精氨酸在肉鸡生产中的研究进展

张童 安文东 王合亮 张贝贝

摘 要：精氨酸是家禽的必需氨基酸，不仅能参与机体蛋白质合成，而且在营养代谢调控方面发挥重要作用。本文主要介绍了精氨酸的代谢途径以及精氨酸对肉鸡生产性能、免疫功能和肠道健康的影响，为精氨酸在肉鸡生产中的科学应用提供参考。

关键词：精氨酸;肉鸡;生产性能;免疫功能;肠道健康

中图分类号：S816.7 文献标识码：A文章编号：1673-1085（2021）10-0045-06

收稿日期：2021-09-20

*基金项目：山东省自然科学基金青年基金项目（ZR2020QC181）;青岛农业大学高层次人才科研启动基金（663/1120008）。

作者简介：张童（1998-），女，山东威海人，硕士研究生，研究方向为家禽营养与肠道健康，E-mail：593524963@qq.com。

**通讯作者：张贝贝（1990-），女，山东烟台人，硕士生导师，研究方向为家禽营养与免疫，E-mail：zhangbeibei@qau.edu.cn。

精氨酸化学名称为2-氨基-5-胍基戊酸，化学式为C6H14N4O2，是一种含有两个碱性基团（氨基和胍基）的氨基酸，外观为白色晶体或晶体状粉末，在生理pH条件下呈碱性（pH 10.5～12.0）。精氨酸是家禽的一种必需氨基酸，家禽因缺乏氨甲酰磷酸合成酶等关键酶而不能通过鸟氨酸-尿素循环来合成精氨酸，只能通过日粮摄取来满足[1]。精氨酸除参与机体蛋白质合成外，还在肌酸、脯氨酸、多胺、高精氨酸、一氧化氮（nitric oxide，NO）合成和激素释放过程中发挥重要作用。

1 精氨酸代谢途径

体内精氨酸通过四条途径进行分解代谢，涉及到四种关键酶，分别是一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）、精氨酸酶（arginase，ARG）、精氨酸脱羧酶（arginine decarboxylase，ADC）和精氨酸-甘氨酸脒基转移酶（arginine：glycine amidinotransferase，AGAT）。

1.1 NOS途径

精氨酸经NOS分解产成NG-羟基-L-精氨酸（NG-hydroxy-L-arginine，NOHA），进一步分解产生NO和瓜氨酸，精氨酸是体内合成NO的唯一前体物[2]。NO是一种气体信使分子，在心血管保护、免疫炎症反应、神经系统机能等方面发挥着重要作用。NOS包含3种亚型，分别是NOS1、NOS2和NOS3。NOS1又称神经型一氧化氮合酶（neuronal nitric oxide synthase，nNOS），分布在神经细胞中，参与神经传导和学习过程;NOS2是诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS），在许多免疫细胞如巨噬细胞、嗜中性粒细胞、嗜酸性粒细胞、树突状细胞以及自然杀伤细胞中都有分布，参与免疫反应;NOS3又称内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS），位于血管内皮细胞中，调节血管张力和血细胞的粘附性[3]。NOS1和NOS3产生的NO量很少，而且酶活性受钙离子水平调控[4]。iNOS受内毒素和多种细胞因子刺激后能催化精氨酸产生大量NO，不受钙离子水平影响，产生的NO具有细胞毒性效应，可以杀灭病原微生物，具有抗寄生虫、抗真菌、抗病毒、抗细菌、抗肿瘤的作用[5]。

1.2 ARG途径

精氨酸经ARG分解产生鸟氨酸，鸟氨酸经鸟氨酸脱羧酶分解产生腐胺，腐胺被持续表达的亚精胺合成酶和精胺合成酶先后转化成亚精胺和精胺[2]。腐胺、亚精胺和精胺都属于多胺，多胺在加快细胞增殖、组织形成及细胞分化中起着重要的作用，是小肠黏膜生长、发育、成熟、适应及恢复创伤必需的物质。其中鸟氨酸脱羧酶是多胺合成的限速酶[6]。ARG有两种亚型，分别是ARGI和ARGII。ARGI位于细胞质中，在肝脏中高度表达。ARGII位于线粒体中，主要在肾、小肠、乳腺、肾、巨噬细胞等肝外组织中表达[7]。补充精氨酸并不一定增加NO合成量，因为多数炎症反应发生时NOS和ARG同时表达，二者互相调控，其结果错综复杂，关于这两种酶相互影响的研究多集中于iNOS和ARGI。由于两种酶的底物相同，因此二者同时表达可能会导致对底物的竞争。ARG在某些情况下通过降低精氨酸的可利用性抑制iNOS产生NO[8]，而iNOS对ARG活性的抑制可能更多地通过NOHA的抑制作用而非底物精氨酸的限制[9]。

