丙酮酸、肌酸和丙酮酸肌酸的生物學(xué)功能及其在畜禽生產(chǎn)中的應(yīng)用

毛 康 瞿明仁 臧一天 李艷嬌

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西省動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌 330045)

丙酮酸肌酸(creatine pyruvate，CrPyr)是一種新型的功能性營(yíng)養(yǎng)添加劑，分子式為C7H13N3O5，其中肌酸與丙酮酸占比為60∶40，主要成分為丙酮酸和肌酸。CrPyr的合成方式主要是通過丙酮酸和肌酸單體在10～30 ℃的溫度下，按肌酸與丙酮酸摩爾比為5∶1～1∶2的比例混合而成。該反應(yīng)可以在常規(guī)的裝置如混合器、葉片干燥器或者攪拌容器當(dāng)中進(jìn)行，且在有無稀釋劑(甲醇、乙醇和乙醚等)的條件下均能發(fā)生。CrPyr的物理特性具有安全、保存期長(zhǎng)、水溶解度大以及生物利用率高的特點(diǎn)[1]。CrPyr在運(yùn)動(dòng)員當(dāng)中使用較為廣泛，有研究報(bào)道稱CrPyr在增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)員肌肉質(zhì)量以及運(yùn)動(dòng)能力方面，其效果顯著優(yōu)于單獨(dú)使用肌酸[2]；但Van Schuylenbergh等[3]研究發(fā)現(xiàn)，自行車運(yùn)動(dòng)員口服7 g/d的CrPyr，對(duì)運(yùn)動(dòng)員的耐力和沖刺能力無顯著影響。目前，CrPyr主要應(yīng)用于醫(yī)藥原料及食品添加劑，在畜禽動(dòng)物上的研究應(yīng)用較少。因此，本文通過綜述近年來國(guó)內(nèi)外學(xué)者在丙酮酸、肌酸和CrPyr在畜禽上的研究，為開發(fā)CrPyr作為一種飼料添加劑在畜禽養(yǎng)殖中應(yīng)用提供參考。

1 丙酮酸、肌酸和CrPyr概述

1.1 丙酮酸概述

丙酮酸是生物體內(nèi)重要的有機(jī)小分子，分子式為C3H4O3，作為機(jī)體內(nèi)糖代謝、蛋白質(zhì)代謝和脂肪代謝三者之間重要的連接樞紐[4]，其在三大營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝中扮演著重要的角色，其代謝途徑如圖1[5]所示。丙酮酸不僅可以直接抑制機(jī)體內(nèi)過氧化氫(H2O2)的生成[6]，間接增加谷胱甘肽的含量[7]，從而增加機(jī)體的抗氧化能力；也可以進(jìn)入三羧酸循環(huán)為機(jī)體提供能量[8]。丙酮酸是一種黃色或者淡黃色的透明液體，自然條件下具有刺激性氣味，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，容易被氧化[9]，其在畜禽動(dòng)物生產(chǎn)上的添加形式一般為丙酮酸鈉、丙酮酸鈣和丙酮酸鎂，但是丙酮酸鎂和丙酮酸鈣中鈣離子和鎂離子加速了丙酮酸和丙酮酸根離子分解為二聚體、聚合物以及環(huán)狀合物，不利于保存；而丙酮酸鈉中額外補(bǔ)充的鈉離子，容易造成體液滯留，導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境紊亂。

雙框內(nèi)為主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，單框內(nèi)為主要胃中間代謝產(chǎn)物，劃底線者為重要發(fā)酵產(chǎn)物。The main nutrients are in the double box,the main gastric intermediate metabolites are in the single box,and the substances with bottom line are the important fermentation products.圖1 丙酮酸代謝途徑Fig.1 Metabolism pathway of pyruvic acid[5]

