劉俊鋒 胡 慧 孔祥峰 吳 琛 何若鋼*

（1.廣西大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院,南寧 530005;2.湖南省畜禽健康養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心,中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)過程重點實驗室,中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所,長沙 410125）

精氨酸（aginine,A rg）是動物體內(nèi)一種重要的堿性氨基酸,是精子蛋白的重要組成成分。除參與體內(nèi)蛋白質(zhì)沉積外,還通過多種酶參與機體代謝,并通過其代謝產(chǎn)物一氧化氮（NO）和多胺等在動物體內(nèi)發(fā)揮多重營養(yǎng)生理效應(yīng)。此外,A rg還能有效促進機體的激素分泌[1],提示其對調(diào)控豬的生長發(fā)育與繁殖生理具有重要作用。雖然國內(nèi)外大量文獻報道了A rg對斷奶仔豬和生長肥育豬的營養(yǎng)生理作用,但是對母豬A rg營養(yǎng)報道不多。本文對A rg營養(yǎng)在母豬上的最新研究進展進行綜述,旨在為養(yǎng)豬生產(chǎn),尤其是母豬生產(chǎn)提供一定的參考。

1 Arg的理化特性

A rg的分子式為C6 H14 N4 O2,分子量為174.20,學(xué)名為2-氨基-5-胍基戊酸,其化學(xué)結(jié)構(gòu)見圖1。天然Arg為L-A rg,在水中結(jié)晶的產(chǎn)物含2分子的結(jié)晶水,105℃失去結(jié)晶水。在乙醇中結(jié)晶的是無水物,238℃分解,溶于水,微溶于乙醇,不溶于乙醚。由于胍基的存在,A rg呈堿性,易與酸反應(yīng)形成鹽。

在生物體內(nèi)具有生理作用的A rg是L-Arg。傳統(tǒng)上把A rg定義為非必需氨基酸,動物試驗發(fā)現(xiàn),在生長發(fā)育過程中如果飼料中缺少Arg,則達不到最佳的生長速度,此時只靠體內(nèi)合成的Arg不能滿足機體生長發(fā)育的需要;其次,在應(yīng)激狀態(tài)下,體內(nèi)合成的A rg也不能滿足生理代謝的需要。因此,有人提出A rg應(yīng)該為條件性必需氨基酸[2]。

圖1 Arg的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chem ical structure of A rg

2 Arg在子宮和胎盤中的代謝

2.1 內(nèi)源合成

A rg對胎盤、胚胎和胎兒的發(fā)育具有重要作用[3]。在對不同妊娠期的母豬胎兒液進行分析時發(fā)現(xiàn),母豬妊娠第40天時尿囊液中的A rg含量高達4～6 mm ol/L,而母體血漿A rg濃度只有0.10～0.14 mm ol/L。母豬妊娠第30～40天,其尿囊液的A rg、鳥氨酸和谷氨酰胺含量分別提高23、18和4倍,而這3種氨基酸的氮含量占游離α-氨基酸氮總含量的67%[4]。胎兒尿囊液中A rg家族氨基酸的含量這么高,與前1/2妊娠期胎盤合成最大量的NO和多胺有關(guān)[5],這時的胎盤正在快速生長[6],說明在孕體生長發(fā)育過程中與A rg相關(guān)的物質(zhì)代謝途徑是至關(guān)重要的。此外,胎盤尿囊液中A rg濃度遠高于母體血液,說明子宮可對A rg進行充分吸收和合成,以滿足胚胎生長發(fā)育的需要。

