《animal》：Review: Effects of antinutrients and functional components from soybeans on animal function and health:
Insights from studies on monogastric animals, from humans to salmon
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本综述旨在提醒并引发关于胃肠道功能的复杂性、抗营养因子和功能性成分的影响，以及巨大的知识空白对饲料配方所造成后果的深入思考。研究重点聚焦于肠道内及其周围的器官与机制，即上皮细胞及其下层细胞、免疫系统和神经系统，以及它们之间的相互作用与调节。相关实例主要取自研究
本综述旨在提醒并引发关于胃肠道功能的复杂性、抗营养因子和功能性成分的影响，以及巨大的知识空白对饲料配方所造成后果的深入思考。研究重点聚焦于肠道内及其周围的器官与机制，即上皮细胞及其下层细胞、免疫系统和神经系统，以及它们之间的相互作用与调节。相关实例主要取自研究人员所参与的研究，涵盖了人类和单胃生产动物，并重点以大西洋鲑鱼（Atlantic salmon）为例。首先提及的是一系列旨在解释大豆品种间蛋白质价值巨大差异的实验。研究发现，这些差异与蛋白酶抑制剂（protease inhibitor）含量的变化有关。因此，这些抑制剂成为研究人类肠道功能调节的重要工具，揭示了极为复杂的机制，例如抑制剂诱导产生一种对抑制剂不敏感的胰蛋白酶原（trypsinogen）分泌现象。这一新见解激发了对其他大豆抗营养因子的研究兴趣，并在20世纪90年代因大豆粕（soybean meal, SBM）作为鲑鱼蛋白质来源的需求而得到进一步加强。在大西洋鲑鱼和虹鳟鱼（rainbow trout）中，均发现SBM会降低生长性能并诱发肠道炎症，而经酒精提取的SBM（即大豆浓缩蛋白，soy protein concentrate, SPC）则表现出很高的营养价值。这表明引起炎症的抗营养因子具有醇-水溶性，如植物雌激素（phytoestrogens）、植物甾醇（phytosterols）和/或皂苷（saponins）。研究人员简要讨论了这些抗营养因子的生理效应，以此作为解读后续鱼类研究结果的背景。结果发现，皂苷是引起炎症的主要诱因，其影响涉及广泛的分子、生化、生理和结构生物标志物。然而，研究结果亦表明，极低水平的皂苷可能诱导有益的、佐剂样（adjuvant）效应。研究还证明，此类效应可能取决于动物的发育阶段、动物品种及物种。例如，大西洋鳕鱼（Atlantic cod）未表现出SBM诱导的肠道炎症。同样，植物性饲料原料中的抗营养因子含量在不同品种和发育阶段间存在巨大差异。一些植物育种计划旨在降低特定抗营养因子的含量，而另一些计划则可能在不经意间降低或增加此类成分的含量。总之，植物抗营养因子和功能性成分对动物生长和健康的影响取决于动物种类及发育阶段，既可能有益也可能有害，并可作为研究动物生理与健康问题的重要工具。
大豆蛋白酶抑制剂（Soybean protease inhibitors）——对人类营养价值和胰腺反应的影响
该部分以一项经典的大鼠蛋白质平衡研究为起点，该研究比较了三种拟用于人类断奶食品的大豆品种的营养价值。研究人员最初根据含硫氨基酸（sulphur-containing amino acids, S-Aa），即蛋氨酸加半胱氨酸的含量进行品种筛选，但生物学评估显示，蛋白酶抑制剂活性存在20倍差异的品种，其真蛋白质消化率和净蛋白质利用率（net protein utilization, NPU）差异显著。由于大豆蛋白酶抑制剂（如Bowman-Birk抑制剂，BBI）富含S-Aa，摄入活性抑制剂会形成高S-Aa的酶-抑制剂复合物而抵抗消化，导致S-Aa大量损失和蛋白质价值降低。后续体外比较研究显示，人类和大鼠的胰蛋白酶和糜蛋白酶对BBI的敏感性显著低于水貂和鳟鱼等物种，表明植物蛋白酶抑制剂的作用存在显著的种间差异。在人体十二指肠输注生大豆粕（raw soybean meal, RSB）提取物的实验中，观察到糜蛋白酶和胰蛋白酶免疫活性蛋白浓度增加，但酶活性初期显著降低；约20分钟后，一种不受大豆抑制剂影响的胰蛋白酶变体出现，使胰蛋白酶活性反超对照组。同时，RSB输注未引起血中胆囊收缩素（cholecystokinin, CCK）水平的明显变化，而阿托品（atropine）注射可中断促分泌效应，提示除CCK外，胆碱能神经及未知调控机制在胰腺分泌调节中发挥重要作用。
