新經濟環境下代謝組織學及其在動物營養中的應用研究

摘 要：隨著世界經濟環境的變化，人們對動物營養的需求和要求也在不斷發生變化。因此，研究營養物質在動物體內的代謝過程及其在組織中的分布和運輸方式是當前動物營養領域最重要的研究內容。代謝組織學（metabolomics）就是一門研究體內代謝產物在組織中分布、運輸方式和代謝過程的科學。代謝組織學是以生物學為基礎，綜合物理學、化學、生理學、遺傳學、病理學等學科，以系統科學為理論指導，對生物體進行整體系統研究的一門新興學科。代謝組織學對動物營養和人類營養與健康都有著重要意義，可以為動物營養提供指導。在畜牧生產中，準確高效地檢測動物體內代謝產物對正確判斷動物健康狀況有著重要意義。文章從代謝組織學的定義及其在動物營養中應用進行介紹，并進行一系列研究。

關鍵詞：代謝組織學 動物營養 應用研究

中圖分類號：F061.3；G71

文獻標識碼：A

文章編號：1004-4914（2024）02-180-02

代謝組織學（metabolomics）是一門新興的邊緣學科，主要研究生物體內的各種代謝物與生物體之間的復雜關系，通過研究這些關系來揭示和闡釋生物體內各種生命活動過程。隨著細胞生物學、分子生物學和蛋白質組學等技術的發展，代謝組織學的研究對象從細胞、組織逐漸擴展到整體生物體，甚至是人體中的細胞和組織。代謝組織學技術可以為營養和健康研究提供快速、有效且非侵入性的分析方法，如采用LC-MS/MS（HPLC-MS/MS）、FT-ICR MS/MS等技術檢測特定代謝物或蛋白質與生物體之間的相互作用，已成為生命科學研究領域中一種重要的研究手段。

一、代謝組織學的發展概況

代謝組織學是一門研究生物體內代謝的細胞和組織的學科。它的發展與人們對代謝過程的認識和對細胞和組織功能的深入研究密不可分。20世紀初期，化學家和生物學家開始研究生物代謝和細胞功能，這為代謝組織學的發展奠定了基礎。隨著科學技術的不斷進步，如電子顯微鏡、光學顯微鏡、放射性示蹤技術和分子生物學等技術的出現和應用，代謝組織學在20世紀逐漸成為一門獨立的學科。人們開始深入探索細胞內的化學反應，尤其是代謝反應，揭示了代謝與細胞功能之間的緊密聯系。同時，人們還研究了細胞內的結構改變與代謝產物的分布之間的相互關系，從而形成了代謝組織學的基本理論。

代謝組織學發展歷程分為四個階段。第一個階段是20世紀70年代，該階段主要研究生物機體在外環境作用下的生理生化變化過程；第二個階段是20世紀80年代，該階段主要研究代謝產物與生物體之間的關系，以及影響生物體的因素；第三個階段是20世紀90年代，該階段主要研究生物體內代謝產物與生物體之間的相互作用；第四個階段是20世紀末至今，該階段主要研究生物機體內代謝產物對人體健康的影響。

目前，代謝組織學已經成為一門獨立學科。雖然不同國家的代謝組織學研究存在差異性，但隨著對代謝組織學研究的不斷深入，其應用領域也不斷擴大。隨著研究方法的不斷改進和發展，代謝組織學技術逐漸趨于成熟、完善和穩定。

20世紀60年代，對于代謝組織學的概念尚沒有統一定義，一些研究者將其定義為“生物機體通過對外界環境刺激產生一系列生理生化變化而對其產生的反應過程”。20世紀70年代以后，該領域在研究方法和內容方面不斷進步和拓展，人們逐漸將代謝組織學定義為“從生物體中提取、分析并解釋生物體內代謝物與生物體之間相互作用過程中產生的大量生物信息”。此外，在研究內容方面也得到了一定發展。例如，研究內容從單一代謝物到多個代謝物；從單一基因表達到多種基因表達；從單一細胞功能到復雜細胞功能；研究領域由細胞組織擴展到整個生物體，甚至是人體中的細胞和組織。

二、代謝組織學在動物營養中的應用研究

代謝組織學是研究生物體在代謝過程中的細胞、組織及其功能的學科。在動物營養中，代謝組織學的應用研究具有重要的意義。它關注著營養素在動物體內轉化的過程，探究著不同營養素與不同組織之間的相互作用，為動物營養學提供了重要的理論支撐和科學依據。

