N-氨甲酰谷氨酸在畜禽應用中的研究進展

龐美蓉 馬艷粉

1.浙江省知識產(chǎn)權(quán)保護中心，杭州310012；2.中國計量大學，杭州310018

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate，NCG）是N-乙酰谷氨酸（NAG）的結(jié)構(gòu)類似物，在尿素循環(huán)中NCG 能夠代替N-乙酰谷氨酸，產(chǎn)生內(nèi)源性精氨酸，廣泛應用于飼料添加劑，主要用于提高多胎動物的繁殖性能上[1]。隨著對NCG 研究的深入，NCG越來越多的功能得以證實。本文就NCG 在畜禽生產(chǎn)、繁殖及畜禽疾病治療中的作用進行了歸納總結(jié)，為畜禽生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 NCG對畜禽生產(chǎn)和繁殖性能的影響

1.1 對畜禽生產(chǎn)性能的影響

家畜的生產(chǎn)性能是指對某一具有特定經(jīng)濟價值的表型進行評價的一種手段，也是對畜禽進行遺傳評估的最基本的依據(jù)?？梢詾樵u價畜禽的生產(chǎn)水平及牧場管理經(jīng)營提供相關信息。研究發(fā)現(xiàn)，NCG 可作為飼料添加劑，通過增加肌肉嫩度及苯丙氨酸的濃度，優(yōu)化不同組織中脂肪酸的含量，提高中國脂肪型豬的肉質(zhì)[2]。黃羽肉雞1～18日齡時，飼喂添加0.05%～0.20%NCG 時，促進了肉雞的生長，同時提高了體重、肝重和肌間脂肪帶的寬度。在肉雞19～36日齡時，飼糧中添加NCG 還能提高胸大肌重量、腓腸肌和脾臟重量，增加肌間脂肪帶的寬度[3]。此外，Zhang 等[4]發(fā)現(xiàn)，肉雞孵化第17 天時，注射2 mg的NCG后，出雛后飼養(yǎng)至42 d，可增加胸肌中精氨酸、粗脂肪以及肌肉中過氧化氫酶和谷胱甘肽過氧化物酶的活性，降低丙二醛和乳酸含量，改善了肉雞營養(yǎng)性能，增強了抗氧化能力，改善了肉質(zhì)。

1.2 改善畜禽宮內(nèi)生長受限

宮內(nèi)生長受限已成為畜牧業(yè)關注的焦點，因為胎兒生長受限會對動物以后的生長和繁殖性能產(chǎn)生嚴重的負面影響[5]。湖羊因其早熟和多產(chǎn)引起了人們的極大關注。在繁殖過程中，營養(yǎng)物質(zhì)供給不足或無法有效地運輸給胎兒，導致胎羊出現(xiàn)宮內(nèi)生長受限[6]。雖然幼羊出生后可以存活，但會導致神經(jīng)、呼吸、腸道和循環(huán)系統(tǒng)相關疾病的易感性升高[7]。而飼糧中添加NCG 可增加腸內(nèi)ATP 的含量，改善宮內(nèi)生長受限的湖羊腸道損傷，同時下調(diào)AMPKα1、AMPKα2、SIRT1、PGC-1αmRNA 和相關蛋白質(zhì)的表達水平，抑制AMPKα 的磷酸化，從而抑制AMPK-Sirt1-PGC1信號通路，同時提高了三羧酸循環(huán)中關鍵酶的活性，改善因?qū)m內(nèi)生長受限的幼羊腸道中能量吸收的狀態(tài)[8]。NCG 可通過調(diào)控mTOR 信號通路并上調(diào)腸道氨基酸、多肽轉(zhuǎn)運蛋白CAT1、EAAT3、y+LAT2、ASCT2 以及PEPT1 的表達，促進宮內(nèi)生長受限的哺乳期羔羊腸道中對氨基酸的吸收[9]。

1.3 提高禽蛋品質(zhì)

禽蛋是人類需求量最大的動物性蛋品質(zhì)來源之一。我國禽蛋產(chǎn)量和需求量均居世界之最。由于蛋殼本身的易碎性，在禽蛋的收集、包裝、運輸、儲存、銷售等活動中，因蛋殼破損造成的禽蛋損失約占總產(chǎn)量的6%～8%。因此，如何提高蛋禽的產(chǎn)蛋性能并減少禽蛋在流通過程中因蛋殼破損造成的禽蛋損失是提高禽蛋總產(chǎn)量的重要措施。蛋殼質(zhì)量與蛋殼厚度和蛋殼強度成正比，與蛋殼中乳突層的有效厚度、乳突間隙以及乳突寬度成反比。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加NCG 可通過增加蛋殼垂直晶體層、柵欄層以及表皮層的厚度，降低蛋殼乳突層有效厚度、乳突間隙以及乳突的寬度，從而提高蛋殼的強度。同時，NCG 還提高了海蘭白蛋雞的蛋殼厚度、蛋殼強度以及蛋黃色度（P＜0.05），但是NCG 對蛋重、蛋白高度、哈氏單位沒有顯著影響（P＞0.05）（表1）[9]。

