摘 要 对精胺的代谢调节、生物学功能以及对消化道的调节作用等各方面的研究进展作了综述，浅析了精胺在动物营养上的应用前景，并对精胺今后的研究方向以及存在的问题作了探讨。精胺对消化道黏膜上皮细胞正常生长发育以及在对损伤的适应与修复过程中起重要作用，精胺的发现与应用为促进仔猪小肠细胞增殖和胃肠道发育的研究提供了一个新的思路。
关键词 精胺；仔猪；肠黏膜上皮细胞；断奶综合症
精胺（spermine，SPM）是多胺（polyamine）的一种，是生物代谢过程中产生的具有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱。精胺在生物体内含量不高，却是微生物、动物及人体合成核酸和蛋白质所必需的一种调控物质。凡生长旺盛的组织，如胎肝、幼仔胃肠道及癌肿中，都伴有精胺合成和分泌的明显增加，并且先于DNA、RNA及蛋白质的合成。精胺的大部分生物功能是建立在与DNA、RNA、蛋白质及带负电的膜成分之间静电反应的基础上的。近年来，许多试验研究表明，精胺对动物肠道细胞的增殖和损伤的修复有重要作用，适宜剂量的精胺能促进幼仔动物胃肠道生理生化指标达到成年动物水平。仔猪断奶前期，肠道仍处于发育阶段，各项生理、生化指标尚不完善，而断奶过程中所遭受到的各方面应激恶化了这种内在的生理状态。通过在仔猪日粮中添加或口服精胺，有望解决生产中所面临的“仔猪断奶综合症（early weanling syndrome，EWS）”问题。
1 精胺的合成与代谢
精胺化学名为[N,N-双-3丙氨基]-1，4-双胺，分子式H2N（CH2）3NH（CH2）4NH（CH2）3NH2，分子量202.3。生物体内包括精胺在内的多胺都以多价正离子形式存在（见图1）。多胺来自以下几个途径：①母乳和日粮（母乳中含有多胺；植物组织中，特别是豆科类植物中精胺含量较其它植物种类高）；②胃肠道的分泌；③组织中脱落的细胞；④肠道内微生物的合成。外源性多胺和内源性多胺共同发挥体内多胺的生物学功能。
生物体内存在着一套完整的机制以调节多胺的浓度并维持多胺池的动态平衡，包括多胺的从头合成、逆向互变、吸收、降解、排泄等环节。
1.1 精胺的代谢途径
多胺的代谢可分为两个主要途径：互变途径（polyamine interconversion）和终末代谢途径（terminal degradation of polyamines）。
1.1.1 精胺的互变途径（见图2）
精胺的前体是Ｌ-鸟氨酸（L-ornithine）和L-蛋氨酸（L-methionine）。Ｌ-鸟氨酸在鸟氨酸脱羧酶（ornithine decarboxylase，ODC）催化下脱羧生成腐胺， 腐胺在精脒合成酶的作用下经过一次丙胺基转移反应生成精脒,精脒在精胺合成酶的作用下再经过一次丙胺基转移反应生成精胺。Ｌ-蛋氨酸经Ｌ-蛋氨酸腺苷转移酶催化生成S-腺苷蛋氨酸（SAM），后者再经S-腺苷蛋氨酸脱羧酶（S-adenosylmethionine Decarboxylase SAMDC）生成脱羧的Ｓ-腺苷蛋氨酸（dcSAM），为精脒和精胺的合成提供丙胺基（CH2CH2CH2NH2）。
1.1.2 终末代谢途径
精胺经精胺乙酰转移酶、精脒乙酰转移酶（spermine、spermidine Acetyltransferase，SSAT）和多胺氧化酶（Polyamine Oxidase，PAO）及其它胺氧化酶，逆向互变逐步降解为精脒、腐胺,而腐胺由氧化酶生成氨基丁酸，最后生成胺离子和二氧化碳排出体外。
1.2 精胺代谢的调节
体内多胺水平受各种代谢酶及其抑制物的调控，在多胺合成途径中共有4个酶参与，即2个脱羧酶（ODC和SAMDC）和2个丙胺基转移酶（精脒合成酶和精胺合成酶）。两种脱羧酶在动物细胞内含量较低，半衰期很短，且极易诱导，是多胺合成的关键酶，丙胺基转移酶在细胞内的含量相对高得多。ODC是多胺合成的限速酶，其活性依赖于磷酸吡哆醛，半衰期在10~30min。许多刺激细胞生长和分裂的激素和药物（如谷氨酰胺，Gln）刺激细胞后，其酶活性可增大1 000倍，停止刺激后又可迅速降低至正常水平。其中，Gln刺激ODC活性上升还需要表皮生长因子（EGF）的辅助，提示谷氨酰胺和表皮生长因子可增强精胺的生物学功能。
