精氨酸對(duì)妊娠母豬繁殖性能的調(diào)節(jié)作用

晉 超 吳 德 方正峰 車煉強(qiáng) 林 燕

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究所,動(dòng)物抗病營(yíng)養(yǎng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,雅安 625014）

母畜產(chǎn)仔數(shù)屬于低遺傳力性狀（0.09～0.11）,據(jù)統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)20年選育,母豬年產(chǎn)仔數(shù)提高了1.04頭[1]。通過(guò)營(yíng)養(yǎng)手段使妊娠期胚胎死亡率降低5%,其年產(chǎn)仔數(shù)就可以提高1頭左右,而降低胚胎死亡率的關(guān)鍵是改善胎盤生長(zhǎng)和子宮內(nèi)環(huán)境[2]。精氨酸是動(dòng)物體內(nèi)1種重要的堿性氨基酸,除參與體蛋白的沉積外,其代謝物一氧化氮（nitric oxide, NO）和多胺在調(diào)節(jié)血管發(fā)生、胚胎發(fā)生、胎盤和胎兒生長(zhǎng)中都具有重要作用[3]。雖然哺乳動(dòng)物自身能合成精氨酸,且常用飼料原料均富含精氨酸,但是隨著產(chǎn)仔數(shù)逐漸增加,妊娠階段母豬對(duì)精氨酸的需要量已經(jīng)遠(yuǎn)高于NRC估計(jì)量。本文就近年來(lái)精氨酸對(duì)母畜妊娠階段的營(yíng)養(yǎng)作用作一綜述。

1 精氨酸結(jié)構(gòu),來(lái)源和體內(nèi)代謝途徑

精氨酸分子式為C6 H14 N4 O2,分子量174.2,為白色晶體或晶體狀粉末,在動(dòng)物體內(nèi)主要以L-精氨酸的形式存在。動(dòng)物機(jī)體精氨酸主要來(lái)源:1）飼糧;2）機(jī)體蛋白質(zhì)的分解;3）小腸黏膜細(xì)胞利用機(jī)體內(nèi)其他氨基酸（谷氨酸、瓜氨酸等）在氨甲酰磷酸合成酶-1（carbam yl phosphate synthetase-1,CPS-1）、鳥(niǎo)氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶（ornithine transcarbam ylase,OTC）、N-乙酰谷氨酸合成酶（N-g lutam ate synthase,NAG）和吡咯啉-5-羧酸合成酶（pyrroline-5-carboxy lic acid synthetase,P5CS）催化作用下合成精氨酸[4]。

精氨酸體內(nèi)的主要代謝途徑有2種。1）NO途徑:在一氧化氮合成酶（nitric oxide synthetase, NOS）作用下生成NO和瓜氨酸,該反應(yīng)需要四氫生物蝶呤（tetrahyd robiop terin,BH4）、黃素腺嘌呤二核苷酸（flavin-adenine dinucleotide,FAD）、黃素腺嘌呤單核苷酸（flavin adenine mononucleotide, FMN）、亞鐵血紅素（hem e）等作為輔助因子,還原型輔酶Ⅱ（reduced form of nicotinam ide-adenine dinucleotide phosphate,NADPH）和分子氧（dioxygen,O2）作為酶活性的共同底物。2）精氨酸酶途徑:哺乳動(dòng)物體內(nèi)至少存在2種精氨酸酶的同功酶,精氨酸酶Ⅰ和精氨酸酶Ⅱ,精氨酸酶Ⅰ在肝細(xì)胞中高度表達(dá),精氨酸酶Ⅱ是線粒體酶,主要在腎、腦、乳腺和巨噬細(xì)胞中表達(dá),精氨酸在精氨酸酶催化作用下生成鳥(niǎo)氨酸,鳥(niǎo)氨酸經(jīng)ODC催化生成腐胺,再由精脒合成酶、精胺合成酶作用分別生成精脒、精胺,其中ODC是多胺合成的限速酶,鳥(niǎo)氨酸還可以在吡咯啉-5-羧酸還原酶（pyrroline-5-carboxy lic acid reductases,P5CR）和吡咯啉-5-羧酸脫氨酶（pyrroline-5-carboxy lic acid deam inase,P5CD）作用下分別轉(zhuǎn)化成脯氨酸和谷氨酰胺。近年來(lái)又有研究新發(fā)現(xiàn)1種精氨酸分解代謝酶——精氨酸脫羧酶（arginine decarboxy lase）,這種酶可促使精氨酸脫去羧基生成胍基丁胺[4],胍基丁胺可由胍基丁胺酶脫羧基形成腐胺,推測(cè)這可能是多胺在機(jī)體內(nèi)合成的途徑之一。

