N-氨甲酰谷氨酸与精氨酸在猪生产中的研究应用进展

2016-01-09刘粉粉印遇龙

饲料工业 2016年24期

■ 刘粉粉林雪印遇龙张彬吴信

（1.湖南农业大学动物科技学院，湖南长沙 410128；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙 410125）

精氨酸作为一种条件性必需氨基酸，正常情况下大部分成年哺乳动物可自身合成，但不足以满足机体需要，特别是在饥饿、创伤、应激、快速生长及大量使用抗生素导致的机体免疫力和抵抗力下降情况下。精氨酸在新生仔猪小肠内的内源合成不足，并且母乳中的精氨酸浓度低，不能满足仔猪的最佳生长发育的需要，因此精氨酸是哺乳仔猪的一种必需氨基酸[1]。研究表明，成年哺乳动物如果长期饲喂精氨酸缺乏的日粮,会在代谢、神经、生殖、发育和免疫等方面出现功能失调[2]。

1 精氨酸的功能

作为一种重要的营养性氨基酸，精氨酸是蛋白质、一氧化氮（NO）、鸟氨酸、脯氨酸、多胺、肌酸、谷氨酸和谷氨酰胺等生物合成的底物[3]，在动物体内发挥多种生物和生理功能[4]的作用。研究表明精氨酸可以提高繁殖性能[5]，增加免疫功能[6]，调节肠道基因表达，促进肠细胞增殖，改善肠道形态[7]，通过一氧化氮加速创面愈合,减缓氧化应激[8]，刺激信号转导与蛋白质合成[9]。

精氨酸可直接或通过其代谢产物间接促进胰岛素、胰岛素样生长因子和生长激素的释放[10]。胰岛素和胰岛素样生长因子影响软骨细胞的存活和增殖，参与机体生长[11]。日粮中添加精氨酸能够提高动物机体的生长和屠宰率已有报道[12]。研究表明添加0.6%的精氨酸对7日龄哺乳仔猪生长和代谢有明显促进作用[13]。宫内生长迟缓（IUGR）仔猪补充精氨酸后，其胰岛结构得到改善，胰岛β细胞数量增加，胰岛素合成增多，使IUGR仔猪的胰腺损伤得到缓解[14]。从怀孕开始到哺乳期断奶的母猪日粮中添加精氨酸，其仔猪的窝重增加[15]。

精氨酸还可通过促进胰岛素、生长激素、泌乳素和类胰岛素生长因子等内分泌激素的分泌而介导对机体免疫功能的调节[16]。体外培养的人腹膜巨噬细胞试验表明，L-精氨酸促进CD3+的表达和T-淋巴细胞的增殖,在缺乏精氨酸的情况下T-淋巴细胞增殖失败[17]。日粮中添加精氨酸能够增强各种免疫应激模型的免疫功能，例如健康啮齿动物、烧伤动物、患致死性细菌性腹膜炎动物及小肠损伤动物，从而降低病原感染导致的动物发病及死亡[18]。1%精氨酸可通过调节肥育猪的细胞和体液免疫水平，增强机体免疫功能[19]。

气态信号分子NO是由精氨酸经NOS催化后生成的[20]，可以促进血管内皮生长因子的分泌，对血管的扩张起着举足轻重的作用。精氨酸可以促进胎盘的血管生成，提高胎儿胎盘间的血流量[21]、抗氧化能力，改善妊娠期的脂质过氧化[22]。给妊娠母猪饲料中添加1.0%精氨酸后抵消或逆转了由L-NAME诱导的胎盘血管总一氧化氮合酶（TNOS）、NO合成量降低及胎猪生长的受限作用，促进了胎猪仔宫内的生长发育，并有效地预防了IUGR的发生[23]。在母猪妊娠期间，日粮中添加精氨酸能刺激母体的发育，促进胎盘发育和血管化分数，可使产仔数和窝重均增加[24]。在妊娠的早期阶段,妊娠母羊补充低剂量的L-精氨酸能够改善母羊内分泌状态，提高母羊胎盘抗氧化能力，促进胎儿和胎盘发育，提高羔羊初生重和存活率[25]。

外源性的精氨酸过量会对仔猪产生副作用，在14日龄仔猪饲粮中添加1.2%的精氨酸后发现，仔猪生长性能显著低于对照组，且第6 d和第10 d血清赖氨酸含量显著降低[26]。其原因可能是添加高水平的精氨酸产生了过多的NO,进而导致机体氧化应激。最新研究表明，L-精氨酸可减少食物的摄入和刺激啮齿类动物的胃肠激素释放[27]。

