精氨酸在肉雞生產(chǎn)中的研究進(jìn)展

張童 安文東 王合亮 張貝貝

摘 要：精氨酸是家禽的必需氨基酸，不僅能參與機(jī)體蛋白質(zhì)合成，而且在營養(yǎng)代謝調(diào)控方面發(fā)揮重要作用。本文主要介紹了精氨酸的代謝途徑以及精氨酸對肉雞生產(chǎn)性能、免疫功能和腸道健康的影響，為精氨酸在肉雞生產(chǎn)中的科學(xué)應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：精氨酸;肉雞;生產(chǎn)性能;免疫功能;腸道健康

中圖分類號：S816.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1673-1085（2021）10-0045-06

收稿日期：2021-09-20

*基金項目：山東省自然科學(xué)基金青年基金項目（ZR2020QC181）;青島農(nóng)業(yè)大學(xué)高層次人才科研啟動基金（663/1120008）。

作者簡介：張童（1998-），女，山東威海人，碩士研究生，研究方向為家禽營養(yǎng)與腸道健康，E-mail：593524963@qq.com。

**通訊作者：張貝貝（1990-），女，山東煙臺人，碩士生導(dǎo)師，研究方向為家禽營養(yǎng)與免疫，E-mail：zhangbeibei@qau.edu.cn。

精氨酸化學(xué)名稱為2-氨基-5-胍基戊酸，化學(xué)式為C6H14N4O2，是一種含有兩個堿性基團(tuán)（氨基和胍基）的氨基酸，外觀為白色晶體或晶體狀粉末，在生理pH條件下呈堿性（pH 10.5～12.0）。精氨酸是家禽的一種必需氨基酸，家禽因缺乏氨甲酰磷酸合成酶等關(guān)鍵酶而不能通過鳥氨酸-尿素循環(huán)來合成精氨酸，只能通過日糧攝取來滿足[1]。精氨酸除參與機(jī)體蛋白質(zhì)合成外，還在肌酸、脯氨酸、多胺、高精氨酸、一氧化氮（nitric oxide，NO）合成和激素釋放過程中發(fā)揮重要作用。

1 精氨酸代謝途徑

體內(nèi)精氨酸通過四條途徑進(jìn)行分解代謝，涉及到四種關(guān)鍵酶，分別是一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）、精氨酸酶（arginase，ARG）、精氨酸脫羧酶（arginine decarboxylase，ADC）和精氨酸-甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶（arginine：glycine amidinotransferase，AGAT）。

1.1 NOS途徑

精氨酸經(jīng)NOS分解產(chǎn)成NG-羥基-L-精氨酸（NG-hydroxy-L-arginine，NOHA），進(jìn)一步分解產(chǎn)生NO和瓜氨酸，精氨酸是體內(nèi)合成NO的唯一前體物[2]。NO是一種氣體信使分子，在心血管保護(hù)、免疫炎癥反應(yīng)、神經(jīng)系統(tǒng)機(jī)能等方面發(fā)揮著重要作用。NOS包含3種亞型，分別是NOS1、NOS2和NOS3。NOS1又稱神經(jīng)型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase，nNOS），分布在神經(jīng)細(xì)胞中，參與神經(jīng)傳導(dǎo)和學(xué)習(xí)過程;NOS2是誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS），在許多免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、嗜中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞以及自然殺傷細(xì)胞中都有分布，參與免疫反應(yīng);NOS3又稱內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），位于血管內(nèi)皮細(xì)胞中，調(diào)節(jié)血管張力和血細(xì)胞的粘附性[3]。NOS1和NOS3產(chǎn)生的NO量很少，而且酶活性受鈣離子水平調(diào)控[4]。iNOS受內(nèi)毒素和多種細(xì)胞因子刺激后能催化精氨酸產(chǎn)生大量NO，不受鈣離子水平影響，產(chǎn)生的NO具有細(xì)胞毒性效應(yīng)，可以殺滅病原微生物，具有抗寄生蟲、抗真菌、抗病毒、抗細(xì)菌、抗腫瘤的作用[5]。

