精氨酸對(duì)動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)調(diào)節(jié)及免疫作用

徐偉風(fēng)，吳春宇

（1.南京市畜牧家禽科學(xué)研究所，江蘇 南京 210000；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210000）

精氨酸（Arginine,Arg）最初是在1886年由德國(guó)科學(xué)家從植物羽扁豆幼苗中分離提取出來(lái)并命名的。1995年，Hedin在哺乳動(dòng)物的蛋白質(zhì)中也發(fā)現(xiàn)了精氨酸的存在。傳統(tǒng)上把左旋精氨酸（L-arginine,LArg）定義為非必需氨基酸，但L-精氨酸是維持幼年動(dòng)物最佳生長(zhǎng)和氮平衡的必需氨基酸。Geng等[1]研究報(bào)道，精氨酸是新生哺乳仔豬的必需氨基酸。正常情況下大部分成年哺乳動(dòng)物可以自身合成氨基酸，但不足以滿足機(jī)體需要，特別是在饑餓、創(chuàng)傷及快速生長(zhǎng)狀態(tài)下。因此，精氨酸又被認(rèn)為是條件性必需氨基酸[2]。由于精氨酸具有重要的生理、代謝和營(yíng)養(yǎng)作用，幾乎機(jī)體中所有組織均利用L-精氨酸合成胞漿蛋白和核蛋白，精氨酸在促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞分裂、傷口復(fù)原和激素分泌、增強(qiáng)機(jī)體的免疫力等各種生理過(guò)程中，也扮演著重要的角色[3]，因此精氨酸作為一種免疫調(diào)節(jié)劑而成為動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)研究的熱點(diǎn)。

1 精氨酸的理化性質(zhì)

精氨酸，分子式為：C6H14N4O2，結(jié)構(gòu)式為NH2-C（=NH）-NH-CH2-CH2-CH2-CH（NH2）-COOH，相對(duì)分子質(zhì)量為174.2，熔點(diǎn)為244°C，為白色晶體或晶體狀粉末，無(wú)嗅，味苦，易溶于水，溶于水后溶液呈強(qiáng)堿性，極微溶于乙醇，不溶于乙醚，加熱至105°C時(shí)失去結(jié)晶水。L-精氨酸，化學(xué)名稱2-氨基-5-胍基戊酸，屬于堿性氨基酸，易與酸反應(yīng)生成鹽，在生理pH條件下等電點(diǎn)為10.76，解離常數(shù)PK1（-COOH）=2.17，PK2（-NH4+）=9.04，PKR（胍基）=12.48。精氨酸在自然條件中有兩種異構(gòu)體存在：D-精氨酸和L-精氨酸，動(dòng)物體內(nèi)主要以L-精氨酸的形式存在。在動(dòng)物機(jī)體內(nèi)有營(yíng)養(yǎng)、代謝及免疫生理功能的也是L-精氨酸。

2 精氨酸的代謝

精氨酸是體內(nèi)蛋白氮重要的載體、一種條件性必需氨基酸，哺乳動(dòng)物體內(nèi)許多細(xì)胞，如腸細(xì)胞、上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等，均可經(jīng)一氧化氮合酶、精氨酸酶生成一氧化氮、脯氨酸等活性分子來(lái)脫氨基生成具有生物活性的一氧化氮。一氧化氮是一種重要的內(nèi)源性活性因子[4]，可參與并促進(jìn)皮膚組織創(chuàng)傷恢復(fù)的整個(gè)過(guò)程，其作用表現(xiàn)在誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞、上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和角質(zhì)細(xì)胞的增殖與分化、增進(jìn)血管生成、參與基質(zhì)的沉積和重塑、調(diào)節(jié)創(chuàng)傷愈合炎癥反應(yīng)中各種細(xì)胞因子的活性等[5]。在維持血管緊張，減少胃腸道黏膜的損傷，糖尿病大鼠肝臟保護(hù)及減少氧化應(yīng)激[6]中起到一定的作用。在機(jī)體內(nèi)，L-精氨酸是內(nèi)生性一氧化氮的唯一前體[7]，能使機(jī)體一氧化氮濃度增加。精氨酸是一種重要的免疫調(diào)節(jié)劑，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)[8]。飼糧添加精氨酸能增強(qiáng)各種免疫應(yīng)激模型、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)物的免疫功能[9-10]，精氨酸在動(dòng)物體內(nèi)通過(guò)肌醇和甘油磷酸膽堿發(fā)揮作用，增強(qiáng)機(jī)體蛋白質(zhì)的合成和沉積以及脂肪的降解，能增加機(jī)體內(nèi)氮儲(chǔ)留、發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，提高機(jī)體的免疫狀態(tài)[11]。