1.2 肌酸概述

肌酸是一種主要分布在骨骼肌中的氨基酸化合物，分子式為C4H9N3O2，機(jī)體內(nèi)可由L-精氨酸(L-Arg)、甘氨酸(Gly)和甲硫氨酸(Met)在肝臟中合成[10]，其合成代謝途徑如圖2[11]所示。研究表明，肌酸也有一定的抗氧化能力，其作用方式是通過清除細(xì)胞內(nèi)活性氧和活性氮來完成的[12]。同時(shí)，肌酸也可以作為一種能量補(bǔ)充劑為機(jī)體提供能量[13]。在畜禽生產(chǎn)中其添加形式一般為一水肌酸(creatine monohydration，CMH)，CHM可以通過維持肌肉當(dāng)中能量的平衡，減少糖類和蛋白質(zhì)的分解，降低脂肪的沉積，從而促進(jìn)肌肉的發(fā)育以及改善宰后肉品質(zhì)[11,14]；但是CMH的溶解性較差，造成其吸收率較低，在20 ℃條件下，1 L水中只能溶解13 g的CMH。

圖2 肌酸合成代謝途徑Fig.2 Synthesis and metabolism pathway of creatine[11]

1.3 CrPyr概述

CrPyr是一種新型的功能性營(yíng)養(yǎng)添加劑，具有肌酸的特性和丙酮酸的功能，同時(shí)又彌補(bǔ)了肌酸難溶于水、丙酮酸易氧化的缺點(diǎn)[9,15]，其結(jié)構(gòu)式如圖3所示。不過，我國(guó)《飼料添加劑品種目錄(2013)》中尚未加入CrPyr，但是其肌酸合成的前體物質(zhì)L-Arg、Gly以及與丙酮酸合成相關(guān)的檸檬酸、蘋果酸等可以作為添加劑用于動(dòng)物養(yǎng)殖中。CrPyr中的肌酸單體作為一種興奮劑，其安全性也受到一定的關(guān)注。Kreider等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在嬰兒、青年和老年人當(dāng)中短期或者長(zhǎng)期補(bǔ)充肌酸(最多30 g/d，持續(xù)5年)，均表現(xiàn)出安全且良好的耐受性，在整個(gè)試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)3 g/d肌酸可以提供顯著的健康益處；Gualano等[17]研究表明，連續(xù)補(bǔ)充5 g/d肌酸、持續(xù)12周，不會(huì)損害Ⅱ型糖尿病患者的腎功能，并且建議患有糖尿病的人每天攝入5 g肌酸有助于機(jī)體健康。因此，適量攝入肌酸對(duì)機(jī)體有益。

圖3 CrPyr結(jié)構(gòu)式Fig.3 Structural formula of CrPyr

2 丙酮酸、肌酸和CrPyr的生物學(xué)功能

2.1 調(diào)控機(jī)體能量代謝

CrPyr可以調(diào)控機(jī)體能量代謝。Scheer等[18]用100 μmol/L的CrPyr灌胃小鼠，發(fā)現(xiàn)CrPyr能夠在機(jī)體內(nèi)分解為2種代謝中間產(chǎn)物丙酮酸和肌酸，可以改善神經(jīng)組織的能量代謝，而且與肌酸相比，其作用效果更加顯著和迅速。而在胚蛋當(dāng)中注射CrPyr可以提高孵化19 d雞胚肝臟中丙酮酸和葡萄糖的含量以及6-磷酸葡萄糖酶的活性，同時(shí)提高糖異生相關(guān)基因丙酮酸羧化酶(pyruvate carboxylase，PC)和磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶(phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK)的mRNA表達(dá)量[19]。單磷酸腺苷活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)是細(xì)胞能量“感受器”，在能量代謝過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[20]。有文獻(xiàn)報(bào)道，補(bǔ)充肌酸可以使腎上皮細(xì)胞中肌酸含量升高，導(dǎo)致磷酸肌酸與肌酸的比值下降，從而激活A(yù)MPK通路[21-22]。在仔豬模型中，灌注丙酮酸可以激活A(yù)MPK和己糖胺生物合成途徑，并通過增強(qiáng)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucose transporter，GLUT)4的表達(dá)來維持能量代謝的平衡[23]。丙酮酸和肌酸都具有調(diào)節(jié)能量代謝的功能，作為二者的復(fù)合體，CrPyr也具有類似的功能。趙敏孟[19]研究發(fā)現(xiàn)，胚蛋注射CrPyr可以提高肉雞出殼后第19天胸肌中ADP的含量，降低胸肌中ATP的含量，同時(shí)肝臟中6-磷酸葡萄糖酶以及胸肌中肌酸激酶的活性都有所提高。分析其原因可能是CrPyr促進(jìn)了胸肌對(duì)葡萄糖的攝取，同時(shí)提高了糖酵解過程中關(guān)鍵酶的活性，促進(jìn)了胸肌當(dāng)中葡萄糖的分解功能，而這一過程可能與注射CrPyr之后激活了肉雞胸肌中肝激酶B1(liver kinase B1，LKB1)/AMPK信號(hào)通路有關(guān)。

