精氨酸對(duì)動(dòng)物腸道炎癥的影響及其在畜牧生產(chǎn)上的應(yīng)用研究進(jìn)展

熊傳帥，黎力之，周建旭，關(guān)瑋琨，廖曉鵬，張海波*，郭冬生*，文 龍（.宜春學(xué)院生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，宜春學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院，江西省高等學(xué)校硒農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，宜春市功能農(nóng)業(yè)與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西宜春 6000；.小金縣畜牧獸醫(yī)服務(wù)中心，四川阿壩藏族羌族自治州 6400；.江西正宇生物科技有限公司，江西宜春 6000）

精氨酸（Arg）呈白色晶體，分子式C6H14N4O2，分子量為174.20，屬堿性氨基酸，是動(dòng)物條件必需氨基酸之一，有L-Arg 和D-Arg 2 種異構(gòu)體，動(dòng)物體內(nèi)主要以L-Arg 存在[1]。Arg 作為機(jī)體中多種蛋白質(zhì)的重要組成成分，在修復(fù)機(jī)體受損結(jié)構(gòu)方面有重要作用，Arg還可轉(zhuǎn)化為多胺（PA）及一氧化氮（NO）等物質(zhì)，改善腸道菌群結(jié)構(gòu)，緩解腸道炎癥反應(yīng)，提高動(dòng)物免疫功能[2-3]。Arg 緩解腸道炎癥主要機(jī)制：抑制白細(xì)胞介素（IL）-1β、IL-2 及IL-17 等促炎因子分泌釋放，提高細(xì)胞因子IL-10 及免疫球蛋白IgA 和IgG 等含量；Arg可結(jié)合雷帕霉素復(fù)合體1（mTORC1）的胞漿精氨酸傳感器1（CASTOR1），激活mTORC1 通路，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，加快腸道受損結(jié)構(gòu)修復(fù)過(guò)程；Arg 激活核因子E2 相關(guān)因子2（Nrf2）與抗氧化反應(yīng)元件（ARE）構(gòu)成的Nrf2/ARE 通路，上調(diào)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶（GPX）、超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化氫酶（CAT）等抗氧化蛋白基因表達(dá)，提高機(jī)體抗氧能力，增強(qiáng)動(dòng)物免疫系統(tǒng)功能[4-8]。本文主要綜述了Arg 調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道炎癥的機(jī)理及其在動(dòng)物生產(chǎn)中的研究進(jìn)展，旨在為Arg 的進(jìn)一步利用提供理論參考。

1 精氨酸對(duì)動(dòng)物腸道炎癥的影響

腸道菌群失調(diào)是腸道炎癥的發(fā)生與發(fā)展的主要影響因素之一[9]。腸道菌群的失調(diào)會(huì)破壞其與機(jī)體的動(dòng)態(tài)平衡，誘發(fā)免疫紊亂，致病菌含量的增加會(huì)導(dǎo)致腸道通透性改變，加劇細(xì)菌移位，誘導(dǎo)腸道炎癥反應(yīng)[10-11]。在改善腸道菌群方面，小鼠飼糧中補(bǔ)充0.4% Arg 可以使空腸及回腸中擬桿菌門和雙歧桿菌等優(yōu)勢(shì)菌門豐度顯著增加，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）及IL-4、IL-5、IL-10、SIgA 等細(xì)胞因子含量顯著提高，T 淋巴細(xì)胞依賴性通路被激活，從而維護(hù)腸道健康[12]。小鼠飼糧中補(bǔ)充0.5%Arg 飼喂14 d，空腸及回腸厚壁菌門豐度顯著降低，擬桿菌門豐度顯著增加，空腸及回腸中SIgA 含量顯著提高，空腸及回腸中多聚IgA 與IgM 的連接鏈與聚合物Ig 受體表達(dá)顯著提高，促進(jìn)SIgA 分泌，使腸道避免受到細(xì)菌侵害，從而維護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)[13]。修復(fù)腸道損傷結(jié)構(gòu)方面，金頭鯛皮膚損傷會(huì)導(dǎo)致其腸道屏障功能下降，緊密連接受到破壞，從而發(fā)生炎癥反應(yīng)，而在其基礎(chǔ)飼糧中添加1% Arg 飼養(yǎng)30 d 后，機(jī)體中Toll 樣受體（TLR）、IL-1β、腫瘤壞死因子基因表達(dá)顯著降低，TGF-β及緊密連接蛋白含量顯著提高，腸道緊密連接程度提高，抑制炎癥反應(yīng)[14-15]。Arg 還可通過(guò)精氨酸酶的分解合成PA，參與修復(fù)損傷組織、促進(jìn)細(xì)胞增殖分化與膠原蛋白的合成，修復(fù)腸道免疫屏障[16]。誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）催化Arg 產(chǎn)生NO，清除部分自由基，降低因腸黏膜脂質(zhì)過(guò)氧化導(dǎo)致的腸黏膜損傷，并作為效應(yīng)分子和免疫調(diào)節(jié)分子，抑制T 淋巴細(xì)胞異常增生，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，緩解因腸黏膜蛋白質(zhì)合成不足造成的不利影響[2]。此外，Arg 還可激活腸先天性免疫系統(tǒng)，緩解炎癥反應(yīng)，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。斷奶會(huì)導(dǎo)致仔豬腸道黏膜損傷，免疫功能下降。研究顯示，在仔豬自然哺乳情況下，21 日齡后斷奶，每日補(bǔ)飼Arg 40 mL，與對(duì)照組相比，24 日齡仔豬腸道黏膜IgA、IgG 及細(xì)胞因子IL-10 含量分別提高30.30%、8.03%、6.39%，28 日齡仔豬腸道IgA、IgG 及IL-10 含量分別提高12.37%、4.72%、12.03%，促炎因子IL-2、IL-1β含量降低5.24%、8.20%，表明Arg 可激活動(dòng)物固有免疫，抑制炎癥反應(yīng)[4]。綜上所述，Arg 可調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，參與蛋白質(zhì)合成，修復(fù)腸道受損結(jié)構(gòu)，緩解腸道炎癥所帶來(lái)的腸道黏膜損傷改善腸道微結(jié)構(gòu)，維護(hù)腸道屏障正常功能，Arg 還可激活動(dòng)物先天性免疫，減少IL-1β、IL-2 及IL-17 等促炎因子釋放，提高細(xì)胞因子IL-10 及IgA 和IgG 等免疫球蛋白的含量，降低炎癥反應(yīng)。

