支鏈氨基酸在畜禽低蛋白質(zhì)飼糧體系中的應(yīng)用

簡華鋒 章旭春 董信陽 鄒曉庭*

(1.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院飼料科學(xué)研究所，生物飼料安全與污染防控國家工程實(shí)驗(yàn)室，浙江大學(xué)動(dòng)物分子營養(yǎng)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部(華東)動(dòng)物營養(yǎng)與飼料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省飼料與動(dòng)物營養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310058；2.湖州市安吉縣科學(xué)技術(shù)局(安吉縣技術(shù)創(chuàng)新服務(wù)中心)，湖州 313300)

蛋白質(zhì)作為機(jī)體三大營養(yǎng)物質(zhì)之一，是促進(jìn)畜禽生長發(fā)育、提高生產(chǎn)性能必不可少的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)[1]。畜禽機(jī)體所需蛋白質(zhì)主要通過攝食飼糧中的粗蛋白質(zhì)(crude protein，CP)經(jīng)胃腸道消化分解為氨基酸、多肽以及酰胺等含氮化合物，然后經(jīng)腸道上皮細(xì)胞吸收進(jìn)入血液運(yùn)輸?shù)礁鱾€(gè)組織器官[2]。目前，蛋白質(zhì)資源的短缺和畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的環(huán)境污染已成為限制我國畜牧業(yè)發(fā)展的兩大瓶頸。畜禽攝入過量的蛋白質(zhì)不僅會(huì)降低飼糧蛋白質(zhì)的利用率，影響生產(chǎn)性能，而且還會(huì)增加糞便和尿液中氮、磷的排放，導(dǎo)致蛋白質(zhì)發(fā)酵產(chǎn)生臭味[3-4]。此外，飼糧蛋白質(zhì)水平過高會(huì)導(dǎo)致畜禽糞、尿中氨氣排放增加，造成環(huán)境污染，并且不利于畜禽健康養(yǎng)殖[5-6]。因此，在保障畜禽正常生長和生產(chǎn)性能的前提下，開發(fā)高效的低蛋白質(zhì)氨基酸平衡飼糧體系已成為動(dòng)物營養(yǎng)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。目前，針對(duì)低蛋白質(zhì)氨基酸平衡飼糧的研究主要集中在賴氨酸(Lys)、蛋氨酸(Met)、色氨酸(Trp)和蘇氨酸(Thr)等限制性必需氨基酸上，而關(guān)于支鏈氨基酸(branched-chain amino acid，BCAA)的研究則相對(duì)較少。低蛋白質(zhì)氨基酸平衡飼糧通常添加Lys、Met等合成氨基酸來滿足畜禽氨基酸需要，但卻容易導(dǎo)致BCAA缺乏或不足，特別是纈氨酸(Val)和異亮氨酸(Ile)的缺乏[7]。BCAA缺乏或過量均會(huì)導(dǎo)致BCAA產(chǎn)生拮抗作用，抑制畜禽采食，導(dǎo)致畜禽生長阻滯和飼料利用率降低，嚴(yán)重影響畜禽生長和生產(chǎn)性能，造成蛋白質(zhì)飼料資源的浪費(fèi)。

