伍國耀

(美國德克薩斯州農(nóng)工大學(xué)動物科學(xué)系，77843

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)，動物營養(yǎng)國家重點(diǎn)實(shí)驗室，北京100193)

養(yǎng)豬業(yè)獲得利潤的關(guān)鍵依賴于母豬的繁殖性能。然而，為了改善現(xiàn)代化高產(chǎn)母豬的繁殖性能，我們必須克服產(chǎn)前死亡率這個重大的挑戰(zhàn)。產(chǎn)前死亡率大約損失30%～50%的胎豬。因此，在美國初產(chǎn)母豬每窩生產(chǎn)大約僅9.62頭仔豬，基于排出的卵母細(xì)胞總數(shù)，這個數(shù)字遠(yuǎn)低于潛在的14個或者更多的新生仔豬。產(chǎn)前損失在懷孕后的前25 d超過75%，另一個胎兒死亡期發(fā)生在懷孕后的40～60 d，尤其發(fā)生在大窩產(chǎn)仔數(shù)母豬懷孕早期。許多因素會造成胚胎和胎兒損失，包括排卵率、授精率、疾病(例如病毒感染)、染色體異常、發(fā)育不均勻的孕體和子宮或者子宮容量擁擠。以上這些原因中，在圍植入期孕體(胚胎和胚外膜)發(fā)育不良是導(dǎo)致母豬懷孕后前30 d胚胎損失的主要原因，子宮容量不足是導(dǎo)致母豬懷孕30 d后胎兒死亡和生長不理想的主要原因。

為了提高豬和其他哺乳動物類的胚胎或胎兒的存活率，營養(yǎng)學(xué)家已作出了許多的努力。通過動物育種能提高窩產(chǎn)仔數(shù)，但效率卻非常低。在1980～2000年期間，美國養(yǎng)豬業(yè)的窩產(chǎn)仔數(shù)增加的速度只有0.052頭/年。遺傳選擇效率低的原因是窩產(chǎn)仔數(shù)的遺傳力低。總窩產(chǎn)仔數(shù)的遺傳力約是0.1，而活產(chǎn)仔數(shù)甚至更低，約0.07。另一種方法是通過超數(shù)排卵來增加排卵率，但是這種方法增加窩產(chǎn)仔數(shù)卻很少，因為高排卵率有可能引起母豬子宮擁擠癥，從而增加懷孕中期和后期的胎兒死亡率。

精氨酸是懷孕的哺乳動物包括豬的營養(yǎng)性必需氨基酸。精氨酸除了是蛋白質(zhì)的基石外，也是合成許多生物活性分子包括一氧化氮(NO)、鳥氨酸、多胺(腐胺、亞精胺、精胺)、肌酸和胍丁胺的前體。在以上分子中，一氧化氮和多胺刺激細(xì)胞增殖和遷移、細(xì)胞重組、血管生成、血管擴(kuò)張增加血流量，而肌酸是神經(jīng)和骨骼肌發(fā)育必不可少的。因此，在初產(chǎn)母豬懷孕30～114 d的日糧中補(bǔ)充0.83%精氨酸[16.6 g/(頭·d)]可以提高窩產(chǎn)仔數(shù)。許多國家包括澳大利亞、中國、荷蘭、新西蘭和瑞典的研究都證明在懷孕母豬日糧中補(bǔ)充精氨酸可減少胚胎死亡這一有利的作用。在孕鼠上也得到相似的結(jié)果。相反的是，最近有兩個研究組報道在初產(chǎn)和經(jīng)產(chǎn)母豬的懷孕早期（18～34 d）和后期（75～115 d）日糧中補(bǔ)充1.23%精氨酸[或者28 g/（頭·d）]對窩產(chǎn)仔數(shù)無影響，甚至有可能對母豬的繁殖性能有負(fù)作用。應(yīng)該牢記的是，日糧中過多的精氨酸對懷孕母豬胚胎或者胎兒的存活不一定就好。更確切地說，適當(dāng)比例的氨基酸（尤其是精氨酸和賴氨酸）以及考慮日糧配方中最佳的日糧氮的攝入對于防止氨基酸間的拮抗作用和氨氣對懷孕動物胚胎/胎兒的毒性影響具有重要作用。這些結(jié)果強(qiáng)調(diào)了了解繁殖生物學(xué)基礎(chǔ)知識和氨基酸生物化學(xué)來設(shè)計平衡日糧對全球養(yǎng)豬業(yè)的重要性。

