zhì)的濃度[17-18]。此外，刺激膽堿能神經(jīng)可使胰腺外分泌增加，且提高內(nèi)源性胰泌素和膽囊收縮素的分泌。這些試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明神經(jīng)在調(diào)節(jié)胰腺的外分泌功能中具有十分重要的作用。

膽囊收縮素（cholecystokinin, CCK）已被證實(shí)是調(diào)控胰酶釋放的重要腦-腸肽。CCK 由腸內(nèi)黏膜I 型細(xì)胞在受到氨基酸和脂肪酸的刺激時(shí)產(chǎn)生和分泌。CCK通過(guò)兩種方式調(diào)控胰腺外分泌功能：①直接作用于腺泡細(xì)胞膜表面受體[19]，此過(guò)程會(huì)受CCK頡頏劑影響(阿托品除外)；②與膽堿能神經(jīng)元調(diào)節(jié)器互作，調(diào)控胰腺腺泡細(xì)胞的分泌能力。CCK 受體有CCK1 和CCK2兩個(gè)亞型，均屬于G蛋白偶聯(lián)受體家族[20-21]。對(duì)犢牛進(jìn)行CCK受體定位，發(fā)現(xiàn)這兩種受體均在胰腺中表達(dá)[22]，但成年后胰腺內(nèi)的CCK受體主要為CCK2，且主要分布于胰島細(xì)胞及導(dǎo)管細(xì)胞膜表面，而腺泡細(xì)胞膜并沒(méi)有這兩種受體的表達(dá)。主要是因?yàn)殡S著犢牛的發(fā)育，胰腺功能出現(xiàn)轉(zhuǎn)化和退化，喪失一些功能。此外，免疫熒光試驗(yàn)的抗體選擇和成像方法，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響也不容忽視。CCK 還能夠促進(jìn)小鼠胰腺的發(fā)育，表現(xiàn)為提高胰腺重量、腺泡細(xì)胞體積、胞內(nèi)核酸和蛋白質(zhì)的含量[23]。CCK 的體循環(huán)水平影響小鼠胰腺酶基因的表達(dá)[24]。在反芻動(dòng)物上的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用CCK類似物（如蛙皮素）孵育牛胰腺組織時(shí)，會(huì)直接影響胰腺外分泌功能，這種影響具有動(dòng)態(tài)性且只出現(xiàn)在經(jīng)過(guò)大量灌注過(guò)瘤胃蛋白質(zhì)的牛的胰腺組織上[25]。在苯丙氨酸和CCK 互作促進(jìn)奶牛胰腺腺泡細(xì)胞消化酶分泌的試驗(yàn)中，我們也觀測(cè)到CCK對(duì)腺泡細(xì)胞分泌能力的直接影響。

胰島素是胰島β細(xì)胞分泌的激素，能調(diào)節(jié)機(jī)體的血糖濃度，并作為信號(hào)分子參與機(jī)體其他的生理代謝過(guò)程，如促進(jìn)mTOR信號(hào)通路調(diào)控蛋白質(zhì)的合成。胰島素調(diào)控血糖濃度是通過(guò)促進(jìn)組織細(xì)胞攝取和利用葡萄糖，并抑制糖原分解和糖異生過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)的。胰島素調(diào)控單胃動(dòng)物和反芻動(dòng)物胰腺外分泌功能的作用可能存在差異。胰島素能改善糖尿病小鼠胰腺的外分泌功能[26]，但是奶山羊十二指腸灌注亮氨酸后胰腺α-淀粉酶mRNA 表達(dá)的調(diào)控不依賴于血清胰島素的變化[27]。

3.3 日糧因素

3.3.1 碳水化合物

第三，著力打造農(nóng)產(chǎn)品物流平臺(tái)，提升物流配送保鮮能力。河北省逐步建立多層次、寬領(lǐng)域、全方面的網(wǎng)格化物流體系。有效開(kāi)展農(nóng)產(chǎn)品第一、二、三方物流，形成單獨(dú)的河北特色農(nóng)產(chǎn)品物流運(yùn)送體系，線上與線下相結(jié)合，可通過(guò)專業(yè)線上互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，搭建新型物流運(yùn)送體系，進(jìn)行會(huì)員跟蹤物流配送制度，以便更好了解用戶所需。