2 妊娠期精氨酸及其代謝產(chǎn)物變化規(guī)律

妊娠后第30～60天不僅是胎盤生長(zhǎng)最快的時(shí)期[5],而且也是胚胎死亡的高峰期（占全期胚胎死亡率的60%）[6]。在這段期間母畜孕體精氨酸代謝及其通道表現(xiàn)異?；钴S,母畜胎液和胚胎體內(nèi)精氨酸及其代謝產(chǎn)物的含量都非常豐富。

2.1 精氨酸及其代謝產(chǎn)物含量在母畜胎液中變化規(guī)律

Wu等[7]和Kwon等[8]研究都發(fā)現(xiàn)妊娠前半期,妊娠母畜尿囊液中精氨酸,鳥(niǎo)氨酸,瓜氨酸和谷氨酰胺濃度顯著增加,這類精氨酸族氨基酸的氮含量占游離α-氨基酸總含氮量百分比達(dá)60%以上。Kwon等[9]發(fā)現(xiàn)妊娠第30～60天母羊胎盤和內(nèi)皮組織中NOS、鳥(niǎo)苷三磷酸環(huán)化水解酶（GTP cyclohydrolase,GTP-CH）活性、NADPH、BH4濃度和代謝產(chǎn)物NO合成量顯著增加,在妊娠第60天達(dá)到峰值。Wu等[10]發(fā)現(xiàn)妊娠第30～40天母豬的羊水、尿囊液和胎盤中脯氨酸氧化酶（proline oxidase）、鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)氨酶（ornithine am inotransferase,OAT）、ODC活性和代謝產(chǎn)物鳥(niǎo)氨酸和多胺濃度顯著增加并在妊娠第40天達(dá)到峰值。

2.2 精氨酸及其代謝產(chǎn)物含量在胚胎體內(nèi)的變化規(guī)律

Wu等[11]發(fā)現(xiàn)在妊娠任何階段,精氨酸都是胎兒體內(nèi)最豐富的氮載體。Gao等[12]在妊娠第10～20天的母羊孕體滋養(yǎng)外胚層細(xì)胞中檢測(cè)到編碼精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體（coding arginine transporter,CAT）系統(tǒng)的SLC7A1、SLC7A2和SLC7A 3 m RNA的表達(dá),其中SLC7A1和SLC7A2表達(dá)量隨著妊娠進(jìn)行而增加。SLC7A1增加幅度最大,在妊娠后第10～14天增加了4倍,第16～20天增加了1.9倍。Dekaney等[13]檢測(cè)妊娠期間母豬胚胎腸道精氨酸合成酶的活性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)胚胎發(fā)育至第45天的時(shí)候,腸道中CPS-1、OTC和P5CR活性迅速升高。提示妊娠前期可以通過(guò)控制來(lái)自母源供給的精氨酸量不足,保證胚胎最佳生長(zhǎng)發(fā)育,同時(shí)胚胎需要不斷發(fā)育自身精氨酸合成酶系提高內(nèi)源合成能力以滿足需要。

3 飼糧中添加精氨酸對(duì)妊娠成績(jī)的影響

K im等[14]研究指出母豬在妊娠前期（妊娠開(kāi)始至第70天）滿足胎兒正常生長(zhǎng)發(fā)育需要的精氨酸的量為6.09 g/d,妊娠后期（第70天～分娩）需要的精氨酸量為14.93 g/d。但就目前常用的玉米豆粕型飼糧而言（精氨酸含量為0.50%～0.65%,飼喂飼糧為2.0～2.5 kg/d）,妊娠母豬精氨酸的攝入量為10.00～16.25 g/d。由于小腸中精氨酸酶的分解作用,只有60%精氨酸能夠進(jìn)入血液循環(huán)。因此僅依靠飼糧提供和母體自身合成精氨酸是不能滿足妊娠期間（特別是妊娠后期）胎兒正常生長(zhǎng)發(fā)育的。研究發(fā)現(xiàn)外源供給母畜精氨酸,可以有效增加母畜血漿中精氨酸及其代謝產(chǎn)物的水平,從而保證胚胎精氨酸的供應(yīng)和合成,減少因精氨酸不足對(duì)胚胎生長(zhǎng)的限制作用,促進(jìn)胚胎的生長(zhǎng)發(fā)育。懷孕母羊、懷孕母豬以及成年鼠飼糧中精氨酸的推薦安全使用劑量分別為0.081、0.21和2.14 g/（kg?d）[15]。

