N-氨甲酰谷氨酸與精氨酸在豬生產(chǎn)中的研究應(yīng)用進(jìn)展

■ 劉粉粉 林 雪 印遇龍 張 彬 吳 信

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長(zhǎng)沙 410125）

精氨酸作為一種條件性必需氨基酸，正常情況下大部分成年哺乳動(dòng)物可自身合成，但不足以滿足機(jī)體需要，特別是在饑餓、創(chuàng)傷、應(yīng)激、快速生長(zhǎng)及大量使用抗生素導(dǎo)致的機(jī)體免疫力和抵抗力下降情況下。精氨酸在新生仔豬小腸內(nèi)的內(nèi)源合成不足，并且母乳中的精氨酸濃度低，不能滿足仔豬的最佳生長(zhǎng)發(fā)育的需要，因此精氨酸是哺乳仔豬的一種必需氨基酸[1]。研究表明，成年哺乳動(dòng)物如果長(zhǎng)期飼喂精氨酸缺乏的日糧,會(huì)在代謝、神經(jīng)、生殖、發(fā)育和免疫等方面出現(xiàn)功能失調(diào)[2]。

1 精氨酸的功能

作為一種重要的營(yíng)養(yǎng)性氨基酸，精氨酸是蛋白質(zhì)、一氧化氮（NO）、鳥(niǎo)氨酸、脯氨酸、多胺、肌酸、谷氨酸和谷氨酰胺等生物合成的底物[3]，在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)揮多種生物和生理功能[4]的作用。研究表明精氨酸可以提高繁殖性能[5]，增加免疫功能[6]，調(diào)節(jié)腸道基因表達(dá)，促進(jìn)腸細(xì)胞增殖，改善腸道形態(tài)[7]，通過(guò)一氧化氮加速創(chuàng)面愈合,減緩氧化應(yīng)激[8]，刺激信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與蛋白質(zhì)合成[9]。

精氨酸可直接或通過(guò)其代謝產(chǎn)物間接促進(jìn)胰島素、胰島素樣生長(zhǎng)因子和生長(zhǎng)激素的釋放[10]。胰島素和胰島素樣生長(zhǎng)因子影響軟骨細(xì)胞的存活和增殖，參與機(jī)體生長(zhǎng)[11]。日糧中添加精氨酸能夠提高動(dòng)物機(jī)體的生長(zhǎng)和屠宰率已有報(bào)道[12]。研究表明添加0.6%的精氨酸對(duì)7日齡哺乳仔豬生長(zhǎng)和代謝有明顯促進(jìn)作用[13]。宮內(nèi)生長(zhǎng)遲緩（IUGR）仔豬補(bǔ)充精氨酸后，其胰島結(jié)構(gòu)得到改善，胰島β細(xì)胞數(shù)量增加，胰島素合成增多，使IUGR仔豬的胰腺損傷得到緩解[14]。從懷孕開(kāi)始到哺乳期斷奶的母豬日糧中添加精氨酸，其仔豬的窩重增加[15]。

精氨酸還可通過(guò)促進(jìn)胰島素、生長(zhǎng)激素、泌乳素和類胰島素生長(zhǎng)因子等內(nèi)分泌激素的分泌而介導(dǎo)對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)節(jié)[16]。體外培養(yǎng)的人腹膜巨噬細(xì)胞試驗(yàn)表明，L-精氨酸促進(jìn)CD3+的表達(dá)和T-淋巴細(xì)胞的增殖,在缺乏精氨酸的情況下T-淋巴細(xì)胞增殖失敗[17]。日糧中添加精氨酸能夠增強(qiáng)各種免疫應(yīng)激模型的免疫功能，例如健康嚙齒動(dòng)物、燒傷動(dòng)物、患致死性細(xì)菌性腹膜炎動(dòng)物及小腸損傷動(dòng)物，從而降低病原感染導(dǎo)致的動(dòng)物發(fā)病及死亡[18]。1%精氨酸可通過(guò)調(diào)節(jié)肥育豬的細(xì)胞和體液免疫水平，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能[19]。