日糧碳水化合物的比例和類型影響胰腺的外分泌功能，尤其是淀粉酶的分泌。綿羊飼喂以粉碎玉米為基礎(chǔ)的日糧時(shí)較飼喂干草提高了胰腺淀粉酶的濃度和活力[28]。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)奶山羊小腸干物質(zhì)和淀粉消化率分別與食糜淀粉酶存在顯著的線性關(guān)系（圖3），說(shuō)明淀粉酶在碳水化合物和干物質(zhì)消化中具有重要作用[29]。由表1 可知，奶山羊飼喂淀粉含量分別為25%、35%和45%的等蛋白質(zhì)日糧時(shí)，高淀粉含量組（45%淀粉組）的胰腺淀粉酶活力顯著高于25%淀粉組[30]。也有研究表明，單純?cè)黾舆^(guò)瘤胃淀粉并不能夠改善反芻動(dòng)物胰腺的外分泌功能或影響效果會(huì)隨時(shí)間及劑量效應(yīng)而消失。荷斯坦閹牛皺胃灌注水解淀粉（20、34.2 g/h 和40 g/h）時(shí)降低了α-淀粉酶濃度及分泌速率[31-32]。奶山羊胰腺淀粉酶分泌隨著過(guò)瘤胃淀粉的增加逐漸增加，在102 g/d達(dá)到峰值，隨后也出現(xiàn)了下降[33]。這些結(jié)果說(shuō)明小腸碳水化合物的含量影響淀粉酶的分泌，但是這些或正向或負(fù)向的效應(yīng)是由腸腔中碳水化合物的增多還是吸收的葡萄糖濃度升高而引起的，目前還不得而知。因此，通過(guò)增加過(guò)瘤胃淀粉含量的方法提高小腸內(nèi)淀粉的消化率目前還并不能夠取得理想的效果，應(yīng)該探索其他的營(yíng)養(yǎng)策略例如調(diào)整日糧氨基酸比例和蛋白含量，調(diào)節(jié)激素（胰島素）的分泌等。

圖3 山羊小腸食糜淀粉酶活力與日糧干物質(zhì)（A）和淀粉（B）小腸消化率間的關(guān)系[29]

表1 飼喂不同比例淀粉對(duì)山羊胰腺淀粉酶活力的影響

3.3.2 氨基酸（蛋白質(zhì)）

功能性氨基酸尤其是亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸，在刺激反芻動(dòng)物消化酶分泌的試驗(yàn)中已經(jīng)表現(xiàn)出顯著的結(jié)果。

奶山羊十二指腸連續(xù)灌注亮氨酸14 d 后，線性增加了淀粉酶的活力，但并不影響總蛋白質(zhì)輸出、脂肪酶和胰蛋白酶分泌及血漿胰島素濃度；胰液和淀粉酶分泌符合二次曲線的規(guī)律，最高值出現(xiàn)在亮氨酸灌注3 g/d 和6 g/d；奶山羊十二指腸亮氨酸灌注劑量和時(shí)間顯著影響了胰酶的分泌，但是不影響血漿胰島素的濃度[27]。十二指腸灌注亮氨酸也能夠顯著調(diào)控奶山羊胰腺的發(fā)育和胰酶基因的表達(dá)，對(duì)反芻動(dòng)物腸道內(nèi)淀粉等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化具有重要作用[34]。Liu 等[35]利用4 頭荷斯坦青年牛[（215±7）kg]進(jìn)行胰腺插管及十二指腸瘺管，灌注不同濃度的亮氨酸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)10 g 亮氨酸顯著提高了胰液的分泌、淀粉酶的濃度和分泌速率。荷斯坦奶公犢牛飼喂原奶中添加亮氨酸，發(fā)現(xiàn)胰腺蛋白質(zhì)的濃度（mg/kg BDW）顯著的增加了，但是并沒(méi)有影響淀粉酶的分泌[36]，血清葡萄糖，必需氨基酸、8 周齡體軀指數(shù)和平均日增重均顯著提高[37]。亮氨酸可以作為營(yíng)養(yǎng)信號(hào)刺激淀粉酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶、脂肪酶的分泌，且亮氨酸的這些功能有劑量和時(shí)間依賴性。

異亮氨酸和亮氨酸同屬支鏈氨基酸，在分子結(jié)構(gòu)和功能上與亮氨酸類似[38]。荷斯坦青年奶牛十二指腸連續(xù)灌注試驗(yàn)表明，灌注異亮氨酸10 h 時(shí)，胰液的分泌量和pH 值沒(méi)有受到影響，但是胰液中蛋白質(zhì)濃度（mg/ml）、胰液分泌速率（mg/h）、淀粉酶活力、胰蛋白酶活力在20 g 和30 g 異亮氨酸灌注組顯著提高，且符合線性規(guī)律，糜蛋白酶和脂肪酶活力不受異亮氨酸灌注量的影響（表2）；灌注異亮氨酸10 d 后，胰腺總蛋白分泌量、胰蛋白酶分泌濃度和分泌速率與異亮氨酸灌注濃度成線性正相關(guān)，胰液總蛋白濃度和分泌速率、淀粉酶活性顯著提高，糜蛋白酶和脂肪酶活力不受影響（表3）[39]。在體外孵育奶山羊胰腺組織的試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)異亮氨酸通過(guò)提高4EBP1γ的磷酸化程度，降低eEF2 的磷酸化水平提高淀粉酶、胰蛋白酶和糜蛋白酶的組織濃度、緩沖液釋放濃度。

