猪氨基酸营养最新研究进展

■高春起 黎相广 范宏博 严会超 王修启

（华南农业大学动物科学学院，广东广州 510642）

蛋白质的消化、吸收和代谢利用一直是猪营养研究所关注的重点问题。动物对饲料蛋白质的利用机制较为复杂，涉及到胃肠道对蛋白质的消化、肠道对消化产物的摄取、肠道自身代谢、肠道微生物的利用、肠道黏膜与微生物互作以及转运入血的氨基酸被组织器官利用等诸多环节。近年来，国内外针对猪体内蛋白质代谢和最佳氨基酸模式等开展了大量研究，从机理上阐述了猪氨基酸代谢的实质，以期提高氨基酸的利用效率，节省蛋白饲料资源，提高动物健康水平。

1 蛋白质在动物体内的代谢

猪的生长与饲料蛋白质的转化密不可分。日粮蛋白质、肽和氨基酸转化为机体蛋白质的过程主要包括：胃肠道的消化吸收（感应和转运）、血液运输与组织间的分配以及组织蛋白质的沉积，后者本质上是蛋白质合成和降解动态平衡的结果。氨基酸的感应与转运、蛋白质合成与降解，互相影响和调节，共同构成动物体内蛋白质代谢的动态平衡。

1.1 氨基酸的感应和转运

氨基酸的感应以及由此触发的转运信号共同完成肠道对肠腔中氨基酸的吸收环节。研究表明，机体内存在营养素感应系统，氨基酸及其代谢产物不仅具有营养功能还可作为化学信号，调节肠道黏膜功能以及组织器官对营养素的吸收和利用。氨基酸信号可通过改变Rag GTPases鸟嘌呤核苷酸的状态使其活化，活化的Rag GTPases当中，RagA/B与GTP结合，RagC/D与GDP结合。活化的Rag GTPases通过与mTORC1（mammalian target of rapamycin complex 1）中的Raptor特异性结合，将细胞质中的mTORC1招募到溶酶体表面，由Rheb(Ras homolog enriched in brain)激活mTORC1，最终由mTORC1调节氨基酸的吸收和利用。溶酶体上的SLC38A9（member 9 of the solute carrier family 38）介导细胞质中氨基酸向溶酶体内转运，并调节mTORC1的激活。

日粮氨基酸缺乏是影响限饲作用效果的主要因素，适当减少哺乳动物日粮蛋白质或者必需氨基酸的摄入量，可以延长寿命、改善代谢和提高抗应激能力，这些作用主要通过eIF2α(eukaryoticinitiation factor 2α)的激酶 GCN2（general amino acid control non-derepressible 2）和mTOR两个信号通路进行调节。当氨基酸缺乏的时候，引起GCN2激酶的活化，进而启动eIF2α的磷酸化，最终导致蛋白质翻译的减少；同时 ATF4（transcription factor 4）等特殊mRNA的转录增加，上调与抗应激相关基因的表达，从而提高抗应激能力。当亮氨酸、组氨酸、色氨酸、赖氨酸等氨基酸缺乏的时候，GCN2可以迅速激活大脑和肝脏的相关信号通路，使组织适应内环境的变化。

肠道上皮的氨基酸感应体接受来自肠腔的信号后，诱发一系列的信号传导，启动由氨基酸/寡肽转运载体介导的氨基酸/寡肽的转运，部分氨基酸转运载体还发挥感应氨基酸的功能，调节氨基酸的转运和信号转导。日粮蛋白质降解产物——小肽和氨基酸，通过主动转运的方式进入血液循环，氨基酸/寡肽的吸收和转运是其代谢和发挥功能的基础。按照底物的类型，氨基酸转运载体系统可分为酸性、中性和碱性氨基酸转运系统。酸性氨基酸转运家族包括Na+依赖性X-AG转运载体和Na+非依赖性X-c转运载体；中性氨基酸转运载体家族包括B0型、A型、N型、ASC型、G型、β型、y+L型等Na+依赖性转运载体和L型、asc型、T型、b0,+型Na+非依赖性转运载体；碱性氨基酸转运载体家族包括Na+依赖性B0,+和Na+非依赖性y+、b0,+和y+L。此外，二肽/三肽转运载体，包括PepT1、PepT2、PHT1和PHT2。相应转运载体基因的表达会随氨基酸的缺乏、过量或不平衡而改变，以改变氨基酸的转运模式，从而维持体内环境的稳态。Cervantes等研究表明，向Leu标准回肠消化率为0.90%的基础日粮添加Leu至其1.52倍，可显著降低空肠b0，+AT的表达水平，增加空肠CAT1的表达水平；日粮添加过量 Leu、Ile、Val，可显著促进空肠中B0AT1的表达。