A rg可由谷氨酰胺和脯氨酸合成,需要谷氨酰胺酶、脯氨酸氧化酶、吡咯酸-5-羧酸合成酶、鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶、鳥氨酸轉(zhuǎn)乙酰酶、精氨酰琥珀酸合成酶和精氨酰琥珀酸分解酶催化。此外,血漿瓜氨酸和線粒體內(nèi)的鳥氨酸是A rg合成的前體,瓜氨酸在細胞液中進一步合成A rg。對于哺乳動物,內(nèi)源A rg的合成主要通過小腸-腎代謝軸完成,在胞液精氨酸琥珀酸合成酶和精氨酸琥珀酸裂解酶的作用下,由瓜氨酸轉(zhuǎn)化為A rg。雖然肝臟中這2種酶的活性始終保持較高水平,但所轉(zhuǎn)化的高濃度A rg卻通過負反饋調(diào)節(jié),在精氨酸酶的作用下,促使其本身分解為鳥氨酸和尿素,阻止A rg釋放到循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)。因此,內(nèi)源A rg主要來源于腎近曲小管中瓜氨酸的轉(zhuǎn)化,瓜氨酸則是由腸道內(nèi)的谷氨酸和谷氨酰胺合成[7]。

2.2 分解代謝

A rg在體內(nèi)的代謝主要有3種途徑:1）通過氧化途徑,經(jīng)NO合成酶（NOS）催化生成具有生物活性的NO,維持血管的通透性,改善器官的缺血缺氧狀態(tài)。2）在精氨酸酶催化下水解成鳥氨酸,然后在鳥氨酸脫羧酶催化下脫去羧基形成腐胺,腐胺可以生成亞精胺和精胺,三者統(tǒng)稱為多胺[8]。多胺可調(diào)節(jié)DNA和蛋白質(zhì)的合成,從而調(diào)節(jié)細胞的增殖和分化[4]。3）A rg可以由甘氨酸轉(zhuǎn)脒基酶分解為鳥氨酸和肌酐酸,由精氨酸分解酶降解為鳥氨酸和尿素。

3 Arg對母豬繁殖性能的影響

A rg對母豬繁殖性能的影響目前報道不多,但也有研究發(fā)現(xiàn),在妊娠第14～28天母豬飼糧中添加1.0%的A rg,出生活仔數(shù)增加1頭,但并不影響平均出生體重[9];在妊娠第30～114天的母豬飼糧中添加1.0%的精氨酸鹽酸鹽,能夠提高血漿中A rg （77%）、鳥氨酸（53%）和脯氨酸（30%）的濃度;添加A rg并不影響母豬的體重和背部皮下脂肪的厚度,但出生活仔數(shù)增加2頭,出生窩重增加24%[10]。Mateo[11]對初產(chǎn)母豬的研究結(jié)果表明,飼糧補充A rg能夠顯著提高泌乳母豬母乳中A rg含量及所帶仔豬的生產(chǎn)性能,然而Laspiur等[12]對經(jīng)產(chǎn)母豬的研究結(jié)果表明,飼糧添加A rg可以減少泌乳期母豬體重損失,提高飼料利用率,但是并沒有提高產(chǎn)仔窩重。上述研究結(jié)果初步證明,通過在母豬飼糧中添加A rg可提高母豬產(chǎn)仔率,同時也可能會提高仔豬出生后的生長性能、健康狀況和肉品質(zhì)[13]。

4 Arg提高母豬繁殖性能的機制

在母豬飼糧中補充A rg,能提高胎盤合成NO和多胺的能力,NO和多胺是血管生成、胚胎形成、胎盤和胎兒生長發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)控物質(zhì),提高胎盤對胎兒血液、氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng),從而減少胚胎早期死亡,提高妊娠早期胎豬的成活和生長發(fā)育具有重要作用[14]。其作用機制可能主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

4.1 促進血管發(fā)育

近年來,發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮產(chǎn)生的內(nèi)皮舒張因子——NO類物質(zhì),具有強烈的血管擴張作用[15]。L-A rg是生成NO的前體,L-A rg來源不足、轉(zhuǎn)運障礙或代謝異常都可影響NO的生成,而NO的缺乏是影響血管發(fā)育的一個重要因素;補充L-A rg促進NO的生成,可促進血管擴張和血管生成。研究表明,NO可按原始血管形成方式參與包括細胞外基質(zhì)降解、內(nèi)皮細胞增殖、遷移并形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及管腔形成的血管生成所有過程,是血管生成的重要介質(zhì)[16]。肖立波等[17]研究表明,NO在體內(nèi)主要是通過激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶,使環(huán)鳥苷酸升高來完成如調(diào)節(jié)血管緊張度等各種生理功能。另外, NO/O2-的平衡對維持血管內(nèi)皮功能較為重要。當(dāng)有NO存在時對O2-有拮抗作用,體內(nèi)L-A rg耗盡時O2-產(chǎn)生增加[18],拮抗NO作用使內(nèi)皮介導(dǎo)的血管舒張功能異常。NO作為細胞信使分子,可參與血管張力、器官血液供應(yīng)的調(diào)節(jié),具有降壓、抑制血管平滑肌細胞生長和增殖、血小板聚集等作用[19]。