2 Arg 調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道炎癥的作用機(jī)理

2.1 Arg 通過(guò)Arg-mTOR 信號(hào)調(diào)節(jié)腸道炎癥 Arg 依賴于mTOR 信號(hào)途徑的激活發(fā)揮抗炎作用[6]。mTOR 是一種高度保守的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，屬磷脂酰肌醇-3-激酶相關(guān)激酶家族成員之一，通過(guò)mTORC1 與mTORC2 調(diào)節(jié)細(xì)胞過(guò)程[17]。mTORC1 是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育的主要調(diào)控因子，參與調(diào)控機(jī)體多種腸道炎癥性，調(diào)節(jié)免疫功能[7,18-20]。CASTOR1 會(huì)與GATOR2 蛋白結(jié)合并抑制其活性，負(fù)調(diào)控mTORC1 的活性，而Arg 可通過(guò)結(jié)合CASTOR1，釋放GATOR2 后與GATOR1 再結(jié)合，消除CASTOR1 的負(fù)面作用，激活A(yù)rg-CASTOR1-mTORC1 通路[21]。mTOR 通路的激活也與腸道菌群密切相關(guān)。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫功能與抗氧化功能，而mTOR 通路介導(dǎo)其中許多環(huán)節(jié)[22]。幼兔飼糧中補(bǔ)充0.6% Arg 飼養(yǎng)至65 d，可改善腸道組成，盲腸中羅斯氏菌、別樣桿菌屬、擬桿菌門及瘤胃梭菌屬豐度顯著增加，促進(jìn)潛在益生菌的定植，提高短鏈脂肪酸（SCFAs）等微生物代謝物的產(chǎn)生，激活mTOR通路，調(diào)控腸上皮細(xì)胞抗菌肽表達(dá)，抵御病原體和細(xì)菌的入侵，維護(hù)腸道健康[23-25]。微生物群分泌產(chǎn)物（如SCFAs）可抑制T 細(xì)胞中的組蛋白去乙?；?，導(dǎo)致p70S6K 的乙?；蛂S6 的磷酸化，激活mTOR 通路，促進(jìn)細(xì)胞因子IL-10、IL-17 及干擾素-γ分泌及釋放，產(chǎn)生調(diào)節(jié)性IL-10+T 細(xì)胞，調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的活動(dòng)，緩解腸道炎癥反應(yīng)[26]。此外，以子宮內(nèi)生長(zhǎng)遲緩（IUGR）仔豬為試驗(yàn)動(dòng)物模型，基礎(chǔ)飼糧中補(bǔ)充0.6% Arg 14 d，顯著提高了腸道p70S6K 與mTOR 含量，mTOR 通路激活，腸細(xì)胞凋亡降低，從而改善IUGR 動(dòng)物腸道生長(zhǎng)性能[27]。L-Arg 刺激小腸上皮細(xì)胞吸收更多mTOR 和p70S6K，可加快空腸蛋白質(zhì)合成速率，提高腸細(xì)胞遷移效率，修復(fù)病毒性腸炎導(dǎo)致的腸道損傷[28-29]。研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，飲水中添加0.6 mL/L Arg 組蛋雞的mTOR 蛋白豐度與磷酸化程度提高，mTOR 通路被激活，刺激了腸道細(xì)胞增殖分化，修復(fù)腸道受損結(jié)構(gòu)，改善腸黏膜完整性，促進(jìn)腸道生長(zhǎng)發(fā)育[30-31]。綜上所述，Arg 可直接激活mTOR 信號(hào)通路，或通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群組成間接激活mTOR 通路，促進(jìn)腸道蛋白質(zhì)合成，加快腸道炎癥損傷結(jié)構(gòu)的修復(fù)速率，增強(qiáng)腸道屏障功能，緩解腸道炎癥反應(yīng)，維護(hù)腸道健康。

