功能性氨基酸對(duì)生長(zhǎng)豬的重要性

孫芳芳，齊軍偉，歐 濤

（1.新鄭市畜牧技術(shù)服務(wù)中心，河南新鄭 451100； 2.河南省衛(wèi)輝市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局（畜牧局），河南衛(wèi)輝 453100）

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)豬場(chǎng)內(nèi)部和豬場(chǎng)之間的生產(chǎn)性能差異很大，其中豬的健康狀況是造成這種差異的因素之一。由于許多疾病都由多種因素導(dǎo)致的，因此應(yīng)考慮飼養(yǎng)策略以支持動(dòng)物最佳的生長(zhǎng)性能和健康狀況。為此，需要確定機(jī)體健康對(duì)豬的營(yíng)養(yǎng)和代謝狀態(tài)的影響，以便更好地調(diào)整飼養(yǎng)計(jì)劃。在應(yīng)激和炎癥時(shí)，對(duì)豬采食、消化、吸收和代謝功能有較大影響的日糧營(yíng)養(yǎng)素中，氨基酸在動(dòng)物代謝中起著關(guān)鍵作用，它是調(diào)整日糧的良好選擇。生產(chǎn)上由于衛(wèi)生條件或應(yīng)激的挑戰(zhàn)可能會(huì)導(dǎo)致豬體內(nèi)平衡狀態(tài)偏離，這些因素也會(huì)影響氨基酸和蛋白質(zhì)參與各種生物過(guò)程。如出欄體重較輕的豬與保育期和生長(zhǎng)育肥期血漿中必需和非必需氨基酸濃度低有關(guān)（He 等，2016）。Kampman-van de Hoek 等（2016）研究發(fā)現(xiàn)，日糧蘇氨酸和色氨酸缺乏會(huì)導(dǎo)致豬生長(zhǎng)受到抑制，因?yàn)楣趋兰『兔庖呦到y(tǒng)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)這兩種氨基酸。雖然Capozzalo 等（2017）報(bào)道豬在較次環(huán)境條件下對(duì)氨基酸需要的報(bào)告，但關(guān)于日糧氨基酸需求的潛在來(lái)源信息較少，作者認(rèn)為這些潛在來(lái)源包括合成不同蛋白質(zhì)的氨基酸需求，以及用于組織生長(zhǎng)和健康尤其是小腸和骨骼肌的需要，這些知識(shí)需要進(jìn)一步挖掘，以便為豬的生長(zhǎng)提高精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)方案。

1 炎癥對(duì)氨基酸攝入、消化、吸收和代謝的影響

Pastorelli 等（2012）分析量化了不同健康狀況對(duì)豬生長(zhǎng)和采食量的影響，與健康豬生長(zhǎng)性能相比，健康調(diào)整負(fù)面影響生長(zhǎng)速度和飼料攝入量。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)家應(yīng)根據(jù)實(shí)際農(nóng)場(chǎng)條件和健康因素來(lái)調(diào)整日糧配方結(jié)構(gòu)。一方面，許多與炎癥有關(guān)的蛋白質(zhì)可能在體內(nèi)合成，其中分泌到腸道腔內(nèi)的蛋白質(zhì)與炎癥有很大關(guān)系，因?yàn)槠渲幸恍┘炔荒鼙幌膊荒芑厥?，它們的氨基酸?duì)于宿主來(lái)說(shuō)肯定是損失的，應(yīng)在日糧中充分補(bǔ)充。這意味著當(dāng)營(yíng)養(yǎng)學(xué)家應(yīng)考慮調(diào)整配方結(jié)構(gòu)。另一方面，當(dāng)生長(zhǎng)限制主要來(lái)自于飼料攝入量減少時(shí)，能量供應(yīng)對(duì)生長(zhǎng)的限制可能比單一營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)更大。因此，飼料成分的調(diào)整不一定有利于恢復(fù)動(dòng)物的健康和生長(zhǎng)。但提供具體的氨基酸參與飼料采食量的調(diào)控可能有助于改善動(dòng)物的健康狀況，這一觀點(diǎn)在Trevisi 等（2015）的研究中得到了證實(shí)，其發(fā)現(xiàn)日糧添加1 g/kg 蘇氨酸可以提高感染大腸桿菌K88豬的采食量。