1.2 ARG途徑

精氨酸經(jīng)ARG分解產(chǎn)生鳥氨酸，鳥氨酸經(jīng)鳥氨酸脫羧酶分解產(chǎn)生腐胺，腐胺被持續(xù)表達(dá)的亞精胺合成酶和精胺合成酶先后轉(zhuǎn)化成亞精胺和精胺[2]。腐胺、亞精胺和精胺都屬于多胺，多胺在加快細(xì)胞增殖、組織形成及細(xì)胞分化中起著重要的作用，是小腸黏膜生長、發(fā)育、成熟、適應(yīng)及恢復(fù)創(chuàng)傷必需的物質(zhì)。其中鳥氨酸脫羧酶是多胺合成的限速酶[6]。ARG有兩種亞型，分別是ARGI和ARGII。ARGI位于細(xì)胞質(zhì)中，在肝臟中高度表達(dá)。ARGII位于線粒體中，主要在腎、小腸、乳腺、腎、巨噬細(xì)胞等肝外組織中表達(dá)[7]。補(bǔ)充精氨酸并不一定增加NO合成量，因為多數(shù)炎癥反應(yīng)發(fā)生時NOS和ARG同時表達(dá)，二者互相調(diào)控，其結(jié)果錯綜復(fù)雜，關(guān)于這兩種酶相互影響的研究多集中于iNOS和ARGI。由于兩種酶的底物相同，因此二者同時表達(dá)可能會導(dǎo)致對底物的競爭。ARG在某些情況下通過降低精氨酸的可利用性抑制iNOS產(chǎn)生NO[8]，而iNOS對ARG活性的抑制可能更多地通過NOHA的抑制作用而非底物精氨酸的限制[9]。

1.3 ADC途徑

該酶位于細(xì)胞的線粒體內(nèi)，ADC分解精氨酸生成二氧化碳和胍丁胺[10]。胍丁胺可被胍丁胺酶進(jìn)一步分解產(chǎn)生腐胺和尿素，從而構(gòu)成多胺合成的次要途徑。腦、肝、腎、腎上腺、巨噬細(xì)胞和小腸中都存在ADC活性和胍丁胺合成[10]。研究表明，胍丁胺可激活煙堿、α2-腎上腺素能、咪唑啉、5-羥色胺（5-hydroxy tryptamine，5-HT）2A和5-HT3受體，在認(rèn)知功能、情緒處理與疼痛感知方面起著重要作用[11]。此外，胍丁胺可能通過與α2-腎上腺素能受體相互作用以增加神經(jīng)肽Y水平，從而刺激動物采食[12]。胍丁胺與精氨酸結(jié)構(gòu)類似，能競爭性抑制三種NOS的活性，其中對iNOS的抑制作用最強(qiáng)[13]。此外，研究發(fā)現(xiàn)炎性細(xì)胞因子可刺激胍丁胺產(chǎn)生，而胍丁胺對病原體無害，可以被細(xì)菌用作能量來源[14]。

1.4 AGAT途徑

該酶位于細(xì)胞的線粒體內(nèi)，AGAT一方面可催化精氨酸和甘氨酸反應(yīng)產(chǎn)生胍基乙酸和鳥氨酸，隨后胍基乙酸和S-腺苷甲硫氨酸在N-二甲基轉(zhuǎn)移酶的作用下反應(yīng)生成肌酸[2]。胍基乙酸是體內(nèi)合成肌酸的前體物[15]，AGAT是肌酸合成的限速酶[16]。肌酸在體內(nèi)主要以磷酸肌酸的形式存在，具有能量儲備作用，當(dāng)機(jī)體ATP供應(yīng)不足時，可為ADP提供一個高能磷酸鍵生成ATP[17]。敲除AGAT基因的動物體內(nèi)肌酸和胍基乙酸水平降低，體型較瘦，肌肉萎縮，補(bǔ)充肌酸后上述癥狀消失[18];另一方面AGAT也可催化精氨酸和賴氨酸反應(yīng)，生成L-高精氨酸和鳥氨酸。最新研究發(fā)現(xiàn)，血漿中高精氨酸水平與心血管疾病患病風(fēng)險呈負(fù)相關(guān)，補(bǔ)充高精氨酸可治療心血管疾病[19， 20]。高精氨酸補(bǔ)充可降低肥胖動物血液中的葡萄糖濃度[21]，提示高精氨酸具有治療肥胖和糖尿病的潛力。

