N-氨甲酰谷氨酸在調(diào)控仔豬初生重中的應(yīng)用及其作用機(jī)理

馮 濤 ，馬文清，白佳樺，許曉玲，田見暉，劉 彥*

（1. 北京市農(nóng)林科學(xué)院畜牧獸醫(yī)研究所，北京 100097；2. 甘肅省平?jīng)鰴C(jī)電工程學(xué)校，甘肅靜寧 743400；3. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

在養(yǎng)豬生產(chǎn)中，影響母豬繁殖效率的一個(gè)重要因素是同窩及同批次胎兒發(fā)育過(guò)程中體重變異過(guò)大，繼而導(dǎo)致飼養(yǎng)管理難度增大、產(chǎn)品率低等突出問(wèn)題[1-3]；同時(shí)也存在產(chǎn)仔數(shù)增加與胎兒初生重降低的矛盾[4-5]，即產(chǎn)仔數(shù)增加帶來(lái)潛在的生產(chǎn)效率提高不能持續(xù)轉(zhuǎn)化為斷奶成活數(shù)或出欄豬數(shù)。宮內(nèi)發(fā)育遲緩（Intrauterine Growth Retardation，IUGR）是指初生重低于1.1 kg的仔豬，可占到總產(chǎn)仔數(shù)的20%左右，約75%的IUGR仔豬在斷奶前死亡[6-7]，存活下來(lái)的IUGR仔豬也普遍存在次級(jí)肌纖維發(fā)育畸形和延遲成熟的情況[8]。因此，在保證一定數(shù)量產(chǎn)活仔數(shù)的前提下，提高仔豬的初生重和均勻度是養(yǎng)豬生產(chǎn)中亟待解決的重大課題[9]。目前，還沒有找到促進(jìn)IUGR仔豬發(fā)育以補(bǔ)償初生重過(guò)低的解決辦法，豬場(chǎng)通行的做法是將IUGR仔豬淘汰[2]。

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate，NCG）是一種新型飼料添加劑，用于母豬生產(chǎn)可提高產(chǎn)仔數(shù)[10]，近期發(fā)現(xiàn)在母豬妊娠日糧中添加一定量的NCG對(duì)仔豬初生重有積極的調(diào)控作用[11]。本文綜述了近年來(lái)營(yíng)養(yǎng)因子調(diào)控仔豬初生重及窩內(nèi)體重變異的研究進(jìn)展，尤其對(duì)NCG調(diào)控仔豬初生重的作用及其機(jī)理進(jìn)行重點(diǎn)描述，以期為生豬生產(chǎn)中仔豬初生重及其變異的調(diào)控提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 仔豬初生重和均勻度的調(diào)控

在仔豬初生重的研究中，主要測(cè)定指標(biāo)有初生窩重、初生個(gè)體重、胎盤總重、胎盤（均）重、窩內(nèi)體重變異、窩內(nèi)胎盤重變異等。根據(jù)目前的研究，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)調(diào)控手段能夠改善和調(diào)控仔豬的初生重和均勻度，這些營(yíng)養(yǎng)因子主要包括氨基酸和蛋白質(zhì)、能量（來(lái)源）以及功能性添加劑等。

1.1 氨基酸和蛋白質(zhì) 母豬妊娠期日糧中添加一定量的精氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺或乳鐵蛋白可對(duì)仔豬初生重發(fā)揮調(diào)控作用。就精氨酸而言，適宜的添加量為1.0%。在母豬妊娠30 d[12]或22 d[13]至分娩期的日糧中添加精氨酸可顯著增加初生窩重[12-13]和胎盤總重[13]，但同時(shí)也增加了窩內(nèi)體重變異[13]；在母豬妊娠90 d至分娩期的日糧中添加精氨酸可顯著增加初生窩重[14]和個(gè)體均重[15]；也有研究表明，母豬妊娠期日糧中添加精氨酸可顯著提高產(chǎn)（活）仔數(shù)，但對(duì)初生重不存在調(diào)控作用[16-17]。在母豬妊娠85 d至分娩期的日糧中添加1.0%的谷氨酰胺可顯著增加個(gè)體均重并降低窩內(nèi)體重變異[18-19]。從配種至分娩，母豬妊娠日糧中每頭每天添加1 g乳鐵蛋白有增加個(gè)體均重和降低窩內(nèi)體重變異的趨勢(shì)[20]。Wang等[21]發(fā)現(xiàn)，在母豬妊娠70 d至分娩期的日糧中添加0.8%的亮氨酸可顯著提高初生重。