2 精胺促进细胞增殖的机理
精胺被许多学者认为是细胞的启动剂，与细胞的增殖、分化和凋亡有关，并能强烈影响细胞DNA、RNA和蛋白质的代谢。体外试验表明，精胺与细胞周期（见图3）关系密切，细胞从G1期进入S期时，需要一定浓度的精胺。细胞受促有丝分裂剂刺激后，精胺浓度先于DNA、RNA和蛋白质合成增加而增高，从细胞G1期到有丝分裂期间，细胞内腐胺、精脒和精胺的含量都逐步增加。
精胺特有的结构决定了其在促进细胞增殖和分化中的作用。由精胺的分子式可见，在生理pH下，精胺裸露的4个氮原子空轨道具有强烈的亲和电子作用，所以精胺带有高密度的正四价阳离子。带阳离子的N原子可以与多价阴离子的生物大分子（DNA、RNA等带有负电荷的磷酸基团）以次丙基部分把相同链上相邻的磷酸基团连接起来，连接核酸分子双螺旋链之间的小沟，形成稳定的双螺旋结构，这称之为“ion-bridging”模型作用。精胺通过“ion-bridging”可以对DNA起浓缩作用，形成圆柱形超螺旋结构，可以使DNA抵抗DNA酶（Dnase）的作用，增加DNA合成的起始效率和合成过程的专一性。
包括精胺在内的多胺都具有促进细胞增殖的作用，只是由于3种多胺的阳离子效价不同，而作用程度不同。有学者通过体外DNA融解曲线证明，精胺更适合与DNA、RNA的磷酸基团结合，使遗传大分子的空间结构更加稳定。
3 精胺对小肠的调节作用
对幼龄动物而言，肠道处于发育成熟的初期，肠上皮细胞快速增殖，周转代谢率高，细胞代谢机能亢奋。小肠上皮细胞内精胺含量较高，且随细胞的生长和分化，其含量逐渐增高。小肠隐窝细胞是具有增殖潜能的未分化肠上皮干细胞，是成熟上皮细胞的前身。隐窝细胞增殖、分化、迁移，是小肠黏膜正常自我更新或黏膜损伤后进行修复的主要的生理、病理学基础。鸟氨酸脱羧酶和精胺在这一过程中起着十分重要的作用。有试验证明，口服适量（3~8μmol/d）精胺能促进9~14日龄的幼龄动物小肠生理生化指标达到21~36日龄的水平。
3.1 小肠细胞的增殖、分化与迁移
哺乳动物的各器官中小肠黏膜上皮细胞更新最快，它属于单层柱状上皮细胞，表面有许多细小的肠绒毛（intestinal villus）。绒毛根部的上皮下隐至固有层形成管状的小肠腺（small intestinal gland），又称肠隐窝（intestinal crypt）。绒毛部上皮由吸收细胞、杯状细胞和少量内分泌细胞组成，小肠腺上皮除上述细胞外，还有潘氏细胞和未分化细胞。绒毛表面的吸收细胞游离面在光镜下可见明显的纹状缘，电镜观察表明它是由密集而规则排列的微绒毛构成。微绒毛表面上有一层厚0.1~0.5μm的细胞衣，它是吸收细胞产生的糖蛋白，内有参与消化碳水化合物和蛋白质的双糖酶和肽酶，并吸附有胰蛋白酶、胰淀粉酶等，细胞衣是消化吸收的重要部位。
小肠黏膜基底隐窝是细胞增殖的能量库，小肠黏膜的所有上皮细胞被认为来自位于隐窝底部的干细胞。小肠干细胞是一种未分化细胞，能够自我稳定和分化成几种不同的子细胞系。干细胞是自我复制还是分化成为功能细胞取决于所在的微环境和干细胞本身的状况。所谓的微环境包括干细胞与周围细胞，干细胞与细胞外基质以及干细胞与各种可溶性因子的相互作用；而干细胞本身的因素包括了调节细胞周期的各种周期素（cyclin）和周期素依赖激酶（cyclindepe-ndent kinase），基因转录因子以及影响细胞不对称分裂的细胞质因子和细胞器官等。精胺的生物合成可能在调节周期素和周期素依赖激酶以及基因转录因子方面具有重要作用。
隐窝内细胞的分化能力与位置有关，越往上细胞增殖能力越小，反之越向底部细胞分化增生能力越强。隐窝上部的细胞寿命大约2~3d，可通过细胞S期标记计算隐窝内细胞迁移率和细胞位置的变化，推算出小肠隐窝内细胞迁移的起源在第4个位置（从底部起），为小肠干细胞锚着点。小肠干细胞增殖分化以不对称分裂和对称分裂两种方式进行，而采取何种方式则取决于组织内部微环境增殖后的暂短扩增细胞（TAC），干细胞将迅速分化为5种不同表型的细胞：即潘氏细胞 、杯状细胞、内分泌细胞、M细胞和肠吸收细胞。除潘氏细胞向下迁移至隐窝底部外，其它细胞均以排挤的方式沿隐窝－绒毛轴向绒毛端迁移。随着这些细胞向绒毛端迁移，它们失去了进入细胞周期的DNA合成期（S期）的能力，不再增殖。细胞迁移出隐窝后便逐渐分化，开始表达成熟细胞的功能性基因产物，如碱性磷酸酶、蔗糖酶、乳糖酶等。已经分化的或正在分化的肠上皮细胞继续沿绒毛表面迁移，最后达到绒毛顶端，然后发生凋亡或被排挤出进入肠腔。肠上皮的更新通过细胞的增殖—迁移—分化—凋亡这一连续的生物学过程得以实现，从而维持肠上皮细胞结构和功能的完整性。
