豬低蛋白日糧的作用效應(yīng)與技術(shù)實踐進展

李鳳娜，尹杰，段葉輝，何流琴，李鐵軍，黃瑞林，印遇龍

（中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室，湖南 長沙 410125）

目前，養(yǎng)豬生產(chǎn)中，面臨的主要問題包括全球范圍內(nèi)蛋白質(zhì)飼料資源的日益短缺和現(xiàn)代規(guī)模化養(yǎng)殖排泄物中氮排放所引發(fā)的環(huán)境污染，這成為制約養(yǎng)豬生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。另一方面，豬在不同生理階段對日糧中氮的利用率存在差異，哺乳仔為70%，斷奶仔豬為55%，生長豬為43%，肥育豬只有35%。以斷奶仔豬為例，日糧中的氮僅有55%沉積在肌肉組織，15%用于滿足生命所需的基本代謝需求，35%變成氨氣、吲哚等污染物排放至空氣、水體和土壤等[1]。由此可見，不同生理階段的豬對日糧中氮的利用率還有提升空間?？紤]到成本和環(huán)保的雙重壓力，要想突破養(yǎng)豬生產(chǎn)的主要瓶頸，發(fā)展豬對氮營養(yǎng)素的高效利用技術(shù)是解決問題的關(guān)鍵所在。

隨著“理想蛋白質(zhì)”概念的發(fā)展和“理想蛋白質(zhì)的氨基酸模式”建立，加之合成氨基酸工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模的擴大，極大地推動了低蛋白日糧的研究和應(yīng)用。低蛋白日糧研究在國內(nèi)外已經(jīng)超過10年，本研究團隊主要研究了短期和全程低蛋白日糧對豬腸道、肉品質(zhì)和排放的影響以及氨基酸的響應(yīng)機制，并采用低蛋白日糧平衡必需氨基酸尤其是支鏈氨基酸（branched chain amino acis, BCAAs）等，發(fā)現(xiàn)豬的生產(chǎn)性能得到改善。本文主要基于本研究團隊關(guān)于低蛋白日糧的研究報道，并結(jié)合國內(nèi)外研究進展，對低蛋白日糧在豬上的研究應(yīng)用以及氨基酸的響應(yīng)機制進行總結(jié)，以期為低蛋白日糧在養(yǎng)豬生產(chǎn)中的科學(xué)應(yīng)用提供借鑒。

1 低蛋白日糧技術(shù)在我國生豬養(yǎng)殖業(yè)勢在必行

豬日糧中的蛋白質(zhì)是供給豬生長發(fā)育所必需的，同時也是維持器官和肌肉組織所必需。如果豬日糧中蛋白質(zhì)過低則不能滿足豬的維持需要，機體就會出現(xiàn)氮的負平衡，不僅降低能量的利用，還會影響生產(chǎn)性能和繁殖性能等。從營養(yǎng)學(xué)的角度來講，動物對蛋白質(zhì)的需求本質(zhì)上是對氨基酸的利用，若日糧提供合理的氨基酸組成，就可以滿足動物的蛋白質(zhì)需要。隨著飼料技術(shù)的發(fā)展以及國家對生態(tài)環(huán)境的重視，低蛋白氨基酸平衡日糧是數(shù)年來被動物營養(yǎng)領(lǐng)域高度關(guān)注的話題。動物飼喂低蛋白氨基酸平衡日糧能有效提高氮的利用率，排出的糞氮和尿氮都有很大程度的降低。日糧蛋白質(zhì)降低時，氨基酸的濃度也隨之降低而不能滿足豬的營養(yǎng)需要，日糧內(nèi)氨基酸平衡顯得尤為重要[1-2]。目前，配制低蛋白氨基酸平衡日糧在養(yǎng)豬業(yè)中的研究已相對成熟，在實際生產(chǎn)中也已被證明可行。

