?；撬岬纳飳W(xué)功能及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用

■陸 壯 呂武興 舒劍成 鄧 敦*

（1.中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，湖南長沙410125；2.唐人神集團股份有限公司，湖南株洲412000）

?；撬幔═aurine，Tau）即2-氨基乙磺酸，也稱牛黃酸、牛膽酸、牛膽堿或牛膽素，是一種半必需β-氨基酸，在動物體內(nèi)以游離形式存在，幾乎廣泛存在于所有動物細(xì)胞內(nèi)，是動物體內(nèi)含量最為豐富的游離氨基酸[1]。?；撬岜旧聿粎⑴c蛋白質(zhì)合成，同時也并不作為機體的能量來源，但?；撬嵋廊痪哂胸S富的生物學(xué)功能，并在調(diào)節(jié)細(xì)胞穩(wěn)態(tài)方面發(fā)揮重要作用[2]。近年來，國內(nèi)外專家學(xué)者對牛磺酸的生物學(xué)功能及其在畜牧生產(chǎn)中的應(yīng)用做了深入研究并已取得一定進展，本文主要綜述了?；撬岬纳飳W(xué)功能及其在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用，以期為生產(chǎn)上合理有效使用?；撬崽峁├碚摶A(chǔ)。

1 ?；撬岬睦砘再|(zhì)

?；撬崾莿游餀C體內(nèi)的一種含硫β-氨基酸，在動物不同組織內(nèi)均高濃度存在[3]，且具備豐富的生物學(xué)功能。一般而言，物質(zhì)的生物學(xué)功能與其理化性質(zhì)有著重要關(guān)聯(lián)。?；撬崾且环N簡單的分子，含有一個酸性磺酸鹽基、一個堿性氨基和兩個碳原子，其分子式為C2H7NO3S，是四面針狀晶體結(jié)構(gòu)的小分子，它的分子量是125.15，結(jié)構(gòu)式如圖1 所示。?；撬岬慕Y(jié)構(gòu)特性使其具有高親水性和低親脂性的特點。因此，牛磺酸可溶于水，在25 °C的條件下，10 g牛磺酸可以溶于100 mL 水，但牛磺酸不溶于乙醇、乙醚或者丙酮。5%?；撬崛芤旱膒H在4.1～5.6范圍內(nèi)。在25 ℃條件下，?；撬岬乃崾浇怆x常數(shù)和堿式解離常數(shù)分別為1.5和8.82。牛磺酸為白色結(jié)晶狀粉末，其熔點為328 ℃，容積密度為0.65～0.75 g/cm3，密度大約為1.7 g/cm3[4]。

2 牛磺酸的合成與代謝

在1827 年，科學(xué)家第一次在牛的膽汁中分離出牛磺酸[5]。?；撬崾莿游锝M織中含量最豐富的游離氨基酸，占肝臟總游離氨基酸的25%，腎臟總游離氨基酸的50%，肌肉總游離氨基酸的53%，大腦總游離氨基酸的19%[6]。?；撬嵩诟闻K中可以由半胱氨酸雙加氧酶將半胱氨酸巰基氧化為半胱氨酸亞磺酸，然后用胱氨酸亞硫酸脫羧酶將半胱氨酸亞磺酸脫羧基化為亞?；撬?，最后通過亞?；撬崦摎涿斧@得?；撬幔ㄒ妶D2）。但是，由于動物體內(nèi)合成牛磺酸的關(guān)鍵酶半胱亞磺酸脫羧酶活性較低，因此?；撬岢陨砗铣赏膺€通常需要從飼料中攝入[7]。一般而言，動物機體獲得?；撬岬姆绞酱笾掠腥N：①飲食攝入；②肝臟和其他器官的生物合成；③腎臟的重吸收作用[8]。對于飼料中的?；撬?，動物需要通過一種特定的、鈉/氯依賴的?；撬徂D(zhuǎn)運體（TauT）從小腸部位進行吸收，然后再經(jīng)血液運送到組織細(xì)胞進行利用[9]。研究表明，缺乏TauT的小鼠，其骨骼肌、心肌、腦、腎臟、肝臟等部位?；撬崴骄霈F(xiàn)大幅度降低，這也說明動物?；撬岬闹饕獊碓词菑耐饨缥誟10]。牛磺酸在機體內(nèi)的代謝有以下幾個方向。一方面，牛磺酸和膽酸在肝臟中可以合成?；悄懰犭S膽汁排出到消化道內(nèi)，可促進脂肪及其他脂類物質(zhì)的消化和吸收[11]。另一方面，?；撬峥山邮芫彼岬碾一?，在ATP-脒基轉(zhuǎn)移酶的催化下生成脒基?；撬?。而脒基牛磺酸可以磷酸化生成磷酸脒基?；撬?，其在低等動物中可以作為一種磷酸源，在能量代謝過程中起重要作用。此外，牛磺酸在肝臟中經(jīng)轉(zhuǎn)氨基甲?；饔每缮杉柞Ｅ；撬?，但甲酰?；撬峋唧w的生物學(xué)功能還有待進一步研究[12]。腎臟則是?；撬崤判沟闹饕緩?，當(dāng)動物體內(nèi)牛磺酸過量時，多余部分隨尿液排出，當(dāng)牛磺酸不足時，腎臟通過重吸收降低牛磺酸的排泄，進而維持機體?；撬岬南鄬Ψ€(wěn)定[13]。

