L-茶氨酸的生物學(xué)功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

張靈梅，周雨麗，楊玲媛*，陳豪，朱晉佳，湯少勛

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.湖南畜禽安全生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410128；3.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南 長沙 410125)

L-茶氨酸(化學(xué)名稱為N-乙基-γ-谷氨酰胺)是一種天然存在于茶樹中的獨(dú)特的非蛋白氨基酸，也是綠茶中的主要氨基酸之一，其對茶葉的品質(zhì)有很大的影響。已有研究表明，L-茶氨酸具有抗氧化[1]、保護(hù)神經(jīng)[2]、抗應(yīng)激[3-4]、抗抑郁[5-6]及增強(qiáng)機(jī)體免疫力[7]等多種功能。另外，L-茶氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)(如圖1所示)與谷氨酸類似，它能夠通過血腦屏障，對短暫性腦缺血后神經(jīng)細(xì)胞死亡具有保護(hù)和預(yù)防作用[8]?；谶@些優(yōu)勢，L-茶氨酸已被開發(fā)為一種用于食品和飲料的成分，以用來改善和保護(hù)人類健康。L-茶氨酸不僅對人體起著積極的作用，在動物生產(chǎn)應(yīng)用中也具有良好的效果。國內(nèi)外研究表明，在動物日糧中添加L-茶氨酸能夠提高畜禽生產(chǎn)性能、增強(qiáng)畜禽免疫力、提高畜禽抗氧化和抗應(yīng)激的能力，對畜禽機(jī)體起著一定的保健功能。本文就L-茶氨酸的來源與理化性質(zhì)、安全性評價、生物學(xué)功能及其在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進(jìn)行綜述，以期為L-茶氨酸在畜禽生產(chǎn)中的精準(zhǔn)運(yùn)用提供理論參考。

圖1 L-茶氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)

1 L-茶氨酸的來源與理化性質(zhì)

1.1 來源

L-茶氨酸是日本酒戶彌二郎在1950年從綠茶中發(fā)現(xiàn)并命名的，是茶葉中最豐富的游離氨基酸，占氨基酸總量的50%左右，對大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)起著積極的作用。L-茶氨酸主要分布在茶葉的嫩枝、子葉和根中[9]，其含量的變化取決于多種因素，包括種植地點(diǎn)和種植方法，茶的品級和品種以及收獲的時間。有研究發(fā)現(xiàn)，生長在陰暗處或陽光直射較少地方的茶，通常含有較高水平的茶氨酸[10]。

茶氨酸有L-茶氨酸和D-茶氨酸之分，D-茶氨酸只占少量，自然界中存在的均為L-茶氨酸。口服給藥后，L-茶氨酸比D-茶氨酸更容易在腸道內(nèi)被消化吸收，而靜脈注射后，血漿中L-茶氨酸和D-茶氨酸的濃度相似[11]。并且，L-茶氨酸和D-茶氨酸之間存在相互拮抗作用，當(dāng)L-茶氨酸和D-茶氨酸同時口服時，D-茶氨酸會抑制L-茶氨酸的吸收，反之亦然[11]。高純度L-茶氨酸的分離通常涉及成本高、效益低、操作復(fù)雜的過程，不利于工業(yè)化生產(chǎn)，而通過化學(xué)法合成的L-茶氨酸具有成本低、操作簡單、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)[12]，但是合成的多為L-茶氨酸和D-茶氨酸的外消旋混合物，并且其安全性亟待證明[13]。

1.2 理化性質(zhì)

L-茶氨酸有甘甜味，其分子式為C7H14N2O3，熔點(diǎn)214～215 ℃，純品為透明的白色結(jié)晶狀物質(zhì)，極易溶于水(在254 ℃時溶解度為44 g)，不溶于無水乙醇和無水乙醚以及低極性有機(jī)溶劑。其味閾值為0.06%，是茶葉中的一種重要呈味物質(zhì)，能夠有效緩解食品的辣味和苦味，達(dá)到改善食品風(fēng)味的目的[14]。