根據(jù)1998年第10次修訂的豬營養(yǎng)需要標準（Nutrient Requirements of Swine, NRC），仔豬、生長豬和育肥豬飼料粗蛋白（crude protein, CP）需要量分別是20%、18和16%。低蛋白日糧則是指將日糧蛋白質(zhì)水平按NRC推薦標準降低2～4個百分點，即仔豬、生長豬和育肥豬飼料CP需要量分別控制在16%～18%、14%～16%和12%～14%之內(nèi)，然后通過添加合成氨基酸，降低蛋白原料用量來滿足動物對氨基酸需求（即保持氨基酸平衡）的日糧。在2012年第11次修訂的NRC標準中，進一步強調(diào)了豬飼料配制中氨基酸的需要量（其中包括許多非必需氨基酸），而不再是蛋白質(zhì)水平。NRC的改版突出了飼料中氨基酸的重要性，更有利于豬低蛋白日糧的研發(fā)以及配制技術(shù)的進一步發(fā)展與完善。

我國是一個蛋白資源嚴重匱乏的國家，雖然一些植物性非糧蛋白資源豐富，但由于抗營養(yǎng)因子的存在以及營養(yǎng)成分評估的缺乏，限制了其在豬日糧配制中的廣泛應(yīng)用。目前，我國蛋白飼料主要依賴于進口。根據(jù)海關(guān)總署公布的數(shù)據(jù)，2016年我國大豆凈進口8 391萬t，而2017年該數(shù)據(jù)增加到9 542萬t，是我國大豆總產(chǎn)量的8倍左右。日前中美貿(mào)易爭端不斷，其中大豆是我國進口的主要部分。因此，在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，研究并推廣低蛋白日糧技術(shù)從而降低蛋白源飼料的使用量，對進一步緩解我國蛋白資源緊缺具有重要的現(xiàn)實和生產(chǎn)意義，同時也符合我國貿(mào)易政策需求。

畜牧業(yè)糞尿污染物排放與生態(tài)環(huán)境失衡密切相關(guān)，其中糞尿中氮的排放直接對環(huán)境造成破壞性影響。國家環(huán)?？偩?010年調(diào)查結(jié)果表明，2009年全國畜禽糞污總量達40億t，產(chǎn)生的氮總量約3 000萬t，其中豬排放的氮占總氮排放量的57%以上，嚴重制約了我國環(huán)境事業(yè)的發(fā)展，與國家“綠水青山”號召相違背，而糞尿氨氮主要來源于日糧中的蛋白質(zhì)。因此，從源頭降低日糧蛋白水平，能有效控制糞尿的氨氮排放。Wu等[3]研究了低蛋白對40 kg生長豬氮排放的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低蛋白日糧顯著降低了豬糞尿中氮的排放，有效提高了氮的沉積和日糧蛋白利用效率。粗略估計，豬日糧中蛋白水平降低一個百分點，氨氮排放可減少約10%，對養(yǎng)殖環(huán)境起到積極的改善作用。

2 低蛋白日糧對豬生產(chǎn)性能的影響

衡量豬生長性能的指標主要包括增重、采食量以及料肉比。生產(chǎn)上，豬的生長性能是養(yǎng)殖場最為關(guān)心的核心指標之一，良好的生長性能可提高經(jīng)濟報酬。在豬營養(yǎng)研究領(lǐng)域，生長性能也是科學(xué)研究的主題之一。飼料配方中平衡各種營養(yǎng)素比例可顯著提高豬的生長性能，但是營養(yǎng)素過量或缺乏均降低豬的采食量和增重等指標，其中蛋白水平對豬的健康生長具有重要意義。大量研究發(fā)現(xiàn)，適度降低日糧蛋白水平并補充氨基酸不會降低豬的生長性能，也有研究報道，日糧蛋白水平過高或過低都會對豬的采食量和增重產(chǎn)生抑制作用[4-7]，還有研究發(fā)現(xiàn)低蛋白日糧補充適當(dāng)氨基酸能夠顯著改善豬的生產(chǎn)性能[8-10]?？偟膩碚f，適當(dāng)降低日糧蛋白水平對豬的生長性能沒有明顯的抑制作用。

3 低蛋白日糧營養(yǎng)消化代謝測定技術(shù)方法

開展豬飼料氮（氨基酸）營養(yǎng)消化代謝與調(diào)控研究的前提和基礎(chǔ)，需要建立一套完善的測定方法體系，這也是當(dāng)前動物營養(yǎng)學(xué)（動物生態(tài)營養(yǎng)學(xué)）研究的前沿。近年來，本團隊在原有氮營養(yǎng)素消化代謝測定的基礎(chǔ)上，進一步改進并完善了豬氮代謝與調(diào)控技術(shù)手段。

