二丁酰環(huán)腺苷酸的作用及其在豬生產(chǎn)中的應用

張光磊，歐陽富龍，王勤華，吳 信，范志勇*

（1．湖南農(nóng)業(yè)大學飼料安全與高效利用教育部工程研究中心，湖南長沙 410128；2．中國科學院亞熱帶研究所，湖南 長沙 410128）

二丁酰環(huán)腺苷酸的作用及其在豬生產(chǎn)中的應用

張光磊1，2，歐陽富龍1，王勤華1，2，吳 信2，范志勇1*

（1．湖南農(nóng)業(yè)大學飼料安全與高效利用教育部工程研究中心，湖南長沙 410128；2．中國科學院亞熱帶研究所，湖南 長沙 410128）

二丁酰環(huán)腺苷酸作為環(huán)腺苷酸衍生物，它極性小，有親脂性，可通過細胞膜在細胞內(nèi)發(fā)揮作用；它克服環(huán)腺苷酸很難通過細胞膜在細胞內(nèi)發(fā)揮作用只能以注射使用的缺陷，對動物生長有明顯促進作用，并可明顯改善動物的胴體組成和肉品質(zhì)，是一種有良好應用前景的動物生長調(diào)節(jié)劑。

二丁酰環(huán)腺苷酸；作用；生產(chǎn)；豬

環(huán)腺苷酸（cAMP）是一種廣泛存在于生物體內(nèi)且無特異性的小分子高生物活性物質(zhì)。其結(jié)構(gòu)特點是單核苷酸AMP分子中的磷酸與核糖形成 3’，5’－環(huán)式結(jié)構(gòu)（如圖1）。分子量為329．2，可溶于水，對酸、堿、熱相當穩(wěn)定。cAMP在細胞內(nèi)外快速雙向流動，細胞內(nèi)產(chǎn)生的cAMP可透過細胞膜進入體液中，胞外的cAMP可被細胞攝取。cAMP是生長激素、腎上腺素等多種激素作用的第二信使，是由于某些激素或其他分子信號刺激激活腺苷酸環(huán)化酶催化三磷酸腺苷（ATP）環(huán)化形成的，具有廣泛的營養(yǎng)代謝調(diào)節(jié)作用，是動物生長的重要調(diào)節(jié)因子。大量研究資料表明，外源cAMP對動物生長有明顯促進作用，并可明顯改善動物的胴體組成和肉品質(zhì)，是一種有良好應用前景的動物生長調(diào)節(jié)劑［1］。

然而，在細胞外的cAMP很難通過細胞膜在細胞內(nèi)發(fā)揮作用只能以注射使用，限制了其在動物生產(chǎn)領域的應用。根據(jù)cAMP這一主要生理特點，將cAMP生物合成一種極性小，有親脂性，可通過細胞膜在細胞內(nèi)發(fā)揮作用的cAMP衍生物-二丁酰環(huán)腺苷酸（dbcAMP，如圖2）。cAMP和dbcAMP在結(jié)構(gòu)上的差別是，在核糖2位和腺嘌呤N6位上各帶有一個丁?；?，dbcAMP是cAMP的衍生物。與cAMP具有相似的生理功能和作用機制。由于其具有親脂性，可通過細胞膜在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，因而可通過飼料添加使用，克服了cAMP使用上的缺陷。同時由于該物質(zhì)在體內(nèi)發(fā)揮作用之后，多余的可被磷酸二酯酶分解，不會在體內(nèi)造成殘留，因此，比其他化學合成物質(zhì)具有更高的安全性［2］。目前關于dbcAMP對豬生長和營養(yǎng)代謝調(diào)控的研究比較少，本文通過介紹dbcAMP信號通路以及在豬上的一些應用，為在動物生產(chǎn)領域的應用提供理論依據(jù)。