1 低蛋白質(zhì)氨基酸平衡飼糧與BCAA的代謝

低蛋白質(zhì)氨基酸平衡飼糧是以理想蛋白質(zhì)和氨基酸平衡為理論基礎(chǔ)，將飼糧中CP水平從NRC(1998)[8]推薦水平的基礎(chǔ)上降低2～4個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)合理添加合成氨基酸來滿足畜禽氨基酸的需要[9]。BCAA是指在α-碳原子上含有分支脂肪烴鏈的中性氨基酸，包括亮氨酸(Leu)、Ile和Val，因其分子中均含有分支側(cè)鏈而統(tǒng)稱為支鏈氨基酸[10]。BCAA的代謝主要發(fā)生在肝臟外組織器官，但在腸道中也會(huì)發(fā)生部分分解代謝。在仔豬上的研究表明，仔豬吸收的大量氨基酸不能完全進(jìn)入肝臟，有30%～60%的必需氨基酸被門靜脈排流組織(portal-drained viscera,PDV)截取，其被稱為氨基酸的腸道細(xì)胞代謝[11]；其中有34%～36%的BCAA被腸道細(xì)胞截留，用于合成蛋白質(zhì)或氧化分解為腸上皮細(xì)胞供能[12-13]。研究發(fā)現(xiàn)，仔豬小腸上皮細(xì)胞可以降解BCAA，其中Leu在腸道內(nèi)主要用于合成腸細(xì)胞內(nèi)蛋白以及黏膜蛋白[14]，而Val通過分解代謝產(chǎn)生的谷氨酸(Glu)可用于合成谷氨酰胺[15]。谷氨酰胺進(jìn)一步分解代謝，為腸上皮細(xì)胞的增殖和更新提供能量來源[15]。此外，谷氨酰胺的分解代謝對(duì)維持腸道形態(tài)完整和黏膜屏障功能具有重要作用[16-17]。同樣，腸道微生物也參與BCAA的代謝。Dai等[18]研究表明，豬小腸微生物可有效代謝BCAA且具有腸段差異性，十二指腸微生物對(duì)氨基酸的利用顯著低于空腸和回腸，而回腸微生物對(duì)BCAA的利用則高于空腸微生物[19]。而大腸微生物則可以發(fā)酵BCAA產(chǎn)生支鏈脂肪酸，如異丁酸、2-甲基丁酸和異戊酸[20]。盡管其含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于短鏈脂肪酸，但當(dāng)丁酸缺乏時(shí)，異丁酸可作為腸上皮細(xì)胞能量來源[21]。與短鏈脂肪酸相似，支鏈脂肪酸同樣具有調(diào)控肝臟脂質(zhì)和糖代謝的功能[22]。

在組織器官中，由于肝臟缺乏支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶，所以BCAA是唯一在肝臟外組織氧化分解代謝的必需氨基酸，其分解代謝的組織或器官依次為：骨骼肌、脂肪組織、腦、胃腸及肝臟；而肝臟則是其轉(zhuǎn)氨基產(chǎn)物支鏈α-酮酸的主要代謝器官[23]。BCAA經(jīng)鈉離子依賴性氨基酸載體轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)，BCAA在支鏈氨基酸轉(zhuǎn)氨酶的作用下轉(zhuǎn)氨基生成相應(yīng)的支鏈α-酮酸，隨后經(jīng)特定的載體將支鏈α-酮酸轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入線粒體內(nèi)[24]。然后，支鏈α-酮酸經(jīng)支鏈α-酮酸脫氫酶復(fù)合物催化，進(jìn)行脫羧反應(yīng)生成相應(yīng)的支鏈酰輔酶A酯；Val、Leu和Ile在各自脫氫酶的作用下，分別生成琥珀輔酶A、乙酰輔酶A以及丙酰輔酶A參與三羧酸循環(huán)，通過生糖和生酮作用參與機(jī)體的糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的合成以及相互轉(zhuǎn)換[24-25]。

2 BCAA的生物學(xué)功能與拮抗作用

BCAA是機(jī)體內(nèi)繼Lys、Met、Trp和Thr之后重要的限制性必需氨基酸，常常被譽(yù)為畜禽第五限制性必需氨基酸。BCAA具有廣泛的生物學(xué)功能，其不僅參與機(jī)體糖代謝[26-29]、脂質(zhì)代謝[30-33]、蛋白質(zhì)合成[33-35]，還參與調(diào)控機(jī)體的免疫功能[36]，對(duì)畜禽生長發(fā)育和生產(chǎn)性能都具有重要影響。研究表明，BCAA氧化產(chǎn)生ATP的效率遠(yuǎn)高于其他氨基酸，其能有效促進(jìn)糖異生(如Val屬于生糖氨基酸)，加速糖原的合成，是機(jī)體內(nèi)重要的能量來源[26]。研究還發(fā)現(xiàn)，BCAA可通過調(diào)控機(jī)體胰島素的分泌﹑胰島素的敏感性以及葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體的表達(dá)和易位等方式調(diào)控糖代謝[26]。當(dāng)BCAA缺乏時(shí)會(huì)導(dǎo)致機(jī)體胰島素分泌不足，使得機(jī)體糖代謝紊亂[27]，其可能通過抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白/核糖體蛋白S6激酶1(mTOR/S6K1)和激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號(hào)通路來調(diào)節(jié)機(jī)體胰島素敏感性[27-28]。此外，BCAA也被證明通過激活或者上調(diào)腸道或肌肉中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)來促進(jìn)糖的吸收[29]。

