蛋氨酸及其螯合物对动物基因表达的调控

2014-04-05朱中胜李吕木

饲料工业 2014年23期

■朱中胜李吕木唐倩

（安徽农业大学动物科技学院，安徽合肥 230036）

蛋氨酸（Methionine，Met）又名甲硫氨酸，学名2-氨基-4-甲硫基丁酸，分子式为CH3SCH2CH2CH(NH2)COOH，是动物生长所需氨基酸中唯一含硫必需氨基酸，作为动物体内甲基的主要供体，在一碳代谢途径中伴有重要作用[1-2]。Met螯合物是Met与微量元素金属离子在一定条件下螯合而成，既能补充饲料Met的不足，又能提高饲料中微量元素的利用率，具有效果好，营养作用显著，生物效价高等特点。添加Met及其螯合物的动物饲料可以促进动物快速生长、增加瘦肉量和缩短饲养周期等[3-6]。动物缺乏Met，会引起发育不良、体重减轻、肝肾机能减弱、肌肉萎缩和皮毛变质等[7-9]。随着研究的深入，大量研究者发现Met及其螯合物通过调控动物的乳腺、肝脏、肌肉、胚胎和骨骼等组织的基因表达，从而影响动物的生长性能和产品品质。本文综述了近年有关Met及其螯合物对动物基因表达调控的研究进展，旨在通过Met及其螯合物对动物基因的表达调控机制，为Met及其螯合物作为动物饲料添加剂的合理利用提供一些参考。

1 Met对动物基因表达的调控

1.1 Met对奶牛乳腺上皮细胞相关基因表达的影响

Met是乳蛋白合成的第一限制性氨基酸，补充过瘤胃蛋氨酸可以促进奶牛尤其是产奶高峰期奶牛的乳蛋白合成。目前，对于奶牛乳蛋白合成的转录和转录后调控机制目前尚缺乏全面了解。而从基因表达调控层面研究Met与乳蛋白合成及乳腺泌乳能力的关系，将有助于从分子水平揭示乳蛋白合成的调控机制。

奶牛蛋白质合成中磷酸化蛋白质：信号转导和转录激活因子5a及mTOR对乳蛋白合成具有重要调节作用，当L-Met处理奶牛乳腺上皮细胞（DCMECs）时，将使DCMECs的细胞增殖和β-酪蛋白的表达水平升高，上调磷酸化蛋白如：金黄色葡萄球菌核酸酶结构域蛋白1(SND1)，Septin-6，甘氨酰-tRNA合成酶，Twinfilin-1和真核延伸因子的表达[10]。Liu等[11]研究发现，Met等营养素可以促进信号转导和转录激活因子5a基因的表达来提高DCMECs的哺乳能力。表明，L-Met通过调控蛋白磷酸化来影响JAK/STAT和mTOR信号通路，进而调节DCMECs的泌乳和乳蛋白的合成[12]。

Met能促进奶牛乳腺上皮细胞乳蛋白合成相关基因的表达及蛋白质组的变化，如肉碱乙酰转移酶、二氢嘧啶酶相关蛋白2、鸟氨酸转氨酶、NADH脱氢酶(泛醌)黄素蛋白2及载脂蛋白A1结合蛋白，而这些差异蛋白质点的功能涉及氨基酸转运、能量代谢及细胞骨架构成等生物学功能[13]。因此，Met可以通过显著促进奶牛DCMECs乳蛋白合成相关基因的表达及蛋白质组的变化，从而调节奶牛泌乳调控。

1.2 Met对动物肝脏组织中胰岛素样生长因子（IGFI）mRNA表达的影响

生长激素调控轴是动物生长调控系统，IGF-I作为体生长激素（GH）的效应子可介导GH的促生长效应，促进动物生长发育，调节细胞生长、分化和代谢过程。

畜产品饲养过程中合理补充Met，不仅促进动物生长发育和调节基因表达，而且提高饲料的转化率和节约成本。研究发现肉兔日粮中补充适量Met将降低料重比，提高肝组织中IGF-I mRNA的表达[14-15]。同时，Del等[16]发现肉鸡日粮补充0.24%DL-Met将刺激生长因子的合成和释放，提高生产性能及肝脏组织中IGF-I mRNA和GHR基因的表达。

1.3 Met对动物肌肉组织相关基因表达的影响

日粮中补充Met，将有助于肉鸡的肌肉组织发育生长，主要是由于调节肌肉表达的相关基因。Wen C等[17]报道，肉鸡日粮补充Met将增加生肌因子5（MYF5）和肌细胞增强因子2B（MEF2B）基因的表达，降低肌肉生长抑制素基因的表达，从而增加胸肌的发育生长。Wen C等[18]还证实，高Met日粮能够改善体重较轻的肉鸡的生长性能，可能是由于增加IGF-I和雷帕霉素靶点（TOR）mRNA水平，降低eIF4E-结合蛋白1、atrogin-1和forkhead box O 4 mRNA水平。同时，Del等[19]研究发现，补充Met促进肉鸡的生产性能，可能是由肌肉中解偶联蛋白（avUCP m RNA）表达水平降低。

日粮中限制Met，影响动物的肌肉组织发育和脂肪代谢。Perrone等[20]研究发现，大鼠的日粮中限制Met含量，将上调大鼠肝脏和脂肪组织中成纤维细胞生长因子21（FGF-21）的基因和蛋白表达水平，上调股四头肌中脂质分解代谢相关基因。