1 豬的胚胎發(fā)育、胚泡植入和胎盤形成

豬授精后，授精卵在輸卵管發(fā)育和分裂為2細(xì)胞和4細(xì)胞胚胎。約在懷孕3 d進(jìn)入子宮后，胚胎繼續(xù)分裂，約到懷孕后7～8 d發(fā)育成胚泡，然后在透明帶孵化。之后，胚泡在子宮內(nèi)遷移使彼此之間的間距相等,在懷孕10～12 d期間在形態(tài)上也發(fā)生顯著的變化，從一個膨脹的球狀變?yōu)楣軤詈徒z狀體。懷孕10 d時球形胚泡的直徑約5～10 mm。但是，在懷孕11 d時球形胚泡的直徑則達(dá)到了10 mm，然后僅用3 h或4 h拉長為管狀和絲狀孕體，長度為150～200 mm，到15 d時長度達(dá)到1 000 mm。這些初始發(fā)生的形態(tài)學(xué)的變化是通過細(xì)胞重構(gòu)而不是細(xì)胞增生，但是在懷孕12～15 d期間胚泡的形態(tài)學(xué)變化既通過細(xì)胞增生也通過細(xì)胞重構(gòu)來完成。

在母豬懷孕11 d，即當(dāng)胚泡開始發(fā)生顯著的形態(tài)學(xué)變化及分泌雌激素作為懷孕識別信號時，母體意識到自己懷孕了。在懷孕13 d，豬孕體開始附著到子宮腔上皮細(xì)胞(LE)的滋養(yǎng)層，然后約在懷孕18 d時完成著床，形成一個真正的上皮絨膜胎盤。豬和其他家畜動物的獨(dú)特特征是為了延伸胎體滋養(yǎng)層而延長了胚泡植入前期的時間，然后是胚泡定位，在滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞間附著，隨后是滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞的黏合。為了胚泡和孕體延伸而延長植入前期階段使滋養(yǎng)層和子宮腔上皮細(xì)胞間建立了一個最大的表面接觸面積，有利于胞胚吸收、分泌或轉(zhuǎn)運(yùn)通過母體的子宮上皮細(xì)胞進(jìn)入子宮腔的組織營養(yǎng)素。這些物質(zhì)是孕體存活和生長所必需的，并促進(jìn)豬滋養(yǎng)層和子宮LE之間淺表型和非侵入性的黏結(jié)。

滋養(yǎng)層的延伸主要依賴于子宮腔上皮細(xì)胞、淺表型腺上皮(sGE)和腺上皮(GE)產(chǎn)生的促組織生成的營養(yǎng)。然而，胎盤卵黃囊(16～21 d)和尿囊(21 d至足月)血管的快速生長是為母體和胎兒胎盤血液之間的營養(yǎng)和氣體的交換做準(zhǔn)備。另外，從懷孕植入期后到懷孕后期經(jīng)由絨毛尿囊膜的乳暈提供的營養(yǎng)也支持孕體的生長和發(fā)育。為了支持孕體發(fā)育，許多參與營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞重構(gòu)、血管生成、血管組織松弛以及細(xì)胞增殖和遷移的基因被表達(dá)。早期胚胎損失是因為在懷孕圍植入期孕體發(fā)育和植入失敗所造成。這些關(guān)于著床和胎盤形成的基本知識為懷孕母豬的營養(yǎng)管理提供了生理基礎(chǔ)。

