谷氨酰胺二肽的生理功能及其在斷奶仔豬上的應用

山東省濱州畜牧獸醫研究院 霍 芳 付石軍 郭時金 張志美 沈志強

在早期斷奶仔豬日糧中添加適量的谷氨酰胺（Gln）可緩解仔豬斷奶應激，提高斷奶仔豬生長性能和免疫能力，降低腹瀉率，但Gln具有熱不穩定性及溶解度低等缺點，嚴重影響了Gln在動物生產中的應用。谷氨酰胺二肽是Gln和其他氨基酸形成的一種復合物，主要包括丙氨酰-谷氨酰胺（Ala-Gln）和甘氨酰-谷氨酰胺（Gly-Gln）。 谷氨酰胺二肽具有水溶解度高、穩定性好、吸收率高等優點，在動物生產上有很好的應用前景。本文綜述了谷氨酰胺二肽的代謝機制、生理功能及其對早期斷奶仔豬生長性能、免疫功能、抗氧化機能及激素水平等方面的影響。

1 谷氨酰胺二肽的生理功能

1.1 保護腸道完整性 谷氨酰胺二肽具有維持斷奶仔豬腸道正常形態、結構和功能等作用。王輝（2010）研究表明，谷氨酰胺二肽可通過提高空腸組織谷氨酰胺酶活力和二胺氧化酶活力，加強細胞對谷氨酰胺的利用強度，從而促進細胞增殖，抑制細胞凋亡，提高組織蛋白含量，最終起到保護細胞完整性的作用。谷氨酰胺二肽保護腸道完整性的作用機制可能是：（1）谷氨酰胺二肽提供了小腸上皮細胞復制的“燃料”和氮源-Gln，作為腸黏膜的主要能量來源及嘌呤和蛋白質的氮源供體，用于維持依賴于ATP的許多代謝過程的順利進行；（2）由Gln代謝產生的鳥氨酸是多胺合成的重要前提，而多胺是一種脂肪組胺類，在腸道細胞的增殖、分化及受損腸上皮的修復等過程中均有重要的作用；（3）由Gln代謝產生的精氨酸（Arg）作為合成NO的前體發揮著重要作用，NO在調控小腸血流、腸道的分泌及完整性等方面起重要作用；（4）以Gln代謝產物為主要前體而合成的谷胱甘肽在保護腸道免受細菌和毒素的侵害中也有積極作用（袁雪波等，2009）。

1.2 維持機體免疫功能 谷氨酰胺二肽在維持機體免疫功能中起著非常重要的作用。谷氨酰胺二肽分解成谷氨酰胺后，主要是通過參與淋巴細胞的代謝，影響多種激素以及細胞因子的分泌等方面對機體免疫應答發揮作用，它既是淋巴細胞和巨噬細胞的主要能源，又是淋巴細胞受抗原刺激后大量增殖分化中核苷酸合成的重要前體，使胸腺細胞計數增多，增加植物血凝素有絲分裂原的產生，并且顯著提高T淋巴細胞對有絲分裂原的反應性，有利于巨噬細胞在免疫應答過程中合成mRNA，釋放大量分泌性細胞因子（如腫瘤壞死因子、白細胞介素），增強巨噬細胞吞噬能力（陳娟娟和車向榮，2007）。

谷氨酰胺二肽可以代替Gln改善應激狀態下腸道免疫功能，保護小腸黏膜屏障以抵抗細菌、毒素的入侵，減少細菌移位，促進淋巴細胞的增殖（余珊珊，2011）。機體在應激狀態下，Gln的缺乏會大幅降低腸腔中分泌型免疫球蛋白 （S-IgA）的含量，S-IgA是在腸道內起主要免疫功能作用的漿細胞分泌IgA與內皮細胞的結合物，其在阻止細菌對腸上皮細胞表面的黏附、抑制細菌增殖、中和毒素、保護腸黏膜及減少細菌移位等方面起重要作用。谷氨酰胺二肽分解后生成Gln，補充了腸道的Gln，維持S-IgA正常功能發揮。同時，它為免疫活性細胞增殖提供能源，又是免疫活性細胞大量增殖分化過程中的蛋白質和核酸合成的重要前體。從而調節免疫活性細胞釋放分泌性細胞因子、細胞毒素和免疫球蛋白。

