腐胺在动物营养学中的研究进展

安徽农业大学动物科技学院 胡青松 李吕木

安徽省畜牧生物工程技术研究中心 钱 坤

腐胺，又名1，4-丁二胺、四亚甲基二胺或腐肉碱，是生物体内促进细胞生长的重要物质之一。它能直接参与生物体内的多种生理活动，是生物体生长和细胞代谢所必需的痕量生物活性物质。周晴（1991）研究报道，腐胺是乳源活性物质之一，具有促进细胞分裂分化，促进DNA、RNA以及蛋白质等大分子物质合成和促进炎症修复的作用。此外，有试验表明，添加外源性腐胺能够影响动物体内某些离子通道的活性，起到调节离子运转的作用。本文就目前腐胺在动物体内的合成与代谢、作用机理及其在动物生产中的应用作一综述。

1 腐胺的理化性质及来源

腐胺是多胺的一种，普遍存在于活的真核细胞中，常温下为无色晶体或无色至微黄色液体。腐胺具有腐蚀性，被人体食入或经皮吸入，对眼、鼻、咽喉及皮肤有刺激作用，可引起头痛等症状。大剂量的腐胺具有毒性。

腐胺的来源包括内源性和外源性。内源性是指细胞内多胺的从头合成以及多胺之间相互转变。外源性是指主要来源于食物中，包括奶酪、水果、肉类以及蔬菜等。另外，小肠及胰腺的分泌物、肠细胞及肠腔中微生物的分解产物也是肠道中腐胺的来源之一。

2 腐胺在动物体内的合成与代谢

Bardocz等（1995）研究证实，腐胺是亚精胺和精胺合成的前体，腐胺通过丙胺基转移反应生成亚精胺，亚精胺再经过丙胺基转移反应生成精胺，因此腐胺是所有高等哺乳动物细胞内多胺从头合成途径的第一个多胺分子。多胺合成是从鸟氨酸开始的，鸟氨酸通过鸟氨酸脱羧酶（ODC）作用脱去羧基形成腐胺。Janne和 Raina（1978）认为，ODC活性水平作为一个限速步骤参与腐胺的合成。除了这一合成途径外，有研究发现，当投给动物大量的非毒性剂量的外源性精脒后，许多组织中腐胺的水平显著增加，这可能是因为精脒与腐胺之间存在着相互转化的过程。精脒、精胺经精脒/精胺乙酰转移酶的催化，将乙酰CoA的乙酰基团转移至精脒/精胺的N1原子上，形成乙酰化合物，然后再在多胺氧化酶的作用下脱去一分子的乙酰氨基丙醛，形成腐胺或精脒。

腐胺在体内的代谢主要是经过一次丙胺基转移反应生成精脒，精脒经过一次丙胺基转移反应形成精胺。丙胺基来自S-腺苷蛋氨酸（SAM）脱羧后的S-腺苷甲硫丙胺（D-SAM）。同时也有研究指出，腐胺经由氧化酶氧化生成氨基丁酸，最后生成胺离子和二氧化碳排出体外（黄益玲和王艳林，2008）。

3 腐胺的作用机理

3.1 诱导DNA的合成和转录 腐胺能够诱导蛋白质的合成。研究发现，腐胺和亚精胺能够促进小鼠肝脏细胞中RNA的合成，当细胞核染色质或核酸组蛋白被作为引物时，腐胺能促进DNA的合成（Schwimmer，1968）。 在 ΦW-14 噬菌体中，腐胺能够以与DNA共价键结合的形式影响DNA合成的启动和复制叉的移动速度（Farriol等，2001）。吴锡铭和张本跟（1988）研究指出，腐胺能够提高肝脏核酸的含量。姚阳等（2001）在多胺浓度对pGEM体外转录影响的研究中发现，在pGEM一定范围内，腐胺可促进T7 RNA聚合酶催化的体外转录，表现为随着腐胺浓度的增加，促进作用增强，但是当达到一定浓度后若继续增加腐胺浓度，促进转录的能力将逐渐下降，甚至出现抑制。在Eichlew和Corr（1992）的研究中也发现类似现象。腐胺在生理pH时，带有正电荷，可以通过离子键和氢键的形式与核酸、蛋白质以及含有负电荷基因的磷脂等物质结合，调节其生物活性和功能。进一步研究表明，在稀释的DNA溶液中，多胺可以与单个的DNA分子发生作用，促进DNA的浓缩和超螺旋过程（王纪防等，2004）。在哺乳动物体内腐胺在体外转录中对RNA合成具有调节作用，腐胺能够促进RNA的合成并且存在促进其合成的最适浓度。研究发现，腐胺浓度在小于18 mol/L时随着腐胺浓度的增大RNA合成增加，但是当大于这一浓度时RNA合成随着浓度的增大反而下降（闻晓非，1999）。在细胞中，腐胺可以增加DNA聚合酶的活性，促进DNA的合成，提高蛋白质合成的效率（张翥等，2011）。