2.2 抗氧化功能

CrPyr具有一定的抗氧化功能。丙酮酸是葡萄糖代謝的關(guān)鍵產(chǎn)物，是一種可以與H2O2反應(yīng)的α-酮酸[6]，其抗氧化能力主要有2個(gè)途徑：一個(gè)是丙酮酸直接通過非酶促的去碳酸基反應(yīng)抑制H2O2；另一個(gè)是丙酮酸通過三羧酸循環(huán)，增加磷酸戊糖途徑產(chǎn)生還原性輔酶Ⅱ的含量，從而間接增加谷胱甘肽抗氧化系統(tǒng)能力[24-26]。研究表明，肌酸也具有一定的抗氧化能力[27]。Lawler等[28]將細(xì)胞暴露在2,2’-聯(lián)氮雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽(ABTS+)和過氧硝酸鹽的環(huán)境中，然后添加40 mmol/L肌酸，發(fā)現(xiàn)肌酸顯著降低了ABTS+和過氧硝酸鹽的水平。在單核細(xì)胞與肌酸共同孵育2 h后，用H2O2或者過氧硝酸鹽處理，與對(duì)照組相比，肌酸組細(xì)胞的活力顯著升高[12]。而在機(jī)體中，額外補(bǔ)充肌酸可以降低肌酸從頭合成的原料，增加細(xì)胞內(nèi)精氨酸(Arg)的含量；而Arg含量的升高可以促進(jìn)機(jī)體谷氨酰胺的生成，谷氨酰胺可以緩解細(xì)胞內(nèi)的氧化損傷[29-30]，從而提高機(jī)體的抗氧化能力。在大鼠的試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，CrPyr可以顯著提高骨骼肌當(dāng)中Arg的含量[31]。此外，劉琳[32]研究發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激條件下，飼糧添加CrPyr可以顯著降低肉牛血清丙二醛含量，顯著提高血清超氧化物歧化酶活性。這說明CrPyr可以緩解熱應(yīng)激造成的機(jī)體氧化損傷，提高機(jī)體的抗氧化能力。

2.3 調(diào)控肌肉發(fā)育

洪平等[2]研究發(fā)現(xiàn)，國(guó)家青年籃球隊(duì)運(yùn)動(dòng)員在訓(xùn)練過程中連續(xù)6周每天補(bǔ)充10 g CrPyr，能夠顯著增加肌肉的重量，明顯提高運(yùn)動(dòng)能力。Tang等[33]研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充肌酸可以降低運(yùn)動(dòng)員肌肉中糖原和蛋白質(zhì)的降解。早在1974年就有人提出肌酸可以控制蛋白質(zhì)的合成[34]，而蛋白質(zhì)的合成與降解在肌肉發(fā)育的過程中起著十分重要的作用[35]。在哺乳動(dòng)物中，骨骼肌是肌肉組織當(dāng)中很重要的一個(gè)組成部分，機(jī)體的大部分蛋白質(zhì)都是由骨骼肌組成[36-37]。王巖[27]通過C2C12細(xì)胞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞經(jīng)2 mmol/L肌酸處理后可以顯著增加肌球蛋白重鏈(myosin heavy chain，MyHC)和肌細(xì)胞生成素(myogenin，MyoG)的蛋白表達(dá)量；并且在小鼠肌肉損傷模型中也發(fā)現(xiàn)，肌酸處理后的細(xì)胞可以增加肌核數(shù)，從而形成更多的肌纖維。肌酸促進(jìn)骨骼肌生長(zhǎng)的潛在機(jī)制還不清楚，但現(xiàn)有證據(jù)表明，肌酸誘導(dǎo)的肌肉發(fā)育可能是通過不同的機(jī)制發(fā)生：1)肌酸的滲透負(fù)荷特性激活滲透感知，可以刺激蛋白質(zhì)合成代謝途徑；2)直接刺激肌原纖維蛋白合成的信號(hào)通路；3)通過調(diào)節(jié)肌源調(diào)控因子(muscle regulatory factors，MRFs)、合成代謝和肥大肌球蛋白來刺激衛(wèi)星細(xì)胞增殖和肌肉分化，從而促進(jìn)肌肉的生成。

哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，參與體內(nèi)許多信號(hào)傳導(dǎo)途徑，包括調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成、細(xì)胞生長(zhǎng)和內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)[38]。而胰島素、氨基酸和生長(zhǎng)因子均可激活mTOR信號(hào)通路。研究表明，CrPyr可以顯著提高3日齡肉仔雞血漿胰島素含量，并且提高腿肌中mTOR信號(hào)通路的上下游關(guān)鍵信號(hào)因子胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)、mTOR、真核翻譯起始因子4E結(jié)合蛋白1(eukaryotic translation initiation factor 4E binding protein 1，4EBP1)以及核糖體蛋白S6激酶β1(Ribosomal protein S6 kinase beta-1，S6K1)基因的相對(duì)表達(dá)量，同時(shí)下調(diào)叉頭框蛋白O1(Forkhead box protein O1，F(xiàn)oxO1)及泛素連接酶E3的關(guān)鍵編碼基因表達(dá)水平，抑制泛素蛋白酶體途徑降解肌肉蛋白，有利于腿肌發(fā)育[39]。在激素方面，補(bǔ)充肌酸可以增加生長(zhǎng)激素的含量，生長(zhǎng)激素含量升高可以促進(jìn)肌肉的發(fā)育，持續(xù)訓(xùn)練之前補(bǔ)充肌酸可以提高肌肉的質(zhì)量[40-41]。在成熟的肌肉中，肌核不分裂，因此衛(wèi)星細(xì)胞被認(rèn)為是生長(zhǎng)過程中的關(guān)鍵細(xì)胞。衛(wèi)星細(xì)胞的激活、增殖、分化可以替代肌纖維的發(fā)育，并且在肌肉受到損傷后，衛(wèi)星細(xì)胞可以與受損肌纖維融合，恢復(fù)肌核的數(shù)量以及肌纖維的體積和含量[42]。體外研究表明，與對(duì)照組相比，補(bǔ)充肌酸可以顯著誘導(dǎo)綿羊衛(wèi)星細(xì)胞的分化但不影響衛(wèi)星細(xì)胞的存活率[43]。在人體試驗(yàn)中補(bǔ)充肌酸可以提高骨骼肌細(xì)胞有絲分裂的活性以及骨骼肌細(xì)胞的數(shù)目，同時(shí)發(fā)現(xiàn)這與MRFs基因家族成員MyoG基因的表達(dá)水平有關(guān)[44-45]。除了激素和生長(zhǎng)因子特定的營(yíng)養(yǎng)素外，肌肉蛋白質(zhì)的合成速率也受細(xì)胞能量狀態(tài)的調(diào)節(jié)。AMPK是細(xì)胞能量狀態(tài)的感受器[46]，AMPK結(jié)節(jié)性硬質(zhì)復(fù)合物和Raptor磷酸化可以抑制mTOR的激活，從而調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的合成[47-48]。Fu等[47]研究發(fā)現(xiàn)，抑制AMPK活性可以下調(diào)MyoG基因的表達(dá)，從而抑制骨骼肌衛(wèi)星細(xì)胞的激活和分化。而AMPK的激活會(huì)抑制熱激蛋白表達(dá)，使miRNA-1沉默，進(jìn)一步抑制肌束肥大[49]，而胚蛋注射CrPyr可以激活肉仔雞出殼當(dāng)天胸肌中AMPK信號(hào)通路，促進(jìn)葡糖糖的分解供能，同時(shí)提高胸肌重量以及胸肌的相對(duì)重量，并使肌肉組織中肌球蛋白輕鏈和肌動(dòng)蛋白的表達(dá)量增加[9,19]，所以CrPyr可以通過AMPK通路調(diào)節(jié)肌肉蛋白質(zhì)的合成代謝，從而調(diào)控肌肉的發(fā)育。