圖1 cAMP結(jié)構(gòu)圖

圖2 dbcAMP結(jié)構(gòu)圖

1 二丁酰環(huán)腺苷酸的信號通路

作為cAMP的衍生物，dbcAMP的信號通路和cAMP信號通路是一樣的，都是由細胞膜中的刺激型受體（Rs）、抑制型受體（Ri）、刺激型調(diào)節(jié)蛋白（Gs）、抑制型調(diào)節(jié)蛋白（Gi）及腺苷酸環(huán)化酶（AC）和cAMP依賴性蛋白激酶（PKA）組成。Rs和Ri是兩種與G蛋白結(jié)合的細胞膜受體。各有兩個結(jié)合位點，一個在質(zhì)膜表面，能識別細胞外信號并與之結(jié)合，另一個位點能與Gs和Gi發(fā)生作用。研究發(fā)現(xiàn)，Rs總是與Gs相偶聯(lián)，而Ri則是與Gi相偶聯(lián)。在靜息狀態(tài)下即細胞沒有受到外界信號刺激，信號未能與受體結(jié)合時，受體、Gs蛋白和AC分開存在于細胞膜中，Gs的3個亞基呈結(jié)合狀態(tài)，Gsα亞基與二磷酸鳥苷（GDP）結(jié)合，AC沒有活性。但當細胞受到外界刺激時，胞外信號分子如親水性化學信號分子（包括神經(jīng)遞質(zhì)、激素、生長因子等）不能直接進入細胞，首先與受體結(jié)合形成激素受體復合體，之后通過Gs蛋白的介導，依次引起膜受體、Gs蛋白、AC分子的構(gòu)象變化，將胞外信息沿膜受體→Gs蛋白→AC方向傳遞，從而誘導AC的活化。被激活的AC，催化ATP脫去一個焦磷酸而生成cAMP；生成的cAMP作為第二信使通過激活依賴于cAMP的蛋白激酶A （PKA），使靶細胞蛋白磷酸化，從而調(diào)節(jié)細胞反應。

2 二丁酰環(huán)腺苷酸對豬蛋白質(zhì)的調(diào)控

動物體蛋白質(zhì)代謝是由激素通過cAMP-蛋白激酶系統(tǒng)綜合調(diào)節(jié)的。cAMP作為生長因子以及細胞因子的第二信使，影響細胞內(nèi)酶活性或者其他活動，從而實現(xiàn)激素、生長因子以及細胞因子對細胞生命活動的調(diào)節(jié)作用。cAMP對蛋白的調(diào)控作用可以分為直接和間接：cAMP能直接刺激生長激素（GH）的分泌，從而促進蛋白質(zhì)合成，使體內(nèi)蛋白質(zhì)的沉積增加，提高生長速度［3］；cAMP通過促進脂肪分解，改變了體內(nèi)能量的分配，增加了脂肪和糖的利用，減少蛋白質(zhì)的分解氧化，從而提高體內(nèi)蛋白的沉積［4］。

圖3 二丁酰環(huán)腺苷酸的信號通路

二丁酰cAMP作為cAMP的衍生物，它克服了cAMP的不能直接作用于機體的缺陷，在豬上面應用更為廣泛。高士爭等人的研究發(fā)現(xiàn)［5］，添加20 mg/kg劑量的二丁酰cAMP可顯著提高肥育豬肌肉中粗蛋白含量，說明其對蛋白質(zhì)代謝的調(diào)控可促進蛋白質(zhì)在體內(nèi)的沉積；田允波等人的研究也證實添加20 mg/kg劑量的二丁酰cAMP可提高肥育豬肌肉中粗蛋白含量［6］。并且他們的研究結(jié)果中都發(fā)現(xiàn)，添加二丁酰cAMP能夠提高血清中谷丙轉(zhuǎn)氨酶（GPT）、谷草轉(zhuǎn)氨酶（GOT）活性和血清總蛋白(TP)、白蛋白(ALB)、球蛋白(GLOB)的含量。而TP、ALB、GLOB含量反映了機體蛋白質(zhì)的吸收和代謝狀況，GPT參與體內(nèi)轉(zhuǎn)氨基過程，GPT、GOT活性高低反映了蛋白質(zhì)合成和分解代謝的狀況。蛋白質(zhì)代謝實際上就是氨基酸的代謝，蛋白質(zhì)的合成與分解都需要有轉(zhuǎn)氨酶來參加。隨著血中蛋白質(zhì)不同程度的升高，血中谷丙轉(zhuǎn)氨酶、谷草轉(zhuǎn)氨酶活性也隨著增加，保證了蛋白質(zhì)的正常代謝。GPT、GOT參與體內(nèi)轉(zhuǎn)氨基作用，體內(nèi)轉(zhuǎn)氨酶活性升高，體內(nèi)蛋白質(zhì)代謝加強，氨基酸利用率提高，表現(xiàn)為生長速度加快。

3 二丁酰環(huán)腺苷酸對豬脂類代謝的調(diào)控

動物機體通過在脂肪組織或肝臟合成的脂肪酸，并在脂肪酶的作用下，水解成甘油和脂肪酸。動物機體脂肪的沉積量是脂肪合成代謝和分解代謝的一種平衡狀態(tài)。cAMP是影響脂肪細胞分化的重要物質(zhì)，許多激素的促脂肪細胞分化作用都要通過cAMP來介導［7］。含氮類激素的受體分布在細胞膜表面，當細胞受到外界刺激時，胞外信號分子首先與受體結(jié)合形成復合體，然后激活細胞膜上的Gs蛋白，被激活的Gs蛋白再激活細胞膜上的AC，催化ATP脫去一個焦磷酸而生成cAMP，提高細胞內(nèi)cAMP的水平。生成的cAMP作為第二信使通過活化下游的PKA，使靶細胞蛋白磷酸化，經(jīng)級聯(lián)放大作用產(chǎn)生效應［8-9］。