2 安全性評價

Hidese等[15]研究發(fā)現(xiàn)，將L-茶氨酸(250 mg/d)添加到每名受試者的藥物中，持續(xù)8周給藥是安全的，并對抑郁癥、認(rèn)知障礙患者和睡眠障礙者有多種有益作用。Borzelleca等[16]在大鼠日糧中每天添加0、1 500、3 000或4 000 mg/kg體重L-茶氨酸，持續(xù)13周后發(fā)現(xiàn)，小鼠的行為、采食量和體重以及臨床化學(xué)、血液學(xué)和組織病理學(xué)、發(fā)病率、死亡率等方面無不良影響。Terashima等[17]研究發(fā)現(xiàn)，大鼠經(jīng)腹腔注射茶氨酸(4 g/kg體重)后，血清、肝臟和腦組織中茶氨酸濃度在給藥后1 h明顯升高，5 h后達(dá)到最高水平，隨后逐漸下降，24 h后完全消失。以上研究數(shù)據(jù)表明，L-茶氨酸只要在合適的劑量內(nèi)添加使用都是安全的。

3 L-茶氨酸的生物學(xué)功能

3.1 免疫調(diào)節(jié)

L-茶氨酸中的大量烷基胺能夠激活動物或人體內(nèi)的 γδT 細(xì)胞，促進(jìn) γδT 細(xì)胞分泌干擾素-γ (IFN-γ)，提高機(jī)體抗病力[18]。研究發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸能夠減輕小鼠回腸組織損傷，抑制促炎細(xì)胞因子的表達(dá)；此外，L-茶氨酸還抑制產(chǎn)腸毒素大腸桿菌誘導(dǎo)的p65mRNA和蛋白的過度表達(dá)，以及MAPK家族信號通路成員(p-JNK 1/2、p-ERK 1/2和p-p38)的表達(dá)，說明L-茶氨酸對產(chǎn)腸毒素大腸桿菌感染小鼠的天然免疫系統(tǒng)具有調(diào)節(jié)作用[19]。Zeng等[20]在進(jìn)行的一系列生化和組織學(xué)實驗中發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸可能通過下調(diào)血小板內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子的表達(dá)、中性粒細(xì)胞的募集和活化以及炎癥反應(yīng)來改善或緩解小鼠早期紅斑、血管通透性增加以及白細(xì)胞浸潤等癥狀。Huang等[20]在研究卵清蛋白(OVA)誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸可顯著減輕炎癥細(xì)胞向支氣管肺泡液(BALF)的廣泛轉(zhuǎn)運(yùn)，顯著降低BALF中免疫球蛋白E(IgE)、白細(xì)胞介素4(IL-4)、白細(xì)胞介素5(IL -5)和腫瘤壞死因子(TNF-α)的產(chǎn)生，L-茶氨酸還能明顯抑制OVA誘導(dǎo)的活性氧(ROS)生成和核因子κB(NF-κB)與基質(zhì)金屬蛋白酶-9在BALF中的活化，降低TNF-α誘導(dǎo)的A549細(xì)胞NF-κB的活化，從而減輕哮喘小鼠的氣管炎癥。Li 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸可能通過激活參與大鼠脾淋巴細(xì)胞甲戊酸合成的RAS相關(guān)蛋白Rap-1A(Rap1A)和3-羥基-3-甲基戊二酸-CoA還原酶(HMGCR)來調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的分泌，增強(qiáng)大鼠脾臟對抗原的免疫應(yīng)答能力。因此，L-茶氨酸可能是一種很有前途的免疫增強(qiáng)劑。

3.2 抗腫瘤

腫瘤會導(dǎo)致動物性產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量下降，畜禽繁殖力降低，給養(yǎng)殖業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。有研究發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸具有明顯的抗腫瘤活性，它能通過提高抗腫瘤藥物濃度來抑制腫瘤細(xì)胞侵襲，以及激活Vg2Vd2 T細(xì)胞和γδT淋巴細(xì)胞(Vg2Vd2 T細(xì)胞和γδT淋巴細(xì)胞激活后可殺死腫瘤細(xì)胞)等多種途徑發(fā)揮作用[22]。通過給B6C3F1大鼠口服0%～5%濃度的L-茶氨酸飲食(最大耐受劑量)后，進(jìn)行了長達(dá)13周的亞急性試驗和隨后78周的慢性毒性試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加L-茶氨酸的試驗組與對照組在采食量、增重和成活率方面沒有差異，而添加L-茶氨酸的試驗組在78周時，腫瘤發(fā)生率和腫瘤總數(shù)均有明顯下降，說明長期服用L-茶氨酸不僅不會引起慢性中毒，反而起到一定的抗腫瘤作用[23]。

