小腸粘膜二糖酶的研究進展

動物的生長速度決定于消化和吸收發生的場所－消化系統。在動物的消化過程中，小腸刷狀緣膜期限消化是整個消化過程中蛭重要的步驟，在膜期消化過程中，小腸粘膜二糖酶發揮了關鍵的作用。二糖的徹底消化對動物體的營養起關鍵作用，但是要徹底的消化二糖在很大程度上依靠小腸微絨毛上的二糖酶發揮作用。本文綜述了小腸粘膜二糖酶的特點，種類，釋放，分布，發育和一些影響小腸粘膜二糖酶活性的因素，如激素和日糧。 　　動物生長速度決定于消化和吸收的場所－消化系統（haipaz等，1999），小腸是食物消化吸收過程中最主要的部位。jame（1997）指出粘膜消化是各種養分的最終消化階段，腸粘膜是所有養分的最終消化場所，處于關鍵的地位。uni等（1999）也指出小腸粘膜階段水解過程可能是笑話階段的決定性步驟，ssiddons（1972）和戴文波特（1976），uni（1999）研究證明二糖不能被小腸直接吸收利用。rity（1985）和semanza（1989）的研究結果也證明，淀粉水解的單糖可以自由通過腸壁上皮細胞，而淀粉的其它水解產物包括麥芽糖，麥芽三糖的極限糊精（3-5個[1，4-α]葡萄糖單位及1個[1，6-α]葡萄糖單位）不能被腸壁直接吸收，必須有粘膜二糖酶水解成單糖后被吸收利用。所以小腸二糖酶在碳水化合物的利用方面起這至關重要的作用。沒有消化道粘膜二糖酶的存在，就沒有糖類物質的徹底分解。故有學者建議將二糖酶的發育作為小腸分化和對日糧物質適應情況的標識。 　　戴文波特（1976）向濤（1986）和張玉生（1994）均認為二糖酶及其它低聚糖水解酶不是由消化腺分泌出來的，而是來自腸道脫落腸道上皮細胞上在細胞崩解后釋出來并附著在微絨毛的腸腔面。osterreicher（2001）也支持這樣的觀點。這些酶是絨毛細胞刷狀緣的組成部分。richerd等（1998）測定二糖酶是由一個或多個亞基組成的膜糖蛋白，含糖量約為20%，分子量在200k以上，其中乳糖酶的活性形式是由兩條130k的多肽組成的二聚體。takesue等（2001）報道，大多數哺乳動物腸道刷狀緣上的異麥芽糖是和蔗糖酶結合在一起的，在哺乳動物中，據估計麥芽糖酶活性80%是以異麥芽糖酶-蔗糖酶結合體的形式結合在一起的。其它的20%是別的結合體發揮的，如麥芽糖酶-蔗糖淀粉酶結合體。但rio等（1989）認為也有異麥芽糖酶單獨存在的情況，在眾多的二糖酶中海藻酶是研究的最少的，他不像其它二糖酶，海藻酶有很高的專一性，它只能水解海藻糖（sacktor,1986;vanbeers等，1995），而且不像其它二糖酶，異麥芽糖-蔗糖酶結合體，和蔗糖酶-等糖淀粉酶是和蛋白有緊密的聯系且有可能是由同一個基因進化而來（hunziker等，1986；vanbeers等，1995）哺乳動物海藻糖酶等以上這些酶并無相關性且更與低等生物包括原核生物有更大的相關性（nwaka,halzer,1998;ruf等1990）。 　　二糖酶是按照酶作用底物而命名的一類消化酶，包括：α-d-葡糖水解酶（ec3.2.1.48），又稱蔗糖酶；α-d-葡糖苷酶（ec3.2.1.20），又稱麥芽糖酶，葡糖轉化酶或葡糖甘蔗糖酶，低（聚）-1，6-葡糖糖苷酶（ec,3,2,1,10）又稱異麥芽糖酶或極限糊精酶；β-d-半乳糖苷酶（ec,3,2,1,23）又稱乳糖酶；海藻糖酶（ec,3,2,1,28）另外還有β-d-葡糖苷酶，又稱龍膽二糖酶，纖維二糖酶或苦杏仁苷酶等。 　　二糖酶及其它低聚糖酶不是由消化腺分泌的，而是來自脫落腸粘膜上皮細胞，在衰亡細胞崩解后釋放出來并附著在微絨毛的腸腔面（jorden,1989）。突出于腸腔的小腸絨毛上皮是由形態和功能極化的細胞組成的，絨毛的上皮細胞相互相連，相鄰的絨毛底部有呈簡單管狀的隱窩（程志斌，葛長榮，2002），絨毛上皮能持續的由位于隱窩底部的多功能的干細胞更新（jorden,1989;孫哲，王儆，2001）。