精氨酸對仔豬的營養(yǎng)調(diào)節(jié)作用及最新研究進展

毛俊舟，王淑楠，彭 眾，姜茂成

（揚州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，揚州 225009）

精氨酸對仔豬的營養(yǎng)調(diào)節(jié)作用及最新研究進展

毛俊舟，王淑楠，彭 眾，姜茂成

（揚州大學(xué)動物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，揚州 225009）

精氨酸是目前已發(fā)現(xiàn)的動物體內(nèi)功能最多的氨基酸。日糧中添加精氨酸能有效地調(diào)節(jié)仔豬的生長發(fā)育和腸道免疫功能。該文就精氨酸在仔豬體內(nèi)的合成代謝、營養(yǎng)調(diào)控及免疫功能等方面進行綜述。

精氨酸；生長性能；營養(yǎng)調(diào)控；腸道免疫

精氨酸（arginine，Arg）是一種功能性氨基酸，1886年，Schule等首次從羽扇豆幼苗提取物中分離出精氨酸，后來在哺乳動物的蛋白質(zhì)中也發(fā)現(xiàn)了精氨酸。仔豬早期斷奶有助于提高母豬繁殖力，增加母豬的產(chǎn)仔數(shù)，提高養(yǎng)殖場的經(jīng)濟效益。然而，新生仔豬處于幼齡階段，早期斷奶存在消化道功能紊亂、腹瀉、飼料利用率低、生長緩慢等缺陷，嚴重影響仔豬的生長發(fā)育。而精氨酸是哺乳仔豬的必需氨基酸[1]。采食適量的精氨酸有利于恢復(fù)仔豬的生長性能，提高仔豬存活率，還能夠增加仔豬肝臟熱休克HSP70等蛋白的含量[2]。除此之外，精氨酸在體內(nèi)合成蛋白質(zhì)、NO以及促進細胞分裂、傷口復(fù)原、免疫功能和分泌激素各方面有著重要作用，是機體不可或缺的。哺乳動物機體中幾乎所有組織均可利用L-精氨酸合成胞漿蛋白和核蛋白[3]。近年來，發(fā)現(xiàn)精氨酸可以通過NO途徑參與機體的營養(yǎng)調(diào)控與免疫調(diào)節(jié)，故人們加大了對精氨酸的研究。

1 精氨酸的理化性質(zhì)

精氨酸是一種雙性氨基酸，包含L-精氨酸和D-精氨酸兩種形態(tài)。生物體內(nèi)常見的為L-精氨酸，是幼年動物的必需氨基酸之一，成年動物的條件性必需氨基酸。在動物體內(nèi)起營養(yǎng)、代謝及免疫功能的是L-精氨酸。分子式為C6H14N4O2，比旋光度+26．9 °～27．9 °，相對分子質(zhì)量為170．20，是白色斜片狀（二水物）晶體或白色結(jié)晶性粉末。熔點244 ℃，經(jīng)水重解結(jié)晶后，于105 ℃失去結(jié)晶水。其水解呈強堿性，可從空氣中吸收二氧化碳。溶于水(15%，21 ℃)，不溶于乙醚，微溶于乙醇。天然精氨酸由于胍基的存在，呈堿性，易與酸反應(yīng)形成鹽，由瓜氨酸通過精氨酸琥珀酸合成酶（ASS）及精氨酸琥珀酸裂解酶（ASL）合成，這個過程需較大的能量，因為要將每一個分子合成精氨基需要將三磷酸腺苷（ATP）水解成一磷酸腺苷（AMP），即兩個三磷酸腺苷需求量。精氨酸不僅是蛋白質(zhì)的基礎(chǔ)構(gòu)件，還是許多低分子量生物活性分子綜合體合成的前體，包括NO、脯氨酸、谷氨酸、多胺、肌酸等。多胺對細胞的生長、分化有關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，其他物質(zhì)在生物體內(nèi)都有不同的生理和免疫功能。

