甜菜碱对猪不同生长发育阶段影响的研究进展

薄欣宇 杨孟哲 任战军 董响贵 王淑辉

（西北农林科技大学动物科技学院，陕西咸阳 712100）

甜菜碱广泛存在于动植物体内，因从甜菜中发现而得名。甜菜碱又称三甲基氨酸，是动物代谢的中间产物，在营养物质的代谢中起着十分重要的作用[1]。随着甜菜碱化学合成方法的进一步成熟和生产成本的不断降低，甜菜碱已被广泛应用于畜禽生产中[2]。研究发现，饲粮中添加甜菜碱能够具有促进动物生长、改善胴体品质、缓解热应激等作用[3]。在畜禽生产上，使用甜菜碱部分替代胆碱及蛋氨酸可以降低饲料成本。本文围绕近些年来甜菜碱在不同生长发育阶段猪上的饲喂效果及其调控机制进行分析，以期为其在猪生产中更好的高效应用提供参考依据。

1 甜菜碱的来源及作用

甜菜碱是一种广泛存在于动植物组织中的天然存在的化合物，是甘氨酸的三甲基衍生物。甜菜碱的常见来源是甜菜及其副产品，但在小麦、紫花苜蓿粉等作物中也存在[4]。甜菜碱稳定无毒，可以纯化形式作为饲料添加剂使用，最常见的形式是以无水甜菜碱、一水甜菜碱和盐酸甜菜碱[5]。

甜菜碱还可作为一种渗透调节剂，可以增强细胞的Na+/K+泵功能，维持细胞的渗透平衡和压力，从而保护肠道细胞和微生物，可抵消热应激和球虫病期间的性能损失，调节对特定饲料的消化率[6]。

同时甜菜碱、胆碱和蛋氨酸是动物体内甲基供体的主要来源，并且甜菜碱是其中最有效的一种，同位素研究表明，甜菜碱作为甲基供体的效率是胆碱的12～15 倍[7]。甜菜碱分子的化学结构如图所示（图1），可直接用作甲基供体提供三个甲基，可用于转甲基化反应在肌酸、肉碱、磷脂酰胆碱、肾上腺素、甲基嘌呤和甲基化氨基酸的合成中起着重要作用。

图1 甜菜碱的化学结构

甜菜碱也是是形成蛋氨酸的底物，然后蛋氨酸可以进一步转化为s-腺苷甲硫氨酸(SAM)[8]。在蛋氨酸代谢循环中，SAM被甘氨酸N-甲基转移酶(GNMT) 进一步转化为S-腺苷同型半胱氨酸，从而为DNA 和蛋白质甲基化提供甲基，分别由DNMT (DNA 甲基转移酶) 和组蛋白甲基转移酶催化。因此，甜菜碱补充可能通过改变表观遗传标记，如DNA 和组蛋白甲基化[9-10]来调节基因表达。

2 日粮中添加甜菜碱对不同生长时期猪的生产性能的影响

2.1 妊娠母猪日粮中添加甜菜碱对仔猪生产性能的影响

母猪妊娠期补充甜菜碱可以促进新生仔猪肌肉生长，提高子代出生体重和出生后生长速度。Jin 等[11]将24 头经产母猪随机分为对照组(CON) 和从配种到分娩期间饲喂含甜菜碱的高甲基日粮组(MD)。结果显示，与CON 组相比，MD 组仔猪初生重及28 日龄体重都显著增加，日增重显著高于CON组，且MD 组仔猪初生时血清IGF-1 浓度、肝脏IGF-1 基因和肌肉IGF-1R 蛋白表达显著高于CON 组。研究表明，孕期补充MD 可提高子代出生体重和出生后生长速度，且与IGF-1基因和IGF-1R 基因表达增加以及IGF-1 基因启动子DNA 甲基化改变有关。

Jia 等[12]在母猪妊娠期间饲喂甜菜碱日粮，发现妊娠期间补充母体甜菜碱会导致新生仔猪肌肉中线粒体DNA 启动子的低甲基化和线粒体DNA 编码的OXPHOS 基因的激活，同时显著提高子代仔猪血浆甜菜碱浓度和肌肉中甲基转移酶(BHMT和GNMT) 的表达。与饲喂普通日粮的对照组相比，甜菜碱组的仔猪背最长肌(LM) 重量高出13.1%，并且所有公母仔猪的初生重显著提高，表明甜菜碱可以促进新生仔猪肌肉生长。