2 NCG和内源性精氨酸生成

在仔猪的断奶应激期，精氨酸合成酶的活力显著下降，肠道等精氨酸合成能力不足以满足仔猪应激和生长所需[28]。NRC规定的精氨酸添加量不足以满足最大生长需要，但较高剂量的精氨酸又影响膳食中其他氨基酸的吸收，如色氨酸、组氨酸、赖氨酸[29]，且精氨酸的价格昂贵，不适宜在饲粮中广泛应用。氨基甲酰磷酸合成酶-I（CPS-I）催化合成线粒体中鸟氨酸转化为瓜氨酸所必需的氨甲酰磷酸，促进瓜氨酸的生成是细胞精氨酸合成中的限速酶。N-乙酰谷氨酸（NAG）是CPS-I的变构催化剂，能够激活CPS-I，参与精氨酸内源合成，但是NAG能被哺乳动物细胞胞浆中高活性的脱酰基酶快速分解，因此不能利用外源性的NAG[30]。NCG为NAG的结构类似物,在胞浆中不被细胞脱酰酶或氨基酸代谢酶分解[31]，作为精氨酸的有效前体，能够促进内源性精氨酸的合成，并且不影响色氨酸、组氨酸、赖氨酸等的吸收[29]。研究表明，补充NCG可以刺激内源性精氨酸、瓜氨酸的合成，促进肌肉蛋白质的合成[32]，提高生产性能和生长率，调节信号通路，提高血浆精氨酸浓度，增强肠道的生长以及热休克蛋白70的表达[33]。

3 NCG在生产中的应用

3.1 NCG在哺乳仔猪中的作用

哺乳仔猪在出生8日龄后开始快速生长。由于母乳中的精氨酸浓度较低，哺乳仔猪血浆中的精氨酸浓度在7日龄之后开始下降，14日龄之后显著下降，其内源合成的精氨酸也显著下降，导致其生长速度降低。给哺乳仔猪灌注适量的NCG，可有效促进小肠CPS-I的活性及其基因表达量，提高血清瓜氨酸和精氨酸的水平，促进仔猪小肠精氨酸的内源合成，随着内源性精氨酸的合成和它在血浆中的浓度增加，可以间接提供满足哺乳仔猪肌肉蛋白质合成和生长速率的最大值所需要的限制性氨基酸浓度，提高仔猪的生产性[32]。给哺乳仔猪每天灌服100、150 mg/kg和200 mg/kg NCG显著提高十二指肠、空肠、回肠中CPS-I的活性和基因表达，灌服200～250 mg/kg NCG组平均日增重与对照组差异不显著。因此哺乳仔猪补充100～150 mg/kg的NCG效果最佳，高剂量的NCG并未改善仔猪的生产性能，可能有副作用[34]。

3.2 NCG在断奶仔猪中的应用

断奶仔猪日粮中添加NCG改善仔猪的生长，并不是通过提高采食量来实现的[35]。日粮添加NCG能促进断奶猪肠道NAGS mRNA和蛋白的表达，激活CPS-I的活性，提高脯氨酸合成酶的活性，从而增加肠道精氨酸和瓜氨酸的合成，改善新生仔猪精氨酸营养供给[36]。日粮中添加NCG后，显著提高断奶仔猪血浆精氨酸浓度和血浆生长激素水平，增加仔猪骨骼肌的蛋白质合成，其空肠绒毛高度也显著增大，增强了肠道对营养物质的消化吸收，从而提高了仔猪的生长性能[37]。内源性精氨酸的过量合成同样存在副作用，研究表明当仔猪饲粮中添加0.04%NCG能有效降低断奶仔猪的腹泻率和腹泻指数,但当添加量达0.12%时,仔猪腹泻率和腹泻指数反而显著增加[38]，与印遇龙等在仔猪饲粮中使用高水平（1.6 g/kg）的NCG后获得的结果一致[39]。这说明,不管是外源性还是由NCG产生的内源性精氨酸,其过量均会对肠道产生一定的副作用。其原因可能是添加或合成过高水平的精氨酸产生了过多的NO,进而导致机体氧化应激。

3.3 NCG在母猪中的应用

母猪产仔数的的主要限制因素是在怀孕期间高的胚胎损失率和胎儿死亡率[32]。日粮中添加NCG能够提高母体血液循环和子宫液中的精氨酸家族的浓度，可改善早期胚胎发育和着床[40]，降低胚胎损失率和胎儿死亡率[41]。研究表明精氨酸或NCG可能通过调节脐静脉和胎盘的血管的生成发育和功能，通过母体提供更多的养分给胎儿，保证胎儿的存活、生长和发育，可能涉及提高血管内皮生长因子（VEGF），胎盘生长因子1（PLGF1）和内皮型一氧化氮合酶（eNOS）在胎盘表面血管上基因表达量[42]。刘星达等研究表明NCG在妊娠后期母猪日粮中的适宜添加量为0.08%[43]。