3 精氨酸的營(yíng)養(yǎng)生理功能

精氨酸是體內(nèi)合成一氧化氮和多胺等諸多重要生物活性因子的必需前體物，從而調(diào)控生長(zhǎng)、繁殖以及健康[12]。

3.1 對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)性能的影響

方勇軍等[13]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)精氨酸添加水平達(dá)1.12%時(shí)，櫻桃谷肉鴨增重效果最好。覃麟等[14]研究表明，斷奶（54±2）d以內(nèi)的腹瀉仔豬飼糧精氨酸含量以1.4%為宜，能提高腹瀉仔豬的生長(zhǎng)性能。Zhan等[15]研究表明，健康的斷奶仔豬飼糧精氨酸含量為1.52%時(shí)，可減少仔豬的腹瀉頻率和腹瀉率。潘杰等[16]報(bào)道，21日齡斷奶仔豬基礎(chǔ)飼糧中添加精氨酸1%可以提高仔豬的生長(zhǎng)性能。楊慧等[17]研究發(fā)現(xiàn)，在斷奶仔豬基礎(chǔ)飼糧中添加1%的精氨酸能夠顯著提高仔豬的平均日采食量和平均日增重，顯著降低料重比。吳信等[18]在21 d斷奶仔豬的飼糧中添加L-精氨酸6 g/kg飼喂7 d后，均可顯著提高其日增重。在妊娠期和泌乳期母豬飼糧中補(bǔ)充1%的精氨酸鹽酸鹽，對(duì)初產(chǎn)母豬泌乳性能有潛在的有益影響[19]。Mateo等報(bào)道在飼糧中添加1%的精氨酸鹽酸鹽可以增加泌乳母豬的產(chǎn)奶量和哺乳仔豬的體增重[19]。Kim等[20]在7～21 d仔豬飼糧中添加0.2%和0.4%精氨酸，平均日增重分別增加28%和66%，體重分別顯著增加15%和32%。由此可見(jiàn)，動(dòng)物飼糧中添加適宜的精氨酸能夠有效提高平均日采食量和平均日增重，降低料重比，改善動(dòng)物的生長(zhǎng)性能。

3.2 對(duì)動(dòng)物腸道發(fā)育的影響

精氨酸除了是蛋白質(zhì)的基石外，也是合成許多生物活性因子包括一氧化氮、鳥(niǎo)氨酸、多胺（腐胺、亞精胺、精胺）、肌酸和胍丁胺的前體[21]。研究顯示精氨酸可通過(guò)生產(chǎn)多胺來(lái)增加胃腸黏膜細(xì)胞膜K通道的表達(dá)，進(jìn)一步通過(guò)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)纖維增殖及細(xì)胞遷移定植，促進(jìn)細(xì)胞增殖，加速蛋白質(zhì)合成，在胃腸黏膜生長(zhǎng)、發(fā)育、成熟、修復(fù)等環(huán)節(jié)起到關(guān)鍵作用[22]。孟國(guó)權(quán)等[23]試驗(yàn)結(jié)果表明，0.5%精氨酸有效地增加了十二指腸、回腸黏膜中二胺氧化酶活性，這說(shuō)明精氨酸對(duì)腸道屏障功能具有一定的保護(hù)作用。與本試驗(yàn)結(jié)果相一致，黃晶晶等[24]報(bào)道，0.5%精氨酸有效地緩解了脂多糖導(dǎo)致的十二指腸黏膜中二胺氧化酶活性下降。鮑倩玲等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在全腸外營(yíng)養(yǎng)液中添加2%精氨酸顯著緩解了因全腸外營(yíng)養(yǎng)導(dǎo)致的回腸黏膜中二胺氧化酶活性下降。劉怡晟等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與標(biāo)準(zhǔn)全胃腸外營(yíng)養(yǎng)組相比，精氨酸強(qiáng)化的全胃腸外營(yíng)養(yǎng)組幼兔血漿D-乳酸顯著降低。孟國(guó)權(quán)等[23]研究結(jié)果還表明，0.5%精氨酸顯著降低了脂多糖導(dǎo)致的十二指腸黏膜中內(nèi)皮素-1含量的上升，這可能是精氨酸緩解了脂多糖導(dǎo)致腸道屏障功能受損的原因之一。與本試驗(yàn)結(jié)果相似，張國(guó)鋒等[27]報(bào)道，大鼠腹腔注射200 mg/kg體重的精氨酸顯著地緩解了脂多糖導(dǎo)致的血漿、胃黏膜中內(nèi)皮素-1含量的升高。郭長(zhǎng)義等[28]研究泌乳母豬飼糧精氨酸對(duì)哺乳仔豬小腸黏膜發(fā)育的影響及抗氧化機(jī)理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加精氨酸可以改善腸道黏膜的發(fā)育（如黏膜絨毛高度和隱窩深度），同時(shí)還可提高黏膜乳糖酶、堿性磷酸酶和谷胱甘肽酶的活性，降低了超氧化物歧化酶的活性，通過(guò)改善抗氧化能力促進(jìn)哺乳仔豬腸道的發(fā)育。因此，飼糧中添加精氨酸可以緩解仔豬腹瀉，適宜水平的精氨酸能夠改善腸道形態(tài)的發(fā)育。