1.3 增強機體抗氧化功能 Gln是腸黏膜細胞的主要能源物質，并參與機體內還原型谷胱甘肽（GSH）的合成。動物機體內GSH和超氧化物歧化酶（SOD）在清除自由基和維持細胞結構方面具有重要的作用。在日糧中添加谷氨酰胺二肽可以通過提高血清中的GSH和SOD濃度，降低黃嘌呤氧化酶濃度來增強機體的抗氧化能力（史英欽等，2002）。小鼠長期口服谷氨酰胺二肽會增加肌肉和肝臟的GSH的儲存量，同時改善細胞的氧化還原狀態（Cruzat和 Tirapegui，2009）。谷氨酰胺二肽發揮作用的機制可能為：（1）優先滿足免疫系統和胃腸道對 Gln需要；（2）改善機體氮平衡；（3）恢復細胞內Gln代謝池的正常值。在應激和嚴重疾病時，機體因自由基的形成增加，抗氧化能力下降，供給谷氨酰胺二肽能恢復因消耗而減少的GSH儲存量，從而消除自由基對細胞的損傷 （郎淑妮和雷奇，2009）。

1.4 提高機體生長性能 谷氨酰胺二肽能促進腸道上皮細胞的增殖分化及受損腸道的修復，增加細胞內抗氧化能力及保護腸細胞免受氧自由基損傷，維持腸道結構的完整性及正常的非特異性和特異性免疫功能，而且能不斷為動物腸黏膜細胞更新提供能量來源和代謝前體，從而減少外界不利因素造成的動物生產性能下降。曾翠平（2004）研究發現，Gly-Gln可通過提高機體的抗氧化能力，防止或緩減應激造成的過氧化損傷；也可能通過促進肝細胞和骨骼肌衛星細胞的增殖與胰島素樣生長因子（IGF-I）的分泌，提高肝臟、肌肉組織IGF-I mRNA和生長激素受體mRNA的表達，使血液中的IGF-I水平提高，IGF-I自分泌或旁分泌作用增強，進而促進蛋白質合成，提高養分利用率，最終促進動物生長。

2 谷氨酰胺二肽在體內的吸收與代謝途徑

Gly-Gln和Ala-Gln在機體內的吸收與代謝途徑存在一定的差異，但它們均能被有效地分解為氨基酸而被機體利用。在給予谷氨酰胺二肽之前，通過腸和腎的Gln平衡為凈攝取，肝臟和骨骼肌的Gln平衡為中性；而給予谷氨酰胺二肽后，肝臟Gln平衡為凈攝取，腎臟為凈釋放，且與給予二肽的量成比例地增加或減少，腸和骨骼肌中Gln平衡卻無明顯變化。機體大部分谷氨酰胺二肽均被腎分解為氨基酸，再被釋放入血液中，被其他器官利用，尿中僅能檢測到極微量的谷氨酰胺二肽和 Gln（Adibi等，1993）。

2.1 谷氨酰胺二肽在腸道中的代謝 小肽能以完整形式被腸道吸收。腸道小肽的吸收是依靠腸黏膜上的肽類轉運系統逆濃度進行 （Yi等，2005）。腸黏膜肽類轉運系統主要是具有pH依賴性的非耗能性H+交換轉運系統，轉運過程依靠H+向細胞內的電化學質子梯度供能；當缺少H+時，依靠膜外的底物濃度進行；當存在細胞外高內低的H+時，則以逆底物濃度的生電共轉運進行（Daniel等，1994）。小腸黏膜吸收谷氨酰胺二肽可能有兩種途徑：（1）谷氨酰胺二肽在細胞外經胞膜二肽酶水解釋放出Gln，再被腸黏膜吸收；（2）谷氨酰胺二肽被轉運至上皮細胞內，經胞質內二肽酶水解釋放出Gln。王輝（2010）研究表明，Ala-Gln二肽和Gly-Gln二肽在斷奶仔豬空腸培養液中培養60 min后并不完全被降解，其降解速率分別是（0.17±0.03）mmol/L·min 和（0.19±0.03）mmol/L·min。40 min內Ala-Gln二肽和Gly-Gln二肽能以完整形式被吸收，吸收量分別是（10.26±0.74）mmol/L 和 （7.25±1.47）mmol/L；Ala-Gln 二肽吸收速率高于Gly-Gln二肽。

