L-茶氨酸的生物学功能及其在畜禽生产中的应用

2021-04-12张灵梅周雨丽杨玲媛陈豪朱晋佳汤少勋

畜牧与兽医 2021年4期

张灵梅，周雨丽，杨玲媛*，陈豪，朱晋佳，汤少勋

(1.湖南农业大学动物科学技术学院，湖南长沙 410128；2.湖南畜禽安全生产协同创新中心，湖南长沙 410128；3.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙 410125)

L-茶氨酸(化学名称为N-乙基-γ-谷氨酰胺)是一种天然存在于茶树中的独特的非蛋白氨基酸，也是绿茶中的主要氨基酸之一，其对茶叶的品质有很大的影响。已有研究表明，L-茶氨酸具有抗氧化[1]、保护神经[2]、抗应激[3-4]、抗抑郁[5-6]及增强机体免疫力[7]等多种功能。另外，L-茶氨酸的化学结构(如图1所示)与谷氨酸类似，它能够通过血脑屏障，对短暂性脑缺血后神经细胞死亡具有保护和预防作用[8]。基于这些优势，L-茶氨酸已被开发为一种用于食品和饮料的成分，以用来改善和保护人类健康。L-茶氨酸不仅对人体起着积极的作用，在动物生产应用中也具有良好的效果。国内外研究表明，在动物日粮中添加L-茶氨酸能够提高畜禽生产性能、增强畜禽免疫力、提高畜禽抗氧化和抗应激的能力，对畜禽机体起着一定的保健功能。本文就L-茶氨酸的来源与理化性质、安全性评价、生物学功能及其在畜禽生产上的应用研究进行综述，以期为L-茶氨酸在畜禽生产中的精准运用提供理论参考。

图1 L-茶氨酸的化学结构

1 L-茶氨酸的来源与理化性质

1.1 来源

L-茶氨酸是日本酒户弥二郎在1950年从绿茶中发现并命名的，是茶叶中最丰富的游离氨基酸，占氨基酸总量的50%左右，对大脑和中枢神经系统起着积极的作用。L-茶氨酸主要分布在茶叶的嫩枝、子叶和根中[9]，其含量的变化取决于多种因素，包括种植地点和种植方法，茶的品级和品种以及收获的时间。有研究发现，生长在阴暗处或阳光直射较少地方的茶，通常含有较高水平的茶氨酸[10]。

茶氨酸有L-茶氨酸和D-茶氨酸之分，D-茶氨酸只占少量，自然界中存在的均为L-茶氨酸。口服给药后，L-茶氨酸比D-茶氨酸更容易在肠道内被消化吸收，而静脉注射后，血浆中L-茶氨酸和D-茶氨酸的浓度相似[11]。并且，L-茶氨酸和D-茶氨酸之间存在相互拮抗作用，当L-茶氨酸和D-茶氨酸同时口服时，D-茶氨酸会抑制L-茶氨酸的吸收，反之亦然[11]。高纯度L-茶氨酸的分离通常涉及成本高、效益低、操作复杂的过程，不利于工业化生产，而通过化学法合成的L-茶氨酸具有成本低、操作简单、产率高等优点[12]，但是合成的多为L-茶氨酸和D-茶氨酸的外消旋混合物，并且其安全性亟待证明[13]。

1.2 理化性质

L-茶氨酸有甘甜味，其分子式为C7H14N2O3，熔点214～215 ℃，纯品为透明的白色结晶状物质，极易溶于水(在254 ℃时溶解度为44 g)，不溶于无水乙醇和无水乙醚以及低极性有机溶剂。其味阈值为0.06%，是茶叶中的一种重要呈味物质，能够有效缓解食品的辣味和苦味，达到改善食品风味的目的[14]。

2 安全性评价

Hidese等[15]研究发现，将L-茶氨酸(250 mg/d)添加到每名受试者的药物中，持续8周给药是安全的，并对抑郁症、认知障碍患者和睡眠障碍者有多种有益作用。Borzelleca等[16]在大鼠日粮中每天添加0、1 500、3 000或4 000 mg/kg体重L-茶氨酸，持续13周后发现，小鼠的行为、采食量和体重以及临床化学、血液学和组织病理学、发病率、死亡率等方面无不良影响。Terashima等[17]研究发现，大鼠经腹腔注射茶氨酸(4 g/kg体重)后，血清、肝脏和脑组织中茶氨酸浓度在给药后1 h明显升高，5 h后达到最高水平，随后逐渐下降，24 h后完全消失。以上研究数据表明，L-茶氨酸只要在合适的剂量内添加使用都是安全的。