圖1 ?；撬岬慕Y(jié)構(gòu)式

圖2 ?；撬嵩诟闻K中合成途徑

3 ?；撬岬纳飳W(xué)功能

3.1 ?；撬岬目寡趸阅?/h3>

抗氧化性能是牛磺酸最為重要的生物學(xué)功能之一[14-15]。盡管牛磺酸的結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，自身難以被氧化，但它仍然可以通過降低細(xì)胞活性氧（ROS）產(chǎn)生或提升抗氧化系統(tǒng)活性的方式發(fā)揮抗氧化作用[16]。一方面，細(xì)胞內(nèi)ROS 主要來源于線粒體呼吸鏈，而研究表明?；撬崮軌蛲ㄟ^穩(wěn)定線粒體呼吸鏈和抑制ROS產(chǎn)生達到改善線粒體功能的目的[3]。另一方面，研究表明?；撬峥蓽p輕四氯化碳對肝臟纖維化的作用，四氯化碳作用可使線粒體產(chǎn)生大量ROS 對細(xì)胞造成損傷，而?；撬岬奶砑涌山档图?xì)胞丙二醛（MDA）水平，提高超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性。此外，牛磺酸可提高鋁染毒大鼠腦組織的谷胱甘肽過氧化物酶（glutathione peroxidase，GSH-Px）和SOD的活性，并降低MDA的水平。因此，研究認(rèn)為?；撬峥梢蕴岣邫C體抗氧化酶活性[7]。還有研究發(fā)現(xiàn)?；撬岬难a充可提高細(xì)胞谷胱甘肽（glutathione，GSH）的含量，這可能是由于?；撬岷虶SH有共同的前體物質(zhì)半胱氨酸[17]。最新研究表明，?；撬峥赡芡ㄟ^激活Nrf2相關(guān)通路關(guān)鍵基因Nrf2、HO-1、NQO1等表達，進而促進相關(guān)抗氧化酶GSH-Px、SOD等發(fā)揮作用[18]。

3.2 ?；撬岬纳窠?jīng)調(diào)節(jié)和保護作用

?；撬嵩诖竽X中含量豐富，是含量僅次于谷氨酸的氨基酸，它存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)的各種類型細(xì)胞中并具有重要的生物學(xué)功能。牛磺酸是一種神經(jīng)遞質(zhì)，可通過改變神經(jīng)細(xì)胞膜電位，將突觸前膜傳遞的信號傳遞到突觸后膜。研究表明，在突觸小體中，牛磺酸可作為抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，阻止鈣離子內(nèi)流，進而抵抗谷氨酸產(chǎn)生的神經(jīng)毒性作用[19]。此外，?；撬徇€被視為一種神經(jīng)營養(yǎng)因子，具有改善神經(jīng)生長發(fā)育和增殖分化的效果，同時還可修復(fù)神經(jīng)元的損傷。在海馬上的研究表明，?；撬峥梢詤⑴c神經(jīng)的生長發(fā)育過程，促進神經(jīng)元軸突的生長[20]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)?；撬峒瓤梢源龠M新生動物神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育[21]，也可以緩解成年動物的神經(jīng)功能減退性疾病[22]。牛磺酸還被認(rèn)為是一種神經(jīng)保護劑，它被認(rèn)為可以減少應(yīng)激狀態(tài)下神經(jīng)細(xì)胞的損傷及死亡。研究發(fā)現(xiàn)?；撬峥梢员Ｗo大腦免受內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[23]。由于大腦組織中含有大量的脂質(zhì)，是氧化攻擊的主要靶點，因此自由基對大腦組織具有較大危害，所以?；撬岬纳窠?jīng)保護作用則可能與其較強的抗氧化性能有關(guān)[24]。

