■ 劉雅婷 殷運(yùn)菊 鄭夢(mèng)莉 陳清華

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128）

維生素B12（也稱為鈷胺素）由特定的細(xì)菌和古細(xì)菌在自然界中合成[1]，由作為中心原子的鈷和包圍金屬原子的吡咯環(huán)組成（見圖1）[2]。維生素B12外觀呈紅色結(jié)晶粉末狀，具有無味、微溶于乙醇和水、不耐酸堿、不耐高溫等特性。維生素B12最常見的活性形式是腺苷鈷胺（也稱為輔酶B12）和甲鈷胺[3]，羥鈷胺和工業(yè)生產(chǎn)的氰鈷胺是維生素B12的非活性形式，必須轉(zhuǎn)化為活性形式才能被人體利用[4]。雖然人類腸道菌群中的微生物能夠合成維生素B12，但不能被人體吸收，因?yàn)楹铣晌恢茫ńY(jié)腸）離吸收位置（回腸）較遠(yuǎn)，因此，維生素B12被歸類為必需維生素，必須通過膳食獲取[5-6]。

圖1 維生素B12化學(xué)結(jié)構(gòu)[2]

1 維生素B12的吸收與代謝機(jī)制

維生素B12具有獨(dú)特的吸收和運(yùn)輸途徑[7]。維生素B12在胃中鹽酸的作用下從蛋白質(zhì)中解離出來，并與唾液中分泌的觸角蛋白（haptocorrin，HC）結(jié)合形成復(fù)合物，通過胰腺和腸道消化進(jìn)一步解離，釋放的維生素B12與胃壁細(xì)胞分泌的內(nèi)因子（intrinsic factor，IF）結(jié)合形成IF-維生素B12復(fù)合物，又通過小腸到達(dá)回腸末端，回腸末端具有內(nèi)因子受體并內(nèi)化于腸上皮細(xì)胞中。IF-維生素B12復(fù)合物通過復(fù)雜的機(jī)制轉(zhuǎn)運(yùn)穿過腸壁，并傳遞到循環(huán)中的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（HC 和鈷胺傳遞蛋白（trancobalamin，TC）。維生素B12和轉(zhuǎn)鈷胺素Ⅱ（transcobalamin Ⅱ，TCII）的復(fù)合物稱為全轉(zhuǎn)鈷胺素，是循環(huán)維生素B12的活性形式，與體內(nèi)有核細(xì)胞上的受體結(jié)合，并被輸送到肝臟儲(chǔ)存（見圖2）[8]。

圖2 維生素B12的吸收過程

維生素B12與膳食蛋白質(zhì)有關(guān)，在胃腔內(nèi)暴露于低pH 時(shí)釋放，釋放的維生素B12立即與半抗原結(jié)合形成復(fù)合物，并保持附著，直到十二指腸中復(fù)合物水解裂解。IF 是回腸末端攝取維生素B12在此外所必需的，維生素B12與內(nèi)因子IF 結(jié)合。在穿過刷狀緣時(shí)，維生素B12從胰島素樣生長(zhǎng)因子中分離出來，并進(jìn)入循環(huán)，在循環(huán)中與TCII 或HC 結(jié)合[9]。TCII 和半抗原分別負(fù)責(zé)將維生素B12輸送到外周組織和肝臟，大量維生素B12被吸收后儲(chǔ)存在肝臟中[10]，轉(zhuǎn)運(yùn)到外周組織后產(chǎn)生游離的維生素B12。在胞質(zhì)溶膠中，維生素B12作為蛋氨酸合酶（methionine synthase，MS）的輔助因子，參與同型半胱氨酸與N5-甲基四氫葉酸（N5-methyltetrahydrofolate，N5-MeTHF）反應(yīng)產(chǎn)生甲硫氨酸和四氫葉酸（tetrahydrofolate，THF）。產(chǎn)生的THF 返回葉酸池，用于生成亞甲基四氫葉酸，從頭合成胸苷，這對(duì)于DNA 復(fù)制和修復(fù)至關(guān)重要。因此，葉酸或維生素B12缺乏會(huì)導(dǎo)致胸苷合成和DNA 復(fù)制中相同的生化擾動(dòng)。維生素B12還可以腺苷-B12的形式作為甲基丙二酰-CoA 變位酶的輔助因子，將甲基丙二酰-CoA 轉(zhuǎn)化為琥珀酰-CoA，琥珀酰-CoA 是三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle）的主要中間體[7]。