日粮组成对氨基酸和寡肽的吸收转运具有调控作用，日粮蛋白质的利用效率与肠道氨基酸/寡肽的吸收密切相关，而后者取决于氨基酸/寡肽转运载体的表达水平与活性。Wang等研究发现，日粮不同水平的赖氨酸影响猪肠道碱性氨基酸转运载体的基因表达。Lin等在日粮中添加2%的谷氨酸以研究其对断奶仔猪小肠结构和氨基酸相关信号传导的影响，结果表明，与等氮日粮组相比，日粮中添加2%的谷氨酸可提高空肠黏膜谷草转氨酶的活性以及与氨基酸感应体基因的表达水平（谷氨酰胺合成酶、钙信号受体CaR、代谢性谷氨酸受体mGluR1/4和中性氨基酸转运载体SLC1A5），提高血液中谷氨酸、精氨酸、组氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和苏氨酸的含量，提示日粮中添加2%的谷氨酸可影响氨基酸感应和转运的路径，从而促进营养素的消化吸收。

除了胃肠道外，日粮氨基酸组成还可以改变其他组织的营养素代谢。Cervantes等研究发现，日粮添加过量Leu可降低肝脏中CAT1的表达水平。Chen等通过给新生仔猪口服谷氨酸单钠溶液的方法，研究其对新生仔猪肝脏脂代谢和氮代谢的影响，发现口服0.5 g/kg body weight/day的谷氨酸单钠可提高血清中总蛋白和高密度脂蛋白的含量以及肝脏脂肪酸合成酶、乙酰辅酶A羧化酶、胰岛素样生长因子-1、谷草转氨酶和谷丙转氨酶的基因表达，表明口服谷氨酸单钠可以改变哺乳仔猪肝脏中与脂代谢和氮代谢相关的基因表达。

1.2 蛋白质合成与降解

蛋白质合成主要受Akt-mTOR信号通路的正向调节和Myostatin-Smad2/3通路的负向调节，蛋白质降解主要受泛素蛋白酶系统和自噬溶酶体途径调节，哺乳动物细胞内的绝大多数蛋白质（80%～90%）都是依赖泛素蛋白酶体系降解。IGF-1通过PI3K-Akt促进mTOR活化和肌肉生长，Follistatin通过抑制Myostatin和Activin A从而诱导肌肉生长，这两个通路通过Smad3和Akt的互相影响而产生交叉作用。细胞蛋白质降解系统的活化受转录因子的调节。生长因子刺激时，PI3K-Akt途径可以沉默细胞质中的FoxO1/3/4转录因子，抑制降解的发生；缺乏生长因子时，Akt处于非活化状态，FoxOs移位至细胞核，诱导调节泛素蛋白酶系统和自噬溶酶体途径的基因发生转录。Chotechuang等研究发现，高氨基酸和胰岛素水平下蛋白质的泛素化依赖于AMPK信号通路的抑制和mTOR信号通路的活化。Liu等通过长白猪和巴马香猪对比试验发现，饲喂同样粗蛋白质水平日粮，生长期巴马香猪肌肉中风味氨基酸量高于长白猪，MyoD、MyoG、MEF2A、MSTN的mRNA表达水平也高于长白猪，说明不同品种间肌肉中与蛋白质代谢相关基因的表达水平不一。

骨骼肌中的研究表明，蛋白质代谢还受氨基酸转运载体表达的调控，探明氨基酸转运和氨基酸转运载体在肌肉蛋白质代谢中的作用将有助于肌肉健康和蛋白质沉积。研究表明，氨基酸转运载体 SNAT2、SNAT3、LAT1、LAT2、PAT1和 PAT2对mTORC1的活化在肌肉蛋白代谢中起着至关重要的作用，这些氨基酸转运载体基因表达的水平与其活化程度成正相关。Suryawan等在仔猪上的研究表明，肌肉中SNAT2、SNAT3、LAT1、LAT2、PAT1、PAT2和PAT2-mTOR复合物的表达丰度与mTORC1的活化程度一致，提示这些氨基酸转运载体是影响仔猪骨骼肌蛋白质合成（mTORC1活化）的关键因素。Wang等研究发现，宫内发育迟缓（Intra-uterine growth retardation，IUGR）严重影响仔猪生长性能、小肠重量和肠黏膜发育，这些不利的影响可能与肠黏膜中胰岛素、胰岛素样生长因子1（IGF-1）以及Akt、mTOR和p70 S6K的表达水平有关，在人工乳中添加0.06%的精氨酸，可以提高宫内发育迟缓仔猪的生产性能和小肠重量，改善肠黏膜发育，提高肠黏膜中精氨酸、胰岛素以及Akt、mTOR的蛋白表达水平，降低caspase-3的活性和肠细胞凋亡指数，提示精氨酸可通过抑制小肠黏膜中的细胞凋亡以及活化AktmTOR信号通路，从而改善宫内发育迟缓仔猪小肠的发育。

