摘要：色氨酸是一种功能性必需氨基酸，对动物的生长性能、氧化应激、免疫、基因表达以及蛋白质合成等功能均有调节作用，并且色氨酸是生成烟酸、辅酶Ⅰ、辅酶Ⅱ、褪黑激素、5-羟色胺、犬尿氨酸、喹啉酸等的前体物质，具有多种生理功能和生物活性。本文将有关色氨酸生理功能及在家禽、家畜等动物上的研究进行了综述，对进一步研究色氨酸对动物的调控作用具有一定的意义。
关键词：色氨酸;生理功能;调节作用
色氨酸(Tryptophan)化学名称是-氨基--吲哚丙酸，分为L型、D型和DL型。动物体内的色氨酸在分解代谢的过程中主要有三个途径：一是犬尿氨酸途径代谢，约占整个代谢途径的95%，色氨酸在吲哚2，3-双加氧酶(IDO)和色氨酸2，3-双加氧酶(TDO)的作用下生成犬尿氨酸，之后大部分犬尿氨酸被催化水解成3-羟邻氨苯甲酸，最后经多级酶促反应生成吡啶羧酸类、喹啉酸及尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸等活性分子，仅有小部分犬尿氨酸生成犬尿喹啉酸;二是色氨酸通过羟化作用和脱羧作用，最终生成褪黑激素;三是色氨酸分解代谢生成吲哚乙酸从胃中排出。色氨酸的分解代谢过程及其代谢产物对动物体生理功能有重要调节作用。
1生长调节作用
色氨酸主要通过影响动物采食量来调节生长性能。动物采食量主要通过以下几个途径进行调节：1)5-羟色胺(5-HT，又名血清素)作用于下丘脑采食中枢，实现对动物采食的调节作用。5-HT是色氨酸的衍生物，色氨酸经色氨酸羟化酶作用形成5-羟色氨酸，再经脱羧酶成为5-HT;2)通过调整支链氨基酸(BCAA)、大分子中性氨基酸(LNAA)与色氨酸的比例，也可对动物采食量产生影响;3)激素对动物采食量的调节;4)5-HT与不同受体结合来实现对动物采食的调控作用。弓状核神经肽Y/刺鼠相关蛋白神经元受到5-HT的刺激，经过脑干迷走神经复合体区以及刺激增食欲素神经元，对动物采食量有调节作用[1-3]。
AsorE等[4]报道，色氨酸分子通过血脑屏障的多少受BCAA含量的影响。饲粮中BCAA含量增多时，脑组织中5-HT含量随之降低，动物体内色氨酸和BCAA的比例不平衡时，动物的采食量便会下降。动物的生长性能还受到LNAA和色氨酸的比值的影响，色氨酸与LNAA(Phe、Tyr、Ile、Leu、Val)拥有的转运载体是相同的，LNAA与载体结合具有竞争性，进而影响脑组织中色氨酸合成5-HT的效率，色氨酸与LNAA的比例对5-HT的产生有重要作用[5]。
除此之外，很多动物机体通过提高胃饥饿素的分泌和肠道排空速度来增加动物采食量，同时还能促进营养物质的吸收速率，从而达到提高生长性能的目的[6-7]。色氨酸是通过5-HT与不同受体结合影响采食，从而实现对动物生长性能的调控作用。Voigt等[8]研究结果表明，5-HT与5-HT1A受体结合可以促进采食，在试验动物皮下注射5-HT1A受体激动剂，刺激了瘦鼠摄食。
Vickers等[9]认为，5-HT与5-HT2C受体结合会抑制采食，他们通过在5-HT2C受体突变鼠上做试验，发现5-HT的释放剂的饱感效应减弱，说明5-HT2C也参与摄食调节。人体所需的尼克酸一大半由色氨酸转化，尼克酸和尼克酰胺是可互相转化的，转变率却极低，如果动物采食过程中，色氨酸或尼克酸含量过低会直接影响生长性能，添加一定量的两种物质可以改善生长性能受到抑制的现象，虽然两者转化率很低，却有重要的生理意义。
在动物营养方面，饲粮色氨酸水平对动物生长性能有显著的影响。饶巍等[10]报道，蛋鸡饲粮中色氨酸水平为0.175%~0.200%时，显著提高8~53周龄蛋鸡的饲料利用率和产蛋率。魏宗友等[11]报道，扬州鹅饲粮中添加适量的色氨酸有利于其生长性能达到最佳水平。Seve等[12]和Page等[13]的研究结果表明，猪饲粮中色氨酸添加量过量会抑制其生长性能含量过低，满足不了猪的需求量，会降低饲料利用率和氮沉积等指标[14-15]。由此可知，对于畜禽来说，饲粮中适宜的色氨酸含量对其生长性能有重要作用，采食适量的色氨酸有利于动物体内氨基酸平衡，提高营养物质利用率，使动物获得最佳的生长性能。相反，过多或过少食入色氨酸，对动物体自身的生长性能均有一定的抑制作用。
2抗氧化应激作用
氧化应激会使色氨酸分解代谢增强，色氨酸的氨基可与氧化剂直接结合，阻碍了其他一些物质的氧化反应，以起到抗氧化的作用。Kotake等[16]分离出催化色氨酸转化为甲酰犬尿氨酸的酶(TDO)。Higuchi等[17]分离到了催化色氨酸分解代谢的第二种酶——IDO。TDO和IDO是血红素酶家族成员，也是限速酶，作用于犬尿氨酸代谢途径反应，激活氧分子并催化生成N甲酰犬尿氨酸。TDO主要在哺乳动物肝脏中表达，在某些动物上脑也能表达[18]。IDO与TDO不同，除肝脏外IDO在真核动物体内广泛表达。