3.3 對(duì)動(dòng)物繁殖性能的影響

精氨酸和它的代謝產(chǎn)物在繁殖，包括增強(qiáng)胚胎和胎兒存活上具有重要的作用[29]。曾祥芳等[12]試驗(yàn)結(jié)果表明，妊娠早期飼糧添加精氨酸可促進(jìn)大鼠早期胚胎著床，提高早期胚胎存活率，從而顯著增加初產(chǎn)大鼠的窩產(chǎn)仔數(shù)和窩重。王光輝等[30]向母牛子宮頸內(nèi)注入5%精氨酸，兩年產(chǎn)母犢比率平均63.8%，比對(duì)照組提高15.8%。劉星達(dá)等[31]向飼糧中添加0.8%精氨酸發(fā)現(xiàn)母豬日均泌乳量、仔豬斷奶窩重和斷奶均重得到顯著性的提高。楊慧等[32-33]研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠母豬（從配種到分娩）飼糧中添加不同水平精氨酸可以提高窩產(chǎn)活仔豬數(shù)和初生窩重，添加不同水平的精氨酸對(duì)妊娠后期母豬血液的生化指標(biāo)影響明顯，可提高泌乳母豬血清中部分氨基酸濃度，改善泌乳母豬的新陳代謝和免疫機(jī)能，在提高仔豬生長(zhǎng)性能的同時(shí)，也縮短了母豬斷奶后的發(fā)情周期。此外，Mateo等[34]研究發(fā)現(xiàn)，給妊娠30～114 d的母豬補(bǔ)充1%L-精氨酸鹽酸鹽，妊娠期間母豬的體重和背膘厚組間沒(méi)有差異；在妊娠第90和110天，血漿尿素濃度試驗(yàn)組極顯著低于對(duì)照組；與對(duì)照組相比，添加1%精氨酸顯著提高了產(chǎn)活仔數(shù)22%，初生重顯著提高24%，添加精氨酸組幾乎每頭母豬可以增加產(chǎn)出2頭小豬。在妊娠14～28 d補(bǔ)充精氨酸可以顯著提高胎豬的成活率[35]。