2 豬精氨酸代謝

2.1 精氨酸合成

在豬上，精氨酸來自日糧和內(nèi)源性精氨酸（包括從頭合成和蛋白質(zhì)降解）。懷孕母豬通常采用限飼飼喂方法（例如：2 kg的玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧），其目的是防止在懷孕期間過度增重和泌乳期的低采食量。因此，懷孕母豬日糧中提供的精氨酸不能滿足懷孕母豬的需要。所以需要通過內(nèi)源合成精氨酸來滿足胚胎、胎盤和胎兒的生長發(fā)育。由于懷孕母豬維持正氮平衡（即沒有凈蛋白質(zhì)降解），從頭合成精氨酸是給母親及其胎兒提供內(nèi)源性精氨酸的唯一途徑。當(dāng)懷孕母豬每天限量飼喂時，在母親和胎兒內(nèi)來自谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸從頭合成的精氨酸可以基于胎兒和胎盤中的精氨酸含量以及肌酸的合成來計算。所有這些代謝需要的精氨酸，除了懷孕前半階段胎盤蛋白質(zhì)的合成外，都隨著懷孕時間的增加而增加(表1)。為了支持這一觀點(diǎn)，胎兒小腸在懷孕30 d后通過谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸合成瓜氨酸（合成精氨酸的直接前體），該合成途徑的能力在懷孕30～114 d逐步增加。

表1 懷孕初產(chǎn)母豬的精氨酸需要和它的內(nèi)源合成a

基于對豬小腸上皮細(xì)胞的研究，我們建立了從谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸合成精氨酸的酶學(xué)基礎(chǔ)。谷氨酰胺通過磷酸激活的谷氨酰胺酶轉(zhuǎn)化為谷氨酸。谷氨酸通過P5C合成酶形成5-吡咯啉羧酸(P5C)。脯氨酸通過脯氨酸氧化酶也能合成P5C。P5C通過鳥氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶酰胺化形成鳥氨酸，鳥氨酸通過氨甲酰磷酸合成酶I與氨甲酰磷酸反應(yīng)產(chǎn)生瓜氨酸。所有涉及瓜氨酸和精氨酸合成的酶都存在于豬胎兒的小腸中。精氨酸酶活性在胎兒腸黏膜上皮幾乎沒有，從而最大限度地從腸道中合成和釋放精氨酸。

2.2 精氨酸代謝

在懷孕母豬的小腸，精氨酸被精氨酸酶大量地代謝，腸腔中只有60%的日糧精氨酸進(jìn)入門靜脈循環(huán)。腸道精氨酸降解的主要產(chǎn)物包括鳥氨酸和脯氨酸，它們被釋放到門靜脈循環(huán)。門靜脈中大約8%的精氨酸通過肝臟提取用于合成蛋白質(zhì)和尿素。因此，考慮到玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧精氨酸的真回腸消化率（85%），在懷孕母豬日糧中僅有47%的精氨酸可被腸外和肝外組織利用（見圖1）。

2.3 精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)

精氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)是細(xì)胞利用此氨基酸的第一步，簡單擴(kuò)散不是細(xì)胞外精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)的主要機(jī)制。將精氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜需要特殊的載體。作為一個陽離子氨基酸，精氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)載體與賴氨酸、鳥氨酸和組氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體相同。系統(tǒng)y+是轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)第一個被確定的陽離子氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)載體（CAT），它選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)陽離子氨基酸并且不依賴于Na+。3種不同的CAT基因已被克?。⊿LC7A1、SLC7A2和 SLC7A3），編碼 4種同源蛋白質(zhì)CAT-1、CAT-2A、CAT-2B 和 CAT-3。另外，氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng) bo，+和 Bo，+在鼠胚泡中有表達(dá)，能轉(zhuǎn)運(yùn)中性氨基酸以及陽離子氨基酸。這兩種系統(tǒng)通過是否依賴 Na+轉(zhuǎn)運(yùn)來區(qū)別，系統(tǒng) Bo，+依賴于 Na+，而系統(tǒng)bo，+則不依賴于Na+。第4種氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)是y+L，對中性和陽離子氨基酸都具有高親和力。通過這個y+L系統(tǒng)轉(zhuǎn)運(yùn)陽離子氨基酸是不依賴于Na+的，而當(dāng)介質(zhì)中的Na+被K+代替時，此系統(tǒng)對中性氨基酸的表觀親和力卻顯著下降。