動物營養與人類健康密切相關，尤其是在動物飼料方面。代謝組織學作為一門新興的交叉學科，主要應用于營養與人類健康之間的關系研究。隨著人類生活水平的提高，對動物產品的需求量也日益增加，人們對動物產品質量要求也越來越高。傳統的營養研究方法由于檢測手段復雜，難以全面反映動物產品中營養物質的變化趨勢。代謝組織學通過對動物體內代謝產物進行定性定量分析，可以更加全面地反映動物體內營養物質的變化情況，進而為人類提供更好的服務。

動物營養學的核心是研究動物對不同營養素的消化、吸收和利用。代謝組織學作為一種重要的研究方法，可以幫助我們更深入地了解動物對不同營養素的利用機理。比如，研究表明飼料中不同脂肪酸的組成對動物脂肪積累和消耗有著不同的影響。具體而言，油酸和亞油酸可以通過促進線粒體呼吸鏈功能而促進脂肪酸氧化，從而減少脂肪積累；而硬脂酸和反式脂肪酸則會抑制線粒體呼吸鏈功能，促進脂肪酸合成，從而增加脂肪積累。這些研究成果為生產實踐提供了指導，幫助我們更加科學地制定飼料配方和營養方案。

如Gleason等研究發現，奶牛日糧中添加維生素E可以降低瘤胃pH值并促進瘤胃內微生物數量和蛋白含量增加。在飼料中添加鋅可以提高動物對鋅吸收利用，降低血液中鋅含量，改變激素水平，但是當飼料中鋅含量過高時會增加胃腸道的負擔。當飼料中的礦物質含量超過一定限度時會抑制動物體內蛋白質吸收，引起脂肪沉積。研究發現在飼養過程中添加大豆可以提高牛奶中必需氨基酸、必需脂肪酸、非必需氨基酸和賴氨酸等氨基酸的含量，而且不會增加蛋白質沉積。Belska等發現，隨著日糧中蛋白質水平增加（30%）和脂肪含量減少（2%）時，奶牛胃腸道內賴氨酸和蛋氨酸水平也顯著降低。飼料中添加維生素E可以降低奶牛在采食量、產奶量、乳脂、乳糖含量和血氨基酸水平方面的差異。

此外，Gribenstedt等對母豬進行飼喂試驗后發現添加維生素E可以提高其產奶量、乳成分和免疫功能。因此，在動物營養方面代謝組織學具有很大的發展前景。隨著科學技術不斷發展成熟和在臨床上的廣泛應用，代謝組織學在動物營養領域將會發揮越來越重要的作用。

同時，代謝組織學還能夠幫助我們了解營養素對不同組織的影響，從而更好地理解動物對營養素的需求。比如，研究發現，不同的營養素對肌肉、肝臟、腸道等不同組織有著不同的作用。例如，蛋白質是肌肉合成的關鍵原料，而二十二碳六烯酸則是腦組織中的必須脂肪酸。代謝組織學的研究可以幫助我們理解不同營養素與不同組織之間的相互關系，制定更加科學的營養方案，促進動物健康發展。

在動物營養學的研究中，代謝組織學無疑是一種重要的研究方法。通過代謝組織學的研究，可以更加深入地了解動物對營養素的利用機理，從而制定更加科學的飼養方案，提高生產效益，同時也可以增強動物的健康水平。

三、以代謝組織學研究為基礎的營養研究

代謝組織學是現代營養學的重要分支之一，它研究的是人體內的代謝過程和組織器官之間的關系，以及這些因素對健康和疾病的影響。營養學研究一直都是人類最關注的問題之一，因為飲食和營養健康是維持生命的重要因素之一。而代謝組織學研究的結果在很大程度上能夠幫助我們了解人體的代謝過程，從而提高我們的飲食和健康水平，預防和治療一系列營養相關疾病。

代謝組織學的研究對象主要是代謝物，也就是人體內的物質代謝產物，如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等。這些代謝物能夠通過血液循環到達各個組織器官，從而影響和調節人體生理功能。代謝組織學的研究方法主要是利用代謝組學等技術手段，對這些代謝物進行定量和分析，探究不同代謝物之間的關系以及其與健康和疾病之間的聯系。代謝組織學的研究對象涉及整個生物體，并不局限于動物或人體，而是將整個生物體作為一個整體。在動物營養和人類健康領域，代謝組織學的研究方法已成為研究的基礎。