2 NCG提高哺乳動物的繁殖性能

畜禽的高繁殖性能不僅可以滿足人們對畜禽產(chǎn)品日益增長的需求，還能增加畜牧業(yè)的經(jīng)濟效益，促進畜禽業(yè)的發(fā)展。集約化豬場在飼料開發(fā)與實踐應用環(huán)節(jié)的主要目的是提升資源利用率和豬群的成活率[10]。品種、營養(yǎng)、飼養(yǎng)管理條件、繁殖季節(jié)以及受胎率都會影響家畜的繁殖性能。卵泡發(fā)育質(zhì)量的好壞決定了畜禽繁殖性能的高低，營養(yǎng)條件、飼養(yǎng)管理環(huán)境都是通過影響畜禽的卵泡發(fā)育進一步影響繁殖性能的。卵泡發(fā)育所需要的營養(yǎng)物質(zhì)、激素以及生長因子通過血液循環(huán)的優(yōu)先分配和均衡供應是畜禽性腺發(fā)育和高繁殖性能的前提。

2.1 促進卵泡發(fā)育

哺乳動物原始卵泡由扁平的顆粒細胞和一個卵母細胞組成。當扁平的顆粒細胞變?yōu)榱⒎叫螘r，此時的卵泡為初次卵泡。顆粒細胞不斷增殖，由單層顆粒細胞變成多層顆粒細胞，初級卵泡發(fā)育為次級卵泡。因此卵泡顆粒細胞的增殖對卵泡的發(fā)育有重要作用。體外添加NCG 培養(yǎng)豬卵泡顆粒細胞發(fā)現(xiàn)，NCG抑制了大卵泡（直徑＞5 mm）顆粒細胞中基礎的以及由FSH 誘導的P4和E2的合成，促進了顆粒細胞的增殖；而NCG降低了小卵泡（直徑：1～5 mm）顆粒細胞中FSH和IGF1誘導的P4的合成，對E2的水平和細胞增殖沒有顯著的影響[11]。說明NCG可以通過調(diào)節(jié)卵泡顆粒細胞中類固醇激素的生成，調(diào)控卵巢發(fā)育，這有助于了解NCG 作為飼料添加劑影響畜禽繁殖性能的作用機制。體外添加NCG培養(yǎng)豬胎盤滋養(yǎng)層細胞，可下調(diào)細胞中CYP11A1、CYP19A1 和Cas?pase 3 mRNA的表達，上調(diào)CCND1和CDK4 mRNA的表達，抑制了細胞中P4、雄烯二酮、睪酮和E2的生成，促進了細胞增殖。但是對StAR、HSD17B4 和HSD3B mRNA 的表達量無顯著影響。因此，NCG 可能直接作用于豬胎盤滋養(yǎng)層細胞，在促進細胞增殖和抑制細胞凋亡的同時，通過減少細胞中激素的合成，抑制細胞的分化，從而調(diào)控胎盤功能[12]。Liu等[13]發(fā)現(xiàn)，使用NCG 體外培養(yǎng)小鼠下丘腦GnRH 神經(jīng)元GT1-7 細胞，可抑制GnRH 的分泌，促進細胞增殖。而高濃度的NCG（1.0 mmol/L）抑制了GT1-7 細胞中GnRH 和nNOS mRNA 的表達量。因此，高濃度的NCG 可能通過下調(diào)GnRH 合成和分泌相關的基因，抑制GnRH的合成，同時促進了GT1-7細胞增殖，直接或間接地調(diào)節(jié)了GnRH神經(jīng)元的功能。

2.2 促進多胎動物的產(chǎn)仔數(shù)