2 精氨酸對肉雞生產(chǎn)性能的影響

Castro等[22]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加精氨酸提高了羅斯308肉雞的平均日增重、日采食量和飼料轉(zhuǎn)化率，獲得最大體重的精氨酸水平分別為14.3 g/kg（1～10日齡）和13.4 g/kg（11～24日齡）。Xu等[23]發(fā)現(xiàn)在精氨酸缺乏飼糧（1～21日齡精氨酸含量8.6 g/kg，22～42日齡精氨酸含量6.8 g/kg）中添加精氨酸（0～18 g/kg），隨著飼糧精氨酸添加水平的提高，AA+肉雞的平均日增重先增加;當(dāng)精氨酸添加量超過13.5 g/kg后平均日增重開始下降。飼糧精氨酸添加提高了AA+肉雞平均日增重和平均日采食量，降低了料重比，在精氨酸水平為14.7 g/kg時獲得最佳生產(chǎn)性能[24]。與基礎(chǔ)日糧組相比，添加1 g/kg精氨酸組顯著提高京海黃雞平均日增重和平均日采食量[25]。隨著飼糧精氨酸水平（9.7～13.3 g/kg）升高，清遠(yuǎn)麻雞平均日采食量、平均日增重和料重比提高[26]。此外，第14胚齡時給每個胚胎注射100 μg精氨酸可以提高孵化率和孵化后雛雞體重，并促進(jìn)肌肉生長相關(guān)蛋白表達(dá)[27]。

3 精氨酸對肉雞免疫功能的影響

精氨酸促進(jìn)T細(xì)胞發(fā)育，飼糧添加精氨酸提高傳染性法氏囊病病毒（infectious bursal disease virus，IBDV）感染2 d后肉雞外周血CD4+和CD8+T淋巴細(xì)胞數(shù)量、血清IL-6水平和血清IBDV抗體滴度，減弱IBDV感染引起的肉雞免疫抑制[28]。飼糧添加精氨酸促進(jìn)了黃羽肉雞外周血CD3+和CD4+T淋巴細(xì)胞亞群的比例[26]。Tan等[29]研究發(fā)現(xiàn)飼糧添加精氨酸降低了肉雞脾臟中CD11+、CD14+ 細(xì)胞和B細(xì)胞的比例，降低了脾臟中IL-1β、TLR4和PPAR-γ mRNA表達(dá)量，并降低盲腸扁桃體中IL-1β、IL-10、TLR4和NF-κB mRNA表達(dá)量，精氨酸可能通過抑制TLR4信號通路和降低CD14+細(xì)胞比例來降低脂多糖誘導(dǎo)的促炎細(xì)胞因子過表達(dá)。提高飼糧中精氨酸水平可減低禽腺病毒4型（fowl adenovirus serotype 4，F(xiàn)AdV-4）感染肉仔雞引起的死亡率、提高肝臟iNOS mRNA表達(dá)水平，降低肝的病毒載量，提高機(jī)體免疫功能和抗病毒能力[30]。過量的飼糧精氨酸（>14.7 g/kg）添加會降低B細(xì)胞比例和B細(xì)胞淋巴瘤因子6（B-cell lymphoma 6，BCL6）表達(dá)，同時抑制JAK/STAT3通路進(jìn)而影響體液免疫[24]。