2 維生素B12的生物學(xué)功能

2.1 促進(jìn)甲基轉(zhuǎn)移

圖3 維生素B12的代謝過程

維生素B12是胞漿蛋氨酸合酶（MS）和線粒體甲基丙二酰輔酶A 變位酶（MCM）發(fā)揮功能所必需的[11]。甲基轉(zhuǎn)移酶是利用鈷胺輔因子或其類似物鈷胺作為催化甲基轉(zhuǎn)移的中間體，在厭氧單細(xì)胞生物中起著重要的能量生成作用[12]。在生物中，甲基轉(zhuǎn)移酶參與同型半胱氨酸向蛋氨酸的轉(zhuǎn)化[13]。大多數(shù)使用鈷胺輔因子的酶實(shí)際上催化甲基轉(zhuǎn)移反應(yīng)，并使用甲基鈷胺或其結(jié)構(gòu)同系物甲基鈷胺作為甲基轉(zhuǎn)移的中間體。生物體第三結(jié)構(gòu)域古菌的發(fā)現(xiàn)和許多單細(xì)胞生物體的基因組測(cè)序結(jié)果顯示，甲基鈷胺在許多厭氧生物體的能量產(chǎn)生中起著重要作用[14]。相比之下，在人類和其他哺乳動(dòng)物中，只有一種依賴鈷胺的甲基轉(zhuǎn)移酶，即MS。在真菌或高等植物中沒有發(fā)現(xiàn)鈷胺，但許多藻類通過與細(xì)菌的共生關(guān)系獲得鈷胺，并將其作為蛋氨酸合成酶的輔助因子[15]。維生素B12也是生產(chǎn)S-腺苷甲硫氨酸（SAM）的組成部分，SAM 是一種對(duì)表觀遺傳調(diào)控至關(guān)重要的甲基供體。研究表明，與攝入較少富含維生素B12食物的個(gè)體相比，富含維生素B12飲食的個(gè)體存在幾個(gè)分類差異甲基化區(qū)域[16]。

2.2 預(yù)防惡性貧血，促進(jìn)核酸的生物合成和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝

維生素B12由原核生物合成，可抑制動(dòng)物惡性貧血[5]。惡性貧血是一種基因驅(qū)動(dòng)的自身免疫性疾病[8]。缺乏內(nèi)在因素會(huì)妨礙腸道對(duì)維生素B12的吸收，并導(dǎo)致嚴(yán)重的維生素B12缺乏。維生素B12缺乏主要表現(xiàn)為巨幼紅細(xì)胞性貧血、亞急性脊髓和周圍神經(jīng)聯(lián)合變性、癡呆等，還可能表現(xiàn)為其他器官的自身免疫性損害，包括甲狀腺功能減退、1 型糖尿病、白癜風(fēng)等[17]。