3 L-茶氨酸的生物学功能

3.1 免疫调节

L-茶氨酸中的大量烷基胺能够激活动物或人体内的 γδT 细胞，促进 γδT 细胞分泌干扰素-γ (IFN-γ)，提高机体抗病力[18]。研究发现，L-茶氨酸能够减轻小鼠回肠组织损伤，抑制促炎细胞因子的表达；此外，L-茶氨酸还抑制产肠毒素大肠杆菌诱导的p65mRNA和蛋白的过度表达，以及MAPK家族信号通路成员(p-JNK 1/2、p-ERK 1/2和p-p38)的表达，说明L-茶氨酸对产肠毒素大肠杆菌感染小鼠的天然免疫系统具有调节作用[19]。Zeng等[20]在进行的一系列生化和组织学实验中发现，L-茶氨酸可能通过下调血小板内皮细胞黏附因子的表达、中性粒细胞的募集和活化以及炎症反应来改善或缓解小鼠早期红斑、血管通透性增加以及白细胞浸润等症状。Huang等[20]在研究卵清蛋白(OVA)诱导的哮喘小鼠模型中发现，L-茶氨酸可显著减轻炎症细胞向支气管肺泡液(BALF)的广泛转运，显著降低BALF中免疫球蛋白E(IgE)、白细胞介素4(IL-4)、白细胞介素5(IL -5)和肿瘤坏死因子(TNF-α)的产生，L-茶氨酸还能明显抑制OVA诱导的活性氧(ROS)生成和核因子κB(NF-κB)与基质金属蛋白酶-9在BALF中的活化，降低TNF-α诱导的A549细胞NF-κB的活化，从而减轻哮喘小鼠的气管炎症。Li 等[21]研究发现，L-茶氨酸可能通过激活参与大鼠脾淋巴细胞甲戊酸合成的RAS相关蛋白Rap-1A(Rap1A)和3-羟基-3-甲基戊二酸-CoA还原酶(HMGCR)来调节细胞因子的分泌，增强大鼠脾脏对抗原的免疫应答能力。因此，L-茶氨酸可能是一种很有前途的免疫增强剂。

3.2 抗肿瘤

肿瘤会导致动物性产品质量和产量下降，畜禽繁殖力降低，给养殖业造成巨大的经济损失。有研究发现，L-茶氨酸具有明显的抗肿瘤活性，它能通过提高抗肿瘤药物浓度来抑制肿瘤细胞侵袭，以及激活Vg2Vd2 T细胞和γδT淋巴细胞(Vg2Vd2 T细胞和γδT淋巴细胞激活后可杀死肿瘤细胞)等多种途径发挥作用[22]。通过给B6C3F1大鼠口服0%～5%浓度的L-茶氨酸饮食(最大耐受剂量)后，进行了长达13周的亚急性试验和随后78周的慢性毒性试验，结果发现，添加L-茶氨酸的试验组与对照组在采食量、增重和成活率方面没有差异，而添加L-茶氨酸的试验组在78周时，肿瘤发生率和肿瘤总数均有明显下降，说明长期服用L-茶氨酸不仅不会引起慢性中毒，反而起到一定的抗肿瘤作用[23]。

3.3 抗氧化

氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内ROS的生成超过了机体消除的能力，氧化系统和抗氧化系统失去平衡。如果不适当调节，过量的ROS会损害细胞的脂质、蛋白质或DNA，从而抑制信号转导通路，影响正常细胞的功能，并危害机体健康[24]。国内外研究发现，L-茶氨酸能够增强机体的抗氧化能力，减轻氧化应激所致的损伤。L-茶氨酸可通过抑制炎性细胞因子表达、降低脂质过氧化和提高抗氧化能力来维护肠道组织形态与结构完整性，并达到保护肠道的作用[25]。Deng等[26]通过建立大肠杆菌感染的小鼠氧化应激模型发现，L-茶氨酸可调节非酶抗氧化活性，增加过氧化氢酶(CAT) 和mRNA的表达。此外，L-茶氨酸还降低了大肠杆菌感染小鼠的氧化参数、CAT活性和mRNA水平，增加了超氧化物歧化酶(SOD)活性、细胞外超氧化物歧化酶(ECSOD)和谷胱甘肽过氧化物酶1 (GPX1)的mRNA表达，表明L-茶氨酸能通过调控非酶途径发挥抗氧化作用。L-茶氨酸可通过提高谷胱甘肽(GSH)水平，显著提高GPX 1和SOD活性，并通过降低活性氧、一氧化氮和氧化GSH的含量，来减少H2O2诱导的H9C2细胞凋亡率[27]。此外，L-茶氨酸对阿霉素诱导的大鼠肾毒性也具有一定的保护作用，其作用机理可能是，L-茶氨酸通过增强GSH及其相关酶对阿霉素所致大鼠肾毒性的抗氧化系统发挥保护作用，但这个发现还需要进一步研究[28]。Sumathi等[29]研究发现，氯化铝(AlCl3，4.2 mg/kg)能显著降低大鼠脑组织中还原型GSH的含量和SOD、CAT、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、谷胱甘肽还原酶(GR)、Na+/K+ATP酶、Ca2+ATP酶、Mg2+ATP酶的活性，提高脑组织脂质过氧化水平和碱性磷酸酶、天冬氨酸转氨酶的活性，最终引起大鼠脑皮质、小脑和海马区发生组织病理学改变，但口服L-茶氨酸200 mg/kg可防止脑组织病理学改变。