4 精氨酸對肉雞腸道健康的影響

腸道黏膜良好的形態(tài)結(jié)構(gòu)是維持其消化吸收功能的前提條件，雞胚注射精氨酸能促進(jìn)孵化后肉仔雞的采食量、體增重和腸道重量，提高空腸絨毛高度、絨毛高度/隱窩深度比值和杯狀細(xì)胞密度，提高空腸黏膜中mucin-2、claudin-1、ZO-1和ZO-2 mRNA表達(dá)量[31]。給低溫應(yīng)激肉仔雞的飼糧中添加精氨酸，可降低肉仔雞十二指腸和空腸隱窩深度，提高回腸絨毛寬度，提高十二指腸和空腸絨毛高度/隱窩深度比值，杯狀細(xì)胞數(shù)和粘液層厚度，有利于防御腸道病原體入侵[32]。精氨酸通過提高mTOR信號通路中TOR、4E-BP1和S6K1的mRNA豐度促進(jìn)雞腸上皮細(xì)胞蛋白合成，抑制蛋白降解[33]。宿主腸道微生物菌群在腸道健康和疾病發(fā)展中起著重要作用，他們與宿主互作，參與調(diào)節(jié)器官發(fā)育、營養(yǎng)代謝和免疫反應(yīng)[34]。飼糧添加精氨酸提高了黃羽肉雞回腸厚壁菌門（Firmicutes）、Romboutsia屬和Candidatus Arthromitus屬的相對豐度，降低了Clostridium sensu stricto 1屬的相對豐度，維護(hù)了腸道健康[26]。Zhang等[35]研究發(fā)現(xiàn)，飼糧添加精氨酸可提高產(chǎn)氣莢膜梭菌感染肉雞回腸中梭菌目（Clostridiales）和乳桿菌目（Lactobacillales）等有益菌數(shù)量，減少變形菌門（Proteobacteria）中的有害菌生長，下調(diào)感染肉雞的腸道中與微生物代謝和疾病有關(guān)的菌群豐度，將感染肉雞的腸道微生物菌群組成調(diào)整到與健康肉雞相同水平，緩解肉雞壞死性腸炎。

5 小結(jié)

近年來，有關(guān)精氨酸對家禽免疫功能和腸道健康影響的研究已有不少報道，雖然大多數(shù)結(jié)果表明，精氨酸對家禽營養(yǎng)生理、免疫調(diào)節(jié)和腸道健康有顯著作用，但是受到添加劑量、飼喂持續(xù)時間、動物的品種和日齡以及試驗?zāi)Ｐ偷挠绊?，精氨酸的作用效果差異較大。另外，目前有關(guān)精氨酸對肉雞免疫功能和腸道健康的研究主要是總結(jié)現(xiàn)象，針對其作用機(jī)理研究較少，尚需進(jìn)行系統(tǒng)深入地研究。隨著飼料中抗生素的禁用，通過營養(yǎng)措施調(diào)控肉雞免疫功能和腸道健康成為研究熱點(diǎn)，精氨酸作為一種重要的氨基酸和免疫調(diào)節(jié)劑，在肉雞生產(chǎn)中將發(fā)揮越來越重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Tamir H， Ratner S. Enzymes of arginine metabolism in chicks [J]. Archives of Biochemistry and Biophysics， 1963， 102（2）： 249-258.

[2] Morris S M. Arginine metabolism revisited [J]. The Journal of Nutrition， 2016， 146（12）： 2579S-2586S.

[3] 屈會起. 補(bǔ)充左旋精氨酸對免疫功能的影響 [J]. 天津醫(yī)藥， 2000 （06）： 382-384.

[4] Wijnands K A， Castermans T M， Hommen M P， et al. Arginine and citrulline and the immune response in sepsis [J]. Nutrients， 2015， 7（3）： 1426-1463.