維生素B12在人類機(jī)體生命活動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用，在細(xì)胞成熟和保存所必需的反應(yīng)途徑中起著輔助因子的作用[18]。在胞液中，維生素B12是MS 的輔助因子，通過同型半胱氨酸的再甲基化和生成SAM積極參與蛋氨酸的生物合成，后者是甲基化幾個(gè)生化過程的甲基供體。目前，調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝和胰島素抵抗的表觀遺傳機(jī)制的已知標(biāo)記是DNA 甲基化、微RNA、染色質(zhì)重塑以及組蛋白修飾[19-20]。維生素B12作為SAM 的輔酶調(diào)節(jié)這些表觀遺傳機(jī)制以及參與脂肪從頭生成過程的轉(zhuǎn)錄和翻譯后因子。在線粒體的丙酸代謝途徑中，維生素B12作為輔助因子催化甲基丙二酰輔酶A 轉(zhuǎn)化為琥珀酰輔酶A[21]。琥珀酰輔酶A 在TCA cycle 中被用作ATP 合成的底物，而ATP 是維持細(xì)胞代謝所必需的[22]，并在紅細(xì)胞產(chǎn)生過程中被用于血紅蛋白的合成。因此，低維生素B12水平導(dǎo)致甲基丙二酰輔酶A 可逆增加，造成甲基丙二酸（methylmalonic acid，MMA）積累。MMA 是速率限制酶肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶1（CPT1）的有效抑制劑，該酶對(duì)β氧化途徑中長(zhǎng)鏈脂肪酸的分解至關(guān)重要。CPT1 的這種抑制可能會(huì)增加脂肪酸和硫酸三甘氨酸（triglycine sulfate，TGS）[23]，進(jìn)而導(dǎo)致血脂異常[24]。此外，維生素B12在脂肪酸和能量代謝方面也發(fā)揮其獨(dú)特的作用，維生素B12是甲基丙二酰變位酶的輔助因子，甲基丙二酰變位酶能為線粒體代謝提供琥珀酸和脂肪酸[17]，是脂肪酸生物合成中甲基化的關(guān)鍵輔助因子。維生素B12缺乏會(huì)造成MMA 升高，MMA 會(huì)抑制脂肪酸合成，干擾正常的脂質(zhì)合成[25]。

2.3 維護(hù)神經(jīng)系統(tǒng)健康，增強(qiáng)記憶力

葉酸和維生素B12參與蛋氨酸代謝，蛋氨酸代謝失調(diào)會(huì)提高血清同型半胱氨酸[26]。同型半胱氨酸是蛋氨酸分解代謝的中間體，血清同型半胱氨酸水平升高是與胰島素抵抗相關(guān)的代謝性疾病和輕度認(rèn)知障礙危險(xiǎn)因素。研究表明[27]，補(bǔ)充葉酸、維生素B6和維生素B12等B 族維生素可降低老年認(rèn)知障礙患者的血清同型半胱氨酸水平。因此，葉酸和維生素B12均可能與糖代謝和輕度認(rèn)知障礙有關(guān)[22]。然而，葉酸和維生素B12狀態(tài)的平衡可能更為重要。大多數(shù)素食者易出現(xiàn)胰島素抵抗并患有維生素B12缺乏癥，但葉酸充足，這可能會(huì)增加2 型糖尿病和輕度認(rèn)知障礙的患病率[28]。髓鞘是保護(hù)神經(jīng)纖維的鞘的一個(gè)組成部分，維生素B12的獨(dú)特功能是參與髓鞘的合成，嚴(yán)重的維生素B12缺乏會(huì)導(dǎo)致脊髓?。▉喖毙月?lián)合變性）、共濟(jì)失調(diào)、視神經(jīng)病、周圍神經(jīng)病和精神病性癡呆[25]。雖然維生素B12缺乏癥導(dǎo)致疾病的確切機(jī)制仍不清楚，但其與維生素B12的幾個(gè)重要功能可能是相關(guān)的。維生素B12通過直接清除自由基增強(qiáng)谷胱甘肽活性、減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和抵抗幾種神經(jīng)系統(tǒng)疾病模型中的神經(jīng)元凋亡來防止氧化損傷和炎癥應(yīng)激[29]。

3 維生素B12在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用

3.1 維生素B12在單胃動(dòng)物上的應(yīng)用

維生素B12能促進(jìn)谷氨酸和蛋氨酸的生物合成，參與碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪代謝。單胃動(dòng)物維生素B12需要量見表1。研究發(fā)現(xiàn)，生豬缺乏維生素B12會(huì)導(dǎo)致食欲下降、生長(zhǎng)緩慢。母豬維生素B12缺乏，母豬配種受胎率下降[30]，易造成流產(chǎn)或產(chǎn)出弱仔、死胎[31]。維生素B12對(duì)繁殖性能的影響主要表現(xiàn)為：增加精子數(shù)量和增強(qiáng)精子活力，減少精子DNA 損傷，提高生殖器官的功效，減少一氧化氮的產(chǎn)生量、精子的氧化損傷、精子產(chǎn)生的能量和炎癥引起的精液損傷[32]。王中明等[33]試驗(yàn)結(jié)果顯示，在斷奶仔豬的基礎(chǔ)日糧中額外添加1.0%、1.5%維生素B12，與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組可提高仔豬平均日增重和采食量，顯著降低料重比，其中以1.0%添加效果較好。維生素B12能促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收、提高飼料利用率、降低料重比，進(jìn)而提高仔豬的生長(zhǎng)性能。王寶維等[34]試驗(yàn)結(jié)果表明，ELOVL7基因表達(dá)對(duì)血清脂質(zhì)代謝具有調(diào)控作用，飼糧中添加0.25 mg/kg 葉酸和0.009 mg/kg 維生素B12可提高五龍鵝肝臟中ELOVL7基因表達(dá)量來改善機(jī)體脂肪代謝。龍建華等[35]研究表明，5～15周齡五龍鵝飼糧中維生素B12添加水平為0.012 6～0.013 4 mg/kg 綜合效益最高。

