胍基乙酸在豬營養中的研究進展

王向明，劉則學

[1.中糧家佳康（張北）有限公司，河北 張家口 076450；2.武漢中糧肉食品有限公司，湖北 武漢 430200]

胍基乙酸（guanidine acetic acid, GAA）又名為胍乙酸、N－咪基甘氨酸，是肌酸的天然前體[1]，其理化性質見表1。動物機體中，L-精氨酸和甘氨酸可以合成胍基乙酸，L-精氨酸咪基被L-精氨酸甘氨酸咪基轉移酶分開，L-精氨酸轉變為L-鳥氨酸，甘氨酸與切下的咪基結合形成胍基乙酸[2]。肌酸在肝臟中是由GAA甲基化形成的[3]，在飼糧中加入GAA的目的是為了增加動物體內肌酸含量，歐盟在2009年10月將GAA列入飼料添加劑目錄[4]。

表1 GAA理化性質

1 GAA的代謝途徑

胍基乙酸約80年前首次被確定為人類的天然化合物[5]。20世紀50年代被用作治療劑[6]。此后的研究發現，甘氨酸和L-精氨酸在動物體內會形成GAA，即L-精氨酸甘氨酸咪基轉移酶（L-arginine:glycine amidinotranferase, AGAT）將L-精氨酸的咪基分開，形成L-鳥氨酸，被切下的咪基與甘氨酸結合形成GAA，所以GAA也被稱作甘氨酸衍生物，存在于動物的各組織器官[7]，且還是尿液的常規成分[8]。在人體中，腎臟合成的GAA約占GAA總產量的20%，表明腎臟是合成GAA的主要場所，但GAA也在其他組織（胰腺、肝臟和肌肉）中合成[9]。自身合成或從飼糧中吸收的GAA，都可通過血液循環轉移至肝臟，利用甲基化的方式合成肌酸。在肝臟中，GAA在生物轉化過程中需要S-腺苷蛋氨酸-胍基乙酸N-甲基轉移酶（S-adenosylmethionine:guanidinoacetate N-methyltransferase, GAMT）的催化，S-腺苷蛋氨酸（S-adenosyl methionine, SAM）可給GAA提供甲基，GAA與甲基結合生成肌酸和S-腺苷高半胱氨酸（S-adenosyl-L-homocysteine, SAH），在腺嘌呤核苷同型半胱氨酸水解酶的作用下，SAH可生成腺嘌呤核苷和同型半胱氨酸。GAA合成肌酸所需要的甲基不是由機體內其他甲基化供給，主要是由SAM提供[3]，且由SAM提供甲基的反應85%以上在肝臟中進行[10]。據報道，約40%的甲基用于通過GAMT催化的反應合成肌酸[11]。肌酸在體內可轉變成磷酸肌酸和肌酐，參與能量代謝。研究發現，L-精氨酸和甘氨酸在合成胍基乙酸的過程中分別作為機體合成肌酸的限速步驟和調節靶點[12]。肌酸可利用反向調節功能調整甘氨酸咪基轉移酶的表達[13]，但不能反向調節S-腺苷蛋氨酸-胍基乙酸N–甲基轉移酶的表達[12]。這表明胍基乙酸和肌酸的合成步驟是不可逆的，必須胍基乙酸合成在前，肌酸合成在后。如果GAA在飼糧中過量添加，就會造成甲基需要量增大，導致同型半胱氨酸量增多，易引發胱氨酸血癥[14-15]。

2 GAA的生物學功能

2.1 GAA促進動物代謝合成

GAA能夠刺激或抑制與糖代謝有關的關鍵酶的活性加強體內分解代謝，增加三磷酸腺苷（adenosine triphosphate, ATP）水平從而來加強能量物質的合成[16]。此外，機體合成肌酸的主要基礎物質就是GAA，作為體內新陳代謝的重要組成部分，肌酸是能量臨時儲存的場所。肌酸包括游離肌酸和磷酸肌酸，兩者在體內共同組成磷酸原系統。當機體ATP含量高時，磷酸肌酸就會把能量儲存；當機體ATP含量低時，磷酸肌酸就會釋放ATP，但因ATP無法穿透細胞膜，因此不能從體外獲得ATP，所以只能由葡萄糖或其他能源物質提供[17]。合成肌酸的前體物質就是胍基乙酸，生產中可以在飼糧中加入胍基乙酸來達到補充肌酸的目的。在肌酸激酶的作用下，肌酸可以形成磷酸肌酸，磷酸肌酸一方面是機體活細胞能量來源的關鍵物質，另一方面也是機體組織中關鍵的能量儲備[18-19]，機體缺乏能量時，可以利用肌酸激酶催化磷酸肌酸，使其釋放ATP，從而提高機體ATP水平[20]。