2.4 其他作用

目前常見的外源性丙酮酸大多數(shù)是以丙酮酸鹽的形式存在，在高脂誘導(dǎo)的小鼠中灌胃丙酮酸鈣可以有效預(yù)防大鼠肥胖和高血脂的發(fā)生[50]。郭英杰等[51]以游泳大鼠為研究對(duì)象，探究補(bǔ)充丙酮酸對(duì)其機(jī)體的影響，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)組大鼠腹部脂肪的含量顯著低于對(duì)照組。肌酸還有一定的抗炎作用，通過體外試驗(yàn)表明，補(bǔ)充肌酸可以提高內(nèi)皮細(xì)胞的抗炎能力，并且給患有腫瘤的大鼠灌胃肌酸，可以發(fā)現(xiàn)大鼠血漿白細(xì)胞介素-6含量較低，而白細(xì)胞介素-10含量較高[52-53]。在肉雞飼糧中添加5%和10% CrPyr能夠降低肉雞的腹脂率，以及血清和肝臟中甘油三酯含量[9]。因此，丙酮酸、肌酸和CrPyr在抗炎和降低脂肪沉積方面也具有一定的效果。

3 丙酮酸、肌酸和CrPyr在畜禽上的應(yīng)用

3.1 在家禽上的應(yīng)用

CrPyr作為一種能量供應(yīng)物，目前在肉雞出殼前研究較多。Zhao等[54]在胚蛋孵化17.5 d的時(shí)候每個(gè)蛋分別注射3、6和12 mg的CrPyr，發(fā)現(xiàn)不同處理的肉雞種蛋的孵化率沒有顯著差異，但是12 mg CrPyr顯著提高了肉雞出生第3天和第7天的體重，6和12 mg CrPyr顯著提高了肉雞出生第21天的體重，并且在孵化后8～21 d這個(gè)期間的采食量顯著高于對(duì)照組。Yang等[55]在胚蛋中注射20 g/L的CrPyr，發(fā)現(xiàn)CrPyr顯著增加了注射后第2天肉雞大腿肌肉中葡萄糖的含量，顯著提高了注射后第2天以及孵化當(dāng)天肌酸的含量，同時(shí)也提高了孵化當(dāng)天GLUT3和GLUT8 mRNA的表達(dá)量。Chen等[56]用1日齡肉雞做為研究對(duì)象，探究CrPyr對(duì)脂質(zhì)和蛋白質(zhì)代謝的影響，發(fā)現(xiàn)CrPyr顯著增加了血清中非酯化脂肪酸和高密度脂蛋白的含量，并且顯著提高了肝臟當(dāng)中肉堿棕櫚酰轉(zhuǎn)移酶-1(carnitine palmityl transferase-1，CPT-1)和過氧化物酶體增殖物激活受體α(peroxisome proliferators-activated receptor α，PPARα)基因的mRNA表達(dá)量，表明CrPyr可以通過加快脂肪酸β-氧化，從而降低脂肪的沉積；同時(shí)，在肌肉上的結(jié)果表明，CrPyr顯著提高了腿肌的重量，并且使胰島素生長(zhǎng)因子Ⅰ表達(dá)增強(qiáng)，肌肉生長(zhǎng)抑制素(myostatin)mRNA表達(dá)量降低，而胰島素生長(zhǎng)因子Ⅰ可以促進(jìn)肌肉蛋白質(zhì)的合成[57]，myostatin基因可以抑制肌肉的生長(zhǎng)[58]，因此CrPyr在一定程度上可以調(diào)控肌肉的生長(zhǎng)發(fā)育。

