日糧氨基酸在維持或改善斷奶仔豬腸道健康中的基本作用

徐運杰，寧書芹，蘇雙良，孫丙勇

（1.山東和美集團有限公司，山東 惠民 251700；2.唐人神集團股份有限公司，湖南 株洲 412000；3. 濱州和美綠色畜牧有限公司，山東 惠民 251700；4. 濱州市農業(yè)技術推廣局，山東 濱州 256600）

毫無疑問，健康的胃腸道對豬只在生命的各個階段的整體營養(yǎng)代謝、身體活動、身體健康和生產效率方面至關重要。在實際生產中，當仔豬斷奶后，由于營養(yǎng)和環(huán)境的變化，往往出現(xiàn)不同程度的腹瀉，并可持續(xù)1～2 周。斷奶腹瀉或腸道紊亂通常會給養(yǎng)豬業(yè)造成巨大的經濟損失，事實上，在斷奶后的一段期間，即使在最佳飼養(yǎng)條件下，仔豬的生長潛力也可能不足50%。現(xiàn)代養(yǎng)豬業(yè)中，母豬的窩產仔數(shù)增加（12～15頭或更多）、平均初生體重降低和早期斷奶（從過去的6～8周齡到現(xiàn)在的3～4周齡）已使養(yǎng)豬行業(yè)面臨更大的挑戰(zhàn)。這就是為什么在養(yǎng)豬科學和生產領域有廣泛的興趣來開發(fā)管理和飼養(yǎng)策略，以刺激斷奶仔豬的腸道發(fā)育和增強腸道健康，同時盡量減少或禁止使用抗生素和氧化鋅。文章的重點是強調在不使用飼料添加劑的情況下，日糧氨基酸（Amino Acid，AA）對刺激斷奶仔豬腸道發(fā)育、健康和功能方面的基本作用。需要指出的是，盡管文章的重點是斷奶仔豬，但一些理論概念和實際效果也與其他階段的豬相關。

1 氨基酸對腸道形態(tài)的影響

腸道形態(tài)，或胃腸道的解剖和組織結構，無疑是胃腸道所起的大量生化和生理功能的物理基礎，如飼料消化和養(yǎng)分吸收。腸道形態(tài)完整性和健康狀況的最重要測量參數(shù)是 絨 毛 高 度（villus height，VH）、隱 窩 深 度（crypt depth，CD）和VH∶CD比率（VCR）。絨毛是指向腸腔的指狀突起，而隱窩是絨毛之間的內陷。VH增加表明腸道對可利用養(yǎng)分具有更大的吸收能力，而CD減少則表明上皮細胞更新的代謝成本降低。因此，CD值越高（意味著隱窩越深）表明上皮細胞更新速度越快，以應對病原體或化學毒素引起的炎癥。然而，Min等研究解釋說，更深的CD表明腸細胞增殖增加，絨毛表面積增加，黏蛋白分泌增加（因為杯狀細胞主要存在于隱窩中），因此營養(yǎng)吸收更好。總的來說，一個大眾普遍被接受的概念是小腸VH的減少、CD的增加和VCR的減少與絨毛萎縮有關，而絨毛萎縮反過來會導致刷狀緣酶（如乳糖酶和蔗糖酶）的特定活性降低。