4 精氨酸對(duì)動(dòng)物機(jī)體免疫調(diào)節(jié)的影響

精氨酸對(duì)免疫的調(diào)節(jié)功能主要是通過(guò)精氨酸酶和一氧化氮途徑實(shí)現(xiàn)。精氨酸可改善動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)狀況，增加胸腺質(zhì)量和胸腺淋巴數(shù)，同時(shí)促進(jìn)植物凝集素、刀豆蛋白等有絲分裂原的產(chǎn)生，顯著提高T淋巴細(xì)胞對(duì)有絲分裂的反應(yīng)性，從而刺激T淋巴細(xì)胞的增殖[36]；增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬能力和自然殺傷細(xì)胞對(duì)腫瘤靶細(xì)胞溶解作用；增加脾臟單核細(xì)胞對(duì)白細(xì)胞介素-2（IL-2）的分泌以及IL-2受體的活性；增強(qiáng)T細(xì)胞介導(dǎo)的Ⅳ型超敏反應(yīng)來(lái)降低前列腺素的水平，進(jìn)一步促進(jìn)IL-2合成，最終產(chǎn)生以提高T淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的直接或間接反應(yīng)的免疫調(diào)節(jié)的強(qiáng)大作用。吉雁鴻等[37]在飲水中適量補(bǔ)充L-精氨酸可以對(duì)熱應(yīng)激損傷小鼠的免疫功能起到保護(hù)作用，補(bǔ)充1.5 mg/g體重精氨酸能夠最大限度減少熱應(yīng)激對(duì)小鼠免疫功能的損傷。Buentello等[38]報(bào)道，飼糧中添加4%的高精氨酸水平能夠顯著提高斑點(diǎn)叉尾鮰的紅細(xì)胞比容、白細(xì)胞數(shù)目和嗜異細(xì)胞數(shù)目等免疫指標(biāo)。廖英杰等[39]試驗(yàn)中顯示，隨著精氨酸添加水平的升高，紅細(xì)胞和白細(xì)胞數(shù)目顯著升高，血紅蛋白含量也顯著增加，說(shuō)明精氨酸通過(guò)提高紅細(xì)胞數(shù)目來(lái)增加機(jī)體免疫力。Lieboldt等[40]報(bào)道表明，精氨酸對(duì)仔雞淋巴器官發(fā)育起重要作用，與對(duì)照組相比，飼糧中缺乏精氨酸組仔雞的胸腺和脾臟成熟相對(duì)遲緩。Konashi等[41]發(fā)現(xiàn)，飼糧中補(bǔ)充精氨酸會(huì)使肉仔雞各項(xiàng)免疫指標(biāo)顯著增加。師昆景等[42]試驗(yàn)結(jié)果表明，胚蛋注射L-精氨酸可以在一定程度上提高肉仔雞法式囊和脾臟的重量及指數(shù)，其中處理組的法氏囊重與對(duì)照組相比提高了27.27%。Szabó等研究報(bào)道，飼糧中添加精氨酸能夠提高胸腺的重量[43]。在研究精氨酸對(duì)傷口治療的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，大白鼠和小鼠背部受傷后精氨酸提高了胸腺重量。給動(dòng)物補(bǔ)充精氨酸后胸腺增重是由于促進(jìn)了動(dòng)物胸腺細(xì)胞構(gòu)成和胸腺細(xì)胞的排出，提高了對(duì)促分列素的轉(zhuǎn)化，而且精氨酸促胸腺的作用起動(dòng)迅速[44]。柏美娟等[45]試驗(yàn)結(jié)果表明：肥育豬飼糧中添加1%精氨酸可顯著增加單核細(xì)胞數(shù)和百分比、淋巴細(xì)胞百分比和增殖活性及血清IgG和IL-2水平，顯著降低中性粒細(xì)胞數(shù)和百分比及血清TNF-α（腫瘤壞死因子-α）水平；明顯增加脾臟IL-2和IFN-γ（γ干擾素）表達(dá)水平，降低TNF-α表達(dá)水平，通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞和體液免疫水平，從而增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。

5 小結(jié)

精氨酸族氨基酸是動(dòng)物體內(nèi)一系列具有重要生理意義的分子合成所必需的前體，而且又能調(diào)控動(dòng)物健康、生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖和體內(nèi)平衡等代謝通路。精氨酸通過(guò)多種機(jī)制：MTOR信號(hào)、抗氧化防御、胎盤(pán)生長(zhǎng)（包括血管生長(zhǎng)）和子宮-胎盤(pán)血流量，激素分泌，神經(jīng)因子的傳遞等來(lái)提高動(dòng)物的各項(xiàng)生理過(guò)程。精氨酸一般是精氨酸族氨基酸的原型，其功能明確，可廣泛地應(yīng)用于養(yǎng)豬生產(chǎn)中，具有極大的市場(chǎng)前景，但是精氨酸的價(jià)格昂貴，限制了其在實(shí)踐中的應(yīng)用。因此，尋求一種價(jià)格低廉、無(wú)毒害的精氨酸替代物是亟待解決的問(wèn)題。