4 L-茶氨酸在动物生产上的应用

鉴于L-茶氨酸对大鼠和小鼠具有免疫调节，抗氧化和抗肿瘤等积极效果，研究者尝试将其运用在畜禽养殖上，目前应用研究主要集中在猪和鸡，在其他动物上的研究报道还比较少，研究的内容主要是关于L-茶氨酸在提高畜禽生产性能、增强畜禽免疫力，以及提高畜禽抗氧化能力等方面的作用。

4.1 提高畜禽生产性能

在日粮中添加500和1 000 mg/kgL-茶氨酸能够显著提高育肥猪日采食量，促进其生长，缩短肥育时间[30]。在肉鸡日粮中添加200 mg/kgL-茶氨酸能够提高肉鸡的生产性能，但较高水平的L-茶氨酸(300 mg/kg日粮)可能会对肉鸡的生产性能和健康产生有害影响[31]。以上研究结果表明，在畜禽日粮中添加适量的L-茶氨酸能够提高畜禽生产性能。

4.2 增强畜禽免疫力

在产蛋后期肉种鸡的日粮中添加400 mg/kg的L-茶氨酸，能够显著提高肉种鸡的血清免疫球蛋白A(IgA)和免疫球蛋白G(IgG)以及IFN-γ的含量，促进机体释放免疫因子，从而增强机体的免疫力[32]。在肉鸡日粮中添加800 mg/kgL-茶氨酸，能够通过提高肉鸡非特异性免疫反应抑制体内球虫存活率[33]，显著提高肉鸡肠道分泌型免疫球蛋白A(slgA)的含量，增加血清IL-2和IFN-γ含量，而不影响肉鸡的生产性能和免疫器官发育[34]。日粮中添加800 mg/kgL-茶氨酸能够提高肉鸡血清溶菌酶活性，刺激肉鸡体内的非特异性免疫机能，从而缓解球虫攻毒后AA肉鸡球虫病的症状[35]。在氧化应激仔猪日粮中添加1 000 mg/kgL-茶氨酸能够提高仔猪的抗氧化能力和体液免疫能力[36]。育肥猪日粮中添加 1 000 mg/kg的L-茶氨酸，可提高其体内总蛋白和免疫球蛋白水平，降低其体内抗氧化因子水平，改善育肥猪抗氧化能力和免疫能力[37]。以上研究结果表明，L-茶氨酸能够增强畜禽的抗氧化能力，但其在不同种类动物日粮中的最适添加量还需进一步研究确定。

4.3 提高畜禽抗氧化能力

L-茶氨酸通过在代谢过程中转化成谷氨酸来参加GSH的合成，维持细胞内正常的氧化还原状态，从而使机体免受氧化应激的损伤[38]。热应激条件下，在蛋用仔公鸡日粮中添加茶多酚200 mg/kg+L-茶氨酸200 mg/kg，能改善蛋用仔公鸡的生长性能和抗氧化性能[39]，并且L-茶氨酸对脂多糖诱导的肉鸡免疫应激也有一定的保护作用[40]。在产蛋后期肉种鸡的日粮中添加200 mg/kgL-茶氨酸，能够显著降低产蛋后期肉种鸡血清丙二醛(MDA)含量，显著提高血清GSH-Px活性和总抗氧化能力(T-AOC)，说明适量的L-茶氨酸能提高蛋鸡的抗氧化能力[33]。陈文等[41]研究发现，4～16 mmol/L的L-茶氨酸，对H2O2诱导受损的湘东黑山羊瘤胃上皮细胞具有一定的修复作用。李桂兰等[42]也研究发现，不同浓度(250、500、750、1 000 μmol/L)L-茶氨酸能提高受H2O2(0.4 mmol/L)损伤的LO2细胞的存活率，降低肝细胞的凋亡率，对肝细胞损伤有一定的治疗和保护作用，且L-茶氨酸的剂量越高，效果越好。