3 精氨酸利用的多種途徑

在細(xì)胞中有多種途徑利用精氨酸。精氨酸作為合成許多生物分子的前體，包括鳥氨酸、多胺(腐胺、精胺和亞精胺)、脯氨酸、谷氨酰胺、肌酸、胍丁胺、NO和蛋白質(zhì)。精氨酸經(jīng)典的代謝方式是被精氨酸酶轉(zhuǎn)化產(chǎn)生鳥氨酸，然后鳥氨酸被轉(zhuǎn)化為多胺、脯氨酸、谷氨酸和谷氨酰胺。在哺乳動物中，精氨酸酶存在兩種不同的同工酶，精氨酸酶Ⅰ是一種胞漿酶，主要在肝臟中表達(dá)。精氨酸酶Ⅱ在肝外組織的線粒體中表達(dá)，包括腎臟、大腦、小腸、乳腺和巨噬細(xì)胞。所有的尿素循環(huán)酶在懷孕母豬的小腸中表達(dá)。這些物質(zhì)可作為防御在小腸中通過氨基酸代謝產(chǎn)生的毒性氨氣的第一道防線。由精氨酸衍生得到的鳥氨酸是母體和胎兒組織合成多胺和脯氨酸的重要前體(見圖2)。脯氨酸在豬胎盤和胎兒小腸合成多胺中起到了重要的作用。

精氨酸是合成NO的前體，NO合成酶(NOS)催化這一反應(yīng)。NOS有3種亞型：神經(jīng)元NOS(nNOS；也被稱為 NOS1)；誘導(dǎo)型NOS(iNOS；也被稱為NOS2)和內(nèi)皮NOS(eNOS；也被稱為NOS3)。NOS1和NOS3在細(xì)胞特定區(qū)域表達(dá)，產(chǎn)生低水平的NO。然而，NOS2被免疫刺激 (LPS和炎癥細(xì)胞因子)誘導(dǎo)產(chǎn)生大量的NO，NOS3合成的NO是一種主要的內(nèi)皮細(xì)胞依賴性舒張因子。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)、鈣調(diào)蛋白、黃素腺嘌呤二核苷酸、黃素單核苷酸和四氫生物蝶呤(BH4)是所有的NOS亞型酶活性必不可少的輔助因子。另外，除了NOS2，NOS1和NOS3合成NO都需要鈣。幾乎所有類型的細(xì)胞都能經(jīng)由精氨酸琥珀酸合成酶將瓜氨酸回收轉(zhuǎn)化為精氨酸，這種細(xì)胞內(nèi)的精氨酸-瓜氨酸循環(huán)幫助維持足夠濃度的精氨酸來產(chǎn)生NO。胞外精氨酸濃度從0增加到10 mM，細(xì)胞和組織(包括內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和胎盤）合成NO的量也增加。精氨酸通過增加BH4的合成來增加豬胎盤中NOS的活性和NO的產(chǎn)生。

在哺乳動物，精氨酸的另一種代謝途徑是合成胍丁胺。在細(xì)胞特定區(qū)域，精氨酸在精氨酸脫羧酶(ADC)作用下脫羧產(chǎn)生胍丁胺。胍丁胺在胍丁胺酶(一種線粒體酶)作用下降解生成腐胺。人們早已了解到，在植物和細(xì)菌中精氨酸經(jīng)由ADC這一代謝途徑，但是這條途徑在早前被認(rèn)為不存在于動物中，直到1994年在老鼠大腦中發(fā)現(xiàn)ADC。哺乳動物細(xì)胞中ADC基因的表達(dá)通過人ADC的克隆和鑒定也已得到證實(shí)。ADC與ODC1具有48%的氨基酸序列同源性，但是不具有ODC1的活性。ADC也存在于肝臟、腎臟、腎上腺和巨噬細(xì)胞中，但不存在于豬小腸中。目前，ADC是否在豬胎盤或者胎兒組織中表達(dá)還不清楚。

精氨酸是合成肌酸的一種氨基酸。精氨酸的胍基在精氨酸甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶(AGAT)作用下轉(zhuǎn)移到甘氨酸的氨基上形成胍基乙酸。胍基乙酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶利用S-腺苷甲硫氨酸(SAM；一種蛋氨酸的代謝產(chǎn)物)作為甲基供體將胍基乙酸轉(zhuǎn)化為肌酸。AGAT是肌酸合成的第一個限速酶。盡管肝細(xì)胞能快速地將胍基乙酸轉(zhuǎn)化為肌酸，但是肌酸不能直接在肝臟中由它的前體(精氨酸、甘氨酸或者蛋氨酸)產(chǎn)生。在大鼠上，AGAT主要在腎臟中表達(dá)，然而高活性的胍基乙酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶卻存在于肝臟中。這表明了合成肌酸需要內(nèi)部器官間的合作。我們的研究數(shù)據(jù)表明肌酸的從頭合成是懷孕母豬利用精氨酸的主要途徑(見表1)。