腸細胞在向隱窩移動和經過隱窩絨毛給合處時有分化和極化過程，他們的分子占據底部位置而細胞膜折疊形成小腸微絨毛和刷狀緣（freund等，1995）。新細胞形成后先到隱窩底部，再沿著絨毛柱的軸向遷移，在移動過程中，一直隨著腸表皮細胞功能性的極化，消化酶類包括二糖酶在刷狀緣頂部的積聚并作為細胞的內部組成部分（noreno等，1986）。隨著細胞的衰亡，脫落，崩裂并釋放其中的酶類，整個細胞就作用小腸粘膜的分泌物進入腸道（gray,1981）。因此，上皮細胞不斷從絨毛頂端衰亡脫落的過程，實質上是小腸上皮細胞的更新過程，也是小腸粘膜二糖酶的分泌釋放過程。 　　二糖酶廣泛分布于腸道粘膜和內容物中，但二糖酶在腸道的不同部分，相同部分不同部位分布并不均勻，甚至同一絨毛柱的不同部位也不同（dukes,1984;siddons,1972）。而且，小腸粘膜絕大部分分布于小腸絨毛刷狀緣的粘膜表面，小腸中段空腸粘膜二糖酶的活性要較十二指腸及回腸段高。總體上，小腸二糖酶活性要遠遠大于大腸（siddons,1972）.dahlqrist,1996）報道，在消化道內，蔗糖酶，麥芽糖酶和異麥芽糖酶主要分布在小腸的后段，而乳糖，海藻糖酶和纖維二糖酶主要分布于小腸的前段。 　　在家禽的孵化過程中，動物的營養來源突然從蛋黃轉到含碳水化合物的日糧，在為了適應這種變化，家禽的腸道從形成結構和酶的釋放上都發生了適應這種改變的變化（uni,1998）。非哺乳動物粘膜二糖酶主要以庶糖酶、麥芽糖酶為主（孫哲，2001）。每克粘膜中的蔗糖酶，麥芽糖酶活性在孵化前一天和孵化后兩天增長的非常快，但在這之后，每克粘膜中的酶活性持續降低，一直在孵化后6-7天達到最小值。但這三種酶的活性又在12天時重新增加。uni等（1998）報道，當雛雞在出殼后兩天，二糖酶活性增加了2-3倍，在遠端小腸穩定在一定較低的水平。十二指腸、回腸、空腸每克粘膜中這些酶活性與每根絨毛的腸細胞數相關。在腸道各種酶的活性在腸道不同部位也不一樣，每克空腸內容物的蔗糖酶和麥芽糖酶的活性比十二指腸和回腸要高（uni,1999）。selletal.（1989）發現火雞腸道各段中，最接近空腸處二糖酶的活性最強。uni等（1998）報道，肉仔雞出殼后十二指腸絨毛數量在第7天達到最大值，而此時回腸和空腸內的絨毛數量仍然在增長，出殼后蔗糖酶和麥芽糖酶的活性在十二指腸內較低，空腸和回腸較高。這些酶在出殼后1~2天達到最高，然后下降。 　　在哺乳動物哺乳前后，動物的營養獲得來源從胎盤向腸道營養轉變，動物腸道在分娩前幾周發育和成熟的非常快。分娩前的幾周豬腸道的生長比豬體本身要快，腸道在分娩前的三周增加了70~80%（sangild,2000）。關于哺乳動物二糖酶發育的研究較多。就大鼠而言，deeldy（1996）報道乳糖酶是在妊娠第18天的胎兒期出現，出生后一周內活力高，然后逐漸下降，第2周達到成熟水平。不象家禽可以通過蔗糖酶-麥芽糖酶的復合體，很快地改善二糖酶去適應環境的改變.哺乳動物的蔗糖和麥芽糖是位于相同的刷狀緣透膜醣蛋白鏈（semenza,1986），所以它們的活性比例是相同的。在哺乳動物中，蔗糖酶-麥芽糖酶的復合體的表達是受日糧的改變所影響（traberetal.,1992）。哺乳動物中，二糖酶活性也有在十二指腸、空腸和回腸的特點（nunezetal.,1996）。小鼠出生后的2周內并不產生蔗糖酶的活性，在第16天出現蔗糖酶的活性，且持續增長直到25天達到成年水平（hennings.t.等,1981;hennings.t.等,1987）。firmansyah等（1989）報道，哺乳動物在出生后乳糖酶活性降低，蔗糖酶活性升高，但蔗糖酶、異麥芽糖酶的活性持續穩定或稍有下降，這與hudman（1957）的報道基本一致，他報道仔豬乳糖酶活性在出生時較高，2~3周后迅速下降，蔗糖酶和麥芽糖酶的活性出生時都很低，而后逐漸升高，于25天后達到最大值。 　　kidder（1980）研究了豬粘膜二糖酶從出生后20天到體成熟的發育規律。指出蔗糖酶和異麥芽糖酶與日齡對數成正比例增加。