2 精氨酸的合成代謝

2.1 精氨酸的合成

在過去30年的研究中，已經(jīng)確定哺乳動物小腸中釋放的瓜氨酸幾乎是內(nèi)源性氨基酸的唯一來源。腎臟是成年動物腸源性瓜氨酸通過精氨琥珀酸合成酶和裂解酶轉(zhuǎn)化為精氨酸的主要場所，且該合成途徑幾乎發(fā)生在所有類型細胞的生命周期中[4]。新生仔豬自身合成的精氨酸無法滿足機體需要，通常需要從外界獲取。動物機體內(nèi)的精氨酸來源主要有3個：一是食物蛋白；二是內(nèi)源合成；三是機體蛋白質(zhì)代謝，其中最主要的來源是食物[5]。Blachier等[6]研究發(fā)現(xiàn)，幼年動物體內(nèi)精氨酸合成大部分是發(fā)生在小腸上皮細胞。小腸上皮細胞會從谷氨酰胺和谷氨酸產(chǎn)生瓜氨酸，再經(jīng)由腎臟的腎小管細胞協(xié)助抽取出來并轉(zhuǎn)化為精氨酸。WU等[4]同樣發(fā)現(xiàn)，豬小腸中的谷氨酰胺（谷氨酸）和脯氨酸（豬乳中的豐富氨基酸）是瓜氨酸和精氨酸合成的前體。P5C是谷氨酰胺（谷氨酸）和脯氨酸在精氨酸合成途徑的中間體（圖1）。因此，仔豬只有從外界獲取一定量的精氨酸才能維持機體的正常發(fā)育和促進發(fā)育。

2.2 精氨酸的代謝

研究表明，畜禽體內(nèi)的精氨酸主要是由小腸中段吸收，即日糧中的氨基酸主要由小腸吸收，其中精氨酸有約40%是在小腸內(nèi)被消化，其他部分進入體內(nèi)循環(huán)，轉(zhuǎn)化成其他功能物質(zhì)。

精氨酸的代謝途徑多種多樣，主要有以下幾種方式，如圖2[7]所示，第1種是在精氨酸酶Ⅰ的作用下分解為尿素和鳥氨酸，鳥氨酸經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化為多胺、谷氨酰胺等，谷氨酰胺再進入Krebs循環(huán)，生成CO2；第2種是氧化途徑，一氧化氮合成酶在還原型輔助酶Ⅱ、Ca2+、黃素腺嘌呤二核苷酸等作用下將精氨酸分解為瓜氨酸和NO。NO可以殺死體內(nèi)的寄生蟲、細菌，抑制癌細胞增殖以及促進血管舒張，而且NO對糖尿病、肥胖癥中葡萄糖、脂肪有一定的影響作用，故我們可以加強對NO通路的研究，了解其作用機制。第3種是在精氨酸酶的作用下分解為尿素和鳥甘酸。

圖1 谷氨酸和脯氨酸合成精氨酸途徑[4]

圖2 精氨酸的主要分解代謝途徑[7]

3 精氨酸對仔豬的營養(yǎng)調(diào)控作用

3.1 仔豬的生理特點

有多數(shù)研究表明，仔豬的死亡率與初生重關(guān)系緊密[8-9]。Smith等[10]研究豬早期斷奶應(yīng)激表明，早期斷奶（20日齡）導(dǎo)致長期的有害變化，包括影響胃腸道屏障性能，炎癥出現(xiàn)率增加等。新生仔豬離開母體后，消化道發(fā)育不全，不耐低溫，免疫功能低下，而早期斷奶仔豬由于應(yīng)激會引起心理和營養(yǎng)系統(tǒng)的急劇變化，應(yīng)激包括和母豬的分離，環(huán)境溫度的降低，與新的陌生仔豬的競爭以及新的位序設(shè)置等[11]。正常情況，仔豬的消化系統(tǒng)14日齡左右發(fā)育成熟，約40日齡發(fā)育完善。斷奶1周后胰酶等多種消化酶活性下降，直至斷奶2周后恢復(fù)[12-13]。消化系統(tǒng)的不健全，導(dǎo)致仔豬對外界環(huán)境應(yīng)激和飼料消化難度增大，影響仔豬的生長發(fā)育。新生仔豬自身的免疫系統(tǒng)也尚未構(gòu)建完全，主要是依靠從母乳中獲取的免疫球蛋白抵抗免疫應(yīng)激，而母乳中的免疫球蛋白含量會越來越低，故對疾病的抵抗能力有限[14]。仔豬在斷奶后的20 d左右開始建立自己的免疫系統(tǒng)，但速度緩慢，此階段仔豬抵抗力弱，患病幾率高。同時，在斷奶后的兩周時間，仔豬會大量死亡，高的甚至達到35%以上。此外，斷奶后，仔豬的小腸形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，Cera[15]研究發(fā)現(xiàn)，斷奶仔豬小腸占空體重的比例高于同齡仔豬，說明仔豬斷奶應(yīng)激時部分營養(yǎng)物質(zhì)用于發(fā)育小腸組織。劉玉蘭等[16]研究了在日糧中添加脂多糖（LPS），再飼喂精氨酸能在一定程度上緩解LPS刺激所導(dǎo)致的生長抑制和應(yīng)激反應(yīng)，即對仔豬補充精氨酸可以降低其斷奶應(yīng)激。仔豬的小腸黏膜是精氨酸合成的重要場所，而幼畜體內(nèi)的精氨酸酶活性較高，能快速分解精氨酸，降低了精氨酸的凈合成量。早期仔豬斷奶的目的是盡可能減少外界刺激和感染，提高經(jīng)濟效益，所以，應(yīng)當(dāng)做好斷奶仔豬的飼養(yǎng)管理和營養(yǎng)調(diào)控，提高仔豬存活率等各項指標(biāo)。