表1 單胃動(dòng)物維生素B12需要量

3.2 維生素B12在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用

Wang 等[40]研究發(fā)現(xiàn)，與未注射維生素B12的奶牛相比，注射維生素B12的奶牛采食量更大，泌乳性能更好，產(chǎn)后體重下降更少，血漿非酯化脂肪酸和β-羥基丁酸濃度較低，但血漿超氧化物歧化酶活性較高。Khalid等[41]研究表明，斷奶山羊的血清維生素B12過低（＜200 pg/mL）會(huì)導(dǎo)致中性粒細(xì)胞功能受損，降低機(jī)體對(duì)病原體的免疫力。Ahmed 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，在精液冷凍保存培養(yǎng)基中添加5 mg/ml 維生素B12具有增加水牛精子的活力和運(yùn)動(dòng)性，DNA完整性和抗氧化活性等作用。Xu 等[43]研究表明，給早期泌乳奶牛肌內(nèi)注射維生素B12（10 mg/頭/周）可提高產(chǎn)奶量，且不影響牛奶的乳蛋白和脂肪含量。Girard 等[44]研究發(fā)現(xiàn)，限飼（自由采食攝入量的75%）的經(jīng)產(chǎn)荷斯坦奶牛每周肌肉注射320 mg 葉酸+10 mg 維生素B12可增加血漿中同型半胱氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸和支鏈氨基酸的濃度。Duplessis 等[45-46]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充葉酸（2.6 g/d）和維生素B12（2 mL/周）可提高泌乳早期奶牛的能量代謝效率和產(chǎn)后血漿同型半胱氨酸濃度。Zacchini 等[47]研究發(fā)現(xiàn)，在卵母細(xì)胞體外成熟期間補(bǔ)充200 mg/kg 維生素B12可改善綿羊胚胎的胎盤血管生成、增加受精率，增加卵母細(xì)胞中DNMT 和DNMT3B 的表達(dá)量和甲基供體的攝取量，糾正胚胎甲基化缺陷，有助于胚胎發(fā)育期間的表觀遺傳修飾和胎盤發(fā)育。反芻動(dòng)物可以通過補(bǔ)充無機(jī)鈷利用瘤胃微生物合成維生素B12，研究表明，氯化鈷可以通過提高HIF-1αmRNA（缺氧誘導(dǎo)因子，HIF）和蛋白水平，使VEGF mRNA（血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子信使RNA，VEGF）上調(diào)，血管生成對(duì)哺乳動(dòng)物（牛、羊等）卵細(xì)胞的形成及其功能的維護(hù)至關(guān)重要[48-49]。

4 小結(jié)

維生素B12在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮的重要作用越來越明顯，可影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)、繁殖能力、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝、生長(zhǎng)速度、貧血等。補(bǔ)充維生素B12可以提高畜禽生長(zhǎng)發(fā)育、提高飼料利用率、提高繁殖性能、提高泌乳性能、減輕炎癥反應(yīng)等。目前關(guān)于維生素B12的研究多集中在生產(chǎn)應(yīng)用的探究，但對(duì)其在不同物種及不同階段需要量、最適添加量及作用機(jī)制的相關(guān)研究較少，因此，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于需要量、最適添加量及作用機(jī)制的研究，旨在為維生素B12在畜禽生產(chǎn)應(yīng)用提供更科學(xué)、更全面的指導(dǎo)作用。