1.2 能量（來(lái)源） 不同能量水平或能量來(lái)源可以調(diào)控仔豬初生重。van den Brand等[22]在妊娠107 d至分娩期的母豬日糧中復(fù)合添加葡萄糖和乳糖各150 g/d，初生窩重和個(gè)體均重顯著增加，窩內(nèi)體重變異顯著降低。而從斷奶至發(fā)情結(jié)束，母豬配種前日糧中添加150 g/d葡萄糖沒有顯著提高仔豬初生重，但顯著降低了窩內(nèi)體重變異[23]。Che等[24]將配種后初產(chǎn)母豬妊娠日糧中的豆油含量從4.5%增加至9.1%，發(fā)現(xiàn)可顯著提高個(gè)體均重并顯著降低窩內(nèi)體重變異。馮濤等（未發(fā)表）發(fā)現(xiàn)在初產(chǎn)母豬妊娠85 d至分娩期的日糧中添加20 g/d氨基葡萄糖可顯著增加初生窩重、個(gè)體均重和胎盤總重，并顯著降低窩內(nèi)體重變異。

1.3 功能性添加劑 菊粉、β-羥基-β-甲基丁酸（HMB）、NCG、乳酸菌和酵母菌等功能性添加劑能夠調(diào)控仔豬初生重。Wang等[3]研究發(fā)現(xiàn)，在妊娠期母豬日糧中添加1.5%的菊粉可顯著增加初生窩重并降低窩內(nèi)體重變異，但對(duì)個(gè)體均重?zé)o顯著影響。Wan等[25]在母豬妊娠35 d至分娩期的日糧中添加150 g/d的HMB，發(fā)現(xiàn)初生個(gè)體均重顯著增加，窩內(nèi)體重變異有降低趨勢(shì)。無(wú)論是在母豬妊娠早期（0 d）[26]或妊娠85 d[27]、90 d[14-15]日糧中添加0.05%[11,26]或0.1%[14-15]的NCG均可顯著調(diào)控仔豬初生重，具體表現(xiàn)為可顯著增加初生窩重[11,14,26]、個(gè)體均重[11,15,26]、胎盤總重[25]，并顯著降低窩內(nèi)體重變異[11]。任紅立等[27]在母豬妊娠85 d至分娩期的日糧中添加150 mL/d復(fù)合乳酸菌和酵母菌，也可以顯著增加個(gè)體均重。

2 NCG

NCG在用于飼料添加劑之前，主要在人類上使用，一方面作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑可以顯著增加肌肉產(chǎn)量，用于健美運(yùn)動(dòng)促肌肉增長(zhǎng)；另一方面作為藥品用于治療人類某些罕見疾病，如新生兒先天N-乙酰谷氨酸（NAG）合成酶缺失引起的高血氨癥和新生兒罕見遺傳性疾病——楓糖尿癥[28]。近期研究表明，NCG可替代NAG通過(guò)促進(jìn)精氨酸的內(nèi)源合成，提高多胎動(dòng)物（豬和鼠）窩產(chǎn)仔數(shù)和初生重，促進(jìn)幼齡動(dòng)物生長(zhǎng)和發(fā)育[11,14-16,26]。日糧中添加NCG和精氨酸均能提升母豬的繁殖性能[14-15]，但與精氨酸相比，NCG具有添加量少、在體內(nèi)代謝穩(wěn)定、對(duì)日糧氨基酸平衡干擾小、避免與賴氨酸等產(chǎn)生拮抗、不影響賴氨酸和組氨酸及色氨酸在小腸的吸收、常溫常壓下理化性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[29]。2014年，中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)部公告第2091號(hào)批準(zhǔn)NCG為新飼料添加劑。

3 NCG調(diào)控胎兒生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理

3.1 NCG促進(jìn)精氨酸的內(nèi)源性合成 NCG又稱之為精氨酸提供者，添加NCG能夠提高豬和大鼠血液中精氨酸濃度[14-15,30]，并增加血漿中鳥氨酸和脯氨酸的含量[26,30]。精氨酸是一種條件性必需氨基酸，在妊娠母豬胎盤和胚胎發(fā)育關(guān)鍵時(shí)期需補(bǔ)充大量精氨酸家族氨基酸滿足其生長(zhǎng)需要[17]。胎兒體內(nèi)精氨酸缺乏是仔豬窩內(nèi)體重變異大的原因之一，具體表現(xiàn)：①在妊娠中后期，同一窩中體重過(guò)小胎兒羊水和臍靜脈血漿中精氨酸含量顯著低于體重正常胎兒；②在妊娠后期，同一窩中體重正常胎兒臍靜脈血代謝物中精氨酸含量分別是體重過(guò)小胎兒的1.54和1.27倍，且精氨酸是在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)（妊娠60、90、110 d）和3種不同體液（羊水、臍靜脈血漿、臍靜脈代謝物）中均存在顯著差異的唯一氨基酸[31]。