3.3 牛磺酸的內(nèi)分泌調(diào)節(jié)作用

?；撬釋C體內(nèi)分泌功能有著重要影響，研究表明機體在缺乏牛磺酸的情況下內(nèi)分泌系統(tǒng)功能發(fā)生障礙，進而導(dǎo)致各種內(nèi)分泌疾病發(fā)病率上升。首先，?；撬峥勺鳛樯窠?jīng)調(diào)節(jié)劑，影響下丘腦-垂體激素的分泌。研究表明，?；撬峥膳c垂體神經(jīng)末梢細(xì)胞中甘氨酸受體結(jié)合，激活鈣離子信號通路，影響垂體神經(jīng)細(xì)胞滲透壓系統(tǒng)，進而調(diào)控神經(jīng)激素的釋放[25]。其次，牛磺酸對外周內(nèi)分泌腺體也有調(diào)節(jié)作用。有研究認(rèn)為牛磺酸可以影響甲狀腺的內(nèi)分泌功能，提高促甲狀腺激素受體的基因表達，從而增加甲狀腺激素的分泌[26]。研究認(rèn)為，?；撬嵩隰~上即是通過促進甲狀腺激素分泌，進而促進生長激素的合成分泌，最終促進魚體蛋白質(zhì)合成的[27]。?；撬徇€能夠通過多種形式調(diào)節(jié)滲透壓，進而減少交感神經(jīng)興奮，抑制腎素-血管緊張素系統(tǒng)相關(guān)激素的分泌[28]。?；撬徇€可以促進胰島干細(xì)胞分化和成熟，抑制胰腺ATP敏感鉀通道的活性，激活電壓依賴性的Ca2+通道，進而促進胰島中的B 細(xì)胞分泌胰島素[29]，研究顯示服用牛磺酸大鼠胰腺胰島素水平是對照組大鼠的4.5 倍[30]。此外，Yang等[31]研究表明，?；撬崮艽碳げG酮分泌，促進生精過程和精子成熟，提高精子質(zhì)量，延緩睪丸功能老化，增強繁殖性能。牟藤[32]研究指出，牛磺酸對不同發(fā)情周期大鼠促性腺激素釋放激素、泌乳素、促黃體生長素、雌二醇和孕酮的分泌均有一定的刺激作用。因此，?；撬釋ο虑鹉X-垂體、甲狀腺、腎上腺、胰島、性腺等器官的內(nèi)分泌功能均存在重要的調(diào)節(jié)作用。