[5] Hardy I， Alany R， Russell B， et al. Antimicrobial effects of arginine and nitrogen oxides and their potential role in sepsis [J]. Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care， 2006， 9（3）： 225-232.

[6] Torring N， Vinter-Jensen L， Pedersen S B， et al. Systemic administration of insulin-like growth factor I （IGF-I） causes growth of the rat prostate [J]. The Journal of Urology， 1997， 158（1）： 222-227.

[7] Wu G， Morris S M. Arginine metabolism： nitric oxide and beyond [J]. Biochemical Journal， 1998， 336（1）： 1-17.

[8] Kepka-Lenhart D， Mistry S K， Wu G， et al. Arginase I： a limiting factor for nitric oxide and polyamine synthesis by activated macrophages？ [J]. American Journal of Physiology Regulatory， Integrative and Comparative Physiology， 2000， 279（6）： R2237- R2242.

[9] Morris S M. Enzymes of arginine metabolism [J]. Journal of Nutrition， 2004， 134 （10）： 2743S-2747S.

[10] Popolo A， Adesso S， Pinto A， et al. L-Arginine and its metabolites in kidney and cardiovascular disease [J]. Amino Acids， 2014， 46（10）： 2271-2286.

[11] Sari S A， Ulger D， Ersan S， et al. Effects of agmatine， glutamate， arginine， and nitric oxide on executive functions in children with attention deficit hyperactivity disorder [J]. Journal of Neural Transmission， 2020， 127（12）： 1675-1684.

[12] 汪超， 黃葦， 謝明， 等. 精氨酸與動物攝食生理調(diào)節(jié)因子的關(guān)系 [J]. 動物營養(yǎng)學(xué)報， 2013， 25（02）： 242-247.

[13] 曹學(xué)武， 高鈺琪. 精氨酸-胍基丁胺代謝的研究進(jìn)展 [J]. 生命科學(xué)， 2004 （03）： 170-172.

[14] Paulson N B， Gilbertsen A J， Dalluge J J， et al. The arginine decarboxylase pathways of host and pathogen interact to impact inflammatory pathways in the lung [J]. PloS One， 2014， 9（10）： e111441.

[15] Michiels J， Maertens L， Buyse J， et al. Supplementation of guanidinoacetic acid to broiler diets： effects on performance， carcass characteristics， meat quality， and energy metabolism [J]. Poultry Science， 2012， 91（2）： 402-412.

[16] Joncquel-Chevalier Curt M， Voicu P M， Fontaine M， et al. Creatine biosynthesis and transport in health and disease [J]. Biochimie， 2015， 119： 146-165.

[17] 廖艷琴， 張春曉. 水產(chǎn)動物肌酸營養(yǎng)的研究進(jìn)展 [J]. 水產(chǎn)學(xué)報， 2019， 43（10）： 2084-2092.

[18] Choe C， Nabuurs C， Stockebrand M C， et al. L-arginine： glycine amidinotransferase deficiency protects from metabolic syndrome [J]. Human Molecular Genetics， 2012， 22（1）： 110-123.

[19] Pilz S， Meinitzer A， Tomaschitz A， et al. Low homoarginine concentrations are a novel risk factor for heart diseases [J]. Heart， 2011， 97（15）： 1222-1227.

[20] Rodionov R N， Begmatov H， Jarzebska N， et al. Homoarginine supplementation prevents left ventricular dilatation and preserves systolic function in a model of coronary artery disease [J]. Journal of the American Heart Association， 2019， 8（14）： e012486.

[21] Stockebrand M， Hornig S， Neu A， et al. Homoarginine supplementation improves blood glucose in diet-induced obese mice [J]. Amino Acids， 2015， 47（9）： 1921-1929.

[22] Castro F L S， Su S， Choi H， et al. L-Arginine supplementation enhances growth performance， lean muscle， and bone density but not fat in broiler chickens [J]. Poultry Science， 2019， 98（4）： 1716-1722.