TDO和IDO催化同一反应，TDO具有底物的特异性，只氧化L-色氨酸和一些取代第5和第6位点的色氨酸衍生物。IDO除了与TDO相同的底物外，还催化D-色氨酸、3-氨乙基吲哚和5-HT的氧化反应[19]，IDO被认为是机体有效的抗氧化剂，其对超氧阴离子的亲和力强于超氧化物歧化酶(SOD)，且对超氧阴离子的清除不需要将其转化为H2O2。
除此之外，褪黑激素合成色氨酸的前体物质及其代谢产物都具有较强的抗氧化作用，进而形成了褪黑激素级联放大的抗氧化效应。褪黑激素的抗氧化作用还表现在其清除自由基作用的广泛性上，它能清除包括活性氧族/活性氮族(ROS/RNS)在内的几乎所有种类自由基[20-21]。褪黑激素的受体分布于哺乳动物大多数组织中，通过这些受体，褪黑激素易于穿透众多生理屏障，使其在整个机体中都能发挥抗氧化作用[22]。
马玉娥等[23]报道，在黄羽肉种鸡饲粮中添加0.18%的色氨酸，可使其血清中SOD和谷胱甘肽(GSH)活性提高，并且能显著增加血清中谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)含量。魏宗友等[24]研究结果表明，当扬州鹅的饲粮中缺乏色氨酸时，可导致其淋巴细胞凋亡;若添加适量的色氨酸，可以促进脾脏发育，增强其的抗氧化能力和体液免疫能力，并且可有效改善淋巴细胞凋亡情况。
3免疫调节作用
色氨酸及其代谢产物具有调节畜禽免疫的功能，主要通过调节淋巴细胞和免疫球蛋白的生成，使机体免疫力提高[22]。色氨酸是一种与免疫蛋白相关的限制性氨基酸，直接参与调节畜禽的体液免疫过程。IDO、喹啉酸、5-HT和褪黑激素在色氨酸代谢通路中均发挥重要作用。IDO是色氨酸代谢调控免疫途径的外效应子，也是免疫调节的关键因子，被认为是获得性免疫耐受所必需，可以通过消耗微环境中的色氨酸调控T细胞作用，协助肿瘤细胞诱导宿主免疫系统产生耐受[25]。
MellorAL等[26]研究发现，树突状细胞(DC)表达的IDO可以通过消耗微环境中的色氨酸来抑制T细胞增殖。色氨酸缺乏可造成T细胞无应答性[27-28]。巨噬细胞增殖刺激因子诱导产生的巨噬细胞能阻止T淋巴细胞增殖，原因在于巨噬细胞-T淋巴细胞共同培养后，该体系中色氨酸被耗竭[27]。成熟的抗原递呈细胞中的IDO活性并不直接影响T细胞进入细胞周期，而是通过减少T细胞与色氨酸接触的机会从而阻止细胞周期的进行，细胞周期停滞可阻止细胞增殖，导致T细胞凋亡[28]。
色氨酸对于巨噬细胞的吞噬能力、脾脏淋巴细胞的增值能力以及T-细胞的增殖分化进程均有一定的影响[29-30]。色氨酸的前体物质5-HT可结合多种受体发挥其相应的免疫机能，5-HT可以增加白介素-6(IL-6)和白介素-10(IL-10)的产生，这两种细胞因子均可促进体液免疫反应，从而调节适应性免疫应答[31]。
除此之外，有关免疫功能的色氨酸分解代谢产物还有褪黑激素，褪黑激素能够促进免疫器官的增大，使淋巴细胞和脾细胞体积增生[32]，并且褪黑激素还可以诱导巨噬细胞，使其产生干扰素和白细胞介素，进行免疫调控作用，免疫细胞释放的免疫因子也会大幅度增多[33]。当机体发生炎症时，色氨酸的需求量会升高，添加色氨酸可以明显提高动物机体的免疫力，色氨酸分解代谢会增强[34]。与之相反，饲粮中色氨酸含量不足，会影响畜禽营养平衡状况，同时免疫力也会下降，畜禽感病的可能性会提高，死亡率也会相应提高[32]。
Kolodziej[35]研究发现，在机体免疫调节过程中，促炎细胞因子白介素-17(IL-17)的生成会受到犬尿氨酸及其产物的抑制，使得辅助性T细胞17(Th17)的成熟分化也受到抑制，CD4+T细胞则会转化成CD4+CD25+Foxp3+调节性T细胞，动物机体的炎症反应得到缓解。
4调节基因表达和蛋白质合成作用
有研究表明，色氨酸可以促进胃肠黏膜中生长素激素释放肽(Ghrelin)表达和分泌增多，从而促进动物采食和生长的作用[34]。色氨酸还可以通过调节类胰岛素1号增长因子(IGF-1)系统基因转录水平的表达来影响肝脏IGF-1的分泌与释放，调节仔猪生长。饲粮色氨酸水平过低会使仔猪IGF-1、生长激素(GH)浓度下降，抑制仔猪生长[7]。色氨酸的不足降低了垂体GH的mRNA水平，同时也降低肝脏生长激素受体(GHR)、IGF-1和IGF-1结合蛋白-3(IGFBP-3)的表达，但提高了IGF-1受体mRNA水平，肝外组织GHR和IGF-1转录表达降低[7]。