3.1 增強(qiáng)胚胎附植和提高存活率

Zeng等[16]在妊娠第1～7天給大鼠飼喂添加了1.3%精氨酸的飼糧,結(jié)果發(fā)現(xiàn)妊娠第7天胚胎存活率和窩產(chǎn)仔數(shù)分別增加了30%和3頭。Berard等[17]發(fā)現(xiàn)在妊娠第14～28天給母豬飼喂添加1%精氨酸的飼糧不會(huì)影響排卵率,但是會(huì)增加妊娠第70天胚胎數(shù)（3頭/窩）。這些試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明妊娠早期添加精氨酸可改善胚胎附植和存活率。

3.2 提高母畜窩產(chǎn)仔數(shù)和新生兒初生重

van der Lende等[18]在母豬妊娠第14～30天和第105天～分娩分別補(bǔ)加l%精氨酸后發(fā)現(xiàn),母豬的分娩率、窩產(chǎn)仔數(shù)和窩產(chǎn)活仔數(shù)分別提高了15%、8%和8%。Mateo[19]在妊娠第30～114天給母豬飼喂添加1.0%精氨酸鹽酸鹽的飼糧,發(fā)現(xiàn)母豬窩產(chǎn)活仔數(shù)和仔豬初生重分別增加2頭和24%。Ram aekers等[20]在妊娠第14～28天給母豬飼喂添加1%精氨酸飼糧,窩產(chǎn)活仔數(shù)增加了1頭,仔豬平均初生重不受影響。Wu等[3]最新研究顯示,在妊娠母豬飼糧中添加0.6%谷氨酰胺和0.4%精氨酸混合物效果優(yōu)于單獨(dú)添加精氨酸,結(jié)果顯示混合添加組總胎兒和活產(chǎn)胎兒初生重的變異度分別下降了27%和24%,總窩產(chǎn)仔豬和活仔重分別提高10%和15%。但是也有研究發(fā)現(xiàn)妊娠早期（妊娠第14天）飼糧中添加精氨酸會(huì)對(duì)母豬繁殖成績(jī)?cè)斐梢欢ǖ呢?fù)面影響。de Blasio等[21]分別從妊娠第14天和第16天開(kāi)始持續(xù)給母豬飼喂添加1%精酸的飼糧16 d,發(fā)現(xiàn)從第14天開(kāi)始飼喂精氨酸飼糧不會(huì)增加窩活仔數(shù),同時(shí)還會(huì)增加產(chǎn)弱仔數(shù)。第16天開(kāi)始飼喂精氨酸會(huì)增加窩產(chǎn)活仔數(shù),但是也會(huì)增加產(chǎn)弱仔數(shù),仔豬初生重與對(duì)照組相比沒(méi)有變化。精氨酸和賴氨酸均為堿性氨基酸,兩者存在吸收競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系,添加精氨酸時(shí)要特別注意精氨酸和賴氨酸的比例,防止出現(xiàn)氨基酸不平衡降低動(dòng)物生產(chǎn)性能的現(xiàn)象,一般而言,精氨酸/賴氨酸小于2.5[4]。

3.3 改善胎兒宮內(nèi)發(fā)育受阻（IUGR）的現(xiàn)象

精氨酸可以用于預(yù)防和治療動(dòng)物和人類胎兒IUGR病征。Lassala[22]給母羊每天靜脈注射81 mg/kg精氨酸鹽酸鹽,由于母體營(yíng)養(yǎng)不良和自然造成的胎兒IUGR現(xiàn)象得到改善。Xiao等[23]在妊娠晚期（妊娠第33周）給IUGR的婦女每天靜脈注射精氨酸,共注射7 d,發(fā)現(xiàn)胎兒初生重提高6.4%。

4 飼糧添加精氨酸改善妊娠成績(jī)機(jī)制的探討

4.1 改善子宮胎盤血流量

胎盤是母體將養(yǎng)分、氧氣傳遞給胎兒和運(yùn)輸胎兒代謝廢物的重要器官,而且所有這些活動(dòng)都是通過(guò)子宮胎盤血液循環(huán)來(lái)完成,所以子宮胎盤血流量是影響胎兒生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素[24]。子宮胎盤血流量主要受到胎盤血管化程度的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)梅山豬胎盤的血管化程度高于外種豬[25]。