研究發(fā)現(xiàn)，BCAA不僅參與機(jī)體糖代謝，同時(shí)也在機(jī)體脂質(zhì)代謝中發(fā)揮重要作用[30]。Guo等[31]研究發(fā)現(xiàn)，野生型小鼠在Leu缺乏的情況下其肝臟脂質(zhì)代謝酶類基因的表達(dá)和脂肪酸合成酶的活性受到抑制，并激活脂肪組織的脂肪存儲(chǔ)。而一般性調(diào)控阻遏蛋白激酶2(general control nonderepressible 2，GCN2)基因缺失型小鼠，在Leu缺乏時(shí)則會(huì)表現(xiàn)出肝臟脂肪變性，脂質(zhì)動(dòng)員較少并且脂質(zhì)代謝相關(guān)酶類基因表達(dá)不受抑制，該研究結(jié)果揭示，GCN2除了具有調(diào)控氨基酸代謝的功能之外，其在Leu缺乏時(shí)還具有調(diào)控脂質(zhì)代謝穩(wěn)態(tài)的新功能[31]。研究表明，當(dāng)機(jī)體缺乏Leu時(shí)會(huì)通過增加白色脂肪脂解和棕色脂肪中解偶聯(lián)蛋白1(uncoupled protein 1，UCP1)的表達(dá)來增加機(jī)體能量消耗進(jìn)而減少腹部脂肪沉積[32]；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)Leu缺乏是通過激活G蛋白/cAMP/蛋白激酶A/cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白途徑，促進(jìn)下丘腦皮質(zhì)激素釋放激素的表達(dá)和交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活，從而促進(jìn)脂質(zhì)氧化分解[33]。許多研究表明，脂酰肌醇-4,5-二磷酸-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(PI3K/Akt/mTOR)途徑和AMPK信號(hào)通路是調(diào)控機(jī)體糖和脂代謝以及蛋白質(zhì)合成的關(guān)鍵靶點(diǎn)[34]。但是，目前關(guān)于BCAA調(diào)控機(jī)體脂質(zhì)代謝的研究主要集中在Leu，而關(guān)于Ile和Val的研究報(bào)道較少。

BCAA最重要的功能是調(diào)控機(jī)體蛋白質(zhì)的合成，抑制其他組織器官的蛋白質(zhì)分解[34]。研究發(fā)現(xiàn)，Leu及其轉(zhuǎn)氨基代謝產(chǎn)物可通過mTOR/S6K1信號(hào)通路調(diào)控mRNA翻譯起始過程，促進(jìn)機(jī)體蛋白質(zhì)的合成[35]。在3種BCAA中，亮氨酸及其代謝物均可通過激活mTOR靶點(diǎn)使其與下游的活性蛋白互作，促進(jìn)mRNA翻譯，最終刺激骨骼肌蛋白質(zhì)合成和沉積，提高機(jī)體內(nèi)蛋白質(zhì)的利用率[36]。目前的研究表明，Leu和Ile均有調(diào)控機(jī)體蛋白質(zhì)合成的功能，而Val則鮮有報(bào)道。此外，BCAA還能調(diào)控機(jī)體免疫功能，促進(jìn)免疫器官發(fā)育和提高免疫因子活性[37]；同時(shí)，其還具有促進(jìn)腸道發(fā)育和增強(qiáng)腸道免疫功能等重要生物學(xué)功能[37-38]。