3.2 精氨酸對仔豬生長性能的影響

精氨酸是動物體內(nèi)含氮最多的氨基酸。精氨酸分解后產(chǎn)生的氮可維持體內(nèi)的氮平衡，是組織中蛋白質(zhì)最豐富的氮載體，其有多種使用途徑，在細胞中呈現(xiàn)出顯著的代謝和調(diào)節(jié)功能。日糧中添加適量的精氨酸能有效提高仔豬的平均日采食量和日增重并提高多種蛋白和激素的表達水平，提高飼料利用率，增加經(jīng)濟效益。H．SHENZHOU[17]的試驗結(jié)果顯示，在斷奶仔豬日糧中添加精氨酸，仔豬的日增重顯著提高（P＜0．05），料重比顯著降低（P＜0．05）。He等[18]在仔豬日糧中分別添加精氨酸和丙氨酸發(fā)現(xiàn)，精氨酸增重效果更明顯，比丙氨酸組高出5．6%。精氨酸組的料重比也低于丙氨酸組和對照組。Yang等[19]研究表明，仔豬斷奶前補充精氨酸在其21日齡時胴體重顯著增加（P＜0．05），且在11～21日齡階段平均日增重顯著提高（P＜0．05），均以8 g/kg的精氨酸添加量增加最明顯。Hu等[20]發(fā)現(xiàn)，在豬基礎(chǔ)日糧中添加1%、2%精氨酸顯著提高豬的體重（P＜0．05）和生長性能，添加2%的精氨酸效果顯著（P＜0．05）高于1%組。因而，在日糧中添加適量的精氨酸能有效提高豬的各項指標(biāo)，增加效益。

4 精氨酸對斷奶仔豬腸道的影響及機制

4.1 對黏膜生長和免疫功能的影響

腸道健康對斷奶后哺乳動物的機體健康和生長發(fā)育至關(guān)重要[21]。免疫系統(tǒng)是由免疫細胞和免疫器官共同組成。早期斷奶仔豬由于機體抗逆性較弱，以及來自環(huán)境等的應(yīng)激，易發(fā)生斷奶應(yīng)激綜合征[22]。而腸道是機體內(nèi)最大的免疫器官，也是食物消化吸收的主要場所。腸道黏膜結(jié)構(gòu)和功能的正常決定仔豬腸道的健康。仔豬的斷奶應(yīng)激會刺激腸道黏膜和功能，影響正常功能。斷奶仔豬小腸可見明顯的絨毛萎縮和隱窩增生、伴隨腸道生化改變的組織學(xué)變化、腸道功能下降、腹瀉。小腸絨毛的高度和隱窩深度決定著腸道的健康，在一定范圍內(nèi)，絨毛高度與小腸吸收能力呈正相關(guān)，隱窩深度與腸道健康呈負相關(guān)。研究表明，斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加適量精氨酸可增加小腸絨毛高度并降低隱窩深度。Huang等[23]聲稱，對于4～21日齡的仔豬，用牛奶替代日糧可促進腸道的發(fā)育，尤其是小腸的相對重量，以及增加小腸絨毛的高度、面積和功能的強化。