3.2 调节体内离子通道 腐胺离子为带有两个正电荷的阳离子，因而能够通过与受体或者通道上带有负电荷的基团结合从而影响其生物学效应。Iqbal和 Koenig（1985）研究认为，多胺是引起细胞质中Ca2+浓度增加的信使。细胞外二价的阳离子，如Ca2+和Mg2+是腐胺和亚精胺运转必不可少的离子（Shinki等，1991）。 同时，张翥等（2011）指出，腐胺能够促进十二指肠中钙的流通。

3.3 促进细胞增殖和改善肠道发育 腐胺与动物的生长密切相关。Pohjanpelto和 Raina（1972）研究认为，腐胺是哺乳动物细胞中的生长促进因子。腐胺对消化道黏膜上皮细胞正常生长发育以及当消化道黏膜受损时在其适应及修复过程中具有重要作用。Girdhar等（2006）研究发现，当肠道的新陈代谢活动增强时，腐胺的需要量也随之增加，肠道结构完整性及功能完整性需要更多腐胺来维持。小鼠出生后的前3周，小肠黏膜ODC活性及腐胺的生物合成均一定程度提高，成年鼠经人为化疗诱导损伤1周内，黏膜快速恢复损伤时伴有相似的ODC活性升高和腐胺水平增加。在以大豆粕为主的小牛代乳料中添加腐胺能够促进小肠黏膜上皮细胞的生长发育，在仔猪上的试验也有类似的结果，原因可能是外源性腐胺能够抑制或降低豆粕中抗营养因子对小肠黏膜的负面作用（Mogridge 等，1996）。

添加外源性腐胺可以促进幼禽的生长，并且在一定范围内随着腐胺浓度的增大生长速度呈线性增加。Smith（1990）研究发现，在雏鸡日粮中添加0.4%的腐胺，雏鸡生长速度比添加前要明显加快，在纯化氨基酸日粮中添加0.2%的腐胺可以促进鸡的生长。在以大豆蛋白为基础的饲粮中添加腐胺和乙胺可以促进犊牛和仔猪的肠上皮细胞增殖并可降低大豆蛋白在营养吸收方面的不利影响，添加腐胺后可以增加小肠重量和肠密度，同时能够增加肠绒毛的长度并减少隐窝的深度（Sousadias和 Smith，1995）。腐胺已经被证明无论是在细胞内还是在细胞外均与细胞的增殖有着密切的关系。Ham（1964）通过细胞培养试验发现，腐胺对中国仓鼠细胞CHD-3的生长具有促进作用。同时有研究报告指出，腐胺能够促进鼠膀胱上皮细胞的增殖 （Pohjanpelto 和 Raina，1972）。 Gary 等（1980）猜测腐胺可能是通过先转化成精胺和亚精胺来发挥其生长促进因子的作用，但这一假设尚未有证据能够证明。现代遗传学研究发现，在小鼠胚胎发育早期缺少鸟氨酸脱羧酶基因或腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因，腐胺转化成亚精胺受到抑制，这对小鼠的生长是一种致命的影响。Noack等（2000）研究指出，腐胺可以能量底物的形式存在于肠腔中，并在需要的时候被肠道吸收利用。同时腐胺还具有稳定细胞结构，延长细胞寿命的作用。大量试验表明，多胺在正常及肿瘤组织细胞的有丝分裂中起着重要作用。用ODC的抑制剂二氟甲基鸟氨酸（DFMO）耗尽细胞内的多胺（腐胺为主，精脒其次，精胺无影响）可使细胞生长和增殖受到明显抑制，此时细胞生长绝对依赖于外源性多胺的补充，此时加入腐胺后迅速填充细胞内多胺池，可完全逆转DFMO的抗增殖生长效应 （沈希强等，1989）。由此可见，腐胺能够对动物的生长及肠道功能产生积极作用。