CMH也是畜禽養(yǎng)殖業(yè)當(dāng)中肌酸的一種添加形式，張柏林等[59]通過在運(yùn)輸前對(duì)黔東南小香雞飼喂CMH，發(fā)現(xiàn)飼喂CMH后，對(duì)小香雞的平均日采食量、平均日增重以及料重比沒有顯著影響，但胸肌糖代謝指標(biāo)丙酮酸激酶、已糖激酶和2,6-二磷酸果糖酶的活性顯著降低，并且胸肌的亮度(L*)值、滴水損失以及蒸煮損失也顯著下降，這說明肌酸可以降低宰后肌肉中糖酵解能力，調(diào)控宰后肉品質(zhì)。祁晶等[60]研究宰前飼喂13 d CMH，可以降低運(yùn)輸過程中北京鴨胸肌糖酵解水平，降低胸大肌乳酸含量以及提高胸肌宰后24 h的pH。呂朋安等[61]探究了CrPyr對(duì)雛雞空腸消化功能的影響，發(fā)現(xiàn)CrPyr顯著提高了出殼當(dāng)天肉雞空腸蔗糖酶、麥芽糖酶和堿性磷酸酶的活性，顯著上調(diào)了21日齡空腸堿性氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體(cationic amino acid transporter,CAT)、寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體1(oligopeptide transporter1，PepT1)以及GLUT2基因的mRNA表達(dá)量，表明CrPyr可以提高肉雞空腸對(duì)飼糧中糖類和蛋白質(zhì)的消化和吸收。

綜上可知，在家禽飼糧中添加CHM或者CrPyr均可提高機(jī)體的能量利用效率，降低宰后肌肉的糖酵解能力，并且有助于肌肉發(fā)育，同時(shí)CHM可以調(diào)控宰后肉品質(zhì)，CrPyr可以提高空腸的消化和吸收能力。

3.2 在豬上的應(yīng)用

CrPyr直接作用于豬生產(chǎn)方面的應(yīng)用還未見報(bào)道，但其有效成分肌酸研究較多。門小明[62]研究發(fā)現(xiàn)，在育肥豬飼糧中添加CMH及其組合添加物(CMH+α-硫辛酸)，能夠顯著降低其背膘厚，有降低背最長(zhǎng)肌脂肪含量的趨勢(shì)，并且可以顯著提高背最長(zhǎng)肌肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因以及肌紅蛋白和MyHCⅡa基因的表達(dá)水平。Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)，CMH可以顯著提高育肥豬的平均日采食量，降低背最長(zhǎng)肌或半腱肌中宰后45 min的pH和滴水損失，并增加其背最長(zhǎng)肌、半腱肌、肝臟和腎臟中肌酸和磷酸肌酸的含量以及肌酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的mRNA表達(dá)，從而調(diào)控宰后肉質(zhì)的能量代謝。此外，有學(xué)者研究在低氧條件下添加肌酸對(duì)豬精子活力的影響，發(fā)現(xiàn)低氧條件下精子在30 min內(nèi)可以鋸齒狀運(yùn)動(dòng)，但是在肌酸處理之后，精子可以進(jìn)行120 min曲折運(yùn)動(dòng)，表明肌酸可能會(huì)提高豬精液中精子的活力[63]。

綜上所述，在豬生產(chǎn)中飼喂CHM可以有效提高生產(chǎn)性能，降低背部脂肪的沉積，并且能為機(jī)體提供能量從而調(diào)控宰后肉品質(zhì)。