[23] Xu Y Q， Guo Y W， Shi B L， et al. Dietary arginine supplementation enhances the growth performance and immune status of broiler chickens[J]. Livestock Science， 2018， 209： 8-13.

[24] Liu S， Tan J， Hu Y， et al. Dietary l-arginine supplementation influences growth performance and B-cell secretion of immunoglobulin in broiler chickens [J]. Journal of Animal Physiology and Animal Nutrition， 2019， 103（4）： 1125-1134.

[25] 湯智群， 周佳棟， 洪偉鳴， 等. N-氨甲酰谷氨酸和精氨酸對京海黃雞肉仔雞生長性能和血液指標(biāo)的影響 [J]. 中國畜牧獸醫(yī)， 2015， 42（05）： 1130-1136.

[26] Ruan D， Fouad A M， Fan Q L， et al. Dietary L-arginine supplementation enhances growth performance， intestinal antioxidative capacity， immunity and modulates gut microbiota in yellow-feathered chickens [J]. Poultry Science， 2020， 99（12）： 6935-6945.

[27] Subramaniyan S A， Kang D R， Park J R， et al. Effect of in ovo injection of l-arginine in different chicken embryonic development stages on post-hatchability， immune response， and Myo-D and myogenin proteins[J]. Animals， 2019， 9（6）： 357.

[28] Tan J Z， Guo Y M， Applegate T J， et al. Dietary L‐arginine modulates immunosuppression in broilers inoculated with an intermediate strain of infectious bursa disease virus[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2015， 95（1）： 126-135.

[29] Tan J Z， Liu S S， Guo Y M， et al. Dietary l-arginine supplementation attenuates lipopolysaccharide-induced inflammatory response in broiler chickens [J]. British Journal of Nutrition， 2014， 111（8）： 1394-1404.

[30] 林智鑫， 周嘉鑫， 陳立圳， 等. 飼糧精氨酸水平對肉仔雞免疫功能及其抗FAdV-4影響的研究 [J]. 畜牧獸醫(yī)學(xué)報， 2020， 51（04）： 772-782.

[31] Gao T， Zhao M， Zhang L， et al. In ovo feeding of l-arginine regulates intestinal barrier functions of posthatch broilers by activating the mTOR signaling pathway [J]. Journal of the Science of Food and Agriculture， 2018， 98（4）： 1416-1425.

[32] Abdulkarimi R， Shahir M， Daneshyar M. Effects of dietary glutamine and arginine supplementation on performance， intestinal morphology and ascites mortality in broiler chickens reared under cold environment [J]. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences， 2019， 32（1）： 110.

[33] Yuan C， Ding Y， He Q， et al. L-arginine upregulates the gene expression of target of rapamycin signaling pathway and stimulates protein synthesis in chicken intestinal epithelial cells [J]. Poultry Science， 2015， 94（5）： 1043-1051.

[34] Tremaroli V， B Ckhed F. Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism [J]. Nature， 2012， 489（7415）： 242-249.

[35] Zhang B， Lv Z， Li Z， et al. Dietary l-arginine supplementation alleviates the intestinal injury and modulates the gut microbiota in broiler chickens challenged by Clostridium perfringens [J]. Frontiers in Microbiology， 2018， 9： 1716.

Research Progress of Arginine in Broiler Production*

ZHANG Tong1，AN Wendong1，WANG Heliang2，ZHANG Beibei1**

（1. College of Animal Science and Technology， Qingdao Agricultural University， Qingdao? 266109，China;

2. Qingdao Sino-science Gene Biotechnology Co.， Ltd.， Qingdao 266114， China）

Abstract： Arginine is an essential amino acid for poultry. It not only participates in the body protein synthesis but also plays an important role in nutrition metabolism regulation. This article reviewed the metabolic pathways of arginine and the effects of arginine on the growth performance， immune function and intestinal health of broiler chickens， in order to provide a reference for the scientific application of arginine in broiler production.

Keywords： arginine; broiler chicken; growth performance; immune function; intestinal health