孔祥峰

（中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，動(dòng)物營養(yǎng)生理與代謝過程湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125）

動(dòng)物胚胎/胎兒的生長發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程，受遺傳、營養(yǎng)、母體成熟度、疾病和環(huán)境等因素的影響[1]。母豬的胚胎/胎兒發(fā)育經(jīng)歷了幾個(gè)關(guān)鍵期。妊娠后18～24 d是受精卵在子宮角不同部位附植并逐步形成胎盤的時(shí)期，多數(shù)胚胎死亡發(fā)生在妊娠后10～30 d；妊娠后30～60 d是胎盤生長最快的時(shí)期，妊娠后70 d胎盤發(fā)育至最大，也是胎兒死亡的高峰期；妊娠90 d后，胎兒的生長發(fā)育和增重迅速，母體增重加快，所需營養(yǎng)物質(zhì)明顯增加[2]?？梢?，母豬妊娠早期和后期分別是胚胎成活和胎兒生長發(fā)育的關(guān)鍵階段。過去十幾年，以增加窩產(chǎn)仔數(shù)為目標(biāo)的遺傳選育導(dǎo)致仔豬的初生體重（BW）偏低，從而影響了其斷奶重以及保育期和生長育肥期的生長速度[3]。低BW或?qū)m內(nèi)發(fā)育遲緩（IUGR）會(huì)降低仔豬的成活率、適應(yīng)能力、生長性能、飼料轉(zhuǎn)化效率和胴體組成，從而給養(yǎng)豬生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[4]。因此，研究不同生長發(fā)育期胚胎/胎兒對營養(yǎng)素的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝規(guī)律，可更有針對性地調(diào)控胚胎/胎兒的生長發(fā)育，對研發(fā)IUGR的防治措施具有重要意義。

胚胎/胎兒的營養(yǎng)來源于母體。妊娠早期，子宮腺分泌的子宮乳可為胚胎提供營養(yǎng)。母體營養(yǎng)隨母體血液進(jìn)入子宮內(nèi)膜再轉(zhuǎn)送到胎盤絨毛膜，并最終匯入到臍帶血。臍靜脈血是胎兒最直接的營養(yǎng)來源，其將豐富的營養(yǎng)物質(zhì)、生物活性物質(zhì)和氧氣從胎盤直接傳送給胎兒的肝臟，來支持胎兒生長發(fā)育的營養(yǎng)需求[5]。血液中的游離氨基酸一直被作為機(jī)體的氨基酸庫。氨基酸代謝庫中氨基酸組成與含量的變化可引起不同的細(xì)胞應(yīng)答，由相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)介導(dǎo)調(diào)控下游效應(yīng)分子，實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)的合成與降解、基因的表達(dá)與抑制以及營養(yǎng)素的新陳代謝，最終表現(xiàn)為動(dòng)物生長發(fā)育的差別[6]。因此，母體營養(yǎng)可影響胎兒的生長過程。例如，母豬日糧中添加精氨酸，可刺激胎盤NO的生成，促進(jìn)胎豬的生長發(fā)育[7]；母體營養(yǎng)不足也會(huì)減少母體對胎兒的血液、營養(yǎng)素和氧氣的供應(yīng)，阻礙胎兒的生長發(fā)育，導(dǎo)致胎兒IUGR或死亡[2]。

孕體（Conceptus）是指胎兒、胎膜（包括胎盤、羊膜和孕囊等）和胎液（包括羊水和尿囊液等）構(gòu)成的復(fù)合體，在整個(gè)妊娠期起主導(dǎo)作用。胎盤是胎兒與母體組織的聯(lián)合體，是母體-胎兒循環(huán)間轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)素、氧氣和CO2以及代謝產(chǎn)物的器官[5]。胎盤的有效性不僅由其重量和大小決定，并且依賴于胎盤毛細(xì)血管的密度、胎盤與子宮內(nèi)膜交錯(cuò)結(jié)合的程度等因素。Wu等[4]報(bào)道，胎盤生長受阻與IUGR的發(fā)生緊密相關(guān)，與同窩其他胎豬相比，IUGR胎豬具有較小的胎盤和較低的血流量。Luo等[8]研究表明，人類和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物胎盤表面存在對氨基酸的攝取；除了胎盤血流量降低外，妊娠45～100 d體重較小的胎豬對亮氨酸的轉(zhuǎn)運(yùn)能力低于平均體重胎豬。所以，研究胎盤對氨基酸、葡萄糖等營養(yǎng)素的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝特性，對了解和調(diào)控IUGR胎豬的營養(yǎng)供給具有重要意義。