此外，还有研究证明通过对妊娠母猪补充甜菜碱，可以影响仔猪的糖代谢与脂代谢。Jia 等[13]的研究发现孕期补充母体甜菜碱可降低新生仔猪肝脏中半乳糖激酶1 的含量，表明甜菜碱在预防新生儿高血半乳糖相关疾病方面具有很大的潜力。Cai等[14]通过对妊娠母猪在整个妊娠期间饲喂普通对照日粮或添加甜菜碱日粮（3g/kg）发现母体甜菜碱显著改变了新生仔猪糖异生基因启动子上CPGS 和组蛋白的甲基化状态，首次证明，母体甜菜碱可通过增强肝脏蛋氨酸代谢和DNA 及组蛋白的甲基化影响新生仔猪肝脏糖异生基因的表达。

胆固醇是细胞膜的重要成分，也是维持生命的类固醇激素和胆汁酸的前体[15]。Cai[16]等的研究发现饲喂产前母猪甜菜碱可增加新生仔猪肝脏胆固醇含量，改变肝脏胆固醇代谢基因的表达。次年，该团队又在母猪整个妊娠期间饲喂添加甜菜碱的日粮(3g/kg)，以探讨母猪甲基供体营养对新生仔猪肝脏脂肪生成基因表达的影响[17]。研究发现，母猪妊娠期间饲喂甜菜碱可使仔猪肝脏甘油三酯含量显著降低，肝脏脂肪合成基因乙酰辅酶A 羧化酶（ACC）、脂肪酸合成酶（FAS）、硬脂酰辅酶A脱饱和酶（SCD）和甾醇调节元件结合蛋白-1c 的表达下调。

因此，母体甜菜碱可能通过表观遗传途径调节胎儿IGF-1基因和IGF-1R 基因表达及肝脏的糖代谢和脂质代谢，从而影响子代的生长发育。

2.2 饲粮中添加甜菜碱对保育猪生长性能的影响

Xu[18]等研究发现在日粮中添加甜菜碱后，断奶仔猪干物质和粗蛋白质的总消化率分别提高了4.2%和6.4%，可能与添加甜菜碱后，断奶仔猪的肠道绒毛更加均匀，绒毛高度增加有关。后来，Paulo 等[19]分别用4 个水平（0.0%、0.1%、0.2%、0.3%）的甜菜碱饲喂23 日龄断奶仔猪，发现各处理间对十二指肠绒毛高度和回肠隐窝深度的影响差异显著，断奶后3 个肠段绒毛高度和隐窝深度差异显著，其中0.0%组十二指肠绒毛高度和回肠隐窝深度最低，0.2%最高。Wang 等[20]的研究也发现饲喂甜菜碱能显著增加断奶仔猪小肠绒毛高度和绒毛高度与隐窝深度的比值，而较高的隐窝深度表明细胞增殖活性增强，以确保足够的上皮更新率并补偿绒毛高度的损失[21]，表明甜菜碱可以通过改善肠道结构来提高断奶仔猪的生长性能。

同时，Wang 等[20]对39 日龄的断奶仔猪，在基础日粮中分别添加0、1250、2500mg/kg 甜菜碱的试验结果还表明，日粮中添加甜菜碱可线性提高仔猪平均日增重（ADG），降低腹泻率，提高饲料转化率（FCR）。甜菜碱显著提高了粗蛋白（CP）和乙醚提取物（EE）的表观全肠道消化率，提高了小肠淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶的活性，并且具有剂量依赖性，2500mg/kg 甜菜碱对消化酶活性的影响比1250mg/kg 甜菜碱对消化酶活性的影响更强。体外酶反应研究发现甜菜碱能增强淀粉酶和胰蛋白酶与相应底物的亲和力，并能拮抗NaCl 诱导的高渗抑制作用。此外，甜菜碱还能提高肠道中谷胱甘肽过氧化物酶的活性与降低腹泻率。