苯丙氨酸屬于芳香族氨基酸，有研究表明可以通過(guò)CCK 途徑調(diào)控胰腺的外分泌[40]。奶山羊十二指腸連續(xù)灌注苯丙氨酸14 d的試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，奶山羊胰膽汁分泌量、淀粉酶分泌量和血清CCK 濃度隨苯丙氨酸灌注量的增加呈現(xiàn)先增加后下降的二次曲線變化，在2 g/d 苯丙氨酸時(shí)有最大值；胰蛋白酶分泌也呈二次曲線變化，最大值出現(xiàn)在4 g/d；脂肪酶分泌受苯丙氨酸影響顯著降低[41]。奶公犢飼喂原奶中添加亮氨酸和苯丙氨酸對(duì)小腸食糜α-淀粉酶（表4）活力無(wú)顯著影響(P＞0.05)，但小腸各位點(diǎn)食糜內(nèi)淀粉酶活力有顯著差異(P＜0.05)，各處理和小腸相對(duì)位點(diǎn)間存在交互作用的趨勢(shì)(P=0.054)；亮氨酸和苯丙氨酸處理組小腸α-淀粉酶從0%到100%位點(diǎn)，呈先下降再上升的變化趨勢(shì)；苯丙氨酸對(duì)奶公犢小腸食糜胰蛋白酶活力無(wú)顯著影響(P＞0.05)，相對(duì)位點(diǎn)不同顯著影響胰蛋白酶活力(P＜0.05)（表5）[36-37]。此外，體外試驗(yàn)表明，苯丙氨酸顯著提高奶牛胰腺組織淀粉酶、胰蛋白酶的合成、分泌及mRNA表達(dá)[42]。

表2 十二指腸灌注異亮氨酸10 h對(duì)奶牛胰腺外分泌的影響

表3 十二指腸灌注異亮氨酸10 d對(duì)奶牛胰腺外分泌的影響

4 胰腺外分泌調(diào)控的機(jī)理

本課題組以奶公犢牛原代胰腺腺泡細(xì)胞為試驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑢?duì)其外分泌的調(diào)控機(jī)理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)胞內(nèi)鈣離子、蛋白酶體及相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)途徑等構(gòu)成的復(fù)雜調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是胰腺腺泡消化酶合成和分泌的關(guān)鍵。

4.1 胞內(nèi)鈣離子信號(hào)

表4 原奶中添加亮氨酸和苯丙氨酸對(duì)奶公犢小腸食糜α-淀粉酶活力的影響

表5 原奶中添加亮氨酸和苯丙氨酸對(duì)奶公犢小腸食糜胰蛋白酶活力的影響

鈣離子在腺泡細(xì)胞主要儲(chǔ)存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，鈣離子則發(fā)揮由刺激到分泌的偶聯(lián)中心的作用。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)CCK 或乙酰膽堿類激素達(dá)到生理刺激濃度時(shí)，細(xì)胞便會(huì)產(chǎn)生IP3和煙酸腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinic acid adenine dinucleotide Phos Phate,NAADP）這兩種第二信使，當(dāng)它們與位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的利阿諾定受體（ryanodine recePtors，RyRs）和三磷酸肌醇受體（inositol 1,4,5-tris Phos Phate receptor，IP3R）結(jié)合后，會(huì)釋放儲(chǔ)存于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的鈣離子，使細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的鈣離子濃度出現(xiàn)小幅度震蕩，從而提高酶原顆粒從胞內(nèi)到胞外的釋放[47-48]。

