谷氨酰胺二肽的生理功能及其在断奶仔猪上的应用

山东省滨州畜牧兽医研究院 霍 芳 付石军 郭时金 张志美 沈志强

在早期断奶仔猪日粮中添加适量的谷氨酰胺（Gln）可缓解仔猪断奶应激，提高断奶仔猪生长性能和免疫能力，降低腹泻率，但Gln具有热不稳定性及溶解度低等缺点，严重影响了Gln在动物生产中的应用。谷氨酰胺二肽是Gln和其他氨基酸形成的一种复合物，主要包括丙氨酰-谷氨酰胺（Ala-Gln）和甘氨酰-谷氨酰胺（Gly-Gln）。 谷氨酰胺二肽具有水溶解度高、稳定性好、吸收率高等优点，在动物生产上有很好的应用前景。本文综述了谷氨酰胺二肽的代谢机制、生理功能及其对早期断奶仔猪生长性能、免疫功能、抗氧化机能及激素水平等方面的影响。

1 谷氨酰胺二肽的生理功能

1.1 保护肠道完整性 谷氨酰胺二肽具有维持断奶仔猪肠道正常形态、结构和功能等作用。王辉（2010）研究表明，谷氨酰胺二肽可通过提高空肠组织谷氨酰胺酶活力和二胺氧化酶活力，加强细胞对谷氨酰胺的利用强度，从而促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，提高组织蛋白含量，最终起到保护细胞完整性的作用。谷氨酰胺二肽保护肠道完整性的作用机制可能是：（1）谷氨酰胺二肽提供了小肠上皮细胞复制的“燃料”和氮源-Gln，作为肠黏膜的主要能量来源及嘌呤和蛋白质的氮源供体，用于维持依赖于ATP的许多代谢过程的顺利进行；（2）由Gln代谢产生的鸟氨酸是多胺合成的重要前提，而多胺是一种脂肪组胺类，在肠道细胞的增殖、分化及受损肠上皮的修复等过程中均有重要的作用；（3）由Gln代谢产生的精氨酸（Arg）作为合成NO的前体发挥着重要作用，NO在调控小肠血流、肠道的分泌及完整性等方面起重要作用；（4）以Gln代谢产物为主要前体而合成的谷胱甘肽在保护肠道免受细菌和毒素的侵害中也有积极作用（袁雪波等，2009）。

1.2 维持机体免疫功能 谷氨酰胺二肽在维持机体免疫功能中起着非常重要的作用。谷氨酰胺二肽分解成谷氨酰胺后，主要是通过参与淋巴细胞的代谢，影响多种激素以及细胞因子的分泌等方面对机体免疫应答发挥作用，它既是淋巴细胞和巨噬细胞的主要能源，又是淋巴细胞受抗原刺激后大量增殖分化中核苷酸合成的重要前体，使胸腺细胞计数增多，增加植物血凝素有丝分裂原的产生，并且显著提高T淋巴细胞对有丝分裂原的反应性，有利于巨噬细胞在免疫应答过程中合成mRNA，释放大量分泌性细胞因子（如肿瘤坏死因子、白细胞介素），增强巨噬细胞吞噬能力（陈娟娟和车向荣，2007）。

谷氨酰胺二肽可以代替Gln改善应激状态下肠道免疫功能，保护小肠黏膜屏障以抵抗细菌、毒素的入侵，减少细菌移位，促进淋巴细胞的增殖（余珊珊，2011）。机体在应激状态下，Gln的缺乏会大幅降低肠腔中分泌型免疫球蛋白 （S-IgA）的含量，S-IgA是在肠道内起主要免疫功能作用的浆细胞分泌IgA与内皮细胞的结合物，其在阻止细菌对肠上皮细胞表面的黏附、抑制细菌增殖、中和毒素、保护肠黏膜及减少细菌移位等方面起重要作用。谷氨酰胺二肽分解后生成Gln，补充了肠道的Gln，维持S-IgA正常功能发挥。同时，它为免疫活性细胞增殖提供能源，又是免疫活性细胞大量增殖分化过程中的蛋白质和核酸合成的重要前体。从而调节免疫活性细胞释放分泌性细胞因子、细胞毒素和免疫球蛋白。