母羊營養(yǎng)不良會引起胎兒宮內(nèi)發(fā)育限制[14]。研究發(fā)現(xiàn)，飼糧中添加NCG，一方面可通過上調(diào)妊娠母豬臍靜脈中miR-15b 和miR-222 的表達，促進血管生成，調(diào)節(jié)臍靜脈和胎盤的功能；另一方面可上調(diào)與胚胎著床和胎兒發(fā)育密切相關的蛋白質(zhì)的表達，促進胎兒的生長發(fā)育[15-16]。Cai 等[17]報道，NCG可以增加血漿中NO 濃度，增強妊娠母豬中NOS3和VEGFA 的基因表達，促進血管生成，從而增加產(chǎn)仔數(shù)。此外，飼料中添加NCG 可通過調(diào)控胚胎的著床、子宮內(nèi)膜和胎盤的發(fā)育、胎兒發(fā)育以及羊水和血液中的代謝物，增加懷孕母豬的產(chǎn)仔數(shù)、活胎數(shù)，并最終增強母豬的繁殖性能[18]。母羊懷孕早期飼料中添加0.11%的NCG 飼喂40 d，血漿中精氨酸和脯氨酸以及iNOS 和NO 的濃度下降，降低了血漿氨的濃度，改善了胎兒發(fā)育的環(huán)境，提高了母羊的窩產(chǎn)羔數(shù)和窩產(chǎn)活羔數(shù)[19]。因此，NCG 可提高多胎動物產(chǎn)仔數(shù)、初生重以及活胎數(shù)量，增強哺乳動物的繁殖性能。因此，NCG具有提高哺乳動物繁殖性能的作用。

3 NCG在畜禽疾病治療中的作用

3.1 緩解氧化應激

當機體新陳代謝產(chǎn)生的活性氧（ROS）累積并超過自身抗氧化能力時，機體的氧化平衡系統(tǒng)遭到破壞，引起機體發(fā)生氧化應激反應。輕度的氧化應激有利于清除機體對抗不良環(huán)境產(chǎn)生的影響，但是過度的氧化應激會誘導細胞內(nèi)凋亡因子的釋放，引起細胞凋亡[20]。研究發(fā)現(xiàn)，飼料中添加0.1% NCG 能夠通過降低血漿中天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶、肌酸酐和甘油三酯的水平，增加血漿中總抗氧化能力和抗羥基自由基的活性，提高肝臟中過氧化氫酶和還原性谷胱甘肽的含量，提高SD 大鼠抗氧化能力，降低因注射敵草快引起的氧化應激反應，起到保護機體免受氧化應激損傷的作用[21]。Xiao等[22]也發(fā)現(xiàn)，NCG 可通過降低小鼠空腸中丙二醛的含量，增加過氧化氫酶和谷胱甘肽的含量，增強小鼠抗氧化能力，維持小鼠氧化應激狀態(tài)下空腸正常的形態(tài)結(jié)構(gòu)。NO 作為一種信號分子參與神經(jīng)傳遞、宿主防御、免疫調(diào)節(jié)、血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)以及調(diào)節(jié)細胞內(nèi)氧化還原反應的作用[23]。NCG 是NAG 的結(jié)構(gòu)類似物，在尿素循環(huán)中能夠代替NAG 產(chǎn)生內(nèi)源性的精氨酸[1，24]。在一氧化氮合酶的催化作用下，Arg 可以生成NO和瓜氨酸。飼糧中添加NCG可通過降低血漿中TNF-α，升高血漿中T-AOC并上調(diào)宮內(nèi)生長受限的仔豬腸道中GPx1、CAT、SOD2、Nrf2、NQO1、HO-1、eNOS 及iNOS mRNA 及蛋白的表達，緩解因仔豬生長性能和抗氧化能力下降的現(xiàn)象[25]。

3.2 抑制腸道炎癥

腸道的上皮屏障是由大量的緊密連接蛋白組成，主要成分包括Occludin、ZO-1 等。這些緊密連接維持腸道上皮正常的通透性[26]。當腸道出現(xiàn)炎癥反應時，緊密連接蛋白的表達量下調(diào)，腸上皮細胞的通透性增加。而NCG可以通過NO依賴途徑上調(diào)Occludin、ZO-1 蛋白的表達，增強腸道的屏障功能，緩解腸炎引起的腸道損傷[22]。除此之外，NCG 抑制氧化應激的小鼠脾臟中促炎因子IL-1β 和TNFαmRNA 的表達，上調(diào)抗炎因子TGF-βmRNA 的表達，緩解了由敵草快引起的小鼠脾臟炎癥反應[27]。

4 結(jié) 語

精氨酸廣泛用于飼料添加劑，但是由于精氨酸成本較高，而且與動物體內(nèi)其他必需氨基酸如色氨酸存在拮抗作用，影響了集體對其他氨基酸的吸收和利用，因此精氨酸的應用受到很大限制。NCG 可以促進哺乳動物內(nèi)源性精氨酸的合成，而且具有半衰期長、與其他氨基酸不存在拮抗作用的特點，因此NCG 越來越多的用于飼料添加劑應用于畜禽生產(chǎn)中，在抗氧化應激、提高動物生長和繁殖性能中具有很好的應用前景。