氣態(tài)信號(hào)分子NO是由精氨酸經(jīng)NOS催化后生成的[20]，可以促進(jìn)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的分泌，對(duì)血管的擴(kuò)張起著舉足輕重的作用。精氨酸可以促進(jìn)胎盤的血管生成，提高胎兒胎盤間的血流量[21]、抗氧化能力，改善妊娠期的脂質(zhì)過(guò)氧化[22]。給妊娠母豬飼料中添加1.0%精氨酸后抵消或逆轉(zhuǎn)了由L-NAME誘導(dǎo)的胎盤血管總一氧化氮合酶（TNOS）、NO合成量降低及胎豬生長(zhǎng)的受限作用，促進(jìn)了胎豬仔宮內(nèi)的生長(zhǎng)發(fā)育，并有效地預(yù)防了IUGR的發(fā)生[23]。在母豬妊娠期間，日糧中添加精氨酸能刺激母體的發(fā)育，促進(jìn)胎盤發(fā)育和血管化分?jǐn)?shù)，可使產(chǎn)仔數(shù)和窩重均增加[24]。在妊娠的早期階段,妊娠母羊補(bǔ)充低劑量的L-精氨酸能夠改善母羊內(nèi)分泌狀態(tài)，提高母羊胎盤抗氧化能力，促進(jìn)胎兒和胎盤發(fā)育，提高羔羊初生重和存活率[25]。

外源性的精氨酸過(guò)量會(huì)對(duì)仔豬產(chǎn)生副作用，在14日齡仔豬飼糧中添加1.2%的精氨酸后發(fā)現(xiàn)，仔豬生長(zhǎng)性能顯著低于對(duì)照組，且第6 d和第10 d血清賴氨酸含量顯著降低[26]。其原因可能是添加高水平的精氨酸產(chǎn)生了過(guò)多的NO,進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體氧化應(yīng)激。最新研究表明，L-精氨酸可減少食物的攝入和刺激嚙齒類動(dòng)物的胃腸激素釋放[27]。

2 NCG和內(nèi)源性精氨酸生成

在仔豬的斷奶應(yīng)激期，精氨酸合成酶的活力顯著下降，腸道等精氨酸合成能力不足以滿足仔豬應(yīng)激和生長(zhǎng)所需[28]。NRC規(guī)定的精氨酸添加量不足以滿足最大生長(zhǎng)需要，但較高劑量的精氨酸又影響膳食中其他氨基酸的吸收，如色氨酸、組氨酸、賴氨酸[29]，且精氨酸的價(jià)格昂貴，不適宜在飼糧中廣泛應(yīng)用。氨基甲酰磷酸合成酶-I（CPS-I）催化合成線粒體中鳥(niǎo)氨酸轉(zhuǎn)化為瓜氨酸所必需的氨甲酰磷酸，促進(jìn)瓜氨酸的生成是細(xì)胞精氨酸合成中的限速酶。N-乙酰谷氨酸（NAG）是CPS-I的變構(gòu)催化劑，能夠激活CPS-I，參與精氨酸內(nèi)源合成，但是NAG能被哺乳動(dòng)物細(xì)胞胞漿中高活性的脫?；缚焖俜纸猓虼瞬荒芾猛庠葱缘腘AG[30]。NCG為NAG的結(jié)構(gòu)類似物,在胞漿中不被細(xì)胞脫酰酶或氨基酸代謝酶分解[31]，作為精氨酸的有效前體，能夠促進(jìn)內(nèi)源性精氨酸的合成，并且不影響色氨酸、組氨酸、賴氨酸等的吸收[29]。研究表明，補(bǔ)充NCG可以刺激內(nèi)源性精氨酸、瓜氨酸的合成，促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)的合成[32]，提高生產(chǎn)性能和生長(zhǎng)率，調(diào)節(jié)信號(hào)通路，提高血漿精氨酸濃度，增強(qiáng)腸道的生長(zhǎng)以及熱休克蛋白70的表達(dá)[33]。

