N-氨甲酰谷氨酸的生物學功能及其在豬生產中的應用

卞寶國，李呂木，錢 坤

（1.安徽農業大學動物科技學院，安徽合肥 230036；2.安徽省畜牧生物工程技術研究中心，安徽合肥 230031）

精氨酸（Arg）是一種條件性必需氨基酸，在成年動物體內可以合成，但合成速度較慢。性成熟后的生長豬和妊娠母豬體內精氨酸的合成速度可以滿足需要，但哺乳母豬精氨酸合成量可能無法滿足泌乳需要 （楊平等，2011）。N-氨甲酰谷氨酸（NCG）即精氨酸生素（AAA），能夠通過尿素循環途徑間接促進精氨酸生成。有研究表明，在日糧中添加一定量的NCG能夠提高妊娠母豬、哺乳母豬和仔豬的生產性能，改善種公豬精液品質。在生產實踐中，由于精氨酸與賴氨酸、色氨酸和纈氨酸存在拮抗作用，并且價格較高，難以在動物生產中大量推廣使用。NCG作為精氨酸的內源激活劑，伴以相對低廉的價格，因此備受關注。

1 N-氨甲酰谷氨酸的理化性質及生物學功能

NCG是一類化學性質穩定的可食用活性物質，純品為無色透明晶體或白色結晶粉末，極易溶于水，難溶于乙醇、丙酮等有機溶劑，等電點為3.02。

N-氨甲酰谷氨酸的化學性質主要集中在羧基和C2上的氨甲酰基。在堿性和弱酸性條件下，其以氨基的親核能力最強，在強堿性條件下，C1和C5上的羧基可以和草酰氯、乙酰氯、五氯化磷（PCl5）等生成酰氯，由于多個活性基團的存在，所以該化合物的化學性質由它們決定 （劉雅倩，2011）。 NCG 是 N-乙酰谷氨酸（NAG）類似物，在動物體內可以同NAG一樣參與機體尿素循環，半衰期長，代謝穩定，具有廣泛的生物學功能。研究表明，NCG可作為代謝激活劑參與二氫吡咯-5-羧酸合成酶（P5CS）和氨甲酰磷酸合成酶I（CPSI）的激活，促進谷氨酰胺或脯氨酸合成瓜氨酸，進而促進精氨酸的生成（Wu等，2004）。

NCG作為尿素循環中鳥氨酸生成瓜氨酸的中間體NAG的類似物，是內源性精氨酸合成途徑中的必需輔助因子和限制性因素之一，NCG通過精氨酸生成途徑使機體精氨酸維持在較高的生理水平。NCG促進腸道瓜氨酸和精氨酸的合成主要是通過增加腸道氨甲酰磷酸和鳥氨酸的可用量來實現的（Wu等，2007）。NCG可以通過精氨酸途徑產生NO和多胺（腐胺、精胺等）等生物活性物質，參與調節機體蛋白質的合成代謝、調節腸道功能和激素分泌等影響動物的生理機能。

在國外，NCG一方面可以作為藥品應用于臨床代謝類疾病的治療，如用NCG治療N-乙酰谷氨酸合成酶缺乏引起的高血氨癥患者，同位素標記15N，發現血氨和血中谷氨酰胺含量顯著降低，血清尿素提高2～3倍，能使癥狀得到有效緩解（Tuchman等，2008）。用NCG治療甲基丙二尿酸癥的病人，顯著增加了尿素含量，同時降低了血中谷氨酰胺、丙氨酸和甘氨酸含量，表明NCG的攝入通過影響氮代謝來緩解甲基丙二酸、丙酸、甲基枸櫞酸等代謝物異常蓄積，從而改善病情（Jones等，2008）。另一方面NCG作為營養強化劑或者保健品可以顯著增加肌肉產量，用于許多流行的健美運動促肌肉增長產品中。目前，在新生兒一種罕見遺傳性疾病——楓糖尿癥中，NCG也有望發揮很好的治療效果（Kalkan等，2009）。

此外，NCG能夠增加丙酸敗血癥患者的尿素生成，降低血漿中氨和谷氨酰胺的濃度（Mew等，2010）。有研究報道，NCG不僅能夠提高大鼠血清精氨酸和脯氨酸的水平，也提高了子宮精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸以及脯氨酸的水平，并在胚胎植入子宮之前，促進信號轉導及轉錄激活因子3（Stat3）、 蛋白激酶 B （PKB）、70 kDa 核糖體蛋白S6激酶 （S6K1）的激活，引起窩產仔數的增加（Zeng 等，2012）。