2.2 GAA在動物抗氧化過程中的作用

利用抗氧化系統，動物能快速消除機體過多的自由基，從而維持機體自由基平衡。正常情況下，自由基的生成和清除是處于平衡狀態的。在受到外部刺激或機體紊亂時，自由基會大量產生并積聚，當超出機體抗氧化系統的耐受力后，就會導致機體發生氧化損傷，從而影響動物的健康。飼喂含有GAA飼糧的動物體內抗氧化活性增強有兩個原因：一是攝取GAA后，動物體內肌酸和磷酸肌酸含量明顯增加，肌酸具備良好的抗氧化功能，磷酸肌酸能夠加強抗氧化酶系統功能，以此來防止氧化應激的出現。肌酸可通過清除活性氧，特別是羧基和活性氮來保護細胞，此外，肌酸激活肌酸激酶（creatine kinase, CK）利用二磷酸腺苷（adenosine diphos-phate, ADP）再循環系統消除自由基，從而起到抗氧化功能[21]。Lawler等[22]研究表明，高濃度肌酸能夠清除自由基；Guidi等[23]發現，由氧化應激造成的線粒體DNA損傷可通過肌酸得到緩解。二是添加GAA可減少動物的內源性合成，降低精氨酸消耗，增加細胞內精氨酸的含量。精氨酸具有抗氧化作用，可以消除如超氧陰離子等自由基，能夠清除黃嘌呤氧化酶所產生的超氧陰離子，抑制銅離子誘發的脂蛋白氧化和內皮細胞及主動脈環釋放的超氧陰離子[24]。此外，內皮細胞中氧化低密度脂蛋白（low density lipoprotein, LDL）可誘導機體發生氧化應激，而精氨酸則可阻止機體受到損傷[25]。GAA是合成肌酸的前體物質，在動物飼糧中添加GAA可以提高機體肌酸和磷酸肌酸的量，節省精氨酸的消耗，GAA就是利用這種方式達到抗氧化的目的。

3 GAA在豬飼糧中的應用

3.1 GAA對豬生產性能的影響

飼糧中添加GAA可以有利于肌酸的合成，提高豬的生產性能[26]。相關研究見表2。

表2 GAA對豬生產性能的影響

飼糧中加入GAA有助于動物生長，原因可能是GAA的內源合成減少了。GAA在體內合成需要甘氨酸和精氨酸的參與，在飼糧中添加GAA可以減少甘氨酸和精氨酸的消耗量，這樣使得精氨酸和甘氨酸可以最大程度地參與機體氨基酸和蛋白質的合成，從而促進機體的生長[34]。作為生長肥育豬的必需氨基酸，當飼糧中精氨酸缺乏時可以通過添加GAA來解決。機體攝入GAA后，可以增加肌肉中肌酸和磷酸肌酸的含量，降低機體碳水化合物、脂肪和蛋白質的損耗。GAA一方面影響γ－氨基丁酸分泌，促進下丘腦分泌促生長激素釋放激素，進而促進垂體分泌生長激素[1]；另一方面，GAA還可以促進類胰島素樣生長因子-Ⅰ（IGF-Ⅰ）的分泌來促進機體生長[35]。

通過表2可知，飼糧中添加GAA能提高仔豬和肥育豬日增重和降低料重比，并且添加GAA可以提高磷酸肌酸和ATP等利用率，減少蛋白質、脂肪和碳水化合物的分解，進而有助于促進動物生長，提高飼料利用率。