3 NCG在生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 NCG在哺乳仔豬中的作用

哺乳仔豬在出生8日齡后開(kāi)始快速生長(zhǎng)。由于母乳中的精氨酸濃度較低，哺乳仔豬血漿中的精氨酸濃度在7日齡之后開(kāi)始下降，14日齡之后顯著下降，其內(nèi)源合成的精氨酸也顯著下降，導(dǎo)致其生長(zhǎng)速度降低。給哺乳仔豬灌注適量的NCG，可有效促進(jìn)小腸CPS-I的活性及其基因表達(dá)量，提高血清瓜氨酸和精氨酸的水平，促進(jìn)仔豬小腸精氨酸的內(nèi)源合成，隨著內(nèi)源性精氨酸的合成和它在血漿中的濃度增加，可以間接提供滿足哺乳仔豬肌肉蛋白質(zhì)合成和生長(zhǎng)速率的最大值所需要的限制性氨基酸濃度，提高仔豬的生產(chǎn)性[32]。給哺乳仔豬每天灌服100、150 mg/kg和200 mg/kg NCG顯著提高十二指腸、空腸、回腸中CPS-I的活性和基因表達(dá)，灌服200～250 mg/kg NCG組平均日增重與對(duì)照組差異不顯著。因此哺乳仔豬補(bǔ)充100～150 mg/kg的NCG效果最佳，高劑量的NCG并未改善仔豬的生產(chǎn)性能，可能有副作用[34]。

3.2 NCG在斷奶仔豬中的應(yīng)用

斷奶仔豬日糧中添加NCG改善仔豬的生長(zhǎng)，并不是通過(guò)提高采食量來(lái)實(shí)現(xiàn)的[35]。日糧添加NCG能促進(jìn)斷奶豬腸道NAGS mRNA和蛋白的表達(dá)，激活CPS-I的活性，提高脯氨酸合成酶的活性，從而增加腸道精氨酸和瓜氨酸的合成，改善新生仔豬精氨酸營(yíng)養(yǎng)供給[36]。日糧中添加NCG后，顯著提高斷奶仔豬血漿精氨酸濃度和血漿生長(zhǎng)激素水平，增加仔豬骨骼肌的蛋白質(zhì)合成，其空腸絨毛高度也顯著增大，增強(qiáng)了腸道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，從而提高了仔豬的生長(zhǎng)性能[37]。內(nèi)源性精氨酸的過(guò)量合成同樣存在副作用，研究表明當(dāng)仔豬飼糧中添加0.04%NCG能有效降低斷奶仔豬的腹瀉率和腹瀉指數(shù),但當(dāng)添加量達(dá)0.12%時(shí),仔豬腹瀉率和腹瀉指數(shù)反而顯著增加[38]，與印遇龍等在仔豬飼糧中使用高水平（1.6 g/kg）的NCG后獲得的結(jié)果一致[39]。這說(shuō)明,不管是外源性還是由NCG產(chǎn)生的內(nèi)源性精氨酸,其過(guò)量均會(huì)對(duì)腸道產(chǎn)生一定的副作用。其原因可能是添加或合成過(guò)高水平的精氨酸產(chǎn)生了過(guò)多的NO,進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)體氧化應(yīng)激。

3.3 NCG在母豬中的應(yīng)用

母豬產(chǎn)仔數(shù)的的主要限制因素是在懷孕期間高的胚胎損失率和胎兒死亡率[32]。日糧中添加NCG能夠提高母體血液循環(huán)和子宮液中的精氨酸家族的濃度，可改善早期胚胎發(fā)育和著床[40]，降低胚胎損失率和胎兒死亡率[41]。研究表明精氨酸或NCG可能通過(guò)調(diào)節(jié)臍靜脈和胎盤的血管的生成發(fā)育和功能，通過(guò)母體提供更多的養(yǎng)分給胎兒，保證胎兒的存活、生長(zhǎng)和發(fā)育，可能涉及提高血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF），胎盤生長(zhǎng)因子1（PLGF1）和內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）在胎盤表面血管上基因表達(dá)量[42]。劉星達(dá)等研究表明NCG在妊娠后期母豬日糧中的適宜添加量為0.08%[43]。

4 小結(jié)

精氨酸與NCG對(duì)豬生產(chǎn)的促進(jìn)作用存在一定的濃度范圍，在適宜的濃度范圍內(nèi)發(fā)揮作用，但當(dāng)超過(guò)此濃度范圍會(huì)產(chǎn)生副作用。精氨酸能夠減少食物的攝取，這可能是它的副作用，需要進(jìn)一步的研究來(lái)確定精氨酸的副作用及其作用機(jī)理，為合理利用精氨酸、NCG提供新的依據(jù)。