Yang等[19]研究表明，仔豬斷奶前飼喂精氨酸增加了十二指腸、空腸、回腸絨毛高度、表面積，以及降低它們的隱窩深度。在一定范圍內(nèi)，它們與精氨酸含量呈正相關(guān)，在精氨酸含量為8 g/kg時效果最顯著（P＜0．05）。Yao等[24]在斷奶仔豬基礎(chǔ)日糧中添加精氨酸，提高了黏膜和黏膜下層血管內(nèi)皮生長因子的表達；Yao等還發(fā)現(xiàn)在21日齡的閹割斷奶仔豬的日糧中添加1%的精氨酸，小腸的相對重量高于對照組33%，隱窩深度顯著低于對照組（P＜0．05），小腸絨毛高度也顯著提高（P＜0．05）。Puiman等[25]報道，精氨酸可以促進仔豬腸道黏膜的生長?？軡萚26]研究表明日糧中添加精氨酸能顯著提高仔豬小腸黏膜上皮細胞和杯狀細胞數(shù)量，提高仔豬免疫功能。Tan等[27]飼喂斷奶仔豬不同含量的精氨酸，結(jié)果顯示0．6%和0．8%組的體重以及平均日增重顯著高于其他組（P＜0．05）。此外，還發(fā)現(xiàn)不同的精氨酸添加量分別提高了小腸IgM、IgG、IL-2等基因表達水平。WU等[28]研究發(fā)現(xiàn)，在21日齡的斷奶仔豬日糧中添加6 g/kg的精氨酸1周，提高了小腸絨毛高度和隱窩深度，同時改善了腸道黏膜萎縮。

4.2 對腸道免疫功能影響機制

豬的腸道與人的腸道結(jié)構(gòu)具有高度同源性，故對其腸上皮細胞的研究可為人體腸道黏膜的研究提供一定的參考。精氨酸通過對蛋白質(zhì)翻譯水平的影響來調(diào)節(jié)仔豬腸道上皮的修復(fù)，還能調(diào)節(jié)腸道內(nèi)細菌新陳代謝和上皮細胞多種受體的表達。最近幾年有研究表明，用精氨酸處理腸上皮細胞能通過雷帕霉素/核糖體蛋白S6（p70S6K）通路可提高細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成量[29]。Ren等[30]在小鼠體內(nèi)試驗得出添加精氨酸顯著降低（P＜0．05）了空腸中TLR6的mRNA水平，增加了TLR8的mRNA水平。同樣，回腸中的TLR4、TLR5、 TLR8的mRNA水平均顯著增加。Gao等[31]在肉雞的胚胎中注射精氨酸能提高腸黏膜中IL-2、IL-4含量以及TLR2、TLR4的mRNA表達，還發(fā)現(xiàn)能增加iNOS蛋白的豐度。iNOS對L-Arg有明顯的催化作用，使其生成NO。NO能夠通過抑制DNA和蛋白質(zhì)合成以及使酶失活等方式起消毒、滅菌作用。Xia等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在腸上皮細胞培養(yǎng)基中添加0．02 mmol/L精氨酸，CAT1、EAAT3和ASCT1的mRNA的相對表達水平顯著高于0 mmol/L組與0．07 mmol/L組。CAT1是y+系統(tǒng)中重要的轉(zhuǎn)運蛋白，能夠轉(zhuǎn)運L型lys、Arg和Orn三種氨基酸，參與蛋白質(zhì)合成，EAAT3和ASCT1在細胞中都分別發(fā)揮重要作用。H．SHENZHOU[17]觀察到斷奶仔豬日糧中添加精氨酸促進了胰島素生長因子（IGF）的表達。IGF信號通路是調(diào)節(jié)胎兒和胎盤的生長、增殖和抑制哺乳動物細胞凋亡的重要調(diào)節(jié)因子。朱惠玲等[33]聲稱添加精氨酸能減少肥大細胞數(shù)量，增加sIgA、CD4+、CD8+細胞數(shù)，說明日糧中添加精氨酸能有效改善腸道黏膜屏障功能。Corl等[34]觀察到添加精氨酸增加了腸黏膜蛋白的合成，改善了腸黏膜上皮的滲透性。

5 小結(jié)與展望

近些年，隨著對精氨酸生理作用研究的加深，發(fā)現(xiàn)其功能已經(jīng)超出一般氨基酸的功能范圍。精氨酸作為動物機體的條件性必需氨基酸，在蛋白質(zhì)合成以及動物腸道免疫等多個過程都有關(guān)鍵作用。有關(guān)研究中還發(fā)現(xiàn)，精氨酸提高免疫的作用可能替代抗生素等，改變當(dāng)下抗生素禁用后的境況。對于不同動物的不同生理狀態(tài)來說，精氨酸的最佳攝取量有待考察。精氨酸對畜禽和人體的營養(yǎng)及保護作用需進一步地研究。

略，若需要請與作者聯(lián)系）

2017-05-24）

蘇北科技專項

毛俊舟（1993-），男，安徽六安人，碩士研究生，從事單胃動物營養(yǎng)研究，E-mail:jzm781446817@163. com