4.2 促進蛋白質(zhì)合成

A rg分解是多胺合成的第一步,細胞內(nèi)A rg的濃度可以調(diào)控多胺的合成。多胺在加快細胞增殖、組織形成及細胞分化中起著重要的作用,是小腸黏膜生長、發(fā)育、成熟、適應(yīng)及恢復(fù)創(chuàng)傷必需的物質(zhì)。長期以來,A rg一直被看作組織愈合的必需營養(yǎng)素,也是一種有潛力的重要的免疫營養(yǎng)成分[20]。A rg特別有吸引力起因于其產(chǎn)物脯氨酸是膠原蛋白的一種必需成分[21],也是特定激素如生長激素釋放的重要引發(fā)物、多胺合成的主要氨基酸前體物[20]。有關(guān)多胺合成缺陷型的大腸桿菌突變株研究表明,在多胺存在時,從培養(yǎng)液中除去亮氨酸,細菌蛋白質(zhì)合成受到顯著的抑制,補充亮氨酸后蛋白質(zhì)合成迅速出現(xiàn)高峰,但是沒有多胺存在時,即使補充亮氨酸蛋白質(zhì),合成仍保持不變。另外,多胺對蛋白質(zhì)的準確翻譯（在某些密碼中減少蛋白質(zhì)的誤譯率）以及在蛋白質(zhì)翻譯后的修飾過程中都起著重要的作用[22]。體腔的生理濃度范圍（2～4 mmol/L）的A rg是腸道上皮移行和上皮重建的有效刺激劑。在體外培養(yǎng)的仔豬腸細胞系（IPEC-J2）上的研究發(fā)現(xiàn),蛋白質(zhì)合成對腸道細胞移行是必需的,抑制磷酸肌醇-3激酶/m TOR途徑也可抑制細胞移行。相反,A rg可增加腸上皮細胞的移行、激活其下游m TOR靶點p70 S6K[23]。遷移細胞的免疫細胞化學(xué)染色表明,大量p70 S6K染色處于細胞漿內(nèi),而其活性形式磷酸化p70 S6K全部定位于休止細胞的核內(nèi),A rg激活作用使其再分配到胞漿內(nèi)。

4.3 促進激素分泌

A rg可刺激機體釋放生長激素和胰島素,對糖、脂肪和蛋白質(zhì)的代謝起著協(xié)同平衡作用,二者的升高可加強組織對糖的利用,加速蛋白質(zhì)和膠原的合成,促進正氮平衡和損傷后機體的修復(fù)。A rg刺激生長激素釋放可由其直接作用或通過其代謝物起作用。A rg代謝生成鳥氨酸,進而生成谷氨酸,這2種氨基酸均可促進生長激素釋放。另外,經(jīng)NOS催化生成的NO對生長激素釋放也有促進作用。因為NO是子宮胎盤血流量的一個重要調(diào)控因子,嚴重的胰島素耐受可影響妊娠后期胎盤對營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的運輸[24]。

4.4 增強免疫功能

在飼糧中補充A rg能增強妊娠母豬和新生仔豬的免疫狀態(tài),從而減少病原感染引起的發(fā)病率和死亡率[25]。A rg影響免疫功能的途徑很多,調(diào)節(jié)免疫機能的具體機制尚不完全清楚,但主要包括NO途徑、精氨酸酶途徑和內(nèi)分泌途徑。