谷氨酰胺（Gln）是腸上皮細胞的重要能量來源，參與許多關鍵代謝過程，如蛋白質和核酸的生物合成、糖異生和器官間氮轉移。Ehrensvard等第一個描述了谷氨酰胺在細胞存活和增殖中的重要性，添加Gln可以降低腸細胞和淋巴細胞對凋亡的敏感性。Gln可以作為一種底物，在所有的細胞中作用于生產煙酰胺、磷酸腺嘌呤、核苷酸、嘌呤、嘧啶、抗氧化劑和許多其他與細胞完整性和正常功能有關的生物合成途徑。在免疫系統(tǒng)中，細胞在營養(yǎng)受限的微環(huán)境中發(fā)揮作用，雖然在動物體內，葡萄糖是最重要的代謝物和細胞的主要能量，但是在分解代謝條件下，如營養(yǎng)不良、應激和疾病感染，免疫細胞利用Gln的比率高于或等于葡萄糖。谷氨酸（Glu）是腸內合成谷胱甘肽（GSH）、精氨酸（Arg）和脯氨酸（Pro）的特殊前體，可通過谷氨酰胺酶在小腸內由Gln產生。盡管在任何條件下，Glu是否能有效替代日糧中的Gln尚不清楚，但已經研究證明，向哺乳和斷奶仔豬日糧中補充Gln或Glu可改善其全身健康和生長性能，這與腸道的形態(tài)和健康改善有關。Cabrera等報道，在斷奶前后的乳仔豬日料中添加Gln或氨基谷氨酰胺（AminoGut，一種含有10% Gln和10% Glu的商品飼料添加劑），由于腸道健康的改善，從而顯著提高了仔豬的飼料轉化率。在各日糧處理中，添加1% Gln組的VH最大，而添加0.88% AminoGut組的CD最深。Lin等報道，日糧中添加2% Glu，改善了斷奶仔豬的小腸結構、空腸黏膜質量和屏障功能，增加了空腸黏膜中谷草轉氨酶（GOT）的活性和谷氨酰胺合成酶（GS）的mRNA表達水平。此外，日糧中添加2% Gln能緩解斷奶仔豬去勢相關的應激狀態(tài)和炎癥反應，提高仔豬免疫力、生長和發(fā)育。

精氨酸（Arg）是豬在所有生產階段的條件必需AA，哺乳仔豬的母豬乳中Arg含量明顯不足，斷奶仔豬的典型玉米和豆粕型日糧（不添加血漿或魚粉）中Arg含量也相對較低。斷奶仔豬的Arg生物合成也不足，這是由于其他AA如Gln、Glu和Pro攝入不足和線粒體N-乙酰谷氨酸合酶活性低所致。Wu等報道，在以玉米和豆粕為基礎的日糧中添加0.6%的精氨酸會增加21～28日齡斷奶仔豬十二指腸、空腸和回腸中的VH，以及空腸和回腸中的CD，增強腸道中熱休克蛋白70（HSP70）的基因表達、腸道生長和完整性。在斷奶前日糧（代乳品）中添加0.8%精氨酸可改善仔豬十二指腸、空腸和回腸中的VH、增加了小腸黏膜蛋白質的含量，證明了斷奶前代乳品中補充精氨酸對斷奶后早期腸道生長和發(fā)育的促進作用 。

含硫AA，如蛋氨酸（Met）和半胱氨酸（Cys），可通過減少氧化應激和改善黏膜細胞中GSH的生成，也有利于維持腸道形態(tài)。腸腔微生物負責腸道內日糧Met的分解代謝。與Met缺乏日糧相比，斷奶后日糧中補充Met，仔豬的空腸VH較高，十二指腸CD較低，小腸三個腸段的VCR均增加。對哺乳和斷奶仔豬的研究還表明，在飲用水中添加液體Met類似物，可以通過增加十二指腸、空腸和回腸的VH以及空腸和回腸的VCR來改善腸道形態(tài)。Cys被動物腸道廣泛利用。斷奶仔豬的腸道利用了25%的日糧Cys攝入量，用于黏膜上皮生物活性化合物（如GSH和黏蛋白）的合成。

蘇氨酸（Thr）在腸道中具有很高的利用率，是腸道黏液蛋白的主要成分，含量占黏液糖蛋白的40%。由于Thr在黏蛋白合成和屏障完整性中起著關鍵作用，因此，日糧Thr供應對腸道形態(tài)的維持和發(fā)育至關重要。日糧中Thr含量高于NRC標準后，改善了斷奶仔豬的腸道形態(tài)結構，空腸絨毛和隱窩中杯狀細胞的密度增加。當日糧中真可消化Thr水平達到0.89%，可促進仔豬腸道黏液蛋白的產生，而這不僅與其可改善黏液蛋白基因的轉錄，而且可能與其激活蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路有關。當然，日糧Thr的缺乏或過量都會對乳仔豬腸黏膜蛋白（如黏蛋白）的合成產生不利影響。