炎癥降低了體內(nèi)氮的沉積，并增加了尿氮流失，這些變化的原因與飼料攝入量減少、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化，吸收功能受損，機(jī)體蛋白質(zhì)分解代謝增強(qiáng)，氨基酸氧化增加，并由炎癥細(xì)胞因子和激素調(diào)節(jié)有關(guān)。蛋白質(zhì)合成速率在骨骼肌中降低，但在肝臟和其他組織中增加，這些組織參與炎癥急性期防御和免疫蛋白的生成（Oled 等，2002）。因此，由于合成蛋白質(zhì)的氨基酸組成不同，炎癥改變了骨骼肌與其他器官或細(xì)胞類型，如肝臟、脾臟、消化道和免疫細(xì)胞之間氨基酸的分配。消化道紊亂會(huì)導(dǎo)致消化酶和黏膜蛋白損失，使內(nèi)源性氨基酸損失增加，對(duì)某些氨基酸，如精氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、纈氨酸、脯氨酸可顯著升高（Adeola 等，2016）。在感染豬繁殖和呼吸綜合征病毒的豬骨骼肌中，肌生成抑制素（一種負(fù)調(diào)控蛋白增生的蛋白）的表達(dá)增加，這表明感染可能會(huì)降低肌肉蛋白的合成（Escobar 等，2004）。炎癥急性期蛋白在感染恢復(fù)或炎癥后免疫系統(tǒng)的細(xì)胞穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用，因此，急性期蛋白合成的增加可能需要肌肉蛋白的分解來(lái)供應(yīng)氨基酸，更具體地說(shuō)是蘇氨酸和苯丙氨酸，因?yàn)檫@些氨基酸在急性期蛋白中的分布不同于肌肉蛋白，同樣免疫球蛋白的合成需要大量蘇氨酸。

2 氨基酸與腸黏膜物理屏障

腸道是一個(gè)復(fù)雜的器官，上皮細(xì)胞和分泌細(xì)胞與免疫細(xì)胞密切相關(guān)，這個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)包括分泌肽、蛋白質(zhì)和其他防御，都有助于腸道免疫防御入侵的病原體及消化和吸收營(yíng)養(yǎng)。腸黏膜上皮是腸內(nèi)壁的單層細(xì)胞，主要由腸上皮細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞之間緊密連接組成，通過(guò)這一細(xì)胞旁通路調(diào)控，防止病原體通過(guò)，而緊密連接結(jié)構(gòu)由膜蛋白如封閉蛋白家族成員和ZO-1、ZO-2 和ZO-3蛋白組成（Arrieta 等，2006）。應(yīng)激（如斷奶）引起的腸黏膜屏障失調(diào)，以及病原微生物的侵襲和免疫挑戰(zhàn)，因此，早期斷奶的豬通常會(huì)出現(xiàn)黏膜屏障功能受損，引起腹瀉，因?yàn)榭漳c跨上皮電阻降低和細(xì)胞旁通透性升高高達(dá)40%（Wang 等，2015）。蘇氨酸是合成黏膜糖蛋白的主要底物，在維持腸道屏障完整性方面具有重要作用。因此，在炎癥過(guò)程中，包括斷奶后應(yīng)激綜合征可以通過(guò)日糧補(bǔ)充氨基酸，改善腸道黏膜屏障功能。日糧中的氨基酸通過(guò)多種機(jī)制刺激腸道細(xì)胞增殖，在具有應(yīng)激的條件下口服精氨酸可以激活腸道組織中的mTOR 信號(hào)通路，此外，谷氨酰胺也可以激活mTOR 通路，上調(diào)鳥氨酸脫羧酶的表達(dá)，增加多胺的產(chǎn)生，從而刺激蛋白質(zhì)合成，抑制腸上皮細(xì)胞的蛋白質(zhì)分解（Wu 等，2013）。谷氨酰胺是嘌呤和嘧啶核苷酸合成的前體，嘌呤和嘧啶核苷酸對(duì)DNA 合成和細(xì)胞增殖至關(guān)重要，谷氨酰胺增強(qiáng)有絲分裂原激活蛋白激酶基因的表達(dá)，從而激活基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞增殖，同時(shí)谷氨酰胺代謝還提供ATP 支持腸道離子運(yùn)輸、細(xì)胞生長(zhǎng)和遷移，從而維持腸道完整性（Wu 等，2013）。