肠道结构与功能——高度整合的过程与诸多知识空白
该章节简要介绍了肠道消化吸收系统的关键要素。肠道腔内，蛋白质和碳水化合物在胰蛋白酶和淀粉酶作用下水解，脂质经胆汁盐乳化后由脂肪酶水解并形成微团。肠黏膜由黏液层、上皮层、固有层（lamina propria）及黏膜肌层（muscularis mucosae）构成。黏液层在远端肠道可分两层，内含黏蛋白、抗微生物肽和抗体，构成动态屏障。上皮细胞由紧密连接蛋白（tight junction proteins）连接，调控通透性。固有层富含成纤维细胞、免疫细胞（如派尔集合淋巴结，Peyer's patches）、神经网和血管，可产生神经肽、细胞因子、趋化因子等信号分子。该部分强调，肠黏膜的快速更新（细胞凋亡、增殖与分化）对于组织稳态至关重要。
肠道免疫功能
肠道是动物体内表面积最大的器官，拥有最大且最多样化的免疫装置。该装置由先天免疫和适应性免疫两大系统组成，两者密切互动。先天免疫包括由黏液和抗菌肽构成的第一道防线以及由吞噬作用和细胞毒性化合物介导的第二道防线。适应性免疫包括由B细胞介导的体液免疫和由T细胞亚群（如辅助T细胞、细胞毒性T细胞、调节性T细胞）介导的细胞免疫。免疫细胞通过Janus激酶-信号转导与转录激活子（Janus kinase-signal transducer, JAK-STAT）通路、胆汁盐、细胞表面信号分子（cell surface signalling molecules, CSSMs）等多种机制沟通。CSSMs家族庞大，包括CD300分子、模式识别受体（pattern recognition receptors, PRRs）及CD36等，它们在脂质感应、病原识别及细胞代谢与免疫激活的整合中发挥关键作用，但相关调控机制仍存在大量认知空白。
肠道菌群
胃肠道栖息着密集多样的微生物群体（包括细菌、古菌、病毒和真菌），统称为肠道菌群（gut microbiota）。菌群在宿主先天性和适应性免疫系统的训练与发育中发挥关键作用，而免疫系统则维持宿主-微生物共生的重要特征。菌群组成沿肠道呈现明显的区域性差异。研究人员在对大西洋鲑鱼的研究中发现，食糜样本与黏膜样本中的操作分类单元（operational taxonomic unit, OTU）数量及组成均不同，仅22个OTU为所有区段共有的核心菌群，表明研究结果高度依赖于采样位置。针对常规和无菌大鼠的比较研究显示，肠道菌群会显著改变日粮蛋白质（如Kunitz大豆胰蛋白酶抑制剂、大豆球蛋白等）在肠道内的存留比例，从而影响蛋白质的消化利用。
消化功能的调节
消化功能的调控涉及复杂的通讯网络，包含超过40种源自胃肠道的激素（内分泌和旁分泌），以及由肠神经系统（enteric nervous system）和外在神经构成的神经网络。神经不仅控制肠道运动和液体分泌，还与上皮下成纤维细胞、巨噬细胞、嗜酸性粒细胞等直接连接。该调控系统通过“肠-脑轴”（gut-brain axis）与大脑沟通，并可根据采食量、日粮成分及菌群变化进行调节。消化过程通常分为头期、胃期、肠期和吸收后营养素期四个阶段，各阶段间存在显著的调控交互作用。然而，关于胰蛋白酶变体分泌比例等具体调节机制，目前仍缺乏明确认识。
大豆粕饲喂鲑鱼：将肉食性物种向草食性转变