3.2 精胺促进幼龄动物小肠成熟的效果研究
对精胺促进小肠成熟的主要指标有以下几个方面：①小肠的重量和单位长度的肠黏膜重量。②小肠各项生理生化指标，包括肠道pH值、渗透性、二糖酶活性、肽酶活性、蛋白质总量、DNA和RNA含量、mRNA表达等指标。③肠道组织学检验，包括小肠各部位的显微检验和小肠远端的透射电镜检验。④小肠免疫功能发育。通过测定小肠免疫细胞的发育，揭示精胺对小肠发育的影响。⑤血浆激素水平检验。测定各激素的水平，寻找精胺可能通过促进激素的释放而促进小肠成熟的非直接途径。
Dufour等(1998)在出生后第12d的大鼠上试验，通过每天两次口服精胺（6μmol/d），连续3d，到第15d宰杀大鼠。测定肠道生理生化指标，数据显示：口服精胺使大鼠第15d的小肠发育指标、蛋白浓度、DNA浓度、二糖酶水平和3种多胺浓度与正常发育到第36d的大鼠相似，表明精胺促进了肠道的提前成熟，且这种效果比口服6μmol/d的精脒更好。这与Hou 等（2001）体外试验显示的精胺效果优于精脒和腐胺的一致。
But等（1993）在出生后第10d的哺乳大鼠上试验，分别口服精胺0.2、0.5、1.0、2.5和5.0μmol/d,连续口服4d后，第14d宰杀大鼠，测定肠道生理、生化指标发现：口服5.0μmol/d精胺比口服生理盐水的对照组十二指肠单位长度的肠黏膜重量提高12%~57%（P<0.05）；麦芽糖酶活性提高了177%（P<0.01）；氨基肽酶活性提高了54%（P<0.01）；蔗糖酶活性提高了66倍（P<0.01）；乳糖酶降低了57%（P<0.02）；肠道酶活性指标达到第20d正常哺乳大鼠的水平；肠绒毛和隐窝的分泌型免疫细胞（SC-IgG）的数量分别提高19倍和3.6倍。血浆激素水平检验显示，对照组检验不出肾上腺皮质激素，而口服5.0μmol/d精胺组检出了高含量的肾上腺皮质激素， 证明精胺诱导了肾上腺皮质激素的释放，提示精胺可能通过促进肾上腺皮质激素的提早释放途径，促进肠道成熟。试验组间各项生理生化指标比较显示，当精胺剂量高于2.5μmol/d时，这种肠道提前成熟更显著，表明精胺的作用效果有剂量依赖性。
4 精胺在动物营养上的研究
多胺的研究主要集中在医学研究领域，特别是在临床医学和癌症学上的研究已经趋于成熟。相对而言，在动物营养上的研究，无论从数量上还是研究的深度和广度上都还十分滞后，在仔猪上的研究更是少之又少。
到目前为止，精胺在动物营养上使用的研究，只有一篇在肉鸡上的饲养试验报道（Sousadias等，1995）。试验结果显示，在120周龄的成年公鸡日粮中分别添加0.2%、0.4%、0.6%、0.8%和1.0%的高浓度精胺，饲养14d，0.6%、0.8%和1.0%试验组死亡率分别为25%、50%和60%。在同样试验条件下，添加0.037 5%、0.075%和0.100%的精胺，除0.037 5%试验组饲料转化效率有所改善外，其它试验组的各项生长指标与对照组相比无显著差异。本试验提示，高浓度精胺对成年鸡有严重的毒害作用，适宜浓度的精胺才能发挥其在动物体内的正常生物学功能。寻找精胺在日粮中适宜的添加量是其应用中需解决的首要问题。美国一家营养和食品研究机构以大鼠为研究对象，测定了精胺的急性和亚急性中毒剂量，得出结论，未产生不利影响的精胺水平为每天每千克体重19mg。
精胺对消化道黏膜上皮细胞正常生长发育以及在对损伤的适应与修复过程中有重要作用，精胺的发现与应用为促进仔猪小肠细胞增殖和肠道发育的研究提供一个新的思路。但精胺在仔猪上的应用还属于一个新的技术，要想取得良好的效果，必须解决好以下几个问题：①精胺在肠道和内脏组织中的代谢；②外源性精胺对体组织内多胺代谢的影响；③精胺使用的最佳添加时间和最佳延续时间；④精胺在仔猪日粮中的最佳添加水平；⑤精胺与其它活性物质（Gln和EGF）协同作用效果和机制的研究。总之，精胺的研究与开发将为我国仔猪生产开辟一条新的途径，为养猪业带来一个新的突破。