2 必需氨基酸和功能性氨基酸

被小肠吸收后，日粮中的氨基酸通过体液循环输送到肠外各组织器官，从而影响机体的生理机能，随着动物健康问题越来越突出，氨基酸营养从传统意义上的满足动物需要向同时满足动物生长需要和维持健康转变，而不同氨基酸比例的平衡是发挥氨基酸功能的关键。

2.1 必需氨基酸

氨基酸是所有有机体生存、生长、发育、繁殖和健康所必需的，必需氨基酸对动物正常生长发育的重要性不言而喻。赖氨酸作为猪的第一限制性氨基酸，其在日粮中的含量已成为影响猪生产性能的重要因素。研究表明，当动物饲喂高氨基酸日粮时，动物血清中该氨基酸含量会迅速升高，在某些情况下会导致其它氨基酸含量的下降。Zeng等对生长猪的研究发现，采食后2 h门静脉血液中各种氨基酸的含量达到峰值，且受日粮赖氨酸水平的影响；当日粮氨基酸水平为0.95%时可获得较高的氨基酸表观消化率，提示日粮赖氨酸水平可调节氨基酸的吸收模式和利用效率。He等研究发现，日粮添加1.35%赖氨酸可增加断奶仔猪空肠的绒毛高度和隐窝深度，提高空肠碱性氨基酸转运载体b0,+AT、y+LAT1和CAT1的基因表达，提示日粮赖氨酸水平可通过影响碱性氨基酸转运载体基因表达来调节碱性氨基酸的吸收，这与Wang等在生长猪上的研究结果相一致。García等在仔猪上的研究证明，日粮Leu∶Lys比值为120%时，空肠中b0,+的基因表达水平和背最长肌中myosin的蛋白表达水平显著高于两氨基酸比率为88%和160%时基因或蛋白的表达水平；过量Leu也可通过影响转运载体水平调节氨基酸的吸收和代谢，降低血清中其他氨基酸的浓度。Zhan等研究了不同精氨酸水平对早期断奶仔猪肠道微血管发育的影响，结果表明日粮中添加0.70%的L-精氨酸可以有效地改善早期断奶仔猪小肠微血管和上皮的发育，提高仔猪的肠道健康水平。Ma等研究发现，增加日粮中标准回肠可消化率色氨酸和赖氨酸的比例，可显著增加血清生长激素（GH）和IGF-1水平，降低血清尿素氮，提高后备母猪日增重和饲料转化率。

近年来，科学家们对必需氨基酸影响猪蛋白质合成的机理开展了大量研究，必需氨基酸可通过mTOR信号通路促进骨骼肌蛋白质的沉积。Drummond等研究表明，增加必需氨基酸的供给，可上调肌肉中mTOR的活化程度，调节蛋白质的合成。Escobar等通过静脉注射的方法，研究了亮氨酸、α-酮异己酸和正亮氨酸对仔猪蛋白质合成和转录起始因子活化的影响，发现亮氨酸和α-酮异己酸可提高骨骼肌中eIF4E、4EBP1和eIF4G蛋白的表达以及蛋白质的合成，而正亮氨酸无此作用。

2.2 功能性氨基酸

传统上，人们对氨基酸营养的关注主要集中在必需氨基酸上。然而,最新研究表明，非必需氨基酸在调节代谢和生理过程中具有独特的功能,从而影响动物的健康和饲料转化效率。针对理想蛋白质氨基酸模型的不足，有学者提出了功能性氨基酸的概念，这些氨基酸主要包括精氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、支链氨基酸、色氨酸、甘氨酸、半胱氨酸和脯氨酸等。