2.2 谷氨酰胺二肽在血液中的代謝 血液中谷氨酰胺二肽的代謝可能有三種途徑：（1）在血液循環中水解；（2）被血管壁膜上的二肽酶水解；（3）經主動轉運或被動擴散以完整形式進入細胞后再被酶水解。血液中存在水解二肽的酶，可以分解谷氨酰胺二肽，但不是清除谷氨酰胺二肽的主要形式。肝臟和骨骼肌內沒有二肽轉運系統，二肽的水解主要是通過血管壁膜上的二肽酶在細胞外水解，肝血竇內皮細胞以及骨骼肌血管內皮細胞上均發現存在水解二肽的酶。對谷氨酰胺二肽的清除能起一定的作用。腎小管上皮細胞刷狀緣上存在兩類二肽轉運系統，均能將二肽以完整形式轉運到細胞內，再被水解利用。

3 谷氨酰胺二肽在斷奶仔豬上的應用

3.1 谷氨酰胺二肽對斷奶仔豬生長性能的影響谷氨酰胺二肽能夠緩解斷奶應激對仔豬腸道造成的損傷，降低腹瀉率，從而提高斷奶仔豬的生產性能。楊彩梅（2006）研究結果表明，在斷奶仔豬日糧中分別添加谷氨酰胺二肽和Gln，谷氨酰胺二肽的吸收和利用率明顯高于Gln。低劑量谷氨酰胺二肽能夠達到與高劑量Gln相同的效果，二者相同劑量時谷氨酰胺二肽的作用效果更明顯；而過量添加谷氨酰胺二肽有負面影響，其可能原因是Gly-Gln進入機體后，大量水解成Gln和Gly，過量的Gly使基礎日糧的氨基酸平衡發生改變。袁雪波等（2012）研究Ala-Gln對早期斷奶仔豬生長性能、血液生化指標和小腸黏膜酶活性的影響，結果表明，Ala-Gln在早期斷奶仔豬飼糧中的適宜添加量為0.27%。

聶劉明等（2002）給28日齡斷奶仔豬飼喂含谷氨酰胺二肽的飼糧，與對照組相比，仔豬平均日采食量提高了2.42%，平均日增重提高13.49%，料重比降低9.50%，腹瀉率降低64.22%。劉偉敏等（2003）研究發現，添加0.5%谷氨酰胺二肽與2%乳清粉混合物和1%谷氨酰胺二肽能顯著改善仔豬的日增重、采食量和料比重，可有效緩解早期斷奶應激綜合征。曾翠平（2004）研究得出，通過在日糧中給斷奶仔豬補充適量Gly-Gln（0.15%～0.25%）可改善斷奶仔豬生產性能，并達到添加0.3%～0.5%Gln單體的效果，而高劑量（0.3% ～0.5%）添加效果較差。席鵬彬等（2007）在日糧中添加0.125%～0.5%谷氨酰胺二肽，可改善21日齡仔豬飼料轉化效率，其中以0.125%和0.25%添加量效果較好。黃冠慶和林紅英（2009）在21日齡斷奶仔豬日糧中添加Gly-Gln，經21 d的飼養試驗發現，仔豬的腹瀉率明顯降低，采食量、平均日增重、飼料轉化率均有所提高。黃冠慶等 （2008）在21 d齡斷奶仔豬日糧中分別添加0.1%、0.3%和0.5%Ala-Gln，結果表明，低劑量（0.1%）可顯著提高仔豬斷奶后1～10 d的生產性能，中劑量（0.3%）和高劑量（0.5%）也可顯著提高仔豬斷奶后11～20 d的生產性能，推測這可能與谷氨酰胺二肽的形式有關。