3.1 建立尤斯灌流系統(tǒng)評估營養(yǎng)物質(zhì)吸收和轉(zhuǎn)運能力技術(shù)

以豬各組織部位離體活性狀態(tài)為基礎(chǔ)，利用Ussing Chamber系統(tǒng)（圖1）模擬豬腸道或其他部位在體狀態(tài)時的營養(yǎng)物質(zhì)吸收和代謝[11]，根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)可以在組織特定的位置進行吸收轉(zhuǎn)運和通透的能力，測定該特定部位的營養(yǎng)物質(zhì)含量（如賴氨酸、精氨酸、葡萄糖、小肽等）[12-13]，通過有效滲透系數(shù)快速評價該營養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn)運的動力學(xué)變化。尤斯灌流技術(shù)已經(jīng)在畜禽營養(yǎng)與藥物生理學(xué)研究領(lǐng)域逐漸成熟，尤其在胃腸道屏障功能及藥物吸收和轉(zhuǎn)運領(lǐng)域得到應(yīng)用，為后續(xù)的營養(yǎng)物質(zhì)代謝與調(diào)控研究奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

圖1 尤斯灌流系統(tǒng)（引自：唐宇龍等[12]）Fig. 1 Ussing Chamber system

3.2 建立豬腸道原位結(jié)節(jié)灌流評估氨基酸凈吸收量技術(shù)

豬腸道原位結(jié)節(jié)灌流評估氨基酸凈吸收量技術(shù)（圖2）在保持豬腸道神經(jīng)支配、內(nèi)分泌完整性、維持血液和淋巴循環(huán)系統(tǒng)正常功能的條件下，直接檢測氨基酸從灌注腸段進入腸壁的量，從而更直觀的獲得小腸吸收氨基酸的真實情況[14-15]。該技術(shù)優(yōu)點是在實驗中保持了腸道的神經(jīng)支配及內(nèi)分泌的完整性，維持血液和淋巴循環(huán)系統(tǒng)的正常功能，更加直觀的反應(yīng)小腸吸收營養(yǎng)物質(zhì)的真實情況，可以直接檢測營養(yǎng)物質(zhì)從灌注腸段進入腸壁和機體的量。

圖2 豬腸道原位結(jié)節(jié)灌流技術(shù)Fig. 2 Small intestinal segment perfusion technique in pig

3.3 建立豬胃和回腸末端同時安裝“T”型瘺管評估胃腸道營養(yǎng)素消化技術(shù)

豬胃和回腸末端同時安裝“T”型瘺管評估胃腸道營養(yǎng)素消化技術(shù)（圖3）在評估豬氮沉積、營養(yǎng)素消化率的基礎(chǔ)上，通過對豬胃腸食糜進行動態(tài)取樣，系統(tǒng)評估營養(yǎng)素、相關(guān)激素、消化酶和腸道微生物的動態(tài)變化規(guī)律[16]。隨著實驗技術(shù)的不斷發(fā)展，許多新技術(shù)的應(yīng)用使得測定營養(yǎng)物質(zhì)消化率的方法更加多樣化，測定準確率也不斷提高。但從測定的簡易程度、成本、準確性等綜合考慮，瘺管消化率測定技術(shù)不可或缺。

圖3 豬胃和回腸末端同時安裝“T”型瘺管Fig. 3 Stomach and the distal of ileum were simultaneously installed with “T” fistula in pig