BCAA之間的拮抗作用是指BCAA之間具有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，當(dāng)某一種BCAA過量時(shí)其通過競爭性抑制氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體對(duì)其他氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收，以及競爭支鏈氨基轉(zhuǎn)氨酶和支鏈α-酮酸脫氫酶2種分解代謝酶，而增強(qiáng)其他BCAA的分解，導(dǎo)致其含量進(jìn)一步降低，表現(xiàn)為總BCAA缺乏[39]。例如，當(dāng)飼糧中某一種BCAA(如Leu)的水平過高時(shí)，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體將優(yōu)先轉(zhuǎn)運(yùn)Leu進(jìn)入組織細(xì)胞，同時(shí)支鏈氨基轉(zhuǎn)氨酶和支鏈α-酮酸脫氫酶也會(huì)優(yōu)先分解代謝Leu，使得動(dòng)物機(jī)體對(duì)Ile和Val的轉(zhuǎn)化效率顯著降低，最終導(dǎo)致機(jī)體組織細(xì)胞缺乏Ile和Val進(jìn)而影響畜禽生長和生產(chǎn)性能[40]。因此，在應(yīng)用低蛋白質(zhì)飼糧的過程中，應(yīng)當(dāng)注意BCAA的供給和配比。

3 BCAA在畜禽低蛋白質(zhì)飼糧體系中的應(yīng)用

3.1 低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)畜禽生產(chǎn)性能的影響

許多研究表明，BCAA在畜禽低蛋白質(zhì)飼糧體系中的合理應(yīng)用對(duì)畜禽生長和生產(chǎn)性能具有重要影響。研究表明，在低蛋白質(zhì)飼糧(17%CP)中額外添加BCAA，可通過促進(jìn)仔豬采食和肌肉生長來提高仔豬生長性能，達(dá)到正常蛋白質(zhì)水平飼糧(20%CP)的效果[41]。合理調(diào)整仔豬低蛋白質(zhì)飼糧中BCAA的比例(Leu∶Ile∶Val分別為1.00∶0.75∶0.75和1.00∶0.51∶0.63)，可顯著提高仔豬平均日增重并降低料重比，且仔豬生長性能與飼喂正常蛋白質(zhì)水平的飼糧無顯著差異[42]。Lordelo等[43]研究發(fā)現(xiàn)，28日齡仔豬低蛋白質(zhì)飼糧(17%CP)中連續(xù)額外添加0.15% Val 4周，可提高仔豬采食量和生長速度并降低仔豬腹瀉，但是添加0.13% Ile則無此效果，說明不同的BCAA具有功能差異性。劉堯君等[44]研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充BCAA可提高仔豬生長性能，提高血液中相應(yīng)氨基酸水平。

在家禽生產(chǎn)中，低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)不同生產(chǎn)用途家禽的生長和生產(chǎn)性能具有良好的促進(jìn)作用。Ospina-Rojas等[45]研究發(fā)現(xiàn)，相比于聯(lián)合添加Trp、Thr和Ile，在基礎(chǔ)飼糧中已含有0.75%Lys和0.63%Met+半胱氨酸(Cys)的低蛋白質(zhì)飼糧(16%CP)中單獨(dú)添加Ile對(duì)30～42周齡的海蘭W36蛋雞具有最佳的生長性能，推測(cè)Ile可能是蛋雞的第三限制性氨基酸。Waguespack等[46]研究發(fā)現(xiàn)，在22～42日齡肉雞低蛋白質(zhì)飼糧(19.5%CP)中額外補(bǔ)充適量的Val(1.02%)可使肉雞獲得最佳生長性能。Do Nascimento等[47]也研究指出，不同日齡科寶(Cobb)肉雞(1～8日齡、9～21日齡和22～42日齡)的低蛋白質(zhì)飼糧(20.0%、18.0%和16.5%CP)中額外添加適量的Val(1.028%、0.905%和0.853%)可獲得最佳生長性能。Ospina-Rojas等[48]研究表明，Leu能夠增加肉雞胸大肌纖維直徑，提高胸肌比率，Val能夠提高雞腿重，并且在CP水平為16%的低蛋白質(zhì)飼糧中Leu與Val的最適添加量分別為1.20%和0.82%。Ospina-Rojas等[49]還研究發(fā)現(xiàn)，添加Val+Ile+精氨酸(Arg)+甘氨酸(Gly)復(fù)合氨基酸可以使肉雞的生長性能不受飼糧蛋白質(zhì)水平下降的影響。此外，也有研究發(fā)現(xiàn)，同時(shí)補(bǔ)充Thr+Val+Trp 3種氨基酸的低蛋白質(zhì)飼糧，可顯著改善鵪鶉因蛋白質(zhì)不足引發(fā)的生產(chǎn)性能及繁殖性能的下降[50]。陳將等[51]研究表明，1～42日齡肉雞低蛋白質(zhì)飼糧添加適宜水平的Val能顯著提高其平均日增重，并降低料重比，同時(shí)顯著降低42日齡肉雞血清中丙二醛含量，并提高血清中葡萄糖含量，提示低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充Val可提高肉雞生長性能和抗氧化能力。以上研究均表明，家禽低蛋白質(zhì)飼糧添加適量的BCAA有助于提高畜禽生長和生產(chǎn)性能。