3.3 抗氧化

氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時，體內(nèi)ROS的生成超過了機(jī)體消除的能力，氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失去平衡。如果不適當(dāng)調(diào)節(jié)，過量的ROS會損害細(xì)胞的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)或DNA，從而抑制信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，影響正常細(xì)胞的功能，并危害機(jī)體健康[24]。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸能夠增強(qiáng)機(jī)體的抗氧化能力，減輕氧化應(yīng)激所致的損傷。L-茶氨酸可通過抑制炎性細(xì)胞因子表達(dá)、降低脂質(zhì)過氧化和提高抗氧化能力來維護(hù)腸道組織形態(tài)與結(jié)構(gòu)完整性，并達(dá)到保護(hù)腸道的作用[25]。Deng等[26]通過建立大腸桿菌感染的小鼠氧化應(yīng)激模型發(fā)現(xiàn)，L-茶氨酸可調(diào)節(jié)非酶抗氧化活性，增加過氧化氫酶(CAT) 和mRNA的表達(dá)。此外，L-茶氨酸還降低了大腸桿菌感染小鼠的氧化參數(shù)、CAT活性和mRNA水平，增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性、細(xì)胞外超氧化物歧化酶(ECSOD)和谷胱甘肽過氧化物酶1 (GPX1)的mRNA表達(dá)，表明L-茶氨酸能通過調(diào)控非酶途徑發(fā)揮抗氧化作用。L-茶氨酸可通過提高谷胱甘肽(GSH)水平，顯著提高GPX 1和SOD活性，并通過降低活性氧、一氧化氮和氧化GSH的含量，來減少H2O2誘導(dǎo)的H9C2細(xì)胞凋亡率[27]。此外，L-茶氨酸對阿霉素誘導(dǎo)的大鼠腎毒性也具有一定的保護(hù)作用，其作用機(jī)理可能是，L-茶氨酸通過增強(qiáng)GSH及其相關(guān)酶對阿霉素所致大鼠腎毒性的抗氧化系統(tǒng)發(fā)揮保護(hù)作用，但這個發(fā)現(xiàn)還需要進(jìn)一步研究[28]。Sumathi等[29]研究發(fā)現(xiàn)，氯化鋁(AlCl3，4.2 mg/kg)能顯著降低大鼠腦組織中還原型GSH的含量和SOD、CAT、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽還原酶(GR)、Na+/K+ATP酶、Ca2+ATP酶、Mg2+ATP酶的活性，提高腦組織脂質(zhì)過氧化水平和堿性磷酸酶、天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶的活性，最終引起大鼠腦皮質(zhì)、小腦和海馬區(qū)發(fā)生組織病理學(xué)改變，但口服L-茶氨酸200 mg/kg可防止腦組織病理學(xué)改變。

4 L-茶氨酸在動物生產(chǎn)上的應(yīng)用

鑒于L-茶氨酸對大鼠和小鼠具有免疫調(diào)節(jié)，抗氧化和抗腫瘤等積極效果，研究者嘗試將其運(yùn)用在畜禽養(yǎng)殖上，目前應(yīng)用研究主要集中在豬和雞，在其他動物上的研究報道還比較少，研究的內(nèi)容主要是關(guān)于L-茶氨酸在提高畜禽生產(chǎn)性能、增強(qiáng)畜禽免疫力，以及提高畜禽抗氧化能力等方面的作用。

4.1 提高畜禽生產(chǎn)性能

在日糧中添加500和1 000 mg/kgL-茶氨酸能夠顯著提高育肥豬日采食量，促進(jìn)其生長，縮短肥育時間[30]。在肉雞日糧中添加200 mg/kgL-茶氨酸能夠提高肉雞的生產(chǎn)性能，但較高水平的L-茶氨酸(300 mg/kg日糧)可能會對肉雞的生產(chǎn)性能和健康產(chǎn)生有害影響[31]。以上研究結(jié)果表明，在畜禽日糧中添加適量的L-茶氨酸能夠提高畜禽生產(chǎn)性能。