4 低蛋白日糧與豬肉質(zhì)的關(guān)系

我國是世界上最大的肉類生產(chǎn)國和消費國，其中豬肉總產(chǎn)量占我國肉類總產(chǎn)量的65%左右。隨著生活水平的提高，人們對畜產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來越高。但長期以來對“快速”和“高產(chǎn)”的盲目追求導(dǎo)致豬肉品質(zhì)顯著下降。豬肉是豬以自身生物學(xué)特性和遺傳為基礎(chǔ)，以機體的正常營養(yǎng)代謝為平臺，通過攝入養(yǎng)分，在生長發(fā)育過程中協(xié)調(diào)營養(yǎng)物質(zhì)向肌肉組織的沉積而形成的。豬肉的食用和加工品質(zhì)性狀主要取決于肌肉生長過程中的兩個相互聯(lián)系的生物學(xué)過程，即肌纖維的發(fā)育和肌內(nèi)脂肪的生成。在豬的生長過程中，氮源可通過影響機體糖、脂肪和蛋白質(zhì)代謝等，影響肌纖維的生長和類型的組成以及肌內(nèi)脂肪的生成，最終影響豬肉品質(zhì)。肌肉組織是動物機體的重要組成部分，也是氮營養(yǎng)素沉積的主要靶組織。肌肉組織的生長依賴蛋白質(zhì)的沉積，其本質(zhì)是蛋白質(zhì)合成和蛋白質(zhì)降解動態(tài)平衡的結(jié)果，氨基酸的感應(yīng)與轉(zhuǎn)運也參與調(diào)節(jié)，共同構(gòu)成動物體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝的動態(tài)平衡。因此，揭示肌肉生長發(fā)育調(diào)控的分子機制是改善豬肉品質(zhì)的基礎(chǔ)，也是深化對生命現(xiàn)象本質(zhì)認識的主要內(nèi)容，這對現(xiàn)代生豬養(yǎng)殖和精準飼養(yǎng)有著重要啟示。探討低蛋白氨基酸平衡日糧的飼喂效果，并闡明肌肉組織中含氮物的周轉(zhuǎn)與利用，重點從蛋白質(zhì)代謝、能量代謝和脂質(zhì)代謝等多方面探討肌肉組織對低蛋白日糧的響應(yīng)，這有助于優(yōu)化肌肉組織中蛋白質(zhì)高效沉積的日糧氨基酸模式，為提高肌肉組織氮營養(yǎng)素沉積效率和促進肌肉生長提供理論依據(jù)，也為豬肉品質(zhì)調(diào)控技術(shù)的研發(fā)奠定重要的科學(xué)基礎(chǔ)，為在生豬養(yǎng)殖中科學(xué)應(yīng)用低蛋白日糧提供借鑒。

以完善低蛋白氨基酸平衡日糧理論為出發(fā)點，深入探究肌肉組織中含氮物的周轉(zhuǎn)與利用機制及其伴隨的能量代謝規(guī)律，為科學(xué)地在養(yǎng)豬業(yè)中推廣應(yīng)用低蛋白日糧精準飼養(yǎng)技術(shù)提供理論依據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)，糞氮、尿氮和總氮排泄量隨日糧蛋白質(zhì)水平的降低而降低，生長總氮排出量（y, g/d）與日糧蛋白質(zhì)水平（x）之間的回歸關(guān)系是y=1.35x-6.18，肥育豬日糧蛋白質(zhì)水平從16.1%降到11.7%，總氮排泄量降低39%；降低日糧蛋白質(zhì)水平補充必需氨基酸增加豬背膘厚，降低眼肌面積，減輕內(nèi)臟器官重量，增加能量利用率；降低日糧蛋白質(zhì)水平減少生長豬肝臟分泌類胰島素生長因子IGF-I，降低肌肉和肝臟IGF-I基因表達，增加血漿中瘦素濃度，且其濃度與背膘厚呈正相關(guān)（r=0.76，P＜0.05），IGF-I濃度與平均日增重ADG正相關(guān)（r=0.91，P＜0.05）；日糧蛋白質(zhì)水平顯著影響了胰腺、肺、肝臟、腎、胃和背最長肌蛋白質(zhì)合成[7]。

豬在不同生長階段飼喂低蛋白日糧（NRC推薦標準降低3個百分點）并補充賴、蛋、蘇和色氨酸四種限制性氨基酸，其生產(chǎn)性能不受影響，而當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)水平降低6個百分點時，低蛋白日糧則通過調(diào)節(jié)肌肉組織游離氨基酸庫，下調(diào)mTORC1蛋白質(zhì)合成通路并上調(diào)UPS蛋白質(zhì)降解通路，顯著抑制豬的生產(chǎn)性能以及肌肉生長；進一步研究低蛋白氨基酸平衡日糧對不同階段豬的能量分配和脂質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)伴隨肌肉組織蛋白質(zhì)代謝的變化，肌細胞能量狀態(tài)也隨之改變，并且通過調(diào)控機體AMPKα/SIRT1/PGC-1α信號通路，影響線粒體生物合成的功能。重要的是，降低3個百分點的低蛋白日糧可提高肥育豬的肌內(nèi)脂肪含量，降低剪切力值，有利于豬肉品質(zhì)的改善[17-22]。因此，在NRC標準推薦值的基礎(chǔ)上，日糧蛋白質(zhì)水平降低3個百分點是可行的，同時也為后期的功能性氨基酸營養(yǎng)調(diào)控研究奠定理論基礎(chǔ)。