4.2 蛋白酶體活性

蛋白酶體是細(xì)胞內(nèi)重要的蛋白質(zhì)復(fù)合體，起降解細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的功能[49]。一些研究表明，在小鼠胰腺中，26S 蛋白酶體的亞基抗分泌因子（anti-factor 4）能夠顯著調(diào)控消化酶的分泌[50]。超生理濃度的亮氨酸（1.35 mmol/l）顯著抑制蛋白酶體的活性，降低了奶牛胰腺腺泡細(xì)胞淀粉酶的分泌，通過(guò)使用蛋白酶體的特異性抑制劑MG132 后，發(fā)現(xiàn)蛋白酶體在該腺泡細(xì)胞中，對(duì)淀粉酶分泌起到重要的作用[51]。此外，本課題組通過(guò)Label-free 蛋白質(zhì)組學(xué)分析方法，也發(fā)現(xiàn)亮氨酸顯著影響了腺泡細(xì)胞內(nèi)蛋白酶體相關(guān)蛋白亞基的表達(dá)。此外，在胰腺β型細(xì)胞中，胰島素分泌受到蛋白酶體活性的影響[52]。泛素-蛋白酶體是細(xì)胞生命進(jìn)程的重要調(diào)節(jié)方式，在疾病模型細(xì)胞內(nèi)的功能和作用受到了廣泛的關(guān)注，但是對(duì)于蛋白質(zhì)代謝活動(dòng)旺盛的分泌型細(xì)胞，還需要進(jìn)一步研究。

4.3 分子信號(hào)途徑

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白信號(hào)（mammals target of rapamycin, mTOR），其上游的磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidylinositol-3，PI3K）信號(hào)及一般氨基酸調(diào)控阻遏蛋白2（generalamino acid control non-derepressible 2, GCN2）信號(hào)通路構(gòu)成的分子信號(hào)網(wǎng)絡(luò)主要調(diào)控腺泡細(xì)胞內(nèi)氨基酸依賴的蛋白質(zhì)合成過(guò)程[53]。mTOR 信號(hào)通路是調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和降解、細(xì)胞生長(zhǎng)和增殖的中心[54]。亮氨酸[55]和苯丙氨酸[42]能夠分別激活A(yù)kt-mTOR 和S6K1，提高翻譯起始復(fù)合物的形成而增加消化酶的合成。異亮氨酸也能夠使mTOR 信號(hào)通路因子磷酸化，提高蛋白質(zhì)合成的效率。氨基酸調(diào)控腺泡細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)周轉(zhuǎn)和代謝的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，已經(jīng)有詳細(xì)綜述[56]，具體調(diào)控網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖4。

一般分泌型（SEC）信號(hào)通路是調(diào)控蛋白質(zhì)運(yùn)輸?shù)男盘?hào)通路，而且廣泛存在于各類型細(xì)胞中[57]。調(diào)控SEC系統(tǒng)的關(guān)鍵蛋白復(fù)合物，原核生物中是SEC YEG通道蛋白，真核生物中則是SEC61復(fù)合物[58]。我們發(fā)現(xiàn)，奶公犢腺泡細(xì)胞內(nèi)高濃度的ATP，不僅能夠供給蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工的能量，提高蛋白質(zhì)的合成，同時(shí)能夠刺激SEC信號(hào)通路活化，促進(jìn)酶蛋白從胞內(nèi)釋放到胞外，提高胰酶的分泌。氨基酸，尤其是亮氨酸介導(dǎo)的ATP增加，主要是依賴三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化中關(guān)鍵酶活力的增加，如檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和細(xì)胞色素氧化酶等。

圖4 氨基酸調(diào)控奶牛胰腺腺泡細(xì)胞消化酶分泌的信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)

5 結(jié)語(yǔ)

反芻動(dòng)物，尤其是奶牛，胰腺分泌淀粉酶不足是造成小腸淀粉消化率低的關(guān)鍵因素。理論上小腸內(nèi)葡萄糖形式的供能效率優(yōu)于瘤胃內(nèi)揮發(fā)性脂肪酸的供能效率，在奶牛泌乳初期采食量低的情況下，泌乳需要大量能量供應(yīng)，此時(shí)若以小腸供能為主要方式不僅可以提高奶牛的泌乳性能，也能夠保證奶牛的健康。因此，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)手段提高胰腺外分泌能力，不僅可以解決奶牛能量供應(yīng)問(wèn)題，也可提高生產(chǎn)性能，促進(jìn)機(jī)體健康，提高飼料效率，降低養(yǎng)殖過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，促進(jìn)奶業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

我們應(yīng)注意到，奶牛等反芻動(dòng)物的胰腺外分泌能力受眾多因素影響，雖然應(yīng)用改變?nèi)占Z碳水化合物結(jié)構(gòu)和單一功能性氨基酸的添加等方法取得了一定的效果，但是，氨基酸的平衡性及功能性氨基酸整合的作用還需要進(jìn)一步研究。日糧外源消化酶的添加也能夠提高腸道營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化，但酶的種類、數(shù)量等基礎(chǔ)指標(biāo)還需要進(jìn)一步確定。腸道微生物在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化過(guò)程中也具有重要的作用，我們不能忽視這些微生物的作用，對(duì)于微生物在腸道內(nèi)的定植、代謝需要深入研究。