最后，日糧補充色氨酸（Trp）能促進斷奶仔豬腸道屏障健康，提高生長性能、機體抗氧化能力和免疫力，增加抗菌肽表達，增加有益菌且減少有害菌的相對豐度，增強斷奶仔豬對致病性大腸桿菌侵襲的防御作用，降低仔豬腹瀉發(fā)生。斷奶仔豬飼糧適宜的Trp/Lys比值為0.18。Wang等報告，口服Pro（25 mg/kg體重）可改善早期斷奶仔豬的黏膜增殖、腸道形態(tài)以及緊密連接和鉀通道蛋白表達，并對應激損傷后的上皮恢復和屏障功能具有意義。

2 氨基酸對腸道菌群的影響

腸腔微生物群是一組形成復雜微生態(tài)系統(tǒng)的微生物，不僅對腸道健康，而且對豬只全身健康和生長性能具有廣泛的生物學效應。研究表明，日糧AA對主要由細菌組成的腸道微生物群的代謝和組成有顯著影響。腸道細菌發(fā)酵產生的主要代謝產物是短鏈脂肪酸（又稱揮發(fā)性脂肪酸），通過降低腸道pH和調節(jié)微生物種群，特別是通過刺激有益細菌的生長，在維持腸道健康方面起著關鍵作用。大腸中的細菌（如盲腸）對未消化的飼料成分進行廣泛發(fā)酵，負責有害物質的解毒和防止病原菌的定植。

Thr主要在腸道內代謝，參與黏蛋白和γ-球蛋白在內的功能蛋白的生物合成。越來越多的研究表明，日糧中添加Thr有利于改善畜禽腸道微生物群的組成，恢復細菌多樣性，增加了有益菌的數(shù)量。這一效應的一個解釋可能是黏蛋白基因表達上調，因為黏蛋白不能在小腸內消化，因此會到達盲腸，充當分解糖細菌的底物。眾所周知，日糧Lys在腸道中的廣泛分解代謝由腸腔細菌而不是腸細胞負責，因此，可以假定，日糧Lys限制可以顯著影響腸道微生物群。Yin等首次報道，限制日糧Lys，抑制了腸道Lys轉運，提高了采食量，增強了細菌多樣性，影響AA代謝、膜運輸、內分泌系統(tǒng)、碳水化合物代謝以及細胞信號轉導、復制和修復。此外，Trp在腸道中由幾個屬的細菌代謝。日糧中添加Trp會斷奶仔豬的腸道微生物組成和多樣性，激活了芳香烴受體信號，并下調了大腸中炎性細胞因子的表達。日糧中添加L-谷氨酸鈉可以通過促進預防炎癥的益生菌的普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和羅氏菌（Roseburia）的定植，顯著增加生長豬腸道微生物群落的多樣性。

3 氨基酸對腸道免疫功能的影響

腸道是機體最大的免疫器官，其黏膜防御機制分為兩個部分：先天免疫和獲得性和適應性免疫，二者相互結合，共同保護腸道，進而保護整個身體免受疾病的侵襲。黏膜免疫系統(tǒng)包含超過1萬億個淋巴細胞，其抗體濃度高于機體內任何其他組織。能夠保護腸道免受有害病原體的侵害，也能誘導腸道對共生微生物和日糧抗原的耐受。