5 低蛋白日糧對豬胃腸道消化系統(tǒng)的影響

低蛋白顯著增加了育肥豬回腸末端蛋白質(zhì)和能力消化率，同時絕大多數(shù)氨基酸消化率均在低蛋白組中顯著提高，其中包括賴氨酸、蛋氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、色氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸和甘氨酸[23-24]，腸道營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收主要與不同營養(yǎng)物質(zhì)的消化酶活性和腸道營養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn)運機制相關(guān)。

胃腸道消化酶對豬采食行為和營養(yǎng)物質(zhì)消化分解具有重要的作用，進一步通過胃“T”型瘺管和頸動脈血管手術(shù)，系統(tǒng)研究了低蛋白日糧對仔豬胃腸道以及血液消化酶的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著蛋白質(zhì)水平的降低，小腸長度變短，胃腸排空速率加快，且血清中膽囊收縮素、饑餓素、胃泌素、胃抑素、胃蛋白酶原Ⅰ和胃蛋白酶原Ⅱ水平不受日糧中蛋白質(zhì)水平影響，而斷奶仔豬日糧蛋白質(zhì)水平由20%降低至14%，胃內(nèi)pH和胃蛋白酶也均未發(fā)生明顯變化[25]。但從基因表達水平方面分析發(fā)現(xiàn)，17%CP氨基酸平衡日糧可以代償性地提高胃蛋白酶原、胰蛋白酶原、胰糜蛋白酶、空腸羧基肽酶A和α-淀粉酶的表達，從而增加了日糧養(yǎng)分（主要是蛋白質(zhì)）的消化能力，造成這一差異的原因可能與低蛋白日糧氨基酸平衡狀況相關(guān)。

低蛋白日糧模型下，豬對氨基酸的吸收和利用對豬的健康生長具有重要意義。前期大量低蛋白模型實驗均證實，低蛋白日糧顯著降低了豬對BCAAs的攝取，但是不同階段以及不同日糧配方對豬循環(huán)系統(tǒng)氨基酸影響存在差異[1]。長期低蛋白日糧顯著降低了育肥豬血液和肌肉組織中組氨酸、精氨酸、纈氨酸、異亮氨酸以及色氨酸等氨基酸的含量[22]，而在仔豬階段，血液和肌肉組織中甘氨酸和丙氨酸含量顯著降低[7]。氨基酸的吸收和轉(zhuǎn)運與腸道氨基酸轉(zhuǎn)運載體的功能密不可分，分析低蛋白日糧對不同階段豬腸道氨基酸轉(zhuǎn)運載體的表達，發(fā)現(xiàn)仔豬階段較生長豬和育肥豬階段腸道氨基酸轉(zhuǎn)運載體更容易受到低蛋白影響，同時低蛋白普遍上調(diào)酸性氨基酸轉(zhuǎn)運載體的表達，而對堿性氨基酸轉(zhuǎn)運載體的表達則具有一定的抑制作用，其機理可能受循環(huán)系統(tǒng)氨基酸含量的綜合反饋調(diào)節(jié)。此外，低蛋白日糧平衡BCAAs可顯著改善腸道形態(tài)，促進腸細胞的增殖，提高腸道氨基酸轉(zhuǎn)運載體的表達水平，最終促進腸道氨基酸的吸收與利用，從而改善蛋白質(zhì)代謝（圖 4）[23]。

6 豬低蛋白日糧模式下氨基酸的響應(yīng)效應(yīng)

6.1 低蛋白日糧模式下賴氨酸響應(yīng)機制

圖4 低蛋白日糧平衡BCAAs比例對腸道形態(tài)及蛋白質(zhì)代謝的調(diào)控機制圖（引自：Duan等[27]）Fig. 4 The potential mechanisms of the action of balanced BCAA in low-protein diets on intestinal morphology and protein metabolism