而乳糖酶則相反。 　　碳水化合物在小腸內的消化可分為兩個階段：腸腔消化階段和粘膜消化階段。在腸腔消化階段，胰淀粉酶作用于淀粉，直鏈淀粉水解為麥芽糖和麥芽三糖，支鏈淀粉水解麥芽糖、麥芽三糖，少量的葡萄糖和極限糊精。但胰淀粉酶只能水解α-1,4糖苷鍵，而不能水解α-1,6糖苷鍵。而這些淀粉水解產物的進一步消化則由小腸刷狀緣的二糖酶在膜期消化完成了（james,1997）。 　　緊靠腸道粘膜的表面有一層大約0.01-1mm的相對不動水層（dukes,1984;張玉生，1994）叫靜水層相（uwl）。膜期消化是在細胞頂點膜表面由多糖蛋白復合物、粘液和靜水層組成的微環境中進行的。多糖蛋白質復合體是由小腸粘膜杯狀細胞分泌的,它有吸附蛋白質并使其附著在粘膜表面的能力，胰臟分泌的酶類也可以被粘多糖吸附并發揮作用（dukes,1984）。所有的營養物質（包括二糖）必須通過擴散或滲透作用經過靜水層等組成的微環境才能被進一步消化、吸收和利用（james,1997;moran,1985）,小腸微絨毛一直延伸進腸腔的靜水層，完成淀粉最后水解成單糖的二糖酶就固定在刷狀緣的細胞膜上，如果麥芽糖、麥芽三糖和極限糊精到達靜水層，就會迅速被這里的二犢酶水解成單糖，而且大多消化產物不再返回到腸腔就直接被腸絨毛吸收（張玉生，1994）。小腸粘膜階段的消化吸收是營養物質吸收的限速步驟。戴文伯特（1976）報道，除了乳糖酶之外，其他二糖酶的水解效率非常高，乳糖分解速度只是麥芽糖或蔗糖分解速度的一半，所以小腸粘膜二糖酶中的乳糖水解酶是控制碳水化合物的消化吸收限速步驟的酶。 　　由此可見，二糖酶在碳水化合物的消化吸收過程中起著至關重要的作用，沒有粘膜二糖酶，就沒有糖類物質的徹底分解，沒有單糖酶的吸收、轉化和利用。 　　5.影響粘膜二糖水解的因素影響動物體內粘膜二糖酶水解的因素很多，日糧的組成、動物體內的激素以及飼養管理都參與二糖酶的水解的調節，但作用機理還不甚清楚。二糖酶的合成、修飾、釋放及降解各個環節均可能受到調控。 　　嚙齒動物腸道酶類的發育受幼畜激素環境的影響（pacha,1993）,幼畜在開奶前的幾個小時，血清中的皮質脂酮濃度上升（hemring,1978）,皮質脂酮已證明能影響好幾種酶的活性包括蔗糖酶的活性（keelinger,1980）。體外給羊的胚胎期的第7天到108天注射皮質醇可以使羊的隱窩細胞增殖速度和腸細胞向絨毛移動的量翻番（trahair,1987）。絨毛細胞數的增多可以促進二糖酶的釋放。henning（1987）報道皮質醇可使2周齡大鼠蔗糖酶、麥芽糖酶、海藻糖酶活力上升及乳糖酶活力下降，二者的報道基本相吻和。sargiel等（1995）報道，乳糖酶的發育最起碼部分受皮質醇的調控，因為通過注射皮質醇劑未成熟的胎盤會刺激產生酶的活性。吳林友（2001）報道，添加生長抑素的抑制劑半胱胺可以提高腸內容物中淀粉酶活力。 　　日糧的組成可以影響小腸粘膜二糖酶水解，一般認為，相應的底物可以促進相應酶活的發育，所以對二糖酶影響最大的日糧成分是碳水化合物。小鼠日糧中添加葡萄糖，果糖或蔗糖不影響小腸粘膜乳糖酶活性，但可使蔗糖酶和麥芽糖酶活性提高，其中蔗糖酶比對照組提高68%（collins,1989）。sell等（1989）報道，日糧成分可以相對獨立的影響各種酶的活性，而且日齡也會影響各種酶的活性。從7日齡開始，相對于飼喂高碳水化合物的日糧,富含動物脂肪和玉米油的日糧可以降低火雞小腸二糖酶活性（sell,1989）。goela等（1988，1994）也報道，脂肪和蛋白質也參與粘膜二糖酶水解的調節，高蛋白和高脂肪均可使粘膜二糖酶水解下降。riby等（1984）采用高蔗糖和無碳水化合物的日糧飼喂大鼠，結果表明，高蔗糖日糧組大鼠體內的蔗糖酶活性比不含蔗糖酶日糧組大鼠升高3.25倍。蔗糖酶的合成速度升高2.62倍，而蔗糖酶的降解速度只提高0.8倍。berg等（1973）、adamson（1994）均報道，麥類可溶性非淀性多糖（snsp）可使淀粉酶活性降低。