4 精氨酸及其代謝產(chǎn)物在懷孕母豬的生理功能

多個代謝途徑和獨(dú)特的化學(xué)特征使精氨酸在心血管、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌和免疫系統(tǒng)中具有多種功能。此外，生理水平的精氨酸激活MTOR細(xì)胞信號途徑，在蛋白質(zhì)合成、細(xì)胞增殖和細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)中起重要作用。NO作為一種內(nèi)皮衍生舒張因子調(diào)節(jié)血液流入組織（包括子宮和胎盤），因此營養(yǎng)物質(zhì)從懷孕母豬轉(zhuǎn)移給胎兒。NO同樣刺激胎盤血管生成和胎盤血管生長。NO通過與可溶性鳥苷酸環(huán)化酶的血紅素結(jié)合，從而增加了從鳥苷-5'-三磷酸（GTP）轉(zhuǎn)化生成的環(huán)鳥苷酸（cGMP）。cGMP激活cGMP依賴性蛋白激酶和靶蛋白的磷酸化，從而引起一系列的生理反應(yīng)（例如：血管平滑肌細(xì)胞的松弛和線粒體生物合成）。另外，NO通過減少內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生抑制性內(nèi)皮素-1（一種血管收縮劑）防止白細(xì)胞黏附于血管內(nèi)皮細(xì)胞和血小板。

NOS基因敲除小鼠已被證明是評估雌性動物繁殖過程中NO生理功能的一種極好的模型系統(tǒng)。其結(jié)果表明，NO是排卵、胚胎發(fā)育和著床所必需的物質(zhì)。NOS2缺乏對發(fā)情周期的長度或者排卵率沒有顯著的影響。然而，小鼠敲除NOS3后，發(fā)情周期增加和排卵率顯著降低。與野生型小鼠相比，NOS3基因敲除小鼠植入的胚泡的數(shù)量更低。為了獲得一個成功的懷孕結(jié)果，通過子宮血管壁的重構(gòu)來增加子宮血流量是必需的。因此，小鼠在懷孕期間敲除NOS3基因會降低子宮動脈的重構(gòu)能力。這可能是NOS3基因敲除小鼠胎兒和新生兒存活降低的主要原因。NOS3基因敲除小鼠在著床率和早期發(fā)展的著床點(diǎn)沒有變化，但其孕中期的活胚胎和末期的窩產(chǎn)仔數(shù)被降低。這些損害是與缺乏NOS3基因表達(dá)后蛻膜血管細(xì)胞減少和細(xì)胞壁異常增厚相關(guān)的。所以這些研究結(jié)果表明，生理水平的NO是懷孕成功所必需的。

精氨酸可能調(diào)節(jié)分別由甘氨酸和半胱氨酸合成的CO和H2S。這些氣體在心血管系統(tǒng)中具有重要的生物學(xué)功能。NO刺激血管組織中H2S的產(chǎn)生，而H2S調(diào)節(jié)主動脈和血管內(nèi)皮細(xì)胞的精氨酸-NO通路。另外，內(nèi)皮NO在CO-和可能的H2S-誘導(dǎo)血管擴(kuò)張時起到一個放縱的作用。因此，各種氣體信號途徑間有可能相互影響，生理水平的NO與其他氣體性血管活性因子協(xié)同調(diào)節(jié)血管張力和血流動力學(xué)。