3.2 谷氨酰胺二肽對斷奶仔豬免疫功能的影響周榮艷（2004）研究結果發現，在體外細胞培養液中，Ala-Gln在一定的濃度范圍對體外培養的早期斷奶仔豬腸系膜淋巴結細胞增殖有促進作用，濃度在1 mmol/L時刺激指數最大，且與濃度為2 mmol/L游離Gln作用效果相似。席彬鵬等（2007）研究發現，在日糧中添加谷氨酰胺二肽可顯著提高斷奶仔豬第10天（21日齡）和第21天血液CD4+/CD8+比值（P＜0.05），有利于增強斷奶仔豬細胞免疫功能，且以0.125%和0.250%濃度的谷氨酰胺二肽增強細胞免疫功能效果最佳。Jiang等（2009）研究結果表明，Gly-Gln可以明顯緩解斷奶仔豬因應激對生長性能和免疫功能造成的抑制，并且可以調節免疫細胞分泌細胞因子，增強仔豬細胞免疫。

3.3 谷氨酰胺二肽對斷奶仔豬抗氧化功能的影響曾翠平（2004）在21日齡斷奶仔豬日糧中分別添不同水平的Gly-Gln，結果顯示，添加0.15%和0.30%Gly-Gln不僅可提高仔豬血清SOD活性，還可顯著提高肝臟和小腸黏膜SOD和血清谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）活性（P ＜ 0.05），降低血清、回腸黏膜丙二醛（MDA）含量，防止或減緩應激造成的過氧化損傷。席鵬彬等（2007）研究表明，高劑量（0.50%）谷氨酰胺二肽可顯著提高血清SOD水平（P＜0.05）。 黃冠慶等（2008）研究發現，添加Ala-Gln對仔豬血清過氧化氫酶（CAT）、GSH-Px活力，血清總抗氧化能力 （T-AOC）和MDA含量均有不同程度的影響，其中添加0.1%、0.3%和0.5%的Ala-Gln均能顯著提高仔豬血清GSH-Px活力（P ＜ 0.05）；31日齡和 41日齡時，血清GSH-Px活力呈線性升高。在仔豬日糧中添加0.15%、0.30%和0.45%的Ala-Gln，49日齡的仔豬血清T-AOC和T-SOD含量呈二次線性升高（P＜0.05）（陳恒燦等，2011）。

3.4 谷氨酰胺二肽對斷奶仔豬激素水平的影響曾翠萍（2004）研究表明，日糧中添加0.15%Gly-Gln可顯著提高血清中IGF-I水平和胰島素與胰高血糖素比值，降低仔豬血清IGFBP-3水平，49日齡仔豬肝臟組織中IGF-I含量也有一定程度的提高，而增加 Gly-Gln的添加量對 IGF-I分泌無明顯的促進作用。日糧添加適量的Gly-Gln能明顯降低49日齡仔豬下丘腦CRH的分泌 （P＜0.05），并有降低皮質醇分泌的趨勢。黃冠慶等（2003）試驗表明，在飼糧中添加0.25%、0.5%Gly-Gln可提高斷奶仔豬31日齡和42日齡血液中的三碘甲腺原氨酸（T3）、游離甲狀腺素（T4）和胰島素的含量。添加 0.25%、0.5%可降低斷奶仔豬血液中皮質醇水平。

4 小結

谷氨酰胺二肽相對于谷氨酰胺單體，溶解度高、熱穩定性好，并能夠被小腸黏膜完整吸收，然后在腸黏膜、肝、腎、骨骼肌等組織器官中被快速分解，產生體內所需的氨基酸，提高血漿中谷氨酰胺濃度（周榮艷和彭健，2005）。在斷奶仔豬日糧中添加適量的谷氨酰胺二肽能夠有效促進腸上皮細胞的增殖分化及受損腸道的修復，增加細胞內抗氧化能力及保護腸細胞免受氧自由基損傷，維持腸道結構的完整性及增強免疫功能，緩解仔豬斷奶應激及提高生長性能，具有良好的應用前景。然而，由于谷氨酰胺二肽生產難度大，化學合成法產量低，導致添加成本過高，因此開發高效的生產途徑，對于降低活性肽的生產成本，促進谷氨酰胺二肽在早期斷奶仔豬生產中的廣泛應用具有重要意義。

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