含硫氨基酸代謝產(chǎn)物主要是谷胱甘肽、同型半胱氨酸和?；撬?。谷胱甘肽由半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸合成，可以提高細(xì)胞增殖率。氨基酸除了改善腸道形態(tài)和細(xì)胞增殖外，對(duì)物理腸道屏障也有有益作用。如精氨酸是合成重要化合物的必要前體，包括一氧化氮、多胺和肌酸。精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、含硫氨基酸和蘇氨酸可以用于多種炎癥過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)管理。

3 氨基酸與防御蛋白、抗氧化的關(guān)系

IgA 和IgM 蛋白中蘇氨酸氨基酸含量很高。在健康豬中注射牛血清白蛋白或豬瘟疫苗可以提高血清免疫球蛋白濃度、增加采食量（Mao 等，2014）。日糧添加蘇氨酸后，飼料中蘇氨酸含量從8.5 g/kg 增加到9.0 g/kg，導(dǎo)致易感染大腸桿菌K88 豬IgM 分泌量增加，而非易感豬則沒(méi)有這種情況（Trevisi 等，2015）。從氨基酸組成可以預(yù)測(cè)出幾種影響豬防御和抗菌蛋白或多肽合成的第一限制性氨基酸。絲氨酸是合成再生胰島源蛋白的主要氨基酸，該蛋白是一種C 型凝集素，以革蘭氏陽(yáng)性菌為目標(biāo)，腸道感染期間在豬小腸中大量生成（Soler 等，2015）。絲氨酸被歸類為一種非必需的營(yíng)養(yǎng)氨基酸，但它是一碳代謝的主要代謝源。葡萄糖合成途徑起重要作用的氨基酸是谷氨酸，而谷氨酸代謝又受絲氨酸需求的影響，絲氨酸供應(yīng)不足會(huì)導(dǎo)致甘氨酸合成受損，導(dǎo)致其他氨基酸營(yíng)養(yǎng)失衡（Wu 等，2013）。另一個(gè)重要的抗菌蛋白是溶菌酶，其營(yíng)養(yǎng)需求研究數(shù)據(jù)較少，含有很高的亮氨酸比例?？偟膩?lái)說(shuō)，關(guān)注氨基酸組成和可能限制防御蛋白生成的氨基酸將推動(dòng)旨在滿足氨基酸需求的研究，以維持動(dòng)物在次優(yōu)飼養(yǎng)條件下的生長(zhǎng)。此外，這些蛋白可以作為血液、唾液、糞便或其他組織樣本中的潛在生物標(biāo)志物，用于評(píng)估不同飼養(yǎng)策略下豬的腸道健康和功能。