3.4 ?；撬釋I養(yǎng)物質(zhì)代謝的影響

牛磺酸雖不參與蛋白質(zhì)的生物合成，但添加牛磺酸可提高蛋白質(zhì)的消化率從而間接促進動物生長發(fā)育。研究表明，在蛋白質(zhì)供應(yīng)充足或不足時，添加1%?；撬峥商岣叩鞍踪|(zhì)消化率[33]。?；撬釋C體糖脂代謝有著重要的調(diào)節(jié)作用。在脂代謝方面，牛磺酸在肝臟中可以與膽酸進行結(jié)合生成?；悄懰?，然后隨膽汁排出到消化道內(nèi)，可促進脂肪及其他脂類物質(zhì)的消化和吸收[34]。而多種動物模型的研究表明，?；撬峋哂薪笛涂箘用}粥樣硬化的功效，可以顯著抑制血清和肝臟TG 的病理性上升[35]。類似地，在飼料中添加0.20%的?；撬峥梢燥@著降低肉雞血清中的總膽固醇、低密度脂蛋白、血糖以及肝臟中的游離脂肪酸，而顯著提高了血清中高密度脂蛋白和肝臟脂肪酶活性[36]，這一結(jié)果表明?；撬峥梢愿纳苿游餀C體的脂代謝，保護肝臟細(xì)胞由于脂肪沉積或過量的膽固醇造成的脂毒性引起的損傷和凋亡[37]。而在調(diào)節(jié)糖代謝方面，牛磺酸也有重要的功能，多項研究表明?；撬峥删徑馓悄虿』颊叩囊葝u素抵抗[38]。已有研究證實，?；撬峥芍苯哟碳ひ葝u細(xì)胞進而促進機體胰島素的分泌，最終達到降血糖的效果[39]。

4 ?；撬嵩趧游锷a(chǎn)中的應(yīng)用

4.1 ?；撬嵩谪i生產(chǎn)中的應(yīng)用

?；撬嵩谧胸i和種豬上的研究較為豐富。盧福莊等[40]報道，28日齡的斷奶仔豬飼喂添加0.1%?；撬岬娘暳峡商岣邤嗄?0 d 后的平均增重0.55 kg，這可能與?；撬岬目箲?yīng)激生物功能有關(guān)。張建斌等[41]為28 日齡的斷奶仔豬飼喂添加0.1%牛磺酸的飼料，可提高仔豬干物質(zhì)、粗蛋白、鈣、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的消化率。這可能與?；撬嵩诟闻K中與膽酸結(jié)合生成?；悄懰幔渚哂写龠M營養(yǎng)物質(zhì)消化和吸收的作用有關(guān)。黃仁術(shù)等[42]指出全植物蛋白飼糧中添加3%牛磺酸能顯著提高仔豬的平均日采食量，同時降低料肉比，但在含14%魚粉的日糧中則效果不明顯，這可能是因為魚粉中牛磺酸含量已經(jīng)滿足仔豬需要，額外添加優(yōu)勢不明顯。文超越[43]研究表明，日糧添加0.6%牛磺酸可提高斷奶仔豬血清抗氧化活性和提升肌肉組織?；撬岷?，修復(fù)肌纖維及其線粒體形態(tài)，改善機體游離氨基酸譜，恢復(fù)抗氧化基因的表達，抑制肌肉組織蛋白降解，從而有效緩解農(nóng)藥敵草快攻毒誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激及其對肌肉組織造成的損傷。陳釗等[44]研究認(rèn)為在哺乳期母豬飼糧中添加0.1%?；撬犸@著提高母豬平均日采食量和仔豬斷奶重。李方方等[45]研究表明日糧添加0.4%的?；撬峥娠@著改善種公豬的精子密度、降低精子畸形率，表明?；撬釋ι彻δ艽_有改善作用。目前，?；撬嵋云淇寡趸?、抗應(yīng)激等功能逐步開始在仔豬和種豬上開展研究和應(yīng)用，同時?；撬釋I養(yǎng)物質(zhì)代謝也有著重要的調(diào)節(jié)作用，這一功能目前在豬上研究較少，可能作為今后在生長育肥豬上應(yīng)用的突破口。