3.4 腐胺与机体免疫的关系 腐胺作为细胞因子可参与炎症反应调节、促进损伤组织修复。腐胺一般是以结合态的形式存在于细胞组织中，体液中含量很少，这与腐胺带正电荷有关系。研究发现，在炎症部位腐胺的浓度偏高，因为某些炎症细胞 （如巨噬细胞、T淋巴细胞）本身也能诱导ODC，因此，从这一点来看，腐胺与炎症反应有着密切的关系。ODC是多胺代谢通路中合成腐胺的酶，该酶半衰期较短，酶活性较低。当受到炎症刺激时，ODC活性迅速增强，在炎症部位产生较高水平的腐胺。在正常细胞中ODC的表达受到严格调控，而在肿瘤细胞中ODC持续高表达，导致腐胺生物合成增加，细胞内腐胺水平异常。DFMO是ODC的不可逆抑制剂，贺俊崎和曹淑兰（1997）研究发现，当用一定量的DFMO处理人早幼粒白血病细胞并从细胞形态、FCM及DNA梯形图谱观察到诱导细胞凋亡现象，但是用一定量外源性腐胺与DFMO同时处理细胞时细胞不受影响，说明腐胺对人早幼粒白血病细胞具有维持作用。兰晓煦和武进峰（2006）在膀胱癌EJ细胞上的试验中也得到相似的结论。S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶受腐胺活化，但被精脒抑制，这就表现出炎症的初期腐胺水平较高，随后精脒持续高水平，而精胺水平始终较低。另外，腐胺还具有诱导抗炎蛋白、促进组织修复的作用。20世纪80年代初，有研究发现，地塞米松必需在内源性腐胺合成通路正常时才能抑制大鼠足角叉菜胶性水肿。Bird和 Hidir（1983）在研究多胺阻抑大鼠佐剂性关节炎作用时指出，多胺的抗炎机制在于诱导磷脂酶A2阻抑蛋白。另外，用外源性腐胺治疗大鼠模型，用药组肝脏组织中核酸含量显著增加，损伤组织修复加快。腐胺在肝脏再生的过程中以抗炎因子的身份起着促进作用。Iqbal和Koenig（1985）认为，损伤肝细胞的再生与修复需要外源性的腐胺参与，是由于外源性腐胺对ODC具有反馈作用，抑制其活性，影响内源性腐胺的生物合成而发挥其治疗作用。

4 腐胺在动物生产中的应用

4.1 腐胺对动物生长性能的影响 腐胺对动物生长性能的影响主要是通过促进肠道发育及改善肠道环境来实现的。Mogridge等（1996）研究发现，在断奶仔猪饲粮中添加腐胺可显著增加结肠内容物中乳酸杆菌数量，显著减少结肠内容物中大肠杆菌数量，显著降低仔猪断奶后腹泻的发生率。说明腐胺具有改善断奶仔猪结肠微生物区系的作用。当动物肠道功能受到抑制时，添加外源性腐胺对肠道的新陈代谢可起促进作用。生大豆中含有抗营养因子凝集素，凝集素会抑制肠道的生长和功能的表达。在含有生大豆的鸡饲粮中添加腐胺可以有效地抑制凝集素的毒性。Mogridge等（1996）试验指出，饲料中添加0.3%的腐胺可以消除由饲喂生大豆导致的生长抑制现象。Smith（1990）在仔鸡日粮中添加0.2% ～0.4%的腐胺能够极大程度地克服生大豆对生长性能的不良影响。Sanjay（2006）在含有生大豆的雏鸡饲粮中添加0.3 g/100 g的腐胺，体增重、采食量、饲料转化率、空肠的蛋白含量，以及十二指肠、空肠和回肠的形态学指数均明显高于对照组。Peng等（2010）研究表明，断奶仔猪饲粮中添加腐胺使结肠内容物乳酸杆菌含量提高26.60%（P＜0.01），大肠杆菌含量降低92.61%（P＜0.01），仔猪腹泻指数降低36.94%（P＜0.05），仔猪对粗灰分和钙的消化率分别提高30.37%和71.30%（P＜0.05）。同时有提高干物质、有机质和磷消化率的趋势。腐胺已经被证明可以增加十二指肠绒毛高度并且能够促进胃肠道黏膜细胞的生长，促进小肠黏膜的生长、发育、成熟和损伤后的恢复，且对炎症具有修复作用（Gilbert等，1981）。