3.2 低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)畜禽蛋白質(zhì)代謝和氮排泄的影響

蛋白質(zhì)是畜禽維持正常生長和生產(chǎn)性能的關(guān)鍵營養(yǎng)物質(zhì)，低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)于畜禽維持機(jī)體蛋白質(zhì)代謝具有重要作用。張宇峰等[52]研究表明，BCAA可提高腸道和肌肉中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的表達(dá)，促進(jìn)腸道和組織器官對(duì)氨基酸的吸收，但是BCAA添加過量則會(huì)抑制肌肉氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體的表達(dá)。Zhang等[29,53]研究表明，仔豬低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充BCAA，可以促進(jìn)仔豬腸道氨基酸和肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體表達(dá)，從而促進(jìn)腸道對(duì)營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，提高斷奶仔豬的生長性能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BCAA中的Leu可以通過激活PI3K/Akt/mTOR和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular signal-regulated kinase,ERK)信號(hào)通路，促進(jìn)仔豬腸道中氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體——丙氨酸-絲氨酸-半胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體2(alanine-serine-cysteine transporter 2，ASCT2)的表達(dá)[54]，而Ile則可以上調(diào)仔豬小腸鈉依賴型葡萄糖相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)載體1(sodium-glucose linked transporter，SGLT1)以及肌肉葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體1(glucose transporter 1，GLUT1)和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體4(glucose transporter 4，GLUT4)的表達(dá)[29]，二者協(xié)同促進(jìn)斷奶仔豬腸道對(duì)氨基酸和葡萄糖的吸收，最終改善仔豬生長性能。此外，低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA還能通過增加肌肉蛋白質(zhì)合成促進(jìn)肌肉生長，并抑制蛋白質(zhì)分解來促進(jìn)仔豬生長[41,55]。Zheng等[41,55]研究表明，仔豬低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA一方面通過影響下丘腦食欲調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)和通路的激活來促進(jìn)仔豬采食；另一方面通過促進(jìn)自身肌細(xì)胞代謝和蛋白質(zhì)降解從而增加氨基酸的凈利用量，提高攝食狀態(tài)下骨骼肌蛋白質(zhì)合成速率。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BCAA通過下調(diào)泛素-蛋白酶體以及自噬-溶酶體途徑關(guān)鍵蛋白的表達(dá)，抑制禁食狀態(tài)下仔豬骨骼肌蛋白質(zhì)降解，促進(jìn)蛋白質(zhì)沉積，從而促進(jìn)骨骼肌生長[56]，最終使得仔豬的生長性能得以提高并恢復(fù)到飼喂高蛋白質(zhì)飼糧水平。