3.2 GAA對豬胴體品質和肉質的影響

在動物飼糧中添加GAA，不僅可以提高胴體性狀，而且可以改善肉質。有關研究如表3所示。

表3 GAA對豬胴體性狀和肉質的影響

綜上所述，飼糧中添加GAA對肥育豬生長性能、胴體性狀、肉質、肌肉品質的改善具有積極作用。通常，動物屠宰后其血液內循環系統就會停止供氧，造成ATP水平下降，此時無氧酵解發揮作用，在肌肉中產生乳酸，導致肌肉pH降低。然而，在飼糧中添加GAA可以增加肌酸和磷酸肌酸的儲備，提高ATP的含量，屠宰后可以緩解無氧酵解在肌肉中的反應，進而提高肌肉pH。Rahman等[37]發現，肌肉系水力增加能夠改善肉的硬度。屠宰后肌肉pH達到最低前，鈣離子會從肌細胞的肌漿內質網中游離出來[38]，在能量的作用下會出現肌肉收縮。通常，當肌肉收縮達到40%時，硬度最高，但當收縮大于40%時，肌肉會變得柔軟，導致這一結果的原因是肌動蛋白絲發生Z線斷裂造成的，添加GAA可以增加ATP的水平，在能量充足的條件下肌肉產生超收縮，進而提升肌肉嫩度[35]。

3.3 GAA對豬抗氧化性能和糖代謝關鍵酶的影響

動物利用抗氧化系統能夠快速清除機體過量的自由基，保持機體穩態。丙二醛（Malondialdehyde，MDA）作為脂質過氧化的終產物可以體現機體過氧化程度。作為體內抗氧化酶之一的超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase,SOD），能夠把超氧根陰離子歧化為過氧化氫（Hydrogen peroxide, H2O2），從而清除毒性[39]。谷胱甘肽（Glutathione, GSH）能夠消除體內自由基，總抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity, T-AOC）則能反映機體總抗氧化的能力。GAA對豬抗氧化性能和糖代謝關鍵酶的影響見表4。

表4 GAA對豬抗氧化性能和糖代謝關鍵酶的影響

GAA通過增強抗氧化酶活力，增強機體抗氧化能力。而GAA的抗氧化能力可能與肌酸水平有關。Lawler等[22]通過體外試驗發現，高濃度肌酸能夠清除體內自由基。有報道稱，磷酸肌酸可以降低MDA含量，提高SOD和CAT活性，從而減輕阿霉素造成的氧化應激，起到保護心肌的目的[42]。Maddock等[43]研究發現，當發生氧化應激損傷后，可通過肌酸增強DNA活性，保證其正常功能。

血液中酶活性的變化可以反映機體的生理狀態[44]。在生成葡萄糖-6-磷酸和果糖-1，6-二磷酸的過程中，己糖激酶（Hexokinase, HK）催化葡萄糖磷酸化和磷酸果糖激酶（PFK）催化果糖-6-磷酸化分別會消耗1個ATP。三羧酸循環發生在線粒體中，其中異檸檬酸氧化脫羧轉化成α-酮戊二酸，這是異檸檬酸脫氫酶（IDH）催化三羧酸循環產生的第1個脫羧反應，此過程伴有NADH的形成[45]。

三羧酸循環生成的NADH能夠直接進入呼吸鏈，與氧氣結合發生反應，產生2.5個ATP。胍基乙酸可以增加NADH-輔酶Q還原酶和ATP合成酶的活性，這也許和肌酸水平增加有關。磷酸肌酸能催化線粒體中ATP的形成，保持能量正常運轉[46-47]。ATP水平的增加可以促進能量儲存組織如肌肉和脂肪的合成。肌酸是胍基乙酸通過肝臟和SAM形成的，磷酸肌酸和ADP則是肌酸經肌酸激酶（CK）催化再與ATP結合形成的，ATP消耗量低于ATP合成量，因此在飼糧中添加GAA，可增加ATP水平。

4 小結

飼糧中添加胍基乙酸，不僅能夠增加畜禽飼料利用率，調節能量代謝，改善肉品質，而且還可以增加養殖經濟效益。作為新型的飼料添加劑，胍基乙酸在我國養殖業的應用當前還處在摸索時期，對胍基乙酸的最佳添加劑量、耐受性和作用機制需要進一步研究和探索。