4.2 增強(qiáng)畜禽免疫力

在產(chǎn)蛋后期肉種雞的日糧中添加400 mg/kg的L-茶氨酸，能夠顯著提高肉種雞的血清免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)以及IFN-γ的含量，促進(jìn)機(jī)體釋放免疫因子，從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫力[32]。在肉雞日糧中添加800 mg/kgL-茶氨酸，能夠通過提高肉雞非特異性免疫反應(yīng)抑制體內(nèi)球蟲存活率[33]，顯著提高肉雞腸道分泌型免疫球蛋白A(slgA)的含量，增加血清IL-2和IFN-γ含量，而不影響肉雞的生產(chǎn)性能和免疫器官發(fā)育[34]。日糧中添加800 mg/kgL-茶氨酸能夠提高肉雞血清溶菌酶活性，刺激肉雞體內(nèi)的非特異性免疫機(jī)能，從而緩解球蟲攻毒后AA肉雞球蟲病的癥狀[35]。在氧化應(yīng)激仔豬日糧中添加1 000 mg/kgL-茶氨酸能夠提高仔豬的抗氧化能力和體液免疫能力[36]。育肥豬日糧中添加 1 000 mg/kg的L-茶氨酸，可提高其體內(nèi)總蛋白和免疫球蛋白水平，降低其體內(nèi)抗氧化因子水平，改善育肥豬抗氧化能力和免疫能力[37]。以上研究結(jié)果表明，L-茶氨酸能夠增強(qiáng)畜禽的抗氧化能力，但其在不同種類動物日糧中的最適添加量還需進(jìn)一步研究確定。

4.3 提高畜禽抗氧化能力

L-茶氨酸通過在代謝過程中轉(zhuǎn)化成谷氨酸來參加GSH的合成，維持細(xì)胞內(nèi)正常的氧化還原狀態(tài)，從而使機(jī)體免受氧化應(yīng)激的損傷[38]。熱應(yīng)激條件下，在蛋用仔公雞日糧中添加茶多酚200 mg/kg+L-茶氨酸200 mg/kg，能改善蛋用仔公雞的生長性能和抗氧化性能[39]，并且L-茶氨酸對脂多糖誘導(dǎo)的肉雞免疫應(yīng)激也有一定的保護(hù)作用[40]。在產(chǎn)蛋后期肉種雞的日糧中添加200 mg/kgL-茶氨酸，能夠顯著降低產(chǎn)蛋后期肉種雞血清丙二醛(MDA)含量，顯著提高血清GSH-Px活性和總抗氧化能力(T-AOC)，說明適量的L-茶氨酸能提高蛋雞的抗氧化能力[33]。陳文等[41]研究發(fā)現(xiàn)，4～16 mmol/L的L-茶氨酸，對H2O2誘導(dǎo)受損的湘東黑山羊瘤胃上皮細(xì)胞具有一定的修復(fù)作用。李桂蘭等[42]也研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度(250、500、750、1 000 μmol/L)L-茶氨酸能提高受H2O2(0.4 mmol/L)損傷的LO2細(xì)胞的存活率，降低肝細(xì)胞的凋亡率，對肝細(xì)胞損傷有一定的治療和保護(hù)作用，且L-茶氨酸的劑量越高，效果越好。

5 小結(jié)和展望

L-茶氨酸具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗氧化和抗腫瘤等多種功能，其作為飼料添加劑應(yīng)用到畜禽生產(chǎn)中能夠提高畜禽生產(chǎn)性能，增強(qiáng)畜禽免疫力以及提高畜禽抗氧化能力，在畜禽生產(chǎn)中發(fā)揮著重要的作用。由此可見，L-茶氨酸有望成為新一代綠色環(huán)保型飼料添加劑。未來應(yīng)在如下幾個方面開展工作：

進(jìn)一步研究開發(fā)安全、可持續(xù)、利于環(huán)境、經(jīng)濟(jì)有效的方法，從茶葉中分離出高產(chǎn)量、高純度的L-茶氨酸。

還有待確定L-茶氨酸在不同畜禽或同種畜禽的不同生理階段下的適宜添加量；進(jìn)一步研究L-茶氨酸在畜禽體內(nèi)的作用機(jī)理。

目前L-茶氨酸在畜禽生產(chǎn)上的應(yīng)用主要集中于如何提高單胃動物(豬和雞)的生產(chǎn)性能、增強(qiáng)單胃動物的免疫力和抗氧化能力等方面，其在反芻動物(尤其是牛和羊)上的應(yīng)用研究還幾乎未見報道。因此，今后應(yīng)開展更多有關(guān)L-茶氨酸在反芻動物生產(chǎn)上的應(yīng)用研究，為更好地促進(jìn)畜禽生產(chǎn)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。