羊水作為胎兒宮內(nèi)生長發(fā)育的內(nèi)環(huán)境，除了為胎兒的生長發(fā)育提供機(jī)械保護(hù)外，還是一些必需營養(yǎng)成分的重要來源，同時(shí)也是胎兒與母體進(jìn)行物質(zhì)交換的重要場所[5]。在胎兒的不同發(fā)育階段，羊水的來源不同。妊娠前期，羊水主要來自母體血清的透析液和胎兒血漿成分；隨著胎兒器官的不斷發(fā)育和成熟，胎兒的尿液、呼吸系統(tǒng)、胃腸道、臍帶、胎盤表面和皮膚滲出液等也均成為了羊水的來源。胎兒吞咽的羊水中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，其中包含一些能支持細(xì)胞增殖和分化的生物活性因子合成前體[9]。胎兒通過吞咽羊水和羊膜內(nèi)吸收途徑，攝取養(yǎng)分、活性因子和抗菌物質(zhì)，來支持和促進(jìn)自身腸道成熟和生長發(fā)育[5]。羊水通過胎兒腸道吸收和胎盤-胎兒面絨毛膜跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入胎兒血液循環(huán)，是羊水量調(diào)控的重要方式。測定羊水的生化參數(shù)、營養(yǎng)素及其代謝物濃度，可反映胎兒生長發(fā)育過程中營養(yǎng)素的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝情況。在人類臨床醫(yī)學(xué)中，妊娠中期抽取羊水可用于診斷胎兒的遺傳病和代謝病；妊娠晚期，羊水穿刺檢查可了解胎盤功能和胎兒生長發(fā)育情況。Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn)，妊娠30～40 d母豬羊水中脯氨酸氧化酶、鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶和鳥氨酸脫羧酶活性以及鳥氨酸和多胺等代謝產(chǎn)物的濃度顯著增加。羊水中營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)不足會(huì)影響胎兒的生長發(fā)育。本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，妊娠早期胎兒體重大小與羊水中部分生化參數(shù)密切相關(guān)[11]。上述研究結(jié)果，可為促進(jìn)IUGR胎豬/仔豬生長發(fā)育的飼料配方制定提供理論依據(jù)。

肝臟對葡萄糖、脂質(zhì)和氨基酸等營養(yǎng)素的代謝起著重要作用。IUGR可影響胎兒肝臟的大小和代謝功能[12]。本團(tuán)隊(duì)的前期研究發(fā)現(xiàn)，與大BW哺乳環(huán)江香豬相比，IUGR仔豬肝臟中蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸的含量較高，而血漿中的蛋氨酸、絲氨酸和丙氨酸濃度較低[13]。測定肝臟中營養(yǎng)素及其代謝物含量、營養(yǎng)素轉(zhuǎn)運(yùn)載體表達(dá)和代謝酶活性，可揭示IUGR胎豬/仔豬代謝障礙的分子機(jī)制。

腸道營養(yǎng)素的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝對其他組織器官營養(yǎng)素的供給至關(guān)重要。氨基酸、小肽和葡萄糖等營養(yǎng)素主要由小腸上皮細(xì)胞吸收，空腸為主要吸收部位；日糧氨基酸也會(huì)在腸道中發(fā)生大量的“首過代謝”[14]。目前已知，IUGR可減少仔豬小腸和結(jié)腸的厚度、重量和長度，降低小腸絨毛高度和單位面積絨毛的平均數(shù)量，這均導(dǎo)致腸道吸收表面積的降低[15]。IUGR新生仔豬的腸道乳糖酶和氨肽酶N活性較低，胰腺的相對重量減少，這可能會(huì)降低其消化吸收能力[16]。本團(tuán)隊(duì)前期研究表明，IUGR仔豬血漿氨基酸濃度降低，空腸中氨基酸和小肽轉(zhuǎn)運(yùn)載體的mRNA表達(dá)和蛋白質(zhì)豐度也低于同窩其他仔豬，提示IUGR仔豬空腸對氨基酸和小肽的轉(zhuǎn)運(yùn)能力受損，這將進(jìn)一步限制其腸道吸收功能和生長發(fā)育[13,17-18]?？傊?，IUGR新生兒的腸道發(fā)生了形態(tài)、生理和代謝的重要變化，但其在分子水平上的相應(yīng)變化仍不清楚。

營養(yǎng)素不僅是機(jī)體合成的重要前體，還可作為信號(hào)分子參與細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)過程，調(diào)節(jié)氨基酸、糖、脂肪和能量等體內(nèi)主要代謝途徑，最終導(dǎo)致機(jī)體整體代謝的改變[19]。IUGR豬在出欄時(shí)表現(xiàn)出較差的胴體品質(zhì)，即瘦肉重降低、脂肪沉積更多[20]，這種改變可能是mRNA翻譯和能量感應(yīng)降低、骨骼肌氧化磷酸化受損的結(jié)果[12]。胎兒骨骼肌的生長受mTOR細(xì)胞信號(hào)機(jī)制的調(diào)節(jié)，營養(yǎng)不良可減少母體和胎兒骨骼肌中磷酸化mTOR的水平，增加母體肌肉中泛素修飾蛋白的濃度。因此，妊娠期母體營養(yǎng)不良引起的孕體氨基酸含量的減少，會(huì)導(dǎo)致母體和胎兒骨骼肌中蛋白質(zhì)降解增加和合成減少[21]。目前已知，細(xì)胞水平上存在感知氨基酸豐度的TOR信號(hào)系統(tǒng)，以及感知氨基酸平衡的氨基酸應(yīng)答信號(hào)通路[6]。盡管目前對TOR和代謝調(diào)控的研究尚處于初級階段，但已有不少結(jié)果顯示，TORC1可以從轉(zhuǎn)錄、翻譯和翻譯后水平上調(diào)控組織器官中的多條代謝通路[22]?；谏鲜鲅芯堪l(fā)現(xiàn)，進(jìn)一步揭示不同發(fā)育階段IUGR孕體轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝不同營養(yǎng)素的差異性變化規(guī)律，闡明IUGR發(fā)生的生理生化機(jī)制，篩選出與IUGR發(fā)生相關(guān)的關(guān)鍵營養(yǎng)素及其代謝產(chǎn)物，不僅對提高胎豬尤其是IUGR胎豬存活率具有重要的理論和實(shí)踐意義，而且對指導(dǎo)其他哺乳動(dòng)物妊娠期營養(yǎng)供給、預(yù)防IUGR的發(fā)生具有重要參考價(jià)值。