1.3 ADC途径

该酶位于细胞的线粒体内，ADC分解精氨酸生成二氧化碳和胍丁胺[10]。胍丁胺可被胍丁胺酶进一步分解产生腐胺和尿素，从而构成多胺合成的次要途径。脑、肝、肾、肾上腺、巨噬细胞和小肠中都存在ADC活性和胍丁胺合成[10]。研究表明，胍丁胺可激活烟碱、α2-肾上腺素能、咪唑啉、5-羟色胺（5-hydroxy tryptamine，5-HT）2A和5-HT3受体，在认知功能、情绪处理与疼痛感知方面起着重要作用[11]。此外，胍丁胺可能通过与α2-肾上腺素能受体相互作用以增加神经肽Y水平，从而刺激动物采食[12]。胍丁胺与精氨酸结构类似，能竞争性抑制三种NOS的活性，其中对iNOS的抑制作用最强[13]。此外，研究发现炎性细胞因子可刺激胍丁胺产生，而胍丁胺对病原体无害，可以被细菌用作能量来源[14]。

1.4 AGAT途径

该酶位于细胞的线粒体内，AGAT一方面可催化精氨酸和甘氨酸反应产生胍基乙酸和鸟氨酸，随后胍基乙酸和S-腺苷甲硫氨酸在N-二甲基转移酶的作用下反应生成肌酸[2]。胍基乙酸是体内合成肌酸的前体物[15]，AGAT是肌酸合成的限速酶[16]。肌酸在體内主要以磷酸肌酸的形式存在，具有能量储备作用，当机体ATP供应不足时，可为ADP提供一个高能磷酸键生成ATP[17]。敲除AGAT基因的动物体内肌酸和胍基乙酸水平降低，体型较瘦，肌肉萎缩，补充肌酸后上述症状消失[18];另一方面AGAT也可催化精氨酸和赖氨酸反应，生成L-高精氨酸和鸟氨酸。最新研究发现，血浆中高精氨酸水平与心血管疾病患病风险呈负相关，补充高精氨酸可治疗心血管疾病[19， 20]。高精氨酸补充可降低肥胖动物血液中的葡萄糖浓度[21]，提示高精氨酸具有治疗肥胖和糖尿病的潜力。

2 精氨酸对肉鸡生产性能的影响

Castro等[22]研究发现，饲粮添加精氨酸提高了罗斯308肉鸡的平均日增重、日采食量和饲料转化率，获得最大体重的精氨酸水平分别为14.3 g/kg（1～10日龄）和13.4 g/kg（11～24日龄）。Xu等[23]发现在精氨酸缺乏饲粮（1～21日龄精氨酸含量8.6 g/kg，22～42日龄精氨酸含量6.8 g/kg）中添加精氨酸（0～18 g/kg），随着饲粮精氨酸添加水平的提高，AA+肉鸡的平均日增重先增加;当精氨酸添加量超过13.5 g/kg后平均日增重开始下降。饲粮精氨酸添加提高了AA+肉鸡平均日增重和平均日采食量，降低了料重比，在精氨酸水平为14.7 g/kg时获得最佳生产性能[24]。与基础日粮组相比，添加1 g/kg精氨酸组显著提高京海黄鸡平均日增重和平均日采食量[25]。随着饲粮精氨酸水平（9.7～13.3 g/kg）升高，清远麻鸡平均日采食量、平均日增重和料重比提高[26]。此外，第14胚龄时给每个胚胎注射100 μg精氨酸可以提高孵化率和孵化后雏鸡体重，并促进肌肉生长相关蛋白表达[27]。