多胺是動物健康懷孕必不可少的。在小鼠懷孕6～8 d期間,即胚泡剛剛著床后(懷孕4～5 d)ODC1活性急劇增加。子宮中的腐胺和亞精胺的水平也發(fā)生相似的變化。與對照組相比，在懷孕5～8 d小鼠的飲水中添加2%的DL-α-二氟甲基鳥氨酸鹽(α-DFMO；一種ODC1不可逆抑制劑)阻止了胚胎懷孕18 d的發(fā)育和造成流產(chǎn)。在孕期，多胺的作用可能涉及到調(diào)節(jié)類固醇激素的合成、胚胎、胎盤和胎兒的生長和發(fā)育。在排卵后卵巢ODC1的活性立即增加，因為這是增加黃體分泌孕激素所需要的。阻斷未成熟的雌性小鼠ODC1的活性，也抑制卵巢的生長和囊狀卵泡的形成。α-DFMO處理組在發(fā)情期孕酮和雌激素的濃度降低了，從而抑制了類固醇生成因子1、細(xì)胞色素膽固醇側(cè)鏈裂解酶和卵巢中類固醇激素合成急性調(diào)節(jié)蛋白基因的表達(dá)。而且，在胚胎滯育期，多胺也逐漸耗盡，這是一種在胚泡植入前胚泡發(fā)育抗逆的難以解釋的現(xiàn)象。這些結(jié)果表明多胺在胚胎形成和胚泡著床上起至關(guān)重要的作用。

5 豬日糧補(bǔ)充精氨酸對胚胎/胎兒存活和生長的有利作用

在前面概念的指導(dǎo)下，在懷孕早期尿囊液中異常豐富的精氨酸對胚胎和胎兒存活和生長具有重要的生理功能。Mateo等測定了給懷孕母豬補(bǔ)充精氨酸是否會增加出生窩產(chǎn)仔數(shù)。這些作者發(fā)現(xiàn)在懷孕30～114 d的日糧中補(bǔ)充0.83%的精氨酸 (相當(dāng)于1%精氨酸鹽酸鹽，每頭母豬每天16.6 g精氨酸)增加每窩產(chǎn)活仔豬數(shù)到2頭和窩初生重到24%。

給懷孕母豬基礎(chǔ)日糧中(12%CP,0.70%精氨酸和0.57%賴氨酸；消化率為85%)添加0.83%精氨酸的理由有如下幾點(diǎn)。第一，由于堿性氨基酸間的潛在的營養(yǎng)不平衡，日糧中總精氨酸含量應(yīng)該低于2%(以飼喂90%干物質(zhì)為基礎(chǔ))，因此日糧中可消化的精氨酸與賴氨酸的比例應(yīng)低于3。第二，懷孕母豬經(jīng)口服進(jìn)入小腸腔內(nèi)和血液的精氨酸的半衰期較短(1.7 h)，因為：①小腸代謝大量精氨酸(占日糧攝入量的40%)；②在組織中多種途徑快速利用精氨酸,因此需要補(bǔ)充充足的精氨酸在4 h內(nèi)維持較高水平的精氨酸 (比未補(bǔ)充精氨酸的母豬的血漿中精氨酸濃度至少高25%)。第三，未補(bǔ)充精氨酸的母豬在采食1 h后血漿精氨酸的濃度為240 μM。在懷孕母豬上以精氨酸代謝動力學(xué)為基礎(chǔ)，要實(shí)現(xiàn)補(bǔ)充精氨酸的懷孕母豬在采食4 h后血漿中精氨酸的濃度比未補(bǔ)充精氨酸母豬血漿中精氨酸濃度高25%，這就要求補(bǔ)充精氨酸的母豬在采食1 h后血漿精氨酸的濃度最高值為500 μM。那么日糧中可消化精氨酸的濃度則需要增加約130%，即在日糧中需要補(bǔ)充0.78%的精氨酸。為了方便起見，我們決定在懷孕母豬日糧中補(bǔ)充1%精氨酸鹽酸鹽(0.83%精氨酸)。

幾個試驗研究結(jié)果表明：給懷孕母豬補(bǔ)充精氨酸有效地提高了胚胎和胎兒的存活率(見表2)。首先，在實(shí)際生產(chǎn)條件下，在初產(chǎn)母豬和經(jīng)產(chǎn)母豬懷孕22～114 d的日糧中補(bǔ)充0.83%的精氨酸，其結(jié)果增加了母豬胎盤重量(16%)，每窩活產(chǎn)仔數(shù)(1.1)和每窩產(chǎn)活仔豬的初生重(1.7 kg)。其次，在實(shí)際生產(chǎn)條件下，給初產(chǎn)和經(jīng)產(chǎn)母豬懷孕14～28 d日糧中補(bǔ)充1%精氨酸，其結(jié)果顯示在初生時可增加產(chǎn)活仔數(shù)約1頭。第三，與對照組初產(chǎn)母豬相比，在懷孕14～25 d日糧中補(bǔ)充0.4%或者0.8%的L-精氨酸組的胎盤生長增加21%～34%，每窩可存活的胎兒數(shù)量增加約2頭。第四，在超排卵初產(chǎn)母豬懷孕14～28 d日糧中補(bǔ)充1%的精氨酸，懷孕70 d時每窩胎兒的數(shù)量增加3.7頭。第五，在初產(chǎn)母豬懷孕17 d時開始補(bǔ)充1%的精氨酸，持續(xù)16 d，其結(jié)果表明每窩產(chǎn)活仔豬數(shù)增加1.2頭。最后，在懷孕90～114 d的母豬日糧中補(bǔ)充0.83%的精氨酸，每窩產(chǎn)活仔豬的平均初生重增加16%。