4.2 ?；撬嵩谇萆a(chǎn)中的應(yīng)用

?；撬嵩谌馇莺偷扒萆暇粓蟮烙休^好的效果。Lee等[46]報道指出，在日糧中添加0.75%?；撬峥梢燥@著提高肉雞（0～3 周齡）的飼料轉(zhuǎn)化率。何天培等[47]報道，飼料中添加0.1%的?；撬峥娠@著提高0～2 周齡肉仔雞的日增重，顯著降低3 周齡的料重比。這可能由于肉仔雞早期機體?；撬岷铣刹蛔?，因此外加?；撬釋ζ渖L性能改善明顯。李秀霞[48]試驗表明，在飼糧中添加0.05%牛磺酸可顯著提高青腳麻雞對蛋白質(zhì)和脂肪的利用率。郭鵬飛[49]研究發(fā)現(xiàn)，添加0.1%的?；撬峥梢燥@著降低肉鴨腹脂率，提高瘦肉率和屠宰率。徐曉煒[50]研究指出，飼料添加0.1%?；撬峥筛纳频半u健康狀況。吳瓊[51]報道，添加0.05%牛磺酸能夠提高產(chǎn)蛋后期蛋雞的產(chǎn)蛋率和平均蛋重, 對蛋殼品質(zhì)無顯著影響。此外，牛磺酸還可以在熱應(yīng)激條件下改善肉雞胴體品質(zhì)和腸道健康，但對其生產(chǎn)性能影響不顯著[52～53]。在肉雞前期（1～21 日齡）脂多糖攻毒模型試驗中，?；撬峥梢酝ㄟ^降低IL-1β、TNF-α、IL-6等細(xì)胞免疫因子，同時促進Nrf2通路相關(guān)基因表達，進而緩解脂多糖造成的肉雞生產(chǎn)性能下降、氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[54]。同時最新研究表明，?；撬徇€可以通過激活CaN-NFAT信號通路，促進肉雞腿肌肌纖維由Ⅱb型向Ⅰ型轉(zhuǎn)化，降低其糖酵解潛力，最終提升肉品質(zhì)[55]。?；撬岬目箲?yīng)激功能及營養(yǎng)物質(zhì)代謝調(diào)節(jié)功能均對家禽早期非常重要，因此家禽育雛階段補充牛磺酸很可能具有良好的應(yīng)用前景。

4.3 ?；撬嵩谒a(chǎn)生產(chǎn)中的應(yīng)用

?；撬崾撬a(chǎn)飼料中的經(jīng)典誘食添加劑，對許多海產(chǎn)類動物都有促進攝食作用。劉媛等[56]報道，在餌料中添加0.4%～0.8%的?；撬峥娠@著提高日本沼蝦的增重率；羅莉等[57]報道，在草魚飼料中添加?；撬岽龠M草魚生長。此外，研究表明，飼料添加2%?；撬?，大菱鲆的飼料效率和蛋白質(zhì)效率均顯著升高[58]。也有研究者指出，?；撬徇€具有改善魚體組成的作用，可降低魚體的粗脂肪含量，從而提高其粗蛋白含量[59]。?；撬峥娠@著降低大菱鲆肝臟的3-羥基-3 甲基戊二酸單酰CoA 還原酶（HMG-CoAr）的基因表達，進而抑制肝臟的膽固醇合成，增加膽固醇和膽汁酸的排出，進而使肝臟中膽固醇降低[60]。而?；撬釋ω愵愑性S多特殊的功能，如可作為能量貯存、調(diào)節(jié)細(xì)胞的可激發(fā)性, 并通過滲透排泄來減少體內(nèi)過多的硫化物積聚[13]。此外，在水產(chǎn)上牛磺酸也可以緩解高溫等應(yīng)激反應(yīng)，進而改善其生長性能[61]。牛磺酸在水產(chǎn)飼料中的應(yīng)用相對更為成熟，但是目前?；撬峄局皇呛唵蔚淖鳛檎T食劑，對其更多的生物學(xué)功能在水產(chǎn)動物上的應(yīng)用研究較少，下一步應(yīng)深入挖掘?；撬岬目寡趸?、抗應(yīng)激、代謝調(diào)節(jié)等功能在水產(chǎn)動物中的應(yīng)用。

5 前景展望

目前，?；撬嵋褟V泛應(yīng)用于食品、醫(yī)療保健以及寵物領(lǐng)域，在動物生產(chǎn)方面，牛磺酸雖然已經(jīng)進入添加劑名錄，但目前主要開始應(yīng)用于水產(chǎn)飼料作為誘食劑，但在畜禽上還處于基礎(chǔ)研究階段。牛磺酸生物學(xué)功能極其豐富，不僅具有誘食、提高生產(chǎn)性能等作用，還可以提高機體免疫力、改善腸道健康、抗應(yīng)激，因此在禁抗的大背景下，?；撬釋⒃谛笄萆a(chǎn)上具有更加光明的應(yīng)用前景，但對于?；撬嵘锕δ艿淖饔脵C理和適宜的添加劑量還應(yīng)進行深入研究和探索。