N-氨甲酰谷氨酸在调控仔猪初生重中的应用及其作用机理

冯 涛 ，马文清，白佳桦，许晓玲，田见晖，刘 彦*

（1. 北京市农林科学院畜牧兽医研究所，北京 100097；2. 甘肃省平凉机电工程学校，甘肃静宁 743400；3. 中国农业大学动物科学技术学院，北京 100193）

在养猪生产中，影响母猪繁殖效率的一个重要因素是同窝及同批次胎儿发育过程中体重变异过大，继而导致饲养管理难度增大、产品率低等突出问题[1-3]；同时也存在产仔数增加与胎儿初生重降低的矛盾[4-5]，即产仔数增加带来潜在的生产效率提高不能持续转化为断奶成活数或出栏猪数。宫内发育迟缓（Intrauterine Growth Retardation，IUGR）是指初生重低于1.1 kg的仔猪，可占到总产仔数的20%左右，约75%的IUGR仔猪在断奶前死亡[6-7]，存活下来的IUGR仔猪也普遍存在次级肌纤维发育畸形和延迟成熟的情况[8]。因此，在保证一定数量产活仔数的前提下，提高仔猪的初生重和均匀度是养猪生产中亟待解决的重大课题[9]。目前，还没有找到促进IUGR仔猪发育以补偿初生重过低的解决办法，猪场通行的做法是将IUGR仔猪淘汰[2]。

N-氨甲酰谷氨酸（N-carbamylglutamate，NCG）是一种新型饲料添加剂，用于母猪生产可提高产仔数[10]，近期发现在母猪妊娠日粮中添加一定量的NCG对仔猪初生重有积极的调控作用[11]。本文综述了近年来营养因子调控仔猪初生重及窝内体重变异的研究进展，尤其对NCG调控仔猪初生重的作用及其机理进行重点描述，以期为生猪生产中仔猪初生重及其变异的调控提供理论和实践依据。

1 仔猪初生重和均匀度的调控

在仔猪初生重的研究中，主要测定指标有初生窝重、初生个体重、胎盘总重、胎盘（均）重、窝内体重变异、窝内胎盘重变异等。根据目前的研究，通过营养调控手段能够改善和调控仔猪的初生重和均匀度，这些营养因子主要包括氨基酸和蛋白质、能量（来源）以及功能性添加剂等。

1.1 氨基酸和蛋白质 母猪妊娠期日粮中添加一定量的精氨酸、亮氨酸、谷氨酰胺或乳铁蛋白可对仔猪初生重发挥调控作用。就精氨酸而言，适宜的添加量为1.0%。在母猪妊娠30 d[12]或22 d[13]至分娩期的日粮中添加精氨酸可显著增加初生窝重[12-13]和胎盘总重[13]，但同时也增加了窝内体重变异[13]；在母猪妊娠90 d至分娩期的日粮中添加精氨酸可显著增加初生窝重[14]和个体均重[15]；也有研究表明，母猪妊娠期日粮中添加精氨酸可显著提高产（活）仔数，但对初生重不存在调控作用[16-17]。在母猪妊娠85 d至分娩期的日粮中添加1.0%的谷氨酰胺可显著增加个体均重并降低窝内体重变异[18-19]。从配种至分娩，母猪妊娠日粮中每头每天添加1 g乳铁蛋白有增加个体均重和降低窝内体重变异的趋势[20]。Wang等[21]发现，在母猪妊娠70 d至分娩期的日粮中添加0.8%的亮氨酸可显著提高初生重。

1.2 能量（来源） 不同能量水平或能量来源可以调控仔猪初生重。van den Brand等[22]在妊娠107 d至分娩期的母猪日粮中复合添加葡萄糖和乳糖各150 g/d，初生窝重和个体均重显著增加，窝内体重变异显著降低。而从断奶至发情结束，母猪配种前日粮中添加150 g/d葡萄糖没有显著提高仔猪初生重，但显著降低了窝内体重变异[23]。Che等[24]将配种后初产母猪妊娠日粮中的豆油含量从4.5%增加至9.1%，发现可显著提高个体均重并显著降低窝内体重变异。冯涛等（未发表）发现在初产母猪妊娠85 d至分娩期的日粮中添加20 g/d氨基葡萄糖可显著增加初生窝重、个体均重和胎盘总重，并显著降低窝内体重变异。