猪乳中含有丰富的谷氨酸，仔猪断奶后由于采食量降低，摄入谷氨酸的量也显著下降。作为一种功能性氨基酸，谷氨酸是小肠黏膜的主要能源物质，参与体内的物质代谢和氧化途径，调节胰高血糖素样肽-I等激素的释放，影响动物生长和健康。因此，日粮适宜的谷氨酸水平对猪的生长和健康具有正向的影响。Duan等研究表明，饲喂霉菌毒素污染日粮可导致肥育猪平均日增重和饲料转化效率下降，抗氧化系统和肠道形态损伤；而在霉菌毒素污染的日粮中添加2%的谷氨酸可有效缓解这种毒副作用。同样，作为肠黏膜的主要能源物质，谷氨酰胺和谷氨酸的作用效果有一定的相似性。

精氨酸既是猪的必需氨基酸，也是功能性氨基酸。研究表明，对于7～21日龄的哺乳仔猪，母乳仅可提供40%的精氨酸用于蛋白质的沉积，精氨酸缺乏是限制哺乳仔猪获得最优生产性能的重要因素。此外，日粮适宜水平的精氨酸还可改善后备母猪的生产性能。Ma等在肥育猪上的研究表明，在玉米-豆粕型日粮中添加精氨酸可改善猪肉品质和缓解氧化应激。

甘氨酸是传统意义上的非必需氨基酸，生产上很少关注甘氨酸对畜禽生产性能和生理应答的影响。然而，甘氨酸作为功能性氨基酸在猪生产中发挥着重要作用。甘氨酸在肠道病理损伤时可保护肠上皮细胞，肠道氧化损伤时维持动脉血压的正常水平。Wang等研究发现，在人工乳中添加0.5%、1%和2%的甘氨酸均可提高14～28日龄哺乳仔猪的平均日增重、抗氧化能力以及血液甘氨酸和丝氨酸的含量，降低血液中氨和尿素的含量。

3 低蛋白质日粮的新探索

日粮中蛋白质水平过高，是导致仔猪腹泻的原因之一。降低日粮蛋白质水平，可以降低肠道中用于微生物繁殖的氮源，从而有效地降低腹泻率，此外，低蛋白质日粮也有助于节省蛋白饲料资源和减少浪费。然而，低蛋白质日粮会影响氨基酸供给的平衡，导致猪生产性能降低。目前，科学家们正在不断地探索低蛋白质日粮在猪生产中应用的可行性。

Gloaguen等研究表明，在日粮粗蛋白质含量为14.5%的条件下，以标准回肠消化率计算，当苯丙氨酸∶赖氨酸比值为0.54，酪氨酸∶赖氨酸比值为0.40时，10～20 kg的仔猪可获得最佳生产性能。相似地，Toledo等研究表明，当日粮粗蛋白质水平从21%下调至15%时，调整必需氨基酸和非必需氨基酸的比例为53∶47，断奶仔猪的生长性能并未发生显著改变。Zhang等研究表明，相对于正常蛋白质水平日粮（20.9%），低蛋白质水平日粮（17.1%）降低了断奶仔猪的生产性能和小肠绒毛高度，而在低蛋白质日粮中添加支链氨基酸可消除这种负面影响。Zhang等对22～50 kg生长猪的研究表明，在低蛋白水平日粮（14.6%粗蛋白质）条件下添加氨基酸（赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸、色氨酸、缬氨酸和异亮氨酸），以标准回肠氨基酸消化率计算，当苏氨酸∶赖氨酸比为0.70时，可获得最高的平均日增重，为0.68时可获得最优的饲料转化效率，为0.63时血清尿素氮含量最低。Xie等研究了低蛋白质日粮（12%粗蛋白质）条件下肥育阉公猪标准回肠可消化赖氨酸需要量及苏氨酸∶赖氨酸的最适比例，结果表明当标准回肠可消化赖氨酸为0.75%时，可获得较高的平均日增重和饲料转化效率；当苏氨酸∶赖氨酸为0.68时，平均日增重最高，二者比为0.75时，饲料转化效率最高。Liu等研究表明，低蛋白质日粮可提高巴马香猪肌肉中mTOR和p70S6K的蛋白表达水平，而在长白猪肌肉中两种蛋白的表达水平反而降低，提示不同品种猪对蛋白水平的反应不同，需要开展针对性的研究。

4 小结与展望

氨基酸不仅可满足传统意义上动物生长的需要，其自身及代谢产物还可调节机体生理功能，维持动物健康。氨基酸在动物体内的代谢较为复杂，其研究不能局限于某种氨基酸本身，而应更多关注不同氨基酸之间的相互关系。随着试验技术和研究水平的提高，氨基酸功能越来越多的被发现，畜牧业亦将向精细化的方向发展。因此，猪机体内氨基酸平衡的维持以及各氨基酸作用机理的探究，将是今后猪氨基酸营养研究的重要方向之一。

（参考文献67篇，刊略，需者可函索）