3.3 在反芻動(dòng)物上的應(yīng)用

對(duì)于反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)來說，氮的補(bǔ)充尤為重要，而肌酸是蛋白質(zhì)代謝和能量代謝中重要的含氮化合物之一。在過去的幾十年里，肌酸被廣泛地用于反芻動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)中氮的補(bǔ)充劑。而肌酸能夠被反芻動(dòng)物有效利用是源于氨(NH3)的緩慢釋放。從肌酸轉(zhuǎn)變成NH3需要2個(gè)反應(yīng)，首先肌酸被瘤胃細(xì)菌降解為尿素和肌氨酸，然后尿素在尿素酶的作用下催化成二氧化碳(CO2)和NH3[64]。本課題組最近研究發(fā)現(xiàn)，在熱應(yīng)激條件下，肉牛飼糧中添加20、40和60 g/d的CrPyr，可以提高瘤胃pH、微生物蛋白(MCP)含量以及血液中超氧化物歧化酶的活性，降低血液中丙二醛的含量以及皮質(zhì)醇的水平，表明CrPyr通過提高抗氧化能力和微生物蛋白的合成來緩解肉牛熱應(yīng)激[65]。為了探究CrPyr緩解肉牛熱應(yīng)激的具體作用機(jī)制，本課題組又通過16S rDNA和蛋白質(zhì)組學(xué)進(jìn)行深入分析，與對(duì)照組相比，CrPyr添加組瘤胃菌群α多樣性無顯著差異，但是添加CrPyr上調(diào)了瘤胃細(xì)菌中脂肪酸β-氧化相關(guān)酶的表達(dá)，提高了肉牛粗脂肪消化率，并且可以上調(diào)參與糖異生和糖酵解相關(guān)酶的表達(dá)；而脂肪酸β-氧化生成的乙酰輔酶A和丙酮酸代謝生成的草酰乙酸進(jìn)入三羧酸循環(huán)，可以產(chǎn)生更多α-酮戊二酸，而α-酮戊二酸與肌酸釋放的NH3可以促進(jìn)MCP的合成；丙酮酸代謝產(chǎn)生更多的ATP以及MCP含量的增加可能進(jìn)一步降低氧化應(yīng)激，調(diào)節(jié)能量代謝，從而緩解熱應(yīng)激造成的損傷[66]。此外，本課題組又研究了包被CrPyr緩解肉牛長(zhǎng)途運(yùn)輸應(yīng)激的效果，Mao等[67]在肉牛長(zhǎng)途運(yùn)輸前飼喂30 d包被CrPyr，發(fā)現(xiàn)包被CrPyr能夠緩解長(zhǎng)途運(yùn)輸導(dǎo)致的瘤胃菌群紊亂，在門水平上可以提高厚壁菌門，降低擬桿菌門的豐度，在屬水平上可以降低普雷沃氏菌屬的豐度。以上研究表明，CrPyr可以調(diào)控應(yīng)激狀態(tài)下瘤胃微生物的紊亂。楊俊花等[68]研究了丙酮酸鈣對(duì)山羊瘤胃消化代謝的影響，發(fā)現(xiàn)添加丙酮酸鈣對(duì)瘤胃pH、氨態(tài)氮(NH3-N)和MCP含量無顯著影響。

綜上所述，肌酸可以促進(jìn)瘤胃當(dāng)中NH3的生成；CrPyr可以改善瘤胃的發(fā)酵功能，調(diào)控機(jī)體能量代謝，并通過提高機(jī)體的抗氧化能力從而緩解應(yīng)激造成的機(jī)體損傷。

4 小結(jié)與展望

丙酮酸和肌酸作為機(jī)體重要的能量代謝物質(zhì)，可以調(diào)控多種生理反應(yīng)，但是其單體又具有容易氧化和溶解性差的缺點(diǎn)。CrPyr剛好彌補(bǔ)了這些缺點(diǎn)，又兼具二者優(yōu)勢(shì)，不僅能夠提高機(jī)體生長(zhǎng)性能和抗氧化能力，又可以調(diào)控機(jī)體蛋白質(zhì)和脂肪代謝，而且還能為機(jī)體提供能量，改善宰后肉品質(zhì)和胴體性狀。然而，CrPyr還沒有列入飼料添加劑目錄，也沒有獲得推薦劑量，在生產(chǎn)上的應(yīng)用還不夠普及，未來可以在不同動(dòng)物、動(dòng)物不同生長(zhǎng)階段以及不同年齡上面進(jìn)行添加劑量梯度試驗(yàn)，以確定適宜添加量，從而提高CrPyr的生物學(xué)效率以及降低飼料成本，為CrPyr的科學(xué)利用提供支撐。