1.3 增强机体抗氧化功能 Gln是肠黏膜细胞的主要能源物质，并参与机体内还原型谷胱甘肽（GSH）的合成。动物机体内GSH和超氧化物歧化酶（SOD）在清除自由基和维持细胞结构方面具有重要的作用。在日粮中添加谷氨酰胺二肽可以通过提高血清中的GSH和SOD浓度，降低黄嘌呤氧化酶浓度来增强机体的抗氧化能力（史英钦等，2002）。小鼠长期口服谷氨酰胺二肽会增加肌肉和肝脏的GSH的储存量，同时改善细胞的氧化还原状态（Cruzat和 Tirapegui，2009）。谷氨酰胺二肽发挥作用的机制可能为：（1）优先满足免疫系统和胃肠道对 Gln需要；（2）改善机体氮平衡；（3）恢复细胞内Gln代谢池的正常值。在应激和严重疾病时，机体因自由基的形成增加，抗氧化能力下降，供给谷氨酰胺二肽能恢复因消耗而减少的GSH储存量，从而消除自由基对细胞的损伤 （郎淑妮和雷奇，2009）。

1.4 提高机体生长性能 谷氨酰胺二肽能促进肠道上皮细胞的增殖分化及受损肠道的修复，增加细胞内抗氧化能力及保护肠细胞免受氧自由基损伤，维持肠道结构的完整性及正常的非特异性和特异性免疫功能，而且能不断为动物肠黏膜细胞更新提供能量来源和代谢前体，从而减少外界不利因素造成的动物生产性能下降。曾翠平（2004）研究发现，Gly-Gln可通过提高机体的抗氧化能力，防止或缓减应激造成的过氧化损伤；也可能通过促进肝细胞和骨骼肌卫星细胞的增殖与胰岛素样生长因子（IGF-I）的分泌，提高肝脏、肌肉组织IGF-I mRNA和生长激素受体mRNA的表达，使血液中的IGF-I水平提高，IGF-I自分泌或旁分泌作用增强，进而促进蛋白质合成，提高养分利用率，最终促进动物生长。

2 谷氨酰胺二肽在体内的吸收与代谢途径

Gly-Gln和Ala-Gln在机体内的吸收与代谢途径存在一定的差异，但它们均能被有效地分解为氨基酸而被机体利用。在给予谷氨酰胺二肽之前，通过肠和肾的Gln平衡为净摄取，肝脏和骨骼肌的Gln平衡为中性；而给予谷氨酰胺二肽后，肝脏Gln平衡为净摄取，肾脏为净释放，且与给予二肽的量成比例地增加或减少，肠和骨骼肌中Gln平衡却无明显变化。机体大部分谷氨酰胺二肽均被肾分解为氨基酸，再被释放入血液中，被其他器官利用，尿中仅能检测到极微量的谷氨酰胺二肽和 Gln（Adibi等，1993）。

2.1 谷氨酰胺二肽在肠道中的代谢 小肽能以完整形式被肠道吸收。肠道小肽的吸收是依靠肠黏膜上的肽类转运系统逆浓度进行 （Yi等，2005）。肠黏膜肽类转运系统主要是具有pH依赖性的非耗能性H+交换转运系统，转运过程依靠H+向细胞内的电化学质子梯度供能；当缺少H+时，依靠膜外的底物浓度进行；当存在细胞外高内低的H+时，则以逆底物浓度的生电共转运进行（Daniel等，1994）。小肠黏膜吸收谷氨酰胺二肽可能有两种途径：（1）谷氨酰胺二肽在细胞外经胞膜二肽酶水解释放出Gln，再被肠黏膜吸收；（2）谷氨酰胺二肽被转运至上皮细胞内，经胞质内二肽酶水解释放出Gln。王辉（2010）研究表明，Ala-Gln二肽和Gly-Gln二肽在断奶仔猪空肠培养液中培养60 min后并不完全被降解，其降解速率分别是（0.17±0.03）mmol/L·min 和（0.19±0.03）mmol/L·min。40 min内Ala-Gln二肽和Gly-Gln二肽能以完整形式被吸收，吸收量分别是（10.26±0.74）mmol/L 和 （7.25±1.47）mmol/L；Ala-Gln 二肽吸收速率高于Gly-Gln二肽。