氧化應(yīng)激是內(nèi)源性活性氧產(chǎn)生與抗氧化防御之間失衡的結(jié)果，其中內(nèi)源性活性氧是細(xì)胞呼吸過(guò)程中在線粒體內(nèi)產(chǎn)生，是細(xì)胞氧代謝的正常產(chǎn)物。此外，活性氧的產(chǎn)生是一些免疫細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞）發(fā)揮細(xì)胞毒性作用的機(jī)制。因此，炎癥過(guò)程中活性氧的產(chǎn)生和先天免疫反應(yīng)的激活是一種防御機(jī)制，當(dāng)抗氧化防御被擊潰時(shí)可產(chǎn)生氧化應(yīng)激（Li 等，2007）。谷胱甘肽是機(jī)體最強(qiáng)大的內(nèi)源性抗氧化成分之一，出生后的豬肝臟和腸道似乎是谷胱甘肽合成的兩個(gè)主要部位。日糧補(bǔ)充谷氨酸、甘氨酸（構(gòu)成谷胱甘肽的兩個(gè)氨基酸）、精氨酸和天冬氨酸可以降低細(xì)胞氧化應(yīng)激（Duan 等，2016）。在整個(gè)動(dòng)物機(jī)體中除了具有直接的抗氧化作用外，這些氨基酸在免疫細(xì)胞和腸道細(xì)胞中具有關(guān)鍵的代謝作用，其作用也可能導(dǎo)致氧化應(yīng)激的降低（Wu 等，2013）。

4 氨基酸參與的重要代謝途徑

4.1 精氨酸- 一氧化氮代謝途徑 母乳中富含谷氨酰胺、谷氨酸、脯氨酸，隨著泌乳時(shí)間的延長(zhǎng)，乳中游離谷氨酰胺的濃度逐漸增加，游離的以及和肽結(jié)合的谷氨酰胺、谷氨酸占氨基酸總量的20%。相比之下，母豬泌乳期間精氨酸的濃度明顯低于谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸，因此，母豬乳汁最多只能提供仔豬代謝所需40%的精氨酸（Wu等，2013）。精氨酸的從頭合成與谷氨酰胺在0 ～7日齡豬腸細(xì)胞中轉(zhuǎn)化為精氨酸一致，這些合成途徑需要的所有底物包括氨、碳酸氫鹽、谷氨酸、天冬氨酸和ATPH，都是由谷氨酰胺分解代謝產(chǎn)生的（Wu 和Morris，1998）。由于豬小腸不吸收動(dòng)脈血脯氨酸，從乳和斷奶后日糧中獲得的脯氨酸對(duì)補(bǔ)償日糧中的精氨酸缺乏至關(guān)重要。

精氨酸可以合成一氧化氮，是一種主要的血管舒張因子。最近的研究結(jié)果表明，在常規(guī)飼料中添加精氨酸可以提高豬在妊娠期、哺乳期、斷奶期和生長(zhǎng)期的生產(chǎn)性能（Wu，2014）。NRC 認(rèn)為精氨酸是一種條件性必需氨基酸，NRC（2012）在標(biāo)準(zhǔn)化回腸消化率的基礎(chǔ)上推薦了生產(chǎn)各個(gè)階段豬飼料中精氨酸的需求，從早期妊娠母豬0.17 g/kg 到哺乳期0.68 g/kg。精氨酸具有多種作用：保護(hù)機(jī)體免受氧化應(yīng)激和炎癥，激活腸道組織中的mTOR 信號(hào)通路，調(diào)節(jié)腸道炎癥反應(yīng)，減輕絨毛萎縮。在21-28 日齡的斷奶仔豬中，以玉米- 豆粕為基礎(chǔ)的日糧中添加0.6% 精氨酸，使小腸重量增加89 g，日增重提高42 g/d，日糧添加精氨酸也增加了引發(fā)脾臟表達(dá)和腫瘤壞死因子α 激活先天免疫指標(biāo)及IgM 的濃度，以防剛斷奶仔豬發(fā)生感染（Wu 等，2010）。在妊娠第14 ～28 天添加1%的精氨酸可使母豬在妊娠第70 天每胎胎數(shù)增加3.7，并促進(jìn)胎兒肌肉發(fā)育（Berard 和Bee，2010）。值得注意的是，妊娠母豬補(bǔ)充精氨酸可提高一氧化氮和B 淋巴細(xì)胞衍生抗體的產(chǎn)生，從而預(yù)防因豬痢疾病原體短螺旋體引起的腸道感染的發(fā)病率和死亡率（Li 等，2007）。綜上所述，豬日糧中需要考慮精氨酸攝入量，以改善豬的健康、生長(zhǎng)、存活率、泌乳和繁殖能力，由于目前為了降低養(yǎng)殖場(chǎng)氮排放而采用的低蛋白日糧不能滿足精氨酸或其合成前體的需求，因此考慮日糧補(bǔ)充精氨酸這一點(diǎn)尤其值得注意。