NO途徑是指A rg在NOS作用下生成瓜氨酸和NO。巨噬細胞和中性粒細胞合成的NO是機體抗微生物和抗有害細胞的必需機制。因此,由誘導(dǎo)型一氧化氮合成酶（inducible nitric oxide synthase,iNOS）催化合成的NO與免疫反應(yīng)關(guān)系最為密切。因為A rg是精氨酸酶和iNOS的共同底物,二者競爭催化A rg,所以調(diào)節(jié)精氨酸酶的表達和活性在細胞產(chǎn)生NO過程中起著關(guān)鍵作用[26]。A rg可調(diào)節(jié)T細胞受體ζ鏈（CD3ζ）的表達,CD3ζ對T細胞受體的完整性是必需的。另外,瓜氨酸或A rg的充分供給對CD3ζ保護和表達是必需的。這為利用瓜氨酸增加A rg的供給提供了基礎(chǔ)[27]。

NO是近年來新發(fā)現(xiàn)的重要免疫調(diào)節(jié)物質(zhì),既是腫瘤免疫、微生物免疫的效應(yīng)分子,又是多種免疫細胞的調(diào)節(jié)因子。NO對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用主要包括:1）NO抑制抗體應(yīng)答反應(yīng)、抑制肥大細胞的反應(yīng)性;2）促進NK細胞活性,激活外周血中的單核細胞;3）調(diào)節(jié)T細胞和巨噬細胞分泌細胞因子;4）介導(dǎo)巨噬細胞的細胞凋亡;5）A rg-NO途徑被認為是殺死細胞內(nèi)微生物的主要機制,也是巨噬細胞對靶細胞毒性的主要機制;6）減弱多型核粒細胞黏附[28]。

此外,A rg可促進胰島素、生長激素、泌乳素和胰島素樣生長因子-Ⅰ（IGF-Ⅰ）的分泌[25],這些激素參與了A rg對免疫功能的調(diào)節(jié)作用。例如,胰島素和生長激素調(diào)節(jié)葡萄糖和氨基酸在主要組織（骨骼肌、脂肪、肝臟和心臟）中的代謝,從而影響其在免疫系統(tǒng)細胞中的利用率。生長激素也能增加胸腺中T淋巴細胞的產(chǎn)生、骨髓中定向造血干細胞的數(shù)量、T細胞對細胞因子的反應(yīng)和樹狀突細胞的抗原提呈能力。并且泌乳素能增加Th1淋巴細胞釋放細胞因子和抗原提呈MHC II型分子的表達。另外, IGF-Ⅰ可促進骨髓中淋巴細胞的成熟,緩解隨著年齡增長發(fā)生的胸腺退化,增加淋巴細胞數(shù)量和活性。

5 小 結(jié)

具有特殊營養(yǎng)活性的氨基酸,調(diào)節(jié)著母豬的新陳代謝途徑,對維持母豬正常的生長、發(fā)育和繁殖都起著至關(guān)重要的作用;同時通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機制對增強母豬免疫功能也發(fā)揮著重要作用。在尋找有效策略以通過腸內(nèi)或腸外途徑補充氨基酸以達到最佳健康過程中,應(yīng)充分考慮氨基酸不平衡和營養(yǎng)素拮抗作用的負面影響。這樣的策略應(yīng)建立在氨基酸生理生化效應(yīng)對免疫功能、個體營養(yǎng)和生理狀態(tài)的影響等基礎(chǔ)上。隨著動物飼料級氨基酸商業(yè)供應(yīng)的增加,氨基酸,特別是A rg,將成為提高動物健康和預(yù)防傳染性疾病的廉價、高效物質(zhì)。鑒于氨基酸的重要調(diào)節(jié)作用,希望在常規(guī)飼料中添加A rg等特殊營養(yǎng)活性的氨基酸以有效增強母豬、胎豬、新生仔豬和斷奶仔豬的免疫功能,提高其生長速度和養(yǎng)分利用率,以及改善肉質(zhì)。

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*Correspond ing au thor,p rofessor,E-m ail:h.r.gang@163.com

（編輯 陳 圓）