cAMP可直接提高脂肪組織中脂肪酶的活性，加速脂肪的分解代謝，誘導生長激素的分泌，在促進蛋白質(zhì)合成的同時刺激脂肪的分解［10］。而作為cAMP的衍生物，dbcAMP對脂類的調(diào)控的可能主要通過影響胰島素（INS）來實現(xiàn)。許多研究都證實dbcAMP能夠減少胰島素與脂肪細胞的結(jié)合，以對抗胰島素對體脂沉積的促進作用［11］。Liu等對離體的豬脂肪細胞用dbcAMP處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)dbcAMP能夠降低INS與受體結(jié)合能力，且降低的程度與INS的濃度有關［12］。Eriksson等對離體的豬脂肪組織用cAMP處理，結(jié)果顯示dbcAMP可顯著降低組織中INS的含量，從而減少了INS與脂肪細胞接觸的機會，進而降低了INS在脂肪沉積方面的促進作用［13］。此外，高士爭等人的研究發(fā)現(xiàn)［5］，添加dbcAMP能夠提高豬血清中甘油三脂(TG)、膽固醇(CHO)、高密度脂蛋白(HDL)、低密度脂蛋白(LDL)、極低密度脂蛋白(VLDL)的含量，TG、CHO含量反映脂類的吸收狀況，HDL、LDL和VLDL含量反映脂類在體內(nèi)的分解與轉(zhuǎn)運以及肝臟脂肪代謝。說明使用dbcAMP后，通過血液轉(zhuǎn)運的TG、HDL和VLDL增多，肝臟和脂肪組織中脂肪代謝速率加快，脂肪的分解代謝加強，合成代謝減弱。

4 二丁酰環(huán)腺苷酸對豬胴體的影響

眼肌面積、瘦肉率和背膘厚是反映豬胴體性狀的主要指標，眼肌面積與瘦肉率呈正相關［14］。現(xiàn)有的研究資料表明，外源cAMP可明顯改善動物的胴體組成。皮下注射cAMP，豬的瘦肉率提高8．73%，眼肌面積增加29．58%，背膘厚降低24．76%。張曦等人的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)dbcAMP可顯著提高豬的眼肌面積和瘦肉率，背膘厚明顯降低［15］，嚴偉達等人的研究也證實了同樣的結(jié)果［16］。dbcAMP對豬胴體的影響可能主要是通過其對蛋白和脂類的調(diào)控，從而達到改善胴體的作用。人為增加靶細胞中dbcAMP的濃度，垂體前葉細胞釋放生長激素的量會增加， dbcAMP可促進肝中基因的轉(zhuǎn)錄，加強肝中蛋白質(zhì)的合成，從而使生長速度加快；可改變體內(nèi)能量的分配，增加糖和脂肪的利用率，減少蛋白質(zhì)的分解，從而使體內(nèi)蛋白質(zhì)沉積增加，改善胴體組成；肝臟和脂肪組織中脂肪代謝速率加快，脂肪的分解代謝加強，合成代謝減弱，從而使胴體背膘厚度降低，瘦肉率增加。

5 小結(jié)

在當前抗生素使用越來越受到限制的狀況下，dbcAMP作為一種動物生長的調(diào)節(jié)劑，在調(diào)節(jié)蛋白代謝、脂質(zhì)代謝以及改善肉品質(zhì)等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。dbcAMP無毒無害，但其生產(chǎn)工藝復雜，這大大限制了其在畜禽飼料中的應用。因此，探究的dbcAMP最適宜添加量，改進其生產(chǎn)方法，降低經(jīng)濟成本，可為dbcAMP的開發(fā)利用以及集約化養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展奠定基礎，具有相當可觀的發(fā)展前景。

［1］ 王麗．二丁酰環(huán)腺苷酸對肥育豬胴體品質(zhì)和肉質(zhì)的影響及機理研究［D］．哈爾濱：東北農(nóng)業(yè)大學，2009．

［2］ 高士爭，張曦，劉勇，等．二丁酰環(huán)腺苷酸的合成與性質(zhì)研究［J］．中國畜牧雜志，2004，40（2）：16-18．

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［6］ 田允波，李煥友，田萍．二丁酰cAMP對育肥豬蛋白質(zhì)代謝的調(diào)控［J］．飼料研究，2003（10）：8-10．

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［15］ 張曦，高士爭，程美玲，等．二丁酰環(huán)腺苷酸對豬胴體組成和肉品質(zhì)的影響［J］．中國畜牧雜志，2004，40（5）：22-24．

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2015-12-09）

張光磊（1990-），男，漢族，山西太原人，碩士研究生，從事動物營養(yǎng)生理與代謝調(diào)控研究。

范志勇(1973-)，男，漢族，山西晉中人，湖南農(nóng)大教授，主要研究方向：動物營養(yǎng)生理代謝調(diào)控和營養(yǎng)生物技術。