大量數(shù)據(jù)顯示精氨酸的代謝產(chǎn)物NO在調(diào)節(jié)胎盤血管化方面扮演重要角色。Xuan等[26]發(fā)現(xiàn)NO增強(qiáng)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial grow th factor,VEGF）及其受體表達(dá),參與誘導(dǎo)的血管發(fā)生,促進(jìn)胎盤血管發(fā)生過(guò)程。NO作為一種重要的內(nèi)皮衍生的血管釋放因子,除了參與調(diào)控胎盤血管發(fā)生過(guò)程,還可以通過(guò)擴(kuò)張血管作用增加胎盤—胎兒血液流量[27]。Kassab等[28]每天給妊娠大鼠分別飼喂添加0和1 m g NOS抑制劑,試驗(yàn)組平均動(dòng)脈血壓、總外周阻力顯著高于對(duì)照組,心血輸出量顯著低于對(duì)照組。Kim等[29]發(fā)現(xiàn)與正常妊娠相比,先兆子癇（妊娠高血壓征狀）婦女血漿中精氨酸和胎盤中NOS含量顯著降低。靜脈注射精氨酸0.16 g/（kg?d）,可以改善因?yàn)橐种菩∈篌w內(nèi)NO合成誘導(dǎo)的先兆子癇病征[30]。推測(cè)機(jī)理如下:1） NO與細(xì)胞內(nèi)可溶性鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（soluble guanylyl cyclase,sGC）中亞鐵原卟啉的Fe2+結(jié)合,激活sGC使GTP轉(zhuǎn)化為cGMP的速度加快50～200倍[31],細(xì)胞內(nèi)cGMP迅速升高,激活cGMP依賴性蛋白激酶,胞漿內(nèi)Ca2+外流或貯存于細(xì)胞內(nèi)貯庫(kù)中,也可抑制Ca2+內(nèi)流,從而使細(xì)胞漿游離Ca2+含量降低,抑制Ca2+/Ca鈣調(diào)蛋白介導(dǎo)的肌球蛋白輕鏈的脫磷酸化及肌動(dòng)蛋白與肌球蛋白的結(jié)合,最終使血管平滑肌松弛,最大限度地?cái)U(kuò)張?zhí)ケP血管;2）減少血小板黏附,防止因血小板黏附和聚集引起的胎盤營(yíng)養(yǎng)動(dòng)脈阻塞,維持宮內(nèi)胎兒氧供和血供;3）通過(guò)抑制血管內(nèi)縮血管物質(zhì)（如內(nèi)皮素、血栓烷素）[32-33]生成、減弱血管緊張素Ⅱ?qū)ρ艿氖湛s作用[34]、顯著減弱由5-羥色胺引起的血管收縮作用[35]等間接擴(kuò)血管作用來(lái)調(diào)節(jié)胎盤血液動(dòng)力學(xué)。

4.2 促進(jìn)胎兒肌肉生長(zhǎng)和減少胎兒脂肪沉積

妊娠期間母體蛋白質(zhì)營(yíng)養(yǎng)會(huì)影響后代肌肉生長(zhǎng)和肌間脂肪的含量[27]。Handel等[36]發(fā)現(xiàn)IUGR仔豬體內(nèi)肌纖維數(shù)目少且細(xì),脂肪含量高于正常胎兒。Berard等[17]研究表明飼糧中添加精氨酸可以促進(jìn)胎兒肌肉生長(zhǎng)和降低脂肪沉積,在妊娠第14～28天給母豬飼喂添加1%精氨酸的飼糧發(fā)現(xiàn)精氨酸組胎兒半腱肌中初級(jí)肌纖維顯著高于對(duì)照組,次級(jí)纖維:初級(jí)纖維比值顯著低于對(duì)照組。具體作用途徑可能是通過(guò)其代謝產(chǎn)物發(fā)揮作用。

多胺不僅可以通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、離子通道等途徑影響機(jī)體DNA和蛋白質(zhì)合成,而且也是細(xì)胞增殖和分化過(guò)程中的必需物質(zhì),因此推測(cè)有可能會(huì)影響胎兒肌纖維和脂肪細(xì)胞的生長(zhǎng)和發(fā)育。Wu等[3]發(fā)現(xiàn)IUGR胎兒骨骼肌中精氨酸、鳥(niǎo)氨酸和多胺濃度顯著低于正常豬胎兒（28%～35%）。同樣結(jié)果也在母羊IUGR胎兒的骨骼肌中得到證實(shí)。但是多胺究竟是通過(guò)何種信號(hào)途徑調(diào)節(jié)胎兒肌纖維發(fā)育,還需要進(jìn)一步研究。