Yin等[57]研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬低蛋白質(zhì)飼糧(16.9%CP)在補(bǔ)充4種限制性氨基酸的基礎(chǔ)上，額外添加0.55%Leu能顯著提高仔豬組織器官蛋白質(zhì)合成水平，其可以通過提高真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E-binding protein 1，4E-BP1)和S6K1的磷酸化水平來促進(jìn)mRNA的翻譯和起始過程最終促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成。以上研究表明，低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA一方面可以通過增加氨基酸和肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體的表達(dá)促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)吸收，另一方面通過調(diào)控機(jī)體蛋白質(zhì)合成和沉積來促進(jìn)畜禽生長和改善生長性能。許多研究表明，低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA不僅有利于提高畜禽生長和生產(chǎn)性能，還有助于降低畜禽氮排泄。研究發(fā)現(xiàn)，低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充BCAA不僅可以提高仔豬氮的利用率，還能有效降低氮排放[44]。低蛋白質(zhì)飼糧(16%CP)添加0.672%Ile可確保鵪鶉在維持正常生產(chǎn)性能的前提下顯著降低排泄物中氮的含量[58]。仔豬低蛋白質(zhì)飼糧額外添加0.15%Val可降低總氮排泄，改善仔豬腹瀉[43]。綜上所述，低蛋白質(zhì)飼糧補(bǔ)充BCAA不僅可以促進(jìn)蛋白質(zhì)的合成和沉積，還能降低氮排泄，減少畜禽養(yǎng)殖污染。

3.3 低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)畜禽免疫功能的影響

BCAA作為功能性氨基酸，還具有促進(jìn)免疫器官發(fā)育和免疫細(xì)胞分化、調(diào)控免疫因子活性等功能[59]。任曼等[60]和Ren等[61]研究表明，斷奶仔豬低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA可顯著提高仔豬生長性能，改善仔豬腸道絨毛形態(tài)，提高小腸免疫球蛋白含量和防御素的表達(dá)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，3種BCAA均能在體外促進(jìn)防御素表達(dá)，適當(dāng)比例的BCAA可協(xié)同促進(jìn)防御素表達(dá)[62]。其機(jī)制可能是Ile通過沉默信息調(diào)節(jié)因子1(Sirt1)/ERK/90絲氨酸/蘇氨酸激酶(90RSK)信號(hào)通路增強(qiáng)Ile對(duì)ERK1/2和90RSK磷酸化作用，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞防御素的表達(dá)，緩解脂多糖導(dǎo)致的應(yīng)激損傷[62]。在體內(nèi)，低蛋白質(zhì)飼糧添加Ile可顯著提高斷奶仔豬平均日增重和血漿免疫球蛋白含量，其還能通過提高小腸防御素的表達(dá)抵抗病原微生物(大腸桿菌)感染，增強(qiáng)仔豬腸道免疫屏障功能，最終促進(jìn)仔豬生長[63]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加Leu可通過激活mTOR信號(hào)通路，緩解豬輪狀病毒導(dǎo)致的空腸黏膜黏蛋白分泌和杯狀細(xì)胞數(shù)量減少[64]。目前，關(guān)于BCAA及低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)畜禽免疫功能影響相關(guān)的研究報(bào)道較少，還有待進(jìn)一步深入研究。