4.2 色氨酸和犬尿氨酸途徑 色氨酸是犬尿氨酸合成的前體，它是一個(gè)復(fù)雜代謝途徑的第一個(gè)代謝物，最終形成喹諾酸、煙酸和煙酰胺喹啉和黃嘌呤酸，將色氨酸轉(zhuǎn)化為犬尿氨酸需要兩種酶，第一種酶是色氨酸2，3- 雙加氧酶，位于肝臟中，負(fù)責(zé)過(guò)量色氨酸的降解；第二種酶是吲哚胺2，3-雙加氧酶，存在于巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等眾多免疫細(xì)胞中。雙加氧酶的激活和色氨酸分解代謝的增加被認(rèn)為是調(diào)節(jié)妊娠和疾病期間免疫系統(tǒng)的機(jī)制（Munn 和Mellor，2013）。雙加氧酶的激活也被認(rèn)為與一些炎癥性疾病發(fā)生的長(zhǎng)期免疫激活有關(guān)。當(dāng)色氨酸水平低于營(yíng)養(yǎng)需要水平時(shí)，炎癥對(duì)血漿色氨酸濃度和組織雙加氧酶活性的影響更大；此外，與炎癥反應(yīng)相關(guān)的氧化應(yīng)激機(jī)制也降低了斷奶仔豬血漿色氨酸水平，增加了血漿犬尿氨酸含量（Lv 等，2012）。

炎癥引起的色氨酸代謝的劇烈變化與氨基酸在炎癥狀態(tài)下的功能作用有關(guān)。與色氨酸中度缺乏的豬相比，實(shí)驗(yàn)誘導(dǎo)肺部炎癥的豬與色氨酸輕度過(guò)量的豬相比，其急性期蛋白濃度較低，且肺損傷較輕；同時(shí)，飼喂高色氨酸水平日糧的豬雙加氧酶活性也較低，說(shuō)明添加色氨酸可減輕炎癥（Kim 等，2010）。

5 結(jié)論

環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)原因證明在動(dòng)物生產(chǎn)中需要更高的飼料效率和更具體的氮素利用效率，提高豬的蛋白質(zhì)利用率和預(yù)防腸道疾病的一項(xiàng)策略是降低日糧粗蛋白質(zhì)水平，同時(shí)適當(dāng)補(bǔ)充合成氨基酸。降低日糧中粗蛋白質(zhì)含量可以減少氮的攝入量，并可能避免氨基酸過(guò)量，從而防止過(guò)量的代謝負(fù)荷。除減少使用飼料抗生素，低蛋白日糧還可以提供一個(gè)補(bǔ)充氨基酸的手段，這也有助于限制與炎癥狀態(tài)相關(guān)的代謝紊亂。氨基酸不僅是蛋白質(zhì)合成前體，也是合成具有重要生理和調(diào)節(jié)功能的生物活性肽和低分子量代謝物的前體。眾所周知，豬飼料必須含有必需氨基酸，但為保證豬的最佳腸道健康和功能、生長(zhǎng)速度及飼料效率，適當(dāng)提供傳統(tǒng)分類的非必需氨基酸如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和甘氨酸也至關(guān)重要。