新生仔豬和斷奶仔豬的腸道免疫系統(tǒng)都發(fā)育不成熟。因此，仔豬斷奶通常伴隨著嚴重的生長受阻和腹瀉。研究表明，某些AA在維持腸道免疫功能方面非常重要。日糧補充Gln可以刺激先天免疫和適應性免疫，使巨噬細胞和上皮內淋巴細胞密度增加。Wu等在小鼠模型中報告，補充Gln可通過調節(jié)腸道微生物群以及T細胞依賴和非依賴途徑，增強腸道分泌性IgA的產生。日糧中添加1%的Gln能夠在一定程度上改善脂多糖（LPS）誘導腸道損傷后斷奶仔豬的免疫力，減輕應激反應造成的機體損傷。因此，谷氨酰胺是“免疫系統(tǒng)的能量”，在分解代謝條件下，仔豬日糧中需要補充Gln。

對于Arg，許多研究已確定其在人類和動物腸道免疫中的重要作用。作為一種中樞腸道代謝物，Arg除了作為蛋白質合成的組成部分外，還作為一種調節(jié)分子，限制腸道改變和維持腸道免疫功能。Corl等研究報告，在輪狀病毒腸炎早期，Arg通過哺乳動物雷帕霉素靶蛋白/核糖體40S小亞基S6蛋白激酶（mTOR/P70S6K）的非依賴機制降低跨上皮通透性，從而對仔豬的腸道屏障系統(tǒng)產生有益影響。茍昌勇等研究表明，適宜添加Arg水平可改善仔豬腸道結構和免疫功能，過高添加則加劇腸道損傷，28～42日齡中等腹瀉仔豬，日糧Arg適宜水平為1.4%。

Thr是腸道黏液的基本成分，通過參與黏蛋白合成和維持腸道屏障完整性來維持腸道免疫功能。此外， Thr是γ-球蛋白中濃度最高的AA。對仔豬研究表明，體液抗體的產生和血清特異性IgG濃度都隨著回腸可消化Thr攝入量的增加而增加。Zhang等研究報道，在日糧中添加0.2%Thr可改善宮內生長遲緩（IUGR）斷奶仔豬的腸黏蛋白合成和免疫功能，促進IUGR仔豬回腸杯狀細胞分化，減輕炎癥反應。總之，Thr對于保護腸道黏膜屏障和腸道免疫功能非常重要。

Met是幾個重要生化過程的甲基供體，如DNA甲基化和多胺合成，這些生化過程在免疫挑戰(zhàn)期間對增強免疫細胞增殖非常重要。在免疫系統(tǒng)刺激過程中，利用Cys產生與免疫反應有關的化合物，使牛磺酸和谷胱甘肽大量增加。牛磺酸在白細胞中含量特別豐富，白細胞是一組遍布全身的免疫細胞。免疫系統(tǒng)刺激可引起胃腸道的形態(tài)和生理變化，并影響豬的營養(yǎng)利用。Rakhshandeh等報道，給生長豬注射LPS刺激免疫系統(tǒng)降低了全身氮硫比平衡，表明含硫AA優(yōu)先用于生產非蛋白質化合物，如GSH，以增強全身免疫狀態(tài)。這些結果表明，豬只在免疫激發(fā)狀態(tài)下需要更多的Met和Cys。

4 氨基酸的抗氧化功能

動物的腸道具有相當復雜的抗氧化系統(tǒng)。在仔豬機體中，斷奶應激是腸道屏障功能喪失以及腸道炎癥和功能障礙的主要原因，這與自由基生成增加、抗氧化防御能力降低和消化酶活性降低有關。自由基，尤其是活性氧（ROS）可損傷細胞大分子，如蛋白質、脂質和DNA，這些損傷可誘導細胞氧化應激并損害腸黏膜上皮的完整性，進而導致嚴重的健康問題。在仔豬斷奶過程中，采取營養(yǎng)措施幫助或增強動物內源性抗氧化系統(tǒng)尤為重要。

一些AA可以通過谷胱甘肽（GSH）發(fā)揮其抗氧化功能，GSH是一種主要的細胞抗氧化劑。Met和Cys被認為是內源性抗氧化劑，可以改善黏膜細胞中GSH的生成，降低了氧化應激，保護許多蛋白質免受氧化損傷。當生長豬面臨飼料中Met供應不足時，在不同組織中觀察到抗氧化系統(tǒng)的一些復雜但協(xié)調的反應。牛磺酸是由Cys產生的另一種含硫AA，也是一種細胞抗氧化劑，也是一種細胞膜穩(wěn)定劑。