1.3 功能性添加剂 菊粉、β-羟基-β-甲基丁酸（HMB）、NCG、乳酸菌和酵母菌等功能性添加剂能够调控仔猪初生重。Wang等[3]研究发现，在妊娠期母猪日粮中添加1.5%的菊粉可显著增加初生窝重并降低窝内体重变异，但对个体均重无显著影响。Wan等[25]在母猪妊娠35 d至分娩期的日粮中添加150 g/d的HMB，发现初生个体均重显著增加，窝内体重变异有降低趋势。无论是在母猪妊娠早期（0 d）[26]或妊娠85 d[27]、90 d[14-15]日粮中添加0.05%[11,26]或0.1%[14-15]的NCG均可显著调控仔猪初生重，具体表现为可显著增加初生窝重[11,14,26]、个体均重[11,15,26]、胎盘总重[25]，并显著降低窝内体重变异[11]。任红立等[27]在母猪妊娠85 d至分娩期的日粮中添加150 mL/d复合乳酸菌和酵母菌，也可以显著增加个体均重。

2 NCG

NCG在用于饲料添加剂之前，主要在人类上使用，一方面作为营养强化剂可以显著增加肌肉产量，用于健美运动促肌肉增长；另一方面作为药品用于治疗人类某些罕见疾病，如新生儿先天N-乙酰谷氨酸（NAG）合成酶缺失引起的高血氨症和新生儿罕见遗传性疾病——枫糖尿症[28]。近期研究表明，NCG可替代NAG通过促进精氨酸的内源合成，提高多胎动物（猪和鼠）窝产仔数和初生重，促进幼龄动物生长和发育[11,14-16,26]。日粮中添加NCG和精氨酸均能提升母猪的繁殖性能[14-15]，但与精氨酸相比，NCG具有添加量少、在体内代谢稳定、对日粮氨基酸平衡干扰小、避免与赖氨酸等产生拮抗、不影响赖氨酸和组氨酸及色氨酸在小肠的吸收、常温常压下理化性质稳定等优点[29]。2014年，中华人民共和国农业部公告第2091号批准NCG为新饲料添加剂。

3 NCG调控胎儿生长发育的机理

3.1 NCG促进精氨酸的内源性合成 NCG又称之为精氨酸提供者，添加NCG能够提高猪和大鼠血液中精氨酸浓度[14-15,30]，并增加血浆中鸟氨酸和脯氨酸的含量[26,30]。精氨酸是一种条件性必需氨基酸，在妊娠母猪胎盘和胚胎发育关键时期需补充大量精氨酸家族氨基酸满足其生长需要[17]。胎儿体内精氨酸缺乏是仔猪窝内体重变异大的原因之一，具体表现：①在妊娠中后期，同一窝中体重过小胎儿羊水和脐静脉血浆中精氨酸含量显著低于体重正常胎儿；②在妊娠后期，同一窝中体重正常胎儿脐静脉血代谢物中精氨酸含量分别是体重过小胎儿的1.54和1.27倍，且精氨酸是在3个时间点（妊娠60、90、110 d）和3种不同体液（羊水、脐静脉血浆、脐静脉代谢物）中均存在显著差异的唯一氨基酸[31]。

3.2 NCG对胎盘功能的调控

3.2.1 NCG/精氨酸对胎盘发育的影响 日粮中添加NCG或精氨酸可提高日粮营养物质的利用效率，继而促进胎盘发育。Mateo等[12]研究表明，在母猪妊娠30 d至分娩期的日粮中添加1.0%的精氨酸可有效提高母猪繁殖性能及胚胎和胎儿存活率，显著提高了妊娠110 d母体血液中脯氨酸、精氨酸和鸟氨酸的含量，显著降低了谷氨酰胺和丙氨酸的含量。Gao等[13]发现，在妊娠22～114 d母猪日粮中添加1%的L-精氨酸可显著增加胎盘总重。Zhang等[26]试验得出，在母猪妊娠期日粮中添加0.05%的NCG可显著增加胎盘总重。在母猪妊娠90 d至分娩日粮中添加NCG可显著上调脐静脉中血管内皮生长因子A（VEGFA）和miR-15b的表达水平[14]，提示NCG和精氨酸也可通过调控血管发生和发育，促进胎盘的发育，使得更多的养分经胎盘运送至胎儿体内。