谷氨酰胺和生理濃度的NO可以激活骨骼肌中m TOR1信號(hào)途徑,m TOR1激活后會(huì)促進(jìn)P70S6激酶和真核生物啟動(dòng)子4E-結(jié)合蛋白1（eIF4EBP1）磷酸化,然后形成用于多肽合成的激活啟動(dòng)復(fù)合物,啟動(dòng)蛋白質(zhì)合成[37-38]。Y ao等[39]發(fā)現(xiàn)給新生仔豬飼糧中添加精氨酸會(huì)增強(qiáng)肌肉中m TOR1、4E-結(jié)合蛋白1（4E-BP1）的磷酸化及激活啟動(dòng)復(fù)合物產(chǎn)量。但是目前為止這條途徑僅在新生仔豬骨骼肌中得到證實(shí),在胎兒生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中體內(nèi)是否存在這條途徑還有待證實(shí)。

一些研究表明生理濃度的NO可以抑制脂肪細(xì)胞的生長(zhǎng)[40-41]和刺激肌肉中脂肪酸和糖原的氧化[42-43]。機(jī)理可能包括以下幾個(gè)方面:1）NO刺激AMP激活性蛋白激酶的磷酸化,可以通過(guò)抑制乙酰CoA羧化酶的活性和激活丙二酰CoA脫羧酶的活性而降低丙二酰CoA的含量,并且抑制脂肪與糖原合成相關(guān)基因的表達(dá);2）NO增加了激素敏感脂酶和脂滴蛋白的磷酸化,使其轉(zhuǎn)位至中性脂肪粒,激活脂肪降解;3）NO激活過(guò)氧化物酶體增生物激活受體共激活子（peroxisome proliferator-activated receptor,PPARγ）的表達(dá),增加線粒體的氧化磷酸化; 4）NO增加胰島素敏感組織（肌肉、心臟、肝臟和脂肪組織）的血流,增加底物代謝速度[44]。

4.3 降低母體血漿氨濃度,提高母體對(duì)飼糧中氨基酸的利用率

精氨酸缺乏會(huì)阻礙NAG的激活,影響CPS-1的活性,阻礙氨和重碳酸鹽的反應(yīng),使大量氨在體內(nèi)積聚[45]。血氨是造成胚胎和胎兒死亡很重要因素之一,可以作為哺乳動(dòng)物機(jī)體氮利用效率的指示器。血漿尿素濃度越低,可以為胎兒創(chuàng)造更好的生長(zhǎng)環(huán)境,提高機(jī)體對(duì)氨基酸的利用率。M ateo[19]在妊娠第30～114天給母豬飼喂添加1.0%精氨酸鹽酸鹽飼糧發(fā)現(xiàn),精氨酸組母豬血漿中尿素濃度顯著低于對(duì)照組（采食量和背膘損失無(wú)顯著差異的情況下）。

4.4 提高母體免疫力

母畜的健康是畜牧生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的保障,對(duì)后代的生長(zhǎng)和發(fā)育至關(guān)重要。大量研究發(fā)現(xiàn)精氨酸在體內(nèi)的免疫調(diào)節(jié)作用主要通過(guò)A rg-NO途徑和對(duì)內(nèi)分泌激素上調(diào)免疫抑制,下調(diào)過(guò)高的炎癥反應(yīng),維持機(jī)體的免疫平衡。M ateo[19]發(fā)現(xiàn)飼糧中添加精氨酸顯著增加妊娠第110天母豬血液中中性粒細(xì)胞數(shù)量,改變血液中很多與免疫相關(guān)的基因的表達(dá)量。目前研究集中在基因水平,蛋白質(zhì)水平上的探討也是有必要進(jìn)行的。

5 小 結(jié)

妊娠母畜飼糧中添加精氨酸不僅可以滿足胎兒和母體對(duì)精氨酸的需求,而且其代謝產(chǎn)物（如多胺和NO）在有助于改善胎盤胎兒血液動(dòng)力學(xué)、子宮內(nèi)環(huán)境和母體免疫應(yīng)激,提高妊娠母畜窩產(chǎn)活仔數(shù)和改善胎兒IUGR現(xiàn)象。已有研究在飼糧中添加精氨酸的時(shí)間基本是在妊娠以后,而從配種開(kāi)始在飼糧中添加精氨酸對(duì)妊娠母畜早期胚胎附植（尤其是附植窗口期）和胚胎存活率影響及其機(jī)制的研究有待探討。同時(shí),精氨酸與代謝產(chǎn)物混合添加對(duì)動(dòng)物生產(chǎn)性能的影響也有待進(jìn)一步研究。

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*Correspond ing au thor,p rofessor,E-m ail:pig2pig@sina.com

（編輯 王智航）