在各種AA中，Glu和Gln是小腸黏膜的主要氧化能量來源。Yin等報道，Glu通過提高超氧化物歧化酶、總抗氧化能力和一氧化氮水平，減輕了由敵草快誘導的仔豬氧化應激。日糧中補充Gln之所以對減輕炎癥性疾病癥狀和保護腸道免受氧化應激損傷具有有益作用，是因為谷氨酰胺酶在小腸內很容易將Gln轉化為Glu。 因此，當谷氨酰胺酶活性較低時，Glu可能是比Gln更好的腸細胞的能量來源。

Trp對氧化應激具有抗氧化作用，而Trp代謝產物，如褪黑素、3-羥基犬尿氨酸和3-羥基鄰氨基苯甲酸，也是抗氧化劑。Shen等報道，仔豬日糧中添加Trp可降低血漿和下丘腦中的MDA含量，這表明Trp具有抗脂質過氧化的抗氧化作用。關于Arg，Zheng等研究表明，Arg通過增強抗氧化能力和抑制炎性細胞因子的表達來減輕氧化應激反應，提高斷奶仔豬的抗氧化能力。

5 氨基酸的抗炎作用

炎癥是一種涉及免疫細胞、血管和分子介質的生理性保護反應，是免疫系統(tǒng)通過先天免疫機制對感染、有害刺激或氧化應激的第一反應。腸道免疫反應可導致炎癥反應和抗體分泌。腸道炎癥與腸道通透性增加有關，可能導致毒素、過敏原、病毒甚至細菌移位。促炎細胞因子的測定可以提供一些關于局部黏膜炎癥程度的信息。

研究表明，一些AA可以減輕腸道炎癥。Chau等利用小鼠作為模型研究表明，日糧補充Arg降低了編碼白細胞介素-4（IL-4）的回腸轉錄物mRNA的表達，IL-4是腸肥大細胞增多和大分子通透性的關鍵介質。數(shù)據(jù)表明，提高生物可利用性Arg可改善腸道炎癥和病理變態(tài)。Arg分解代謝酶（如Arg酶和NO合成酶）活性的改變有助于改善過敏性炎癥；Arg酶通過將Arg轉化為鳥氨酸來增強上皮屏障功能。最近的研究表明，NO合成酶可以通過調節(jié)骨髓細胞和淋巴細胞的活化來抑制炎癥。炎癥單核細胞和樹突狀細胞中誘導型NO合成酶產生的NO可調節(jié)炎癥細胞因子的產生、細胞分化和存活。通過口服Arg或其前體瓜氨酸來調節(jié)Arg酶和NO合成酶所介導的代謝途徑是一種有效和實用的營養(yǎng)策略，可以通過抑制腸道炎癥和病理，調節(jié)黏膜免疫穩(wěn)態(tài)。

大量證據(jù)也表明甘氨酸（Gly）具有抗炎和細胞保護作用。雖然其保護作用的機制尚不清楚，但可能是多因素的，包括對靶細胞的直接作用、甘氨酸門控氯通道的抑制或炎性細胞激活的抑制。Jacob等研究表明，Gly通過抑制細胞凋亡對腸系膜缺血、再灌注損傷具有保護作用。盡管添加Thr并不能使飼喂以玉米、小麥和豆粕為基礎、不含動物蛋白的簡單日糧引起的斷奶仔豬的腸道炎癥正常化，但是Chen等研究表明，添加Thr（3.0 g/kg日糧）可以減輕LPS誘導的早期肉雞的炎癥反應和腸道屏障損傷。