5对动物其他生理功能的调节作用
对于泌乳母畜来说，摄取的氨基酸水平对母乳分泌和乳腺发育有直接的影响。泌乳母畜日粮中氨基酸是否平衡对泌乳母畜的泌乳性能有很大影响。Paulick等[43]研究发现，随着饲粮色氨酸水平增加，泌乳母猪的产奶量呈先升高后下降的趋势，但对乳中的乳脂和乳蛋白质含量没有显著影响;对于仔猪日增重的影响趋势和产奶量是一致的。
Cooper等[44]和Richert等[45]研究发现，动物可以通过利用体内储备的色氨酸来维持机体对色氨酸的需要，由此可推测，这可能是为什么在泌乳母畜日粮中添加色氨酸却不能对乳中的乳脂和乳蛋白质含量产生影响的原因之所在。因此，有关色氨酸调控泌乳功能的相关研究有待更深入探究。
6展望
综上所述，色氨酸及其代谢产物对动物机体有很重要的调节作用。目前，有关色氨酸的研究很多，有部分家禽、家畜已确定色氨酸的营养需要量，但在经济动物、水产养殖和反刍动物等研究空间依然很大。分子水平的研究结果表明，氨基酸对细胞功能的调控作用远远大于色氨酸对新陈代谢的调控作用，而细胞生理功能是通过调控氨基酸转运载体基因表达和信号传导途径实现的。因此，深入开展色氨酸的调控作用研究有重要意义。有关色氨酸对动物体的调控机制仍有很多需要研究探讨的课题，尤其对于特种经济动物更具有很大的研究空间。
参考文献
[1]徐建,陈芳琴,郑德,等.色氨酸对动物采食的调控[J].饲料研究,2013,(9):21-24.
[2]OhtaniH,SaiTonS,OhkawarAH,etal.Researchnote:productionperformanceoflayinghensfedL-tryptophan[J].PoultryScience,1989,68:323-326.
[3]余东游,周斌,饶巍.饲粮色氨酸水平对蛋鸡生产性能及蛋品质的影响[J].动物营养学报,2010,22(5):1265-1270.
[4]AsorE,StemplerS,AvitalA,etal.Theroleofbranchedchainaminoacidandtryptophanmetabolisminrat'sbehavioraldiversity:intertwinedperipheralandbraineffects[J].EuropeanNeuropsychopharmacology,2015,25(10):1695-1705.
[5]SeveB.Physiologicalrolesoftryptophaninpignutrition[J].AdvExpMedBiol,1999,467:729-741.
[6]PonterAA,BernardS,MorganLM.Intragastrictryptophanreducesglycemiaafterglucose,possiblyviaglucose-mediatedinsulintropicpolypeptide,inearly-weanedpiglets[J].TheJournalofNutrition,1994,124(2):259-267.
[7]ZhangH,YinJ,LiD,etal.Tryptophanenhancesghrelinexpressionandsecretionassociatedwithincreasedfoodintakeandweightgaininweanlingpigs[J].DomesticAnimalEndocrinology,2007,33(1):47-61.
[8]VoigtJP,SchadeR,FinkH,etal.Roleof5-HT1AreceptorsinthecontroloffoodintakeinobeseZuckerratsofdifferentagesPharmacology[J].BiochemistryandBehavior,2002,72:403-409.
[9]VickersSP,CliftonPG,DourishCT,etal.Reducedsatiatingeffectofd-fenfluramineinserotonin5-HT2Creceptormutantmice[J].Psychopharmacology,1999,143:309-314.
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