参考文献
1 Pegg A.E.，McCann P.P. Polyamine metabolism and fun- ction. Am.J.Physiol.1982
2 Pegg A.E. Polyamine metabolism and its importance in neo- plastic growth and a target for chemotherapy.Cancer Res，1998
3 Seiler N.,Delcros J.G. and Moulinox J. P. Polyamine transport in mammalian cells. An update.Int.J.Biochem.Cell Biol,1996
4 Dufour C,Dandrifosse G,Forget P, et al. Spermine，Spermidine induce intestinal maturation in the rat. Gastroenterology，1988
5 Kaouass M, Sulon J, Deloyer P, et al. Spermine induced preocious intestinal maturation in suckling rats:Possible involvement of glucocorticoids. J Endocrinol，1994
6 Peulen O, Prilet C,Klimek M, et al.Comparison between the natural postnatal maturation and the spermine-induced maturation of the rat intestine. Arch Physiol Biochem，1998
7 Romain N,Gesell M S,Leroy O,et al.Effect of Seprmine administration on pan-creatic maturation in unweaned rats. Comp Biochem Physiol A，1998
8 Cera K R, Mahan K C, Gross R F, et al. Effect of age, weaning and postweaning diet on small intestinal growth and jejunal morphology in young swine. J Anim Sci.，1998
9 Pluske J R Factor influencing the structure and function of the small intestine in the weaned pig:a review .Liv prod sci.，1997
10 Miller B G Effect of weaning on the capacity of pig intestinal villi to digest and absorb nutrients. J Agric Sci.，1986
11 Thomas T and Thomas T.J. Polyamines in cell growth and cell death:molecular mechanisms and therapeutic applications. CMLS.Cell.Mol.Life Sci.，2001
12 顾宪红.断奶日龄对仔猪肠黏膜形态的影响.畜牧兽医学报，2001
13 侯永清,周毓平.仔猪断奶后生理机能紊乱和代谢调控， 1997
14 程忠刚.多胺的研究进展.饲料研究，1998
15 程志斌 ,李德发,等.浅析仔猪早期断奶综合症与精胺在仔猪生产中的应用前景. 粮食与饲料工业，2005