代謝組織學相關研究可分為兩個階段：一是在動物營養或健康領域中，通過代謝組織學檢測特定代謝物或蛋白質與生物體之間的相互作用，篩選出健康和疾病相關的代謝物或蛋白質。二是在人類營養和健康領域中，通過代謝組織學分析特定代謝物或蛋白質在不同條件下的變化，并篩選出可能影響人類健康的代謝產物。

在動物營養領域中，代謝組織學技術應用于動物營養或健康研究包括：一是營養相關疾病，如人類糖尿病、肥胖癥等；二是畜禽生產，如提高飼料轉化率、減少飼料污染等；三是種畜繁殖性能，如提高母豬產仔數、仔豬出生重、胚胎成活率等。例如通過對玉米赤霉醇的體內分析可預測其在動物體內的代謝途徑；通過對牛血清中蛋白質組分及蛋白質組之間相互作用分析可以預測其在瘤胃中的消化吸收。

在人類營養和健康研究領域中，代謝組織學技術被用于評估健康狀況、預測健康發展趨勢、發現潛在疾病和藥物反應。例如采用代謝組織學方法檢測人類肥胖、糖尿病等疾病的代謝標志物可幫助判斷個體是否存在潛在風險。此外，一些特殊疾病也可采用代謝組織學技術進行評估：如帕金森病患者血清中肌酸激酶（CK）水平會隨著年齡增加，通過檢測CK水平可判斷帕金森病患者是否存在異常代謝。根據代謝組織學分析結果，可以預測特定疾病的發生風險以及藥物治療效果。通過檢測特定代謝物或蛋白質與生物體之間的相互作用來指導營養和健康研究，是目前代謝組織學研究的一種新趨勢。

代謝組織學的發展也推動了對人體代謝異常疾病的研究。例如糖尿病，是一種因胰島素分泌不足或細胞對胰島素的敏感性降低而引起的一系列代謝障礙。代謝組織學通過對胰島和肝臟等組織和器官的研究，揭示了糖尿病的發生和發展機制，為疾病的治療和預防提供了理論基礎?？偨Y起來，代謝組織學是一門研究生物體內代謝的細胞和組織的學科。它的發展離不開人們對細胞、組織和代謝過程的認識，同時又推動了對代謝異常疾病的研究。在代謝組織學的持續努力下，相信未來將會有更多的新發現，為人類健康事業做出更大的貢獻。

除了營養學研究之外，代謝組織學在醫學和藥物研發領域也有非常重要的應用。例如，在新藥研發過程中，代謝組織學可以對藥物在體內的代謝途徑進行分析，幫助科學家設計出更加安全有效的藥物，從而為疾病治療提供更好的選擇。

總之，代謝組織學的研究深入了解了人體內的代謝過程和組織器官之間的關系，為營養學、醫學和藥物研發等各個領域提供了重要的科學支撐和技術手段。未來，代謝組織學的研究將會更加深入，有望為人類健康和疾病預防治療提供更加精準有效的解決方案。

四、結語

代謝組織學技術具有快速、非侵入性和成本低等優點，近年來得到廣泛的應用。代謝組織學是將分子生物學、生物化學和系統生物學等多學科相結合的一門交叉學科，對人類和動物的健康有著重要意義。在新經濟環境下，動物營養中的代謝產物檢測由于其快速、精確、高通量、低成本等優勢成為研究熱點，結合其他分析方法如高效液相色譜/質譜聯用（HPLC/MS）、毛細管電泳（CE）等技術可以檢測動物體內多種代謝物。在畜牧生產中，通過檢測不同代謝產物來全面了解動物健康狀況、營養需求以及飼料原料對動物代謝產物的影響，從而采取有針對性的營養調控措施，能夠促進動物生產性能的提高。這些技術都是基于代謝組織學檢測技術，可以更深入地了解不同種類或同一種類不同個體間不同代謝物間的變化，從而更好地了解機體對營養物質的吸收與代謝情況。未來，代謝組織學技術將不斷發展完善，應用領域不斷擴展，以滿足各種不同分析檢測需求，從而更好地服務于畜牧生產。

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[作者簡介：唐曉玲（1972—），女，漢族，湖南衡陽人，本科，教授，研究方向：動物營養。]（責編：建峰）