6 氨基酸的解毒作用和腸道功能障礙的逆轉作用

由天然毒素或微生物毒素引起的腸道屏障功能障礙可為外源性病原體或致病性抗原的入侵打開“門”。很多研究表明，AA可以減輕毒素的副作用和腸道屏障功能障礙。Duan等研究表明，Glu可作為一種營養(yǎng)調節(jié)因子，可改善真菌毒素引起的不良反應。添加2% Glu對飼喂霉菌污染飼料的豬的生長性能具有潛在的積極影響，改善了由真菌毒素引起的抗氧化系統(tǒng)失衡和腸道結構異常。雖然甜、咸、酸、苦和鮮味五種基本味道已經被認識了幾個世紀，但味覺受體家族直到最近才從舌味蕾中克隆出來。Akiba等研究表明，Glu通過激活多個味覺受體（最可能是mGluR4和T1R1/3）、辣椒素敏感傳入神經和COX信號途徑，增強十二指腸黏膜防御機制，恢復黏膜血液循環(huán)和AA代謝，保護黏膜免受損傷，并防止腸細胞凋亡。

Gln是腸細胞的一種獨特營養(yǎng)素，具有雙重信號傳導和增強生長因子的作用，這些生長因子控制細胞損傷后的增殖和重建。對于人來說，Gln是維持腸道結構、代謝和功能的重要AA，尤其是在腸道黏膜屏障受損的危重疾病期間。Kessel等報道，腸內喂養(yǎng)Gln可抑制LPS內毒素血癥對大鼠小腸黏膜的損傷。在小鼠中，補充Gln可以阻斷乙醇誘導的腸道通透性，保護結腸上皮緊密連接和黏附連接。Xue等報道，在壞死性腸炎暴發(fā)和恢復期間，添加Gln改善了空腸和回腸的結構，從而有利于肉雞的腸道功能。

Gly不僅是合成一些重要生物分子（如葡萄糖和谷胱甘肽）的基本底物，而且還通過結合內源性或外源性毒素用于生化解毒。一項用大鼠作為模型的研究表明，局部Gly灌注減少了小腸黏膜的缺血/再灌注損傷，使黏膜蛋白質和黏膜DNA含量增加，維持黏膜谷氨酰胺酶活性。Cys除了具有已知的免疫和抗氧化作用外，還可以抑制促炎因子和趨化因子基因表達，減輕右旋糖酐硫酸鈉引起的腸道通透性增加，顯著改善結腸組織學，這表明日糧中補充Cys有助于腸黏膜穩(wěn)態(tài)的恢復。Lys還可作為腸道血清素5-HT4受體的頡頏劑，以減少應激相關腹瀉和焦慮，并可調節(jié)腸道運動功能。在霉菌污染的飼料中添加1% Arg可改善真菌毒素引起的腸道異常，對生長豬真菌毒素中毒起到保護作用。

7 結語

飼料中添加單體AA已經成為一種商業(yè)方法來飼養(yǎng)畜禽以獲得最佳的肌肉生長。然而，近年來，關于AA對腸道健康作用的大量知識為營養(yǎng)學家重新考慮當前豬對AA的需求提供了充足的科學依據(jù)。如上所述，幾種AA對維持或改善斷奶仔豬的腸道健康特別有益。一些AA為腸上皮細胞的生長和增殖提供能量，另一些AA為腸腔微生物群提供營養(yǎng)，以維持其多樣的組成和功能。此外，不同AA的類型和水平可以不同或類似地影響腸道形態(tài)和功能。Thr、Arg、Gln、Met和Cys有利于保護腸道屏障功能和維持腸道黏膜免疫。Gln、Arg、Thr、Met和Cys可通過改善腸道免疫功能、抗炎能力和抗氧化能力，幫助緩解仔豬斷奶后的應激。Gln、Glu、Gly和Cys有助于在損傷后重建腸道結構，并在疾病條件下逆轉其功能障礙。此外，Met、Lys、Thr和Glu在影響腸腔中不同細菌的生長中起著重要作用。當前，商品飼料中已全面禁止使用抗生素作為生長促進劑，進一步探索單個AA和AA之間的互作對仔豬腸道健康的影響具有十分重要的意義。