3.4 低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA對(duì)畜禽脂肪代謝的影響

最近的研究指出，低蛋白質(zhì)飼糧添加適宜比例的BCAA可以改善豬的胴體性狀，降低胴體脂肪含量[65]。研究發(fā)現(xiàn)，仔豬機(jī)體脂肪總量伴隨著低蛋白質(zhì)飼糧中BCAA比例(Leu∶Ile∶Val分別為1.00∶1.00∶1.00、1.00∶0.75∶0.75、1.00∶0.51∶0.63、1.00∶0.25∶0.25)下降而減少，而適宜比例的BCAA(1.00∶0.25∶0.25～1.00∶0.75∶0.75)能有效調(diào)節(jié)仔豬機(jī)體脂肪沉積[65]。Duan等[66]研究發(fā)現(xiàn)，平衡仔豬低蛋白質(zhì)飼糧中BCAAs比例(Leu∶Ile∶Val分別為1.00∶1.00∶1.00、1.00∶0.75∶0.75、1.00∶0.51∶0.63、1.00∶0.25∶0.25)，可提高股二頭肌的脂肪含量，增加組織中多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸比值(PUFA/SFA)，并降低n-6/n-3 PUFA值。同時(shí)，他們還發(fā)現(xiàn)CP水平為17%的飼糧中BCAA比例在1.00∶0.25∶0.25～1.00∶0.75∶0.75能顯著提高股二頭肌肌肉中肌內(nèi)脂肪含量，并改善不同骨骼肌的脂肪酸組成，從而改變脂肪代謝相關(guān)基因的表達(dá)，進(jìn)一步改善肉品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值[66]。其機(jī)制可能是通過改變脂質(zhì)代謝相關(guān)基因mRNA表達(dá)水平以及激活A(yù)MPK、沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)和過氧化物酶體增殖激活受體γ輔助激活因子1α(PGC-1α)構(gòu)成的調(diào)節(jié)細(xì)胞能量輸出的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)，即能量感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，共同調(diào)節(jié)機(jī)體能量代謝，以及通過促進(jìn)線粒體的生物合成來促進(jìn)肌肉組織中脂肪酸的氧化利用[65-66]。李鳳娜等[67]研究認(rèn)為，BCAA可以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(hào)，在一定程度上抑制mTORC1信號(hào)通路的激活，促進(jìn)背部脂肪的脂肪酸分解，使得機(jī)體更多的能量被肌肉組織吸收利用，用于蛋白質(zhì)合成，維持較高的生產(chǎn)性能，達(dá)到與正常蛋白質(zhì)水平飼糧相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)性能；同時(shí)，研究認(rèn)為BCAA還可能通過AMPKα/Sirt1/PGC-1α能量網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)機(jī)體內(nèi)線粒體的生物合成，從而增加脂肪酸的氧化分解和利用，最終導(dǎo)致機(jī)體脂肪含量下降[66]。這些研究結(jié)果提示，合理調(diào)整低蛋白質(zhì)飼糧中BCAA的比例，可有助于改善豬的生產(chǎn)性能和肌肉脂肪含量，提高豬肉品質(zhì)。

4 小 結(jié)

綜上所述，低蛋白質(zhì)飼糧添加BCAA不僅可以在減少蛋白質(zhì)原料用量，降低氮排放的前提下提高畜禽生長和生產(chǎn)性能，還能增強(qiáng)腸道免疫屏障功能，改善腸道健康；同時(shí)，BCAA也有助于改善畜禽產(chǎn)品肉質(zhì)。由于BCAA缺乏或過量以及合成氨基酸的添加均會(huì)導(dǎo)致拮抗作用而影響畜禽生產(chǎn)性能，因此，畜禽低蛋白質(zhì)飼糧體系在實(shí)踐生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)當(dāng)合理考慮BCAA含量和比例以及合成氨基酸的合理添加?，F(xiàn)有研究結(jié)果表明，BCAA在畜禽低蛋白質(zhì)飼糧體系中的應(yīng)用研究大多數(shù)集中在豬的營養(yǎng)調(diào)控，而在家禽以及反芻動(dòng)物中的研究則相對(duì)較少。同時(shí)，針對(duì)BCAA在畜禽低蛋白質(zhì)飼糧體系中的應(yīng)用和分子機(jī)制研究主要集中在Leu，Ile次之，而Val的研究最少。目前的研究結(jié)果提示不同的BCAA具有功能差異性，深入探討不同種類BCAA生物學(xué)功能差異的分子機(jī)制和途徑，以及它們之間的相互作用將對(duì)畜禽營養(yǎng)調(diào)控具有重要意義?？傊?，BCAA在低蛋白質(zhì)飼糧體系中的應(yīng)用研究，應(yīng)當(dāng)主要針對(duì)不同生產(chǎn)用途和不同生產(chǎn)時(shí)期的豬和家禽，同時(shí)也應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同種BCAA(尤其是Ile和Val)及其比例開展研究，以期為BCAA在畜禽生產(chǎn)中的科學(xué)合理應(yīng)用提供理論參考。