豬低蛋白日糧模式下，血液中賴氨酸含量顯著增加，而賴氨酸在豬生產(chǎn)上作為第一限制性氨基酸，對豬的生產(chǎn)管理過程中具有重要的指導(dǎo)作用。分析低蛋日糧賴氨酸水平對仔豬采食的調(diào)節(jié)，發(fā)現(xiàn)飼喂仔豬三種可供選擇的日糧，仔豬更偏好采食低賴氨酸水平的日糧。輕度低蛋白日糧中降低30%的賴氨酸水平，可顯著增加仔豬采食量并調(diào)節(jié)氨基酸轉(zhuǎn)運載體的表達以及腸道微生物區(qū)系的平衡，而當(dāng)賴氨酸水平調(diào)整為正常水平時，低賴氨酸效應(yīng)消失[28]。全程飼喂實驗進一步證實，低蛋白日糧條件下降低30%賴氨酸顯著增加仔豬采食量，但對生長豬和育肥豬采食行為并沒有明顯影響；通過微生物測序、代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)綜合分析，發(fā)現(xiàn)低蛋白低賴氨酸日糧顯著影響育肥豬機體的代謝，主要是氨基酸代謝[29-30]。此外，低蛋白日糧適度降低賴氨酸對仔豬腸道免疫系統(tǒng)也具有調(diào)節(jié)作用，可通過ERK1/2和NF-κB信號通路調(diào)節(jié)免疫球蛋白以及炎性因子的表達，從而影響仔豬機體的免疫系統(tǒng)[31]。不僅如此，仔豬低蛋白日糧模式下添加賴氨酸，則抑制了低蛋白日糧誘導(dǎo)的骨骼肌自噬反應(yīng)，并激活了Akt/mTOR信號通路[32]。

6.2 低蛋白日糧模式下支鏈氨基酸響應(yīng)機制

仔豬（10～30 kg）低蛋白日糧（17% CP）中BCAAs包括亮氨酸∶異亮氨酸∶纈氨酸（Leu ∶Ile∶Val）比例為1∶0.75∶0.75和1∶0.51∶0.63時，可顯著增加豬的日增重并降低料肉比，豬的生長性能且與飼喂正常蛋白水平日糧組無顯著差異[33]。仔豬低蛋白日糧中 Leu∶Ile∶Val比例為1∶0.25∶0.25時可顯著降低胴體脂肪量，表現(xiàn)出較好的胴體性狀[34]。因此，綜合生長性能和胴體性狀的結(jié)果，仔豬低蛋白日糧中Leu∶Ile∶Val的最適比例范圍在1∶0.75∶0.75～1∶0.25∶0.25之間。國外學(xué)者也報道，低蛋白日糧中BCAAs和其他氨基酸比例必須控制在合理范圍內(nèi)，才能更大限度滿足豬對氨基酸的需要[35]。

隨著仔豬低蛋白日糧Leu∶Ile∶Val比例的降低，血清中游離氨基酸濃度逐漸降低，而肌肉組織中游離氨基酸濃度卻顯著增加，1∶0.25∶0.25組肌肉組織中游離氨基酸濃度最高。推測低蛋白日糧中BCAAs比例為1∶0.25∶0.25時，可促進肌肉組織對游離氨基酸的吸收。另外，低蛋白日糧中Leu∶Ile∶Val比例在 1∶0.75∶0.75～1:∶0.25∶0.25范圍內(nèi)時，可提高仔豬肌肉組織中氨基酸轉(zhuǎn)運載體（SNAT2、LAT1和SLC1A5）和蛋白質(zhì)合成代謝相關(guān)基因（mTORC1信號通路關(guān)鍵因子）的表達水平，并降低肌肉組織蛋白質(zhì)降解相關(guān)基因（MAFbx和MuRF1）的表達水平，但是不同肌肉組織部位間存在一定的組織差異性，推測低蛋白日糧平衡BCAAs比例可通過提高機體氨基酸轉(zhuǎn)運載體信號，促進肌肉組織對血液中游離氨基酸的吸收與利用，最終通過mTORC1信號途徑和UPS途徑調(diào)控肌肉組織蛋白質(zhì)代謝，從而促進肌肉組織生長（圖5）[36]。

圖5 低蛋白日糧平衡BCAAs比例對豬肌肉組織蛋白質(zhì)代謝的調(diào)控機制圖（引自：Duan等[36]）Fig. 5 Regulation mechanism of low-protein diets supplemented with balanced BCAA ratio on protein metabolism in skeletal muscle of pigs.