甜菜碱同样可以通过提高血清生长激素（GH）和胰岛素样生长因子-1（IGF-1）的水平等促进断奶仔猪生长。Dong等[22]发现饲喂600mg/kg 甜菜碱日粮的断奶仔猪平均采食量、日增重、GH 和IGF-1 水平显著提高。

综上所述，日粮中添加甜菜碱改善了肠道结构，提高了消化酶活性，促进营养物质的消化，提高血清生长激素和胰岛素样生长因子-1 的水平，从而提高断奶仔猪的生长性能，促进断奶仔猪生长。

2.3 饲粮中添加甜菜碱对育肥猪生长性能的影响

Lawrence 等[23]的一项研究结果表明，添加1000mg/kg 甜菜碱对60～110kg 育肥猪的生产性能没有显著影响，但在粗蛋白含量较高（15.0%）的饲料中添加甜菜碱可提高育肥后期（28～56d）的日增重，降低采食量。在粗蛋白含量较低（12.7%）的饲料中添加甜菜碱对猪的育肥没有影响。蛋白质水平与甜菜碱之间存在相关性，因此，高蛋白日粮中添加甜菜碱可以减少猪的采食量，提高日增重。

在猪的育肥过程中，甜菜碱还具有降低脂肪沉积和改变蛋白质利用的作用。甜菜碱可下调育肥猪脂肪组织中FAS mRNA的表达，降低脂肪生成酶的活性[24]。此外，有记载在肥育猪日粮中添加0.125%甜菜碱溶液，肥育猪的平均背脂厚度和血清甘油三酯浓度明显降低。

此外，甜菜碱促进脂肪酸的β 氧化，加速脂解，降低动物的体脂含量，并重新分配体脂[25]。当80%基础饲料中添加0%、0.125%、0.250%和0.5%甜菜碱时，生长伊比利亚猪的胴体脂肪浓度[26]、P3 脂肪厚度和内脏重呈下降趋势，而胴体总蛋白、蛋白质沉积率和瘦肉率呈上升趋势。添加0.5%甜菜碱组猪的胴体脂肪浓度和P3 脂肪厚度分别降低了10%和26%，蛋白质/脂肪比提高了23%，但对生长性能、内脏化学成分、蛋白质水平、胴体脂肪沉积率和血液尿素氮（BUN）水平没有影响。

在育肥猪的日粮中添加甜菜碱也会影响育肥猪的能量代谢。Rtriyanto 等[27]对育肥猪提供能量有限但有足够氨基酸的饲料，发现增加甜菜碱水平降低了育肥猪的热量消耗和所需的能量。

总的来说，日粮中添加甜菜碱可以提高育肥猪的日增重，降低采食量，促进脂肪酸的β 氧化及降低脂肪沉积、改变蛋白质利用，降低育肥猪的热量消耗和所需的能量。

3 讨论与展望

在过去的几十年里，已有大量的研究来评估日粮中添加甜菜碱对动物生产性能的影响。这些研究集中在甜菜碱作为蛋氨酸和胆碱替代品的作用及对日粮中补充甜菜碱作为富甲基饲料的作用。甜菜碱既具有甲基供体功能，又具有氨基酸功能，参与蛋白质和能量代谢。越来越多的研究表明，母体营养可通过表观遗传修饰（如DNA 甲基化、组蛋白乙酰化）导致后代发生永久性表型改变，从而长期影响后代的生长、发育和晚年的疾病易感性[28]。

蛋氨酸是猪重要的氨基酸，而甜菜碱的补充可补充减少饲料中蛋氨酸的添加量，降低饲料粗蛋白水平，减少使用昂贵的蛋白质来源，如豆粕，从而降低了饲养成本。此外，甜菜碱的渗透保护特性可能导致肠道结构的增殖增加，进而可能对动物的健康状况和营养物质的消化率产生积极的影响。由于饲料中抗生素的禁用，将甜菜碱用于改善肠道健康将受到越来越多的关注。总而言之，这些促进猪生长发育的效果突出了甜菜碱作为饲料添加剂在养猪中的重要性。