由此可见，Met的适宜补充将促进动物的肌肉组织发育，提高动物的瘦肉率及生长性能，Met的适宜限制将会促进动物肌肉组织中脂肪分解代谢。

1.4 Met对奶牛胚胎发育相关基因表达的影响

随着养牛业的发展，胚胎移植技术逐渐成熟，已达到实际应用水平，在纯种扩繁、育种和胚胎工程研究中发挥重要作用。Met作为多肽前体，在翻译调控，DNA甲基化和抗氧化中具有重要作用，而Met对奶牛胚胎发育的基因表达调控机制尚不明晰，Met缺乏是否影响胚胎死亡也尚不明晰。

奶牛Met代谢的干扰可能会出现低甲基化的DNA，从而导致发育重要基因的表达发生改变，然后导致囊胚发育的障碍[21]。奶牛饲养过程中补充Met极小差异将引起胚胎转录显著变化，检测10 662个基因中有2 756个基因显著差异，差异基因中Vim、IFI6、bcl2a1和TBX15与胚胎发育有关[22]。

体外培养牛胚胎添加 Met与无Met添加相比对卵裂率、总细胞数、外胚层和内细胞团的分配及细胞凋亡频率均无影响，但无Met添加时还原型谷胱甘肽含量较高[23]。Bonilla等[23]实验中比较Met各梯度差异发现体外培养牛胚胎的早期胚胎发育Met需求量为14～21 μmol/l，而此浓度可能低于或近似于生殖道Met浓度，因此Met缺乏不是胚胎死亡的常见原因。

2 Met螯合物对动物基因表达的调控

Met微量元素螯合物作为第3代新型饲料添加剂，具有良好的化学稳定性、较高的生物学效价、易消化吸收、抗干扰性强等优点。Met螯合物不仅作为高效微量元素和限制性氨基酸补充源，而且对动物基因表达调控有一定的影响。

2.1 蛋氨酸铬对动物基因表达的调控

Cr3+作为葡萄糖耐量因子(Glucose Tolerance Factor，GTF)的活性成分与胰岛素发挥协同作用，参与脂类、糖和蛋白质代谢。蛋氨酸铬作为有机铬以其低毒、高效和提高生产性能等作用，成为动物生产的铬源和蛋氨酸源。

蛋氨酸铬对育肥猪的生长性能和产品品质的影响。Li等[24]研究报道，育肥猪日粮中添加蛋氨酸铬提高育肥猪的生长和肉色，降低背最长肌的适口性，同时增加总肌红蛋白含量和肌红蛋白mRNA水平，从而提高肉色。催波等[25]试验证实，蛋氨酸螯合铬可以降低三江白猪皮下脂肪组织中脂肪酸合成酶基因（FAS）mRNA表达，从而减少脂肪沉积。由此可见，蛋氨酸铬可通过控制肌红蛋白mRNA和FAS基因的表达水平，能有效改善肉色和控制脂肪在机体内的合成及沉积，而改善畜产品品质。

Sadeghi等[26]对 Capra hircus山羊研究发现，蛋氨酸铬源补充铬时提高B2M、MHCA、MHCB和Rap2A四个免疫相关基因的表达水平。可见，蛋氨酸铬添加到动物饲料中还可以通过增进相关免疫基因的表达改善动物体液免疫性能。

2.2 蛋氨酸铜对动物基因表达的调控

蛋氨酸铜作为高效的有机铜源，更有利于动物对铜的摄取。日粮中适度补充铜能够提高生长激素的分泌和生长激素释放肽mRNA水平，进而促进动物的采食和生长。

生长猪补充蛋氨酸铜和硫酸铜均可以提高胃底腺GH分泌和生长激素释放肽mRNA的表达水平，提高下丘脑GHRH mRNA的表达水平，抑制下丘脑生长抑素mRNA的表达水平，从而提高猪生长性能和饲料利用率[27-28]。

对水产动物的研究发现，凡纳滨对虾饲料铜添加水平不但影响组织中铜的蓄积，还影响凡纳滨对虾SOD活性和Toll受体mRNA表达水平，从而影响机体的抗弧菌能力，但对凡纳滨对虾鳃组织中溶菌酶mRNA表达水平却无影响[29]。

2.3 蛋氨酸锌对动物基因表达的调控

无机锌源硫酸锌和有机锌源蛋氨酸锌对锌的摄取和动物的生长均有促进作用，但蛋氨酸锌相对于硫酸锌具有更高的锌摄取和促生长作用。

研究发现，补充硫酸锌和蛋氨酸锌与基础日粮组相比昆明雄性大鼠血浆GH mRNA和GHR mRNA表达无影响，但血浆IGF-I mRNA表达上调，而且蛋氨酸锌相对于硫酸锌更显著的提高IGF-I mRNA表达水平[30]。金属硫蛋白-1（MT-1）mRNA相对表达丰度是评价动物机体锌营养状况的敏感指标[31]。徐振华等[31]探讨日粮不同锌添加水平和锌源对2～3月龄生长肉兔MT-1基因表达的影响，发现随日粮锌水平的增加，肝脏、肾脏MT-1mRNA相对表达丰度呈先升高后降低趋势，80 mg/kg添加水平时硫酸锌和蛋氨酸锌2种锌源MT-1mRNA相对表达丰度均达到最高。