3 精氨酸对肉鸡免疫功能的影响

精氨酸促进T细胞发育，饲粮添加精氨酸提高传染性法氏囊病病毒（infectious bursal disease virus，IBDV）感染2 d后肉鸡外周血CD4+和CD8+T淋巴细胞数量、血清IL-6水平和血清IBDV抗体滴度，减弱IBDV感染引起的肉鸡免疫抑制[28]。饲粮添加精氨酸促进了黄羽肉鸡外周血CD3+和CD4+T淋巴细胞亚群的比例[26]。Tan等[29]研究发现饲粮添加精氨酸降低了肉鸡脾脏中CD11+、CD14+ 细胞和B细胞的比例，降低了脾脏中IL-1β、TLR4和PPAR-γ mRNA表达量，并降低盲肠扁桃体中IL-1β、IL-10、TLR4和NF-κB mRNA表达量，精氨酸可能通过抑制TLR4信号通路和降低CD14+细胞比例来降低脂多糖诱导的促炎细胞因子过表达。提高饲粮中精氨酸水平可减低禽腺病毒4型（fowl adenovirus serotype 4，FAdV-4）感染肉仔鸡引起的死亡率、提高肝脏iNOS mRNA表达水平，降低肝的病毒载量，提高机体免疫功能和抗病毒能力[30]。过量的饲粮精氨酸（>14.7 g/kg）添加会降低B细胞比例和B细胞淋巴瘤因子6（B-cell lymphoma 6，BCL6）表达，同时抑制JAK/STAT3通路进而影响体液免疫[24]。

4 精氨酸对肉鸡肠道健康的影响

肠道黏膜良好的形态结构是维持其消化吸收功能的前提条件，鸡胚注射精氨酸能促进孵化后肉仔鸡的采食量、体增重和肠道重量，提高空肠绒毛高度、绒毛高度/隐窝深度比值和杯状细胞密度，提高空肠黏膜中mucin-2、claudin-1、ZO-1和ZO-2 mRNA表达量[31]。给低温应激肉仔鸡的饲粮中添加精氨酸，可降低肉仔鸡十二指肠和空肠隐窝深度，提高回肠绒毛宽度，提高十二指肠和空肠绒毛高度/隐窝深度比值，杯状细胞数和粘液层厚度，有利于防御肠道病原体入侵[32]。精氨酸通过提高mTOR信号通路中TOR、4E-BP1和S6K1的mRNA丰度促进鸡肠上皮细胞蛋白合成，抑制蛋白降解[33]。宿主肠道微生物菌群在肠道健康和疾病发展中起着重要作用，他们与宿主互作，参与调节器官发育、营养代谢和免疫反应[34]。饲粮添加精氨酸提高了黄羽肉鸡回肠厚壁菌门（Firmicutes）、Romboutsia属和Candidatus Arthromitus属的相对丰度，降低了Clostridium sensu stricto 1属的相对丰度，维护了肠道健康[26]。Zhang等[35]研究发现，饲粮添加精氨酸可提高产气荚膜梭菌感染肉鸡回肠中梭菌目（Clostridiales）和乳杆菌目（Lactobacillales）等有益菌数量，减少变形菌门（Proteobacteria）中的有害菌生长，下调感染肉鸡的肠道中与微生物代谢和疾病有关的菌群丰度，将感染肉鸡的肠道微生物菌群组成调整到与健康肉鸡相同水平，缓解肉鸡坏死性肠炎。

5 小结

近年来，有关精氨酸对家禽免疫功能和肠道健康影响的研究已有不少报道，虽然大多数结果表明，精氨酸对家禽营养生理、免疫调节和肠道健康有显著作用，但是受到添加剂量、饲喂持续时间、动物的品种和日龄以及试验模型的影响，精氨酸的作用效果差异较大。另外，目前有关精氨酸对肉鸡免疫功能和肠道健康的研究主要是总结现象，针对其作用机理研究较少，尚需进行系统深入地研究。随着饲料中抗生素的禁用，通过营养措施调控肉鸡免疫功能和肠道健康成为研究热点，精氨酸作为一种重要的氨基酸和免疫调节剂，在肉鸡生产中将发挥越来越重要的作用。

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Research Progress of Arginine in Broiler Production*

ZHANG Tong1，AN Wendong1，WANG Heliang2，ZHANG Beibei1**

（1. College of Animal Science and Technology， Qingdao Agricultural University， Qingdao  266109，China;

2. Qingdao Sino-science Gene Biotechnology Co.， Ltd.， Qingdao 266114， China）

Abstract： Arginine is an essential amino acid for poultry. It not only participates in the body protein synthesis but also plays an important role in nutrition metabolism regulation. This article reviewed the metabolic pathways of arginine and the effects of arginine on the growth performance， immune function and intestinal health of broiler chickens， in order to provide a reference for the scientific application of arginine in broiler production.

Keywords： arginine; broiler chicken; growth performance; immune function; intestinal health