2.2 谷氨酰胺二肽在血液中的代谢 血液中谷氨酰胺二肽的代谢可能有三种途径：（1）在血液循环中水解；（2）被血管壁膜上的二肽酶水解；（3）经主动转运或被动扩散以完整形式进入细胞后再被酶水解。血液中存在水解二肽的酶，可以分解谷氨酰胺二肽，但不是清除谷氨酰胺二肽的主要形式。肝脏和骨骼肌内没有二肽转运系统，二肽的水解主要是通过血管壁膜上的二肽酶在细胞外水解，肝血窦内皮细胞以及骨骼肌血管内皮细胞上均发现存在水解二肽的酶。对谷氨酰胺二肽的清除能起一定的作用。肾小管上皮细胞刷状缘上存在两类二肽转运系统，均能将二肽以完整形式转运到细胞内，再被水解利用。

3 谷氨酰胺二肽在断奶仔猪上的应用

3.1 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪生长性能的影响谷氨酰胺二肽能够缓解断奶应激对仔猪肠道造成的损伤，降低腹泻率，从而提高断奶仔猪的生产性能。杨彩梅（2006）研究结果表明，在断奶仔猪日粮中分别添加谷氨酰胺二肽和Gln，谷氨酰胺二肽的吸收和利用率明显高于Gln。低剂量谷氨酰胺二肽能够达到与高剂量Gln相同的效果，二者相同剂量时谷氨酰胺二肽的作用效果更明显；而过量添加谷氨酰胺二肽有负面影响，其可能原因是Gly-Gln进入机体后，大量水解成Gln和Gly，过量的Gly使基础日粮的氨基酸平衡发生改变。袁雪波等（2012）研究Ala-Gln对早期断奶仔猪生长性能、血液生化指标和小肠黏膜酶活性的影响，结果表明，Ala-Gln在早期断奶仔猪饲粮中的适宜添加量为0.27%。

聂刘明等（2002）给28日龄断奶仔猪饲喂含谷氨酰胺二肽的饲粮，与对照组相比，仔猪平均日采食量提高了2.42%，平均日增重提高13.49%，料重比降低9.50%，腹泻率降低64.22%。刘伟敏等（2003）研究发现，添加0.5%谷氨酰胺二肽与2%乳清粉混合物和1%谷氨酰胺二肽能显著改善仔猪的日增重、采食量和料比重，可有效缓解早期断奶应激综合征。曾翠平（2004）研究得出，通过在日粮中给断奶仔猪补充适量Gly-Gln（0.15%～0.25%）可改善断奶仔猪生产性能，并达到添加0.3%～0.5%Gln单体的效果，而高剂量（0.3% ～0.5%）添加效果较差。席鹏彬等（2007）在日粮中添加0.125%～0.5%谷氨酰胺二肽，可改善21日龄仔猪饲料转化效率，其中以0.125%和0.25%添加量效果较好。黄冠庆和林红英（2009）在21日龄断奶仔猪日粮中添加Gly-Gln，经21 d的饲养试验发现，仔猪的腹泻率明显降低，采食量、平均日增重、饲料转化率均有所提高。黄冠庆等 （2008）在21 d龄断奶仔猪日粮中分别添加0.1%、0.3%和0.5%Ala-Gln，结果表明，低剂量（0.1%）可显著提高仔猪断奶后1～10 d的生产性能，中剂量（0.3%）和高剂量（0.5%）也可显著提高仔猪断奶后11～20 d的生产性能，推测这可能与谷氨酰胺二肽的形式有关。