表2 日糧補(bǔ)充精氨酸對懷孕母豬窩產(chǎn)仔數(shù)和仔豬初生重的影響

在大鼠懷孕初期或者中期的日糧中補(bǔ)充精氨酸也能增加胚胎存活率和窩產(chǎn)仔數(shù)。另外，給感染豬圓環(huán)病毒2型小鼠的日糧中補(bǔ)充精氨酸可降低其胚胎和胎兒的死亡。此外，給孕羊靜脈注射精氨酸能提高胚胎的存活率。綜上所述，這些結(jié)果都強(qiáng)有力地支持精氨酸通過多種機(jī)制：MTOR信號、抗氧化防御、胎盤生長(包括血管生長)和子宮-胎盤血流量，在提高哺乳動物胚胎/胎兒存活率上起到重要的作用(見圖3)。增加活產(chǎn)仔豬數(shù)將會顯著提高雌性動物繁殖和泌乳性能。另外，減少低初生體重仔豬的數(shù)量將大大提高新生仔豬的管理，最大限度地提高仔豬斷奶前的存活和成長。

補(bǔ)充精氨酸的時間和劑量是精氨酸提高懷孕母豬繁殖性能的關(guān)鍵因素，這就說明在交配后立即補(bǔ)充精氨酸對豬胚胎存活和生長有不良影響。與對照初產(chǎn)母豬組相比，在懷孕0～25 d母豬日糧中補(bǔ)充0.8%L-精氨酸，其子宮重量下降（-20%），總胎兒數(shù)量下降（-24%），黃體數(shù)下降（CL；-17%），總胎兒重下降（-34%），總尿囊和羊水的量下降（-34%～42%），母體血漿中孕酮濃度下降（-33%），以及總孕激素下降（-35%），雌激素酮下降(-40%)和尿囊液中的硫酸雌酮下降（-37%）。在卵巢中，卵泡發(fā)育伴隨CL的形成，成熟卵母細(xì)胞的排出依賴于有絲分裂的原活化蛋白激酶3和1[也被稱為細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶1和2(ERK 1/2)]和肝臟受體類似物1（Lrh1）。有證據(jù)表明，Lrh1是小鼠通過涉及NOS3基因表達(dá)機(jī)制來排卵的必不可少的一種受體。根據(jù)現(xiàn)有的資料，我們假設(shè)通過補(bǔ)充精氨酸來增加NO的產(chǎn)生，可能會損害豬卵巢中ERK1/2信號和Lrh1的功能，從而減少排卵、CL的數(shù)量和母體血漿中孕酮的濃度，因此降低了卵泡的數(shù)量。在正常飼養(yǎng)條件下(例如：固定的2 kg玉米-豆粕型基礎(chǔ)日糧)，懷孕母豬CL減少是很少發(fā)生的,因為CL是建立和維持懷孕所需的孕激素的主要來源。前列腺素F2a(PGF2α)是一種可以消退CL的物質(zhì)，從子宮上皮細(xì)胞分泌的PGF2α進(jìn)入子宮循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）而不是進(jìn)入子宮腔(外分泌)。PGF2α的產(chǎn)生被認(rèn)為是調(diào)節(jié)孕體雌激素的分泌。NO通過上調(diào)環(huán)氧化酶II（一種前列腺素合成的關(guān)鍵酶）的表達(dá)也能刺激與PGF2α合成有關(guān)的生物化學(xué)反應(yīng)。因此，母豬交配后立即補(bǔ)充L-精氨酸，促進(jìn)動物系統(tǒng)中NO的合成，可能通過依賴PGF2α的途徑引起CL的減少。另外，因為豬排卵通常發(fā)生在發(fā)情后約44 h，在發(fā)情后24 h內(nèi)補(bǔ)充L-精氨酸可能會抑制或妨礙排卵，因此降低初產(chǎn)母豬CL的數(shù)量。