4.2 腐胺对蛋品质和产蛋性能的影响 Chowdhury和Smith（2002）对产蛋鸡的研究表明，当产蛋鸡缺钙时其蛋壳重量比正常的蛋壳低50%～60%，直接导致蛋品质的下降。对于产蛋家禽来说，对钙添加量的增加要与其肠道吸收钙的能力相适应,同时应减少肾脏中钙的排泄。哺乳动物体内的多胺（包括腐胺、精胺和亚精胺）能够调节体内某些细胞中细胞基质钙离子的平衡。研究发现，腐胺的代谢产物亚精胺和精胺对从小鼠肝脏中分离出来的线粒体内钙离子的运转具有重要的调节作用。有研究将多胺视为细胞内的信使，它可以使细胞质内钙离子的浓度增加。细胞外二价的阳离子如Ca2+和Mg2+，是腐胺和精胺运转的必要物质。研究发现，产蛋鸡饲喂添加了3.5%钙和0.10%的腐胺的日粮后，其蛋壳质量明显提高，原因可能是添加了腐胺后，提高了产蛋鸡固钙的能力，Ca2+浓度提高，促使钙在体内的运转平衡。

4.3 腐胺与机体疾病的关系 腐胺与肿瘤的发生和维持肿瘤细胞恶性表型有着密切的关系。细胞内腐胺含量过多时就可能导致细胞过度增殖，导致增殖异常性疾病。早期研究发现，病毒诱导原代成纤维细胞转化时，腐胺和精脒的含量增多。腐胺在维持肿瘤细胞恶性表型中也起着重要作用，抑制腐胺合成可抑制肿瘤细胞增殖并诱导其分化凋亡，引起肿瘤恶性表型逆转（Wingo，1995）。ODC为腐胺合成的限速酶，当ODC的活性受到抑制时，细胞内腐胺的含量降低，使肿瘤细胞停滞在G1期，从而抑制肿瘤细胞的生长 （Wallace和Fraser，2004）。抑制ODC的活性就有可能在一定程度上抑制肿瘤的生长（Wallace等，2003）。腐胺能够通过反馈机制抑制ODC的活性。DFMO是ODC的特异性外源抑制剂，已经被证实能抑制多种肿瘤细胞的生长，机制可能是能耗竭肿瘤细胞快速生长所需的多胺成分，诱导细胞快速凋亡。兰晓煦和武进峰（2006）有研究发现，DFMO，可以抑制膀胱癌EJ细胞的增生并诱导其凋亡。马腾骧和韩瑞发（1992）研究指出，多种恶性肿瘤患者的体液、尿液中腐胺含量明显增高。腐胺可以影响哺乳动物的S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶的活性与生长，并通过胰蛋白酶来延缓S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶的衰老速度，同时对S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶构象的稳定具有促进作用 （Wada和 Shirahata，2010）。Shirahata等（1985）报道，S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶通过促进腐胺转化为精脒和精胺，刺激肿瘤细胞的生长，S-腺苷甲硫氨酸较鸟氨酸脱羧酶是更为有效的细胞转化的诱导因子。研究发现,高含量多胺是肿瘤细胞快速生长所必需物质，因此,腐胺的代谢途径也已逐渐成为治疗肿瘤的潜在靶点（Casero 和 Marton，2007）。 同时 Seiler（2000）研究发现，腐胺与脊椎动物脑损伤有着密切的关系，当出现脑部缺血时鸟氨酸脱羧酶的活性增加，腐胺的浓度也随之增加，腐胺造成缺血部位细胞毒性的增加。

5 小结

腐胺广泛存在于生物组织和体液中，可直接或间接地影响细胞的生命活动，对动物肠道功能具有重要的促进作用。因此，研究腐胺能否作为一种饲料添加剂来提高动物对营养物质的吸收能力，可作为动物营养研究的一个新方向。

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