3.2 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪免疫功能的影响周荣艳（2004）研究结果发现，在体外细胞培养液中，Ala-Gln在一定的浓度范围对体外培养的早期断奶仔猪肠系膜淋巴结细胞增殖有促进作用，浓度在1 mmol/L时刺激指数最大，且与浓度为2 mmol/L游离Gln作用效果相似。席彬鹏等（2007）研究发现，在日粮中添加谷氨酰胺二肽可显著提高断奶仔猪第10天（21日龄）和第21天血液CD4+/CD8+比值（P＜0.05），有利于增强断奶仔猪细胞免疫功能，且以0.125%和0.250%浓度的谷氨酰胺二肽增强细胞免疫功能效果最佳。Jiang等（2009）研究结果表明，Gly-Gln可以明显缓解断奶仔猪因应激对生长性能和免疫功能造成的抑制，并且可以调节免疫细胞分泌细胞因子，增强仔猪细胞免疫。

3.3 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪抗氧化功能的影响曾翠平（2004）在21日龄断奶仔猪日粮中分别添不同水平的Gly-Gln，结果显示，添加0.15%和0.30%Gly-Gln不仅可提高仔猪血清SOD活性，还可显著提高肝脏和小肠黏膜SOD和血清谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性（P ＜ 0.05），降低血清、回肠黏膜丙二醛（MDA）含量，防止或减缓应激造成的过氧化损伤。席鹏彬等（2007）研究表明，高剂量（0.50%）谷氨酰胺二肽可显著提高血清SOD水平（P＜0.05）。 黄冠庆等（2008）研究发现，添加Ala-Gln对仔猪血清过氧化氢酶（CAT）、GSH-Px活力，血清总抗氧化能力 （T-AOC）和MDA含量均有不同程度的影响，其中添加0.1%、0.3%和0.5%的Ala-Gln均能显著提高仔猪血清GSH-Px活力（P ＜ 0.05）；31日龄和 41日龄时，血清GSH-Px活力呈线性升高。在仔猪日粮中添加0.15%、0.30%和0.45%的Ala-Gln，49日龄的仔猪血清T-AOC和T-SOD含量呈二次线性升高（P＜0.05）（陈恒灿等，2011）。

3.4 谷氨酰胺二肽对断奶仔猪激素水平的影响曾翠萍（2004）研究表明，日粮中添加0.15%Gly-Gln可显著提高血清中IGF-I水平和胰岛素与胰高血糖素比值，降低仔猪血清IGFBP-3水平，49日龄仔猪肝脏组织中IGF-I含量也有一定程度的提高，而增加 Gly-Gln的添加量对 IGF-I分泌无明显的促进作用。日粮添加适量的Gly-Gln能明显降低49日龄仔猪下丘脑CRH的分泌 （P＜0.05），并有降低皮质醇分泌的趋势。黄冠庆等（2003）试验表明，在饲粮中添加0.25%、0.5%Gly-Gln可提高断奶仔猪31日龄和42日龄血液中的三碘甲腺原氨酸（T3）、游离甲状腺素（T4）和胰岛素的含量。添加 0.25%、0.5%可降低断奶仔猪血液中皮质醇水平。

4 小结

谷氨酰胺二肽相对于谷氨酰胺单体，溶解度高、热稳定性好，并能够被小肠黏膜完整吸收，然后在肠黏膜、肝、肾、骨骼肌等组织器官中被快速分解，产生体内所需的氨基酸，提高血浆中谷氨酰胺浓度（周荣艳和彭健，2005）。在断奶仔猪日粮中添加适量的谷氨酰胺二肽能够有效促进肠上皮细胞的增殖分化及受损肠道的修复，增加细胞内抗氧化能力及保护肠细胞免受氧自由基损伤，维持肠道结构的完整性及增强免疫功能，缓解仔猪断奶应激及提高生长性能，具有良好的应用前景。然而，由于谷氨酰胺二肽生产难度大，化学合成法产量低，导致添加成本过高，因此开发高效的生产途径，对于降低活性肽的生产成本，促进谷氨酰胺二肽在早期断奶仔猪生产中的广泛应用具有重要意义。

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