Greiner等和Zier-Rush等報道，母豬日糧中補(bǔ)充超過1%或者每天每頭25 g精氨酸對母豬的繁殖性能沒有有利的影響。例如，在母豬懷孕后18～34 d或者75～115 d給母豬每頭每天補(bǔ)充28 g精氨酸并沒有增加窩產(chǎn)仔數(shù)，甚至減少仔豬初生重。在缺乏基礎(chǔ)日糧中蛋白質(zhì)、精氨酸和其他氨基酸含量等數(shù)據(jù)時，我們很難解釋這些結(jié)果（見表2）。在Greiner等和Zier-Rush等試驗研究中，精氨酸在懷孕母豬上不能起到有效作用的原因可能是：①日糧中氨基酸之間的不平衡，尤其是精氨酸與賴氨酸的拮抗作用；②日糧中氮的攝入量增加，可能導(dǎo)致氨氣的增加，從而降低子宮-胎盤血流量，損害檸檬酸循環(huán)，引起母體及其胚胎/胎兒的代謝負(fù)擔(dān)；③在配種后第18 d開始補(bǔ)充精氨酸錯過了早期孕體著床時期。這些負(fù)面結(jié)果都不應(yīng)該否認(rèn)精氨酸對母豬繁殖性能的有利作用。相反的是，它們強(qiáng)調(diào)的是了解繁殖生物學(xué)基礎(chǔ)知識及氨基酸的營養(yǎng)和生物化學(xué)對設(shè)計平衡日糧和提高全球養(yǎng)豬業(yè)的重要性。

6 結(jié)論和觀點(diǎn)

胚胎和胎兒的損失是養(yǎng)豬業(yè)的一個主要問題。通過遺傳和動物育種方法來提高窩產(chǎn)仔數(shù)一直沒有取得很大的進(jìn)展。在懷孕的圍植入期，孕體發(fā)育和植入失敗被認(rèn)為是胚胎損失的主要原因。精氨酸是一種在生理學(xué)上有多功能的氨基酸。它是合成鳥氨酸、多胺(腐胺、精胺和亞精胺)、脯氨酸、谷氨酰胺、肌酸、胍丁胺和NO的含氮前體物質(zhì)，這些生物分子在刺激細(xì)胞增殖和遷移、細(xì)胞重構(gòu)、血管生成、血管擴(kuò)張和各種細(xì)胞信號途徑中發(fā)揮關(guān)鍵作用。更重要的是，精氨酸和它的代謝產(chǎn)物在繁殖、包括增強(qiáng)胚胎和胎兒存活上具有重要的作用。除了增加窩產(chǎn)仔數(shù)外，日糧中補(bǔ)充精氨酸的益處是提高了懷孕母豬的免疫功能，由此防止疾病感染以及減少胚胎和胎兒的損失。因此，最近NRC將精氨酸作為懷孕母豬的一種條件性必需氨基酸。

許多精心設(shè)計的試驗研究都證明日糧中補(bǔ)充精氨酸對母豬的繁殖性能具有有利的作用。然而，許多問題仍待解決。例如，精氨酸的有利作用是直接通過它的營養(yǎng)介導(dǎo)或是通過它的代謝產(chǎn)物如NO、多胺、肌酸或者胍丁胺來介導(dǎo)？此外，精氨酸在子宮和胎盤是怎樣調(diào)節(jié)基因表達(dá)來提高營養(yǎng)素的轉(zhuǎn)運(yùn)和胎盤的生長？提高胚胎存活率的補(bǔ)充精氨酸的最佳時機(jī)？在懷孕早期、中期和后期階段，配制日糧的最理想的氨基酸模式？不同品種的懷孕母豬對日糧中補(bǔ)充氨基酸的反應(yīng)是否不同？為了通過補(bǔ)充合適的精氨酸日糧來有效地提高胚胎存活率和胎兒的生長，以上問題都必須得到肯定的回答。

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