仔豬低蛋白日糧平衡BCAAs比例（1∶0.75∶0.75～1∶0.25∶0.25）可增加股二頭肌中脂肪含量，提高肌肉組織中PUFA/SFA比值并降低n-6/n-3 PUFA比值，而這些效果與脂質(zhì)代謝有關(guān)基因的mRNA表達變化和AMPKα/SIRT1/PGC-1α能量感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)激活相關(guān)，從而促進了肌肉組織中脂肪酸的吸收與利用[37]。

低蛋白日糧補充適宜比例的BCAAs可調(diào)控脂肪組織功能，包括促進脂肪分解、轉(zhuǎn)運和氧化，以及細胞因子的合成與分泌。這些作用效果可能由AMPKα/mTOR信號通路和Sirt1/AMPKα/PGC-1α能量軸所介導(dǎo)，同時與線粒體的生物合成及肌肉-脂肪組織間的“對話”有關(guān)（圖6）。低蛋白日糧適宜比例的BCAAs通過以上作用途徑和作用效果導(dǎo)致脂肪組織減少，尤其是皮下脂肪，釋放脂肪酸，以供給肌肉組織吸收利用，這也說明促進了機體內(nèi)能量的重分配[34]。

圖6 低蛋白日糧平衡BCAAs比例對豬脂肪組織脂質(zhì)代謝的調(diào)控機制圖（引自：Duan等[34]）Fig. 6 Regulation mechanism of low-protein diets supplemented with balanced BCAA ratio on lipid metabolism in adipose tissues of pigs

綜上，低蛋白日糧不同BCAAs比例能調(diào)節(jié)仔豬的生長性能、蛋白質(zhì)代謝及脂質(zhì)代謝，且最適比例范圍為 1∶0.75∶0.75～1∶0.25∶0.25。在此最適比例范圍內(nèi)，一方面可激活肌肉組織mTORC1信號通路并抑制泛素化蛋白酶體途徑，促進蛋白沉積，同時肌肉組織內(nèi)長鏈脂肪酸含量增加；另一方面促使脂肪組織合成并釋放脂聯(lián)素，靶向激活背部脂肪的AMPKα信號，一定程度上抑制mTORC1信號，促進背部脂肪的脂肪酸分解，可確保機體更多的能量被肌肉組織吸收利用，用以蛋白質(zhì)合成，維持較高的生產(chǎn)性能，作用效果達到正常蛋白日糧組水平；同時，通過AMPKα/Sirt1/PGC-1α能量網(wǎng)絡(luò)促進機體內(nèi)線粒體的生物合成，從而增加脂肪酸的氧化分解，最終導(dǎo)致機體脂肪量下降。

7 小結(jié)

低蛋白日糧合理平衡氨基酸（包括必需氨基酸尤其是BCAAs等）不影響豬的生產(chǎn)性能，還能改善豬的腸道健康、免疫系統(tǒng)和肉品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，并通過減少總氮排泄量，在一定程度上緩解養(yǎng)豬生產(chǎn)對生態(tài)環(huán)境的污染，這對現(xiàn)代生豬養(yǎng)殖和精準飼養(yǎng)有著重要啟示。低蛋白日糧還通過減少蛋白源飼料的使用，進一步緩解我國蛋白資源緊缺的形勢，在當(dāng)前背景下具有重要現(xiàn)實意義。

低蛋白日糧在養(yǎng)豬業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用前景巨大，還需要開展更多的工作不斷發(fā)展和應(yīng)用低蛋白日糧配制技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，深入探討豬在響應(yīng)低蛋白日糧時主要營養(yǎng)物質(zhì)在機體的代謝以及靶組織差異化利用的機制，最終從理論上不斷完善低蛋白日糧的技術(shù)體系。