3.2 NCG對(duì)胎盤功能的調(diào)控

3.2.1 NCG/精氨酸對(duì)胎盤發(fā)育的影響 日糧中添加NCG或精氨酸可提高日糧營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的利用效率，繼而促進(jìn)胎盤發(fā)育。Mateo等[12]研究表明，在母豬妊娠30 d至分娩期的日糧中添加1.0%的精氨酸可有效提高母豬繁殖性能及胚胎和胎兒存活率，顯著提高了妊娠110 d母體血液中脯氨酸、精氨酸和鳥氨酸的含量，顯著降低了谷氨酰胺和丙氨酸的含量。Gao等[13]發(fā)現(xiàn)，在妊娠22～114 d母豬日糧中添加1%的L-精氨酸可顯著增加胎盤總重。Zhang等[26]試驗(yàn)得出，在母豬妊娠期日糧中添加0.05%的NCG可顯著增加胎盤總重。在母豬妊娠90 d至分娩日糧中添加NCG可顯著上調(diào)臍靜脈中血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A（VEGFA）和miR-15b的表達(dá)水平[14]，提示NCG和精氨酸也可通過(guò)調(diào)控血管發(fā)生和發(fā)育，促進(jìn)胎盤的發(fā)育，使得更多的養(yǎng)分經(jīng)胎盤運(yùn)送至胎兒體內(nèi)。

3.2.2 NCG對(duì)胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞的調(diào)控 胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞（Placenta Trophectoderm Cells，pTr）位于母體胎盤的最外層，是一類具有強(qiáng)大生命力和高度增殖能力的細(xì)胞，在胎兒發(fā)育過(guò)程中與子宮內(nèi)上皮細(xì)胞形成最大表面接觸，為孕體提供營(yíng)養(yǎng)，并維持胎盤正常結(jié)構(gòu)和功能[32-33]。胎盤發(fā)育是滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖和分化的結(jié)果，滋養(yǎng)層細(xì)胞是胎盤屏障的重要組成部分和母體血液進(jìn)入胎兒的第一屏障，因此滋養(yǎng)層細(xì)胞的數(shù)量、形態(tài)和活性顯著影響胎盤功能，繼而影響胎兒生長(zhǎng)發(fā)育和母體的繁殖性能[34]。NCG/精氨酸對(duì)pTr調(diào)控的研究主要集中在以下4個(gè)方面：①細(xì)胞增殖和凋亡：精氨酸對(duì)母豬pTr的調(diào)控發(fā)揮關(guān)鍵作用，妊娠前期通過(guò)刺激滋養(yǎng)層細(xì)胞迅速增殖和遷移、細(xì)胞重構(gòu)、血管擴(kuò)張等在促進(jìn)胚胎發(fā)育和著床中發(fā)揮關(guān)鍵作用[17]。在體外，精氨酸能夠促進(jìn)綿羊[35]、人[36]和豬[17,37-38]pTr增殖分化和凋亡，這可能與其代謝產(chǎn)物（NO和多胺）有關(guān)[39-40]，但精氨酸促進(jìn)細(xì)胞增殖的機(jī)理還存在爭(zhēng)議。有研究認(rèn)為，精氨酸是通過(guò)mTORRPS6K-RPS6-EIF4EBP1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)豬pTr增殖[38]。本團(tuán)隊(duì)研究表明，NCG體外能促進(jìn)豬pTr增殖可能與上調(diào)CDK4和CCND1基因表達(dá)有關(guān)（未發(fā)表）。②生殖/長(zhǎng)激素分泌：在妊娠14～25 d初產(chǎn)母豬日糧中添加精氨酸對(duì)子宮動(dòng)脈和尿囊液中孕酮和雌二醇濃度無(wú)影響[41]；但在妊娠22～114 d初產(chǎn)母豬日糧中添加精氨酸，妊娠40、70、90 d時(shí)母豬血漿中雌二醇濃度顯著增加，對(duì)孕酮濃度無(wú)顯著影響[13]；從妊娠90 d開始添加精氨酸和NCG，精氨酸不影響妊娠100 d時(shí)的血漿雌二醇濃度，NCG顯著降低血漿雌二醇濃度，二者均對(duì)孕酮濃度無(wú)顯著影響，但均可顯著增加生長(zhǎng)激素濃度[14]。pTr可分泌多種生殖激素，推測(cè)類固醇激素濃度的變化與pTr增殖和分化有關(guān)，需進(jìn)一步研究證實(shí)。③生長(zhǎng)因子分泌：NCG和精氨酸添加能影響胎豬pTr生長(zhǎng)因子分泌。本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，豬pTr表達(dá)VEGF及其受體VEGFR1基因，NCG處理能夠上調(diào)VEGF基因的表達(dá)（未發(fā)表）。④養(yǎng)分代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)：在妊娠14～25 d初產(chǎn)母豬日糧中添加精氨酸對(duì)子宮動(dòng)脈、尿囊液和羊水中氨基酸濃度產(chǎn)生了較大的影響，提示精氨酸影響了母體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝，另外，精氨酸促進(jìn)了離子、水、糖和氨基酸通過(guò)胎盤轉(zhuǎn)運(yùn)至胎兒體液中[41]。Che等[24]研究發(fā)現(xiàn)，母體營(yíng)養(yǎng)主要通過(guò)改變胎盤的脂質(zhì)和能量代謝調(diào)控胎兒的體重。本團(tuán)隊(duì)前期研究也證實(shí)，NCG能上調(diào)豬pTr中影響葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)效率的SLC2A1基因表達(dá)（未發(fā)表）。說(shuō)明NCG能夠影響母體養(yǎng)分代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)，推測(cè)這種作用是通過(guò)調(diào)控pTr和胎盤屏障功能實(shí)現(xiàn)的。