自20世纪60年代以来，挪威大西洋鲑鱼养殖产量持续增长，但传统海洋原料供应受限，促使大豆粕（SBM）成为替代蛋白质源。但研究发现，SBM即使少量添加也会导致鲑鱼远端肠道严重炎症，表现为黏膜皱襞缩短、固有层增宽伴免疫细胞浸润、干细胞增殖迁移增加、刷状缘功能丧失及腹泻等症状，并降低生长速度和营养素利用率。相反，经醇-水提取的大豆浓缩蛋白（SPC）营养价值高，甚至优于鱼粉。醇提取物能诱导与SBM相似的症状，提示抗营养因子为醇溶性物质（低聚糖、植物雌激素、植物甾醇和皂苷）。后续研究排除了低聚糖的作用，将焦点集中在植物雌激素、植物甾醇和皂苷上。
植物雌激素（Phytoestrogens）
植物雌激素是多酚类化合物的糖苷结合物，分为异黄酮、黄酮、香豆雌酚、芪类和木脂素。微生物葡萄糖苷酶水解糖苷键后，苷元方可被吸收，并可能在肝脏发生再糖基化。它们可与内源性雌激素竞争结合雌激素受体，干扰神经功能、血管生成、免疫细胞（巨噬细胞、T细胞、B细胞等）功能，甚至影响性别分化。研究表明，植物雌激素对罗非鱼（Oreochromis niloticus）和俄罗斯鲟（Acipenser gueldenstaedtii）具有不良影响，在幼年大西洋鲑鱼中则表现为降低生长性能、减少麦芽糖酶活性并导致骨骼畸形，但未观察到肠道炎症。
植物甾醇（Phytosterols）
植物甾醇是三萜类化合物，在C
24位具有额外的甲基或乙基。它们通过减少胆固醇掺入微团、竞争性抑制胆固醇吸收及干扰肠细胞再酯化等机制降低血胆固醇水平，并增加高密度脂蛋白（high density lipoproteins, HDL）中的胆固醇分泌至胆汁。研究显示，日粮添加植物甾醇可提高肉鸡胰蛋白酶和脂肪酶活性及蛋白质和钙的消化率，并增强血清IgA和IgG水平及抗氧化能力。在鲑鱼中，植物甾醇可能降低脂质消化率和血浆脂质水平，但对肠道健康影响较小。
皂苷（Saponins）
皂苷是糖基化的三萜类或类固醇化合物，在大豆中含量约为5至25 g/kg。它们通常吸收率低，主要在胃肠道内起作用，可降低蛋白质消化率、竞争胆固醇吸收并增加肠道通透性。一项剂量反应研究显示，在鲑鱼饲料中添加纯化大豆皂苷（0至10 g/kg），肠炎严重程度随剂量增加而显著加重，且最高剂量导致生长下降、血浆胆固醇和肠道胆汁盐水平降低50%，证实皂苷是SBM诱导鲑鱼肠炎的主要致病原。但极低水平皂苷可产生有益的佐剂效应，如促进鸡的产蛋性能和免疫球蛋白（IgG、IgM）及细胞因子（IL-4、IFN-γ）水平。
发育阶段、物种和品种间的差异
动物发育阶段对抗营养因子反应影响显著，如大西洋鲑鱼仔鱼在开口摄食期投喂SBM未出现肠道炎症，反而表现生长刺激，而植物雌激素和甾醇在该阶段却产生负面效应，这主要与幼鱼免疫系统未成熟有关。动物品种间也存在差异，一项针对虹鳟鱼的育种研究显示，经四代选育的生长优势品系在全植物日粮（含19% SBM）下未表现出肠炎症状，而未选育品系则表现典型损伤，提示肠道适应性可快速演化。此外，大西洋鳕鱼对SBM抗营养因子具有天然耐受性，而金头鲷和欧洲鲈鱼仅表现出轻微炎症反应。皂苷与不同植物蛋白源（如玉米蛋白、向日葵粕等）的互作效应也显示，仅豌豆浓缩蛋白与皂苷组合可诱导类似SBM的严重炎症，表明抗营养因子间的复杂互作至关重要。
功能性成分（Functional ingredients）
针对商业化功能性成分的评估显示，无论是实地条件下的“健康包”（含核苷酸、必需脂肪酸、酵母细胞壁产物等），还是实验室条件下的丁酸盐、精氨酸、β-葡聚糖组合，均未能在鲑鱼遭受SBM或玉米蛋白/豌豆粕诱导的炎症时提供稳定且明确的改善效果。部分研究反而观察到生长速率下降和条件因子降低的趋势，提示添加功能性成分可能带来能量成本。作者强调，由于许多商业产品的组成描述不清或批次间变异大，且常以多组分组合形式使用，目前难以归因单一成分的效应，其功效证据基础薄弱，临床使用需谨慎。
结论性评论
胃肠道在确保营养高效吸收的同时，必须防止有害物质侵害机体，其功能依赖于多种高度整合且影响深远的复杂机制。目前关于这些机制相互作用的理解仍存在严重空白。现有知识无法仅基于还原论生物标志物来准确预测营养与健康结果，必须开展基于整体动物的体内研究，并充分考虑动物物种、品种以及植物原料品种和发育阶段的差异。