3.2.2 NCG对胎盘滋养层细胞的调控 胎盘滋养层细胞（Placenta Trophectoderm Cells，pTr）位于母体胎盘的最外层，是一类具有强大生命力和高度增殖能力的细胞，在胎儿发育过程中与子宫内上皮细胞形成最大表面接触，为孕体提供营养，并维持胎盘正常结构和功能[32-33]。胎盘发育是滋养层细胞增殖和分化的结果，滋养层细胞是胎盘屏障的重要组成部分和母体血液进入胎儿的第一屏障，因此滋养层细胞的数量、形态和活性显著影响胎盘功能，继而影响胎儿生长发育和母体的繁殖性能[34]。NCG/精氨酸对pTr调控的研究主要集中在以下4个方面：①细胞增殖和凋亡：精氨酸对母猪pTr的调控发挥关键作用，妊娠前期通过刺激滋养层细胞迅速增殖和迁移、细胞重构、血管扩张等在促进胚胎发育和着床中发挥关键作用[17]。在体外，精氨酸能够促进绵羊[35]、人[36]和猪[17,37-38]pTr增殖分化和凋亡，这可能与其代谢产物（NO和多胺）有关[39-40]，但精氨酸促进细胞增殖的机理还存在争议。有研究认为，精氨酸是通过mTORRPS6K-RPS6-EIF4EBP1信号转导通路促进猪pTr增殖[38]。本团队研究表明，NCG体外能促进猪pTr增殖可能与上调CDK4和CCND1基因表达有关（未发表）。②生殖/长激素分泌：在妊娠14～25 d初产母猪日粮中添加精氨酸对子宫动脉和尿囊液中孕酮和雌二醇浓度无影响[41]；但在妊娠22～114 d初产母猪日粮中添加精氨酸，妊娠40、70、90 d时母猪血浆中雌二醇浓度显著增加，对孕酮浓度无显著影响[13]；从妊娠90 d开始添加精氨酸和NCG，精氨酸不影响妊娠100 d时的血浆雌二醇浓度，NCG显著降低血浆雌二醇浓度，二者均对孕酮浓度无显著影响，但均可显著增加生长激素浓度[14]。pTr可分泌多种生殖激素，推测类固醇激素浓度的变化与pTr增殖和分化有关，需进一步研究证实。③生长因子分泌：NCG和精氨酸添加能影响胎猪pTr生长因子分泌。本团队前期研究发现，猪pTr表达VEGF及其受体VEGFR1基因，NCG处理能够上调VEGF基因的表达（未发表）。④养分代谢和转运：在妊娠14～25 d初产母猪日粮中添加精氨酸对子宫动脉、尿囊液和羊水中氨基酸浓度产生了较大的影响，提示精氨酸影响了母体内蛋白质代谢，另外，精氨酸促进了离子、水、糖和氨基酸通过胎盘转运至胎儿体液中[41]。Che等[24]研究发现，母体营养主要通过改变胎盘的脂质和能量代谢调控胎儿的体重。本团队前期研究也证实，NCG能上调猪pTr中影响葡萄糖转运效率的SLC2A1基因表达（未发表）。说明NCG能够影响母体养分代谢和转运，推测这种作用是通过调控pTr和胎盘屏障功能实现的。

4 NCG不同于精氨酸的作用机制

NCG添加的确能提高精氨酸浓度，但肯定存在区别于精氨酸的作用机制。

4.1 影响母猪繁殖性能的效果不同 NCG和精氨酸均能一定程度地增加产仔数和产活仔数。妊娠期添加精氨酸的主要效应是提高窝重[12-14]，仅Wu等[15]发现精氨酸有提高仔猪初生个体重的效应，Gao等[13]还发现精氨酸除增加仔猪窝重外，也增加了初生时窝内体重变异。而添加NCG除了能增加窝重外[11,14,26]，另一个主要效应是增加初生个体重[11,15,26]，并能提高胎盘重和胎盘效率[26]，降低窝内体重变异[11]。可见，NCG对胎盘发育和胎盘功能具有更强的调控作用。

4.2 体外对细胞系的作用效果不同 不同类型组织和细胞对NCG和精氨酸的敏感性不同，对NCG更为敏感。体外培养小鼠下丘脑促性腺激素释放激素（GnRH）神经元GT1-7细胞，NCG和精氨酸均能显著抑制GnRH分泌，但NCG处理12 h时抑制效应就开始显现[42]；体外处理牛小卵泡颗粒细胞，NCG和精氨酸均能显著促进颗粒细胞增殖和抑制颗粒细胞雌二醇分泌，但仅NCG能显著抑制孕酮分泌并下调StAR、CYP11A1和CYP19A基因表达[43]；体外处理猪大卵泡颗粒细胞，NCG能显著促进细胞增殖，并显著抑制雌二醇和孕酮分泌，但精氨酸在细胞增殖和类固醇激素合成方面与对照组相比无显著差异（未发表）。NCG和精氨酸作用效果存在差异的机制尚不十分清楚，需进一步研究。

5 展 望

综上所述，NCG确对仔猪初生重发挥积极的调控作用，但其在体内的作用机理尚不十分清楚，如NCG对胎盘显微结构的影响、NCG是否影响胎盘对营养物质的代谢及转运、NCG对胎盘屏障的调控作用及其相应的机制等。依据前期研究结果初步推测，NCG可能通过调控pTr和胎盘屏障功能，促进胎盘及胎儿发育，继而发挥调控仔猪初生重和控制初生重变异的效果，下一步应继续研究相应的分子机制，为仔猪初生重的调控提供理论依据。