4 NCG不同于精氨酸的作用機(jī)制

NCG添加的確能提高精氨酸濃度，但肯定存在區(qū)別于精氨酸的作用機(jī)制。

4.1 影響母豬繁殖性能的效果不同 NCG和精氨酸均能一定程度地增加產(chǎn)仔數(shù)和產(chǎn)活仔數(shù)。妊娠期添加精氨酸的主要效應(yīng)是提高窩重[12-14]，僅Wu等[15]發(fā)現(xiàn)精氨酸有提高仔豬初生個(gè)體重的效應(yīng)，Gao等[13]還發(fā)現(xiàn)精氨酸除增加仔豬窩重外，也增加了初生時(shí)窩內(nèi)體重變異。而添加NCG除了能增加窩重外[11,14,26]，另一個(gè)主要效應(yīng)是增加初生個(gè)體重[11,15,26]，并能提高胎盤重和胎盤效率[26]，降低窩內(nèi)體重變異[11]?？梢?，NCG對(duì)胎盤發(fā)育和胎盤功能具有更強(qiáng)的調(diào)控作用。

4.2 體外對(duì)細(xì)胞系的作用效果不同 不同類型組織和細(xì)胞對(duì)NCG和精氨酸的敏感性不同，對(duì)NCG更為敏感。體外培養(yǎng)小鼠下丘腦促性腺激素釋放激素（GnRH）神經(jīng)元GT1-7細(xì)胞，NCG和精氨酸均能顯著抑制GnRH分泌，但NCG處理12 h時(shí)抑制效應(yīng)就開始顯現(xiàn)[42]；體外處理牛小卵泡顆粒細(xì)胞，NCG和精氨酸均能顯著促進(jìn)顆粒細(xì)胞增殖和抑制顆粒細(xì)胞雌二醇分泌，但僅NCG能顯著抑制孕酮分泌并下調(diào)StAR、CYP11A1和CYP19A基因表達(dá)[43]；體外處理豬大卵泡顆粒細(xì)胞，NCG能顯著促進(jìn)細(xì)胞增殖，并顯著抑制雌二醇和孕酮分泌，但精氨酸在細(xì)胞增殖和類固醇激素合成方面與對(duì)照組相比無(wú)顯著差異（未發(fā)表）。NCG和精氨酸作用效果存在差異的機(jī)制尚不十分清楚，需進(jìn)一步研究。

5 展 望

綜上所述，NCG確對(duì)仔豬初生重發(fā)揮積極的調(diào)控作用，但其在體內(nèi)的作用機(jī)理尚不十分清楚，如NCG對(duì)胎盤顯微結(jié)構(gòu)的影響、NCG是否影響胎盤對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的代謝及轉(zhuǎn)運(yùn)、NCG對(duì)胎盤屏障的調(diào)控作用及其相應(yīng)的機(jī)制等。依據(jù)前期研究結(jié)果初步推測(cè)，NCG可能通過(guò)調(diào)控pTr和胎盤屏障功能，促進(jìn)胎盤及胎兒發(fā)育，繼而發(fā)揮調(diào)控仔豬初生重和控制初生重變異的效果，下一步應(yīng)繼續(xù)研究相應(yīng)的分子機(jī)制，為仔豬初生重的調(diào)控提供理論依據(jù)。