2 N-氨甲酰谷氨酸在豬生產中的應用

2.1 在妊娠母豬生產中的應用 現代高產母豬一個發情期可以排出20～30個卵細胞，因為產前損失高，到最后只有9～15頭仔豬產出（Town等，2005）。妊娠期胚胎死亡率高已成為養豬生產中提高母豬繁殖效率的主要限制因素之一。精氨酸在調控母豬繁殖性能方面具有重要的作用。在妊娠后期母豬日糧中添加1.0%精氨酸和0.1%NCG可使仔豬出生平均活重比對照組分別提高16.2%和14.3%，NCG添加組尿囊絨膜組織的血管內皮生長因子A（VEGFA）表達顯著提高，并且有優于精氨酸組的趨勢，同時，NCG能明顯增加血漿中胎盤生長素PlGF1的蛋白濃度，并可提高胎盤尿囊絨膜的PlGF1 mRNA的表達 （Wu等，2012）。另外，添加同等水平的精氨酸（1.0%）和NCG（0.1%）能夠提高妊娠后期母豬的繁殖性能，明顯增加血漿精氨酸含量，降低血管內皮生長因子（VEGF）和 內皮型一氧化氮合酶（eNOS）的水平，且NCG可使母豬臍靜脈miR-15b、VEGFA的表達顯著提高，eNOS的表達顯著降低 （Liu等，2012a）。NCG在改善哺乳動物胎盤血管功能方面起著重要的作用，可影響臍靜脈microRNAs、VEGFA和eNOS基因的表達，調控母體促進胎兒的生長發育，提高母豬的繁殖性能。劉星達等（2011a）在妊娠80 d的長大母豬日糧中添加不同水平的 NCG（0.04%、0.08%、0.12%），結果表明，日糧中添加0.08%NCG效果最好，窩產活仔數比對照組提高11.75%，窩重提高13.23%，窩產死胎數降低57.14%，血漿尿素氮含量降低，同時血漿精氨酸、NO、生長激素、鋅離子濃度提高。NCG有效促進了母豬內源精氨酸的合成，改善了母豬子宮內環境和胎豬營養供給，保證了胎豬的存活和生長。

免疫球蛋白是體液免疫應答中發揮免疫功能最主要的免疫分子，在保護胚胎的發育中起著非常重要的作用。楊平等（2011）選取感染豬繁殖與呼吸綜合征病毒 （PRRSV）的母豬 （長白×大約克），在其妊娠30～90 d的日糧中添加0.1%的NCG，發現第90天時母豬血清免疫球蛋白IgG、IgM和PRRSV抗體水平顯著升高，血漿尿素濃度顯著降低，這說明母體體液免疫水平升高，有利于胚胎的生長和發育。此外，添加0.1%的NCG還能提高妊娠母豬第90天血漿亮氨酸、苯丙氨酸、瓜氨酸、脯氨酸以及總一氧化氮合酶（TNOS）和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的濃度，降低血漿氨濃度（江雪梅等，2011）。

2.2 在哺乳母豬生產中的應用 精氨酸是母豬乳腺獲得最佳發育所必需的營養素，能刺激分泌乳房發育所必需的催乳素和生長激素。精氨酸缺乏會阻礙NAG的激活，影響CPS-1的活性，阻礙氨和重碳酸鹽的反應，使大量氨在體內積聚（Ignarro等，2001）。血氨是造成胚胎和胎兒死亡的重要因素之一。在哺乳母豬日糧中添加0.8%精氨酸可顯著提高21日齡仔豬斷奶窩重和日均泌乳量，添加0.06%的NCG可顯著降低血漿中尿素氮（BUN）含量，而添加0.09%的NCG則可顯著提高仔豬平均日增重（劉星達等，2011b）。尿素是哺乳動物氨基酸氧化作用的主要終產物，泌乳母豬血漿尿素濃度可能是豬整體氮利用效率的指示劑。血漿尿素氮的下降反映了氨基酸作為組織或者乳蛋白的利用率得到提高。

2.3 在仔豬生產中的應用 哺乳仔豬日糧中添加50 mg/kg體重的NCG能夠顯著提高豬血清精氨酸濃度和生長激素濃度，提高哺乳仔豬的生長速率，促進肌肉蛋白的合成 （Frank等，2007；Wu等，2004）。

NAG是一種獨特的輔助因子，它對哺乳動物肝臟中尿素生成是必不可少的，而乙酰谷氨酸合成酶 （NAGS）能夠催化谷氨酰胺和CoA生成NAG。日糧中添加NCG能夠促進空腸和回腸的NAGS mRNA和蛋白質的表達，顯著提高血清中精氨酸的濃度，改善斷奶仔豬生長性能（Liu等，2012b）。在斷奶仔豬日糧中添加0.6%精氨酸或者0.08%NCG能夠顯著增加血漿中精氨酸濃度、小腸絨毛高度、空腸和回腸隱窩深度及小腸杯狀細胞數量，促進腸道生長和仔豬增重。同時，添加NCG的仔豬腹瀉率可顯著降低18%，腸道黏膜熱休克蛋白-70（HSP70）的mRNA和蛋白水平顯著提高（Wu 等，2010）。

仔豬較早斷奶，有利于提高母豬繁殖力，但早期斷奶會帶來斷奶應激，對仔豬產生不良影響，主要表現為采食量減少、飼料轉化率降低、消化不良、腹瀉及生長緩慢等 （Town等，2005；Morizono等，2004）。日糧中添加0.05%的NCG能顯著降低血清尿素氮和氨的濃度，增加空腸和回腸的增殖細胞核抗原 （PCNA）mRNA的量，改善腸黏膜形態，并對腸黏膜的增殖有較好的促進作用（Ying，2012）。在26日齡斷奶仔豬日糧中添加0.04%和0.08%的NCG能顯著改善斷奶仔豬的生長性能和腹瀉狀況，其中NCG達0.08%時，血清游離精氨酸顯著提高（王琤韡等，2010）。在21日齡斷奶仔豬日糧中添加0.09%的NCG，不僅能夠顯著改善平均日增重，而且可以有效替代0.6%的精氨酸（彭瑛和蔡力創，2011）。

3 小結

綜上所述，NCG作為NAG的類似物，可提高內源性精氨酸水平，改善母豬及仔豬生長性能。可以預見，NCG作為一種新型飼料添加劑將在豬生產中發揮越來越重要的作用。

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