2.2 Arg 通過(guò)激活Nrf2/ARE 通路調(diào)節(jié)腸道炎癥 Nrf2與ARE 結(jié)合后，形成Nrf2/ARE 通路，誘導(dǎo)下游多種抗氧化基因的表達(dá)，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化功能，緩解腸道炎癥反應(yīng)[32]。Arg 激活Nrf2/ARE 通路，提高機(jī)體抗氧化蛋白表達(dá)，并通過(guò)激活谷氨酸（Glu）-半胱氨酸連接酶（GLGL）-谷胱甘肽合成酶（GSHS）合成谷胱甘肽（GSH）合成GSH，增強(qiáng)機(jī)體清除超氧化物、自由基和過(guò)氧化物等物質(zhì)的能力，調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能[8,33-34]。采用250、500、1 000 mg/kg 水平的L-Arg 飼養(yǎng)小鼠14 d 后，隨著L-Arg 攝入量的增加，Kelch 樣環(huán)氧氯丙烷相關(guān)蛋白1（Keap1）和Cul3 蛋白表達(dá)逐漸降低，Nrf2 蛋白隨L-Arg攝入量的提高分別增加23.35%、73.17%、82.34%，隨后Nrf2 蛋白與Keap1 蛋白解偶聯(lián)，進(jìn)入細(xì)胞核與ARE結(jié)合，激活Nrf2/ARE 通路，提高下游CPX、SOD及CAT等抗氧化酶基因表達(dá)，增強(qiáng)抗氧化系統(tǒng)功能，抵御外界氧化應(yīng)激，預(yù)防炎癥反應(yīng)[8,35]。研究表明，湖羊飼糧中添加0.5% Arg 飼養(yǎng)至下一個(gè)發(fā)情周期，與對(duì)照組相比，Nrf2、ARE 蛋白含量SOD、CAT、GPX 含量分別提高5.28%、4.80%、6.43%，抑制核因子кB 抑制蛋白激酶復(fù)合物激活，阻止NF-кB 蛋白磷酸化，下調(diào)炎癥脂質(zhì)介質(zhì)環(huán)氧合酶和脂氧合酶基因表達(dá)，維護(hù)結(jié)腸黏膜完整性，緩解了腸道炎癥反應(yīng)[36-38]。在小鼠飼糧中添加1% Arg，飼養(yǎng)48 h 后，與對(duì)照組相比，T-AOC提高35.89%，GSH 及CAT 含量分別提高166.28%、141.12%，增強(qiáng)機(jī)體抗氧化系統(tǒng)能力，清除機(jī)體中過(guò)量的超氧化物、ROS 和過(guò)氧化物等物質(zhì)，防止其過(guò)量誘導(dǎo)機(jī)體發(fā)生潰瘍性結(jié)腸炎[39-40]。此外，L-Arg 在甘氨酸脒基轉(zhuǎn)移酶及ARG 催化氧化下，激活Glu-GLGLGSHS 合成GSH[30-31]。GSH 通過(guò)活化腺苷酸依賴的蛋白激酶（AMPK），抑制腸道炎癥，提高動(dòng)物免疫力[41]。Arg 可顯著增加腸道p-AMPKα，激活A(yù)MPK 通路，調(diào)節(jié)腸道緊密連接，緩解炎癥反應(yīng)[42]。總之，Arg 可激活Nrf2/ARE 通路，上調(diào)機(jī)體GPX、SDO及CAT等抗氧化基因表達(dá)，提高機(jī)體內(nèi)抗氧化蛋白含量，降低炎癥因子表達(dá)及釋放；Arg 還可激活Glu-GLGL-GSHS 合成GSH，活化AMPK 蛋白，緩解腸道炎癥反應(yīng)，維護(hù)腸道健康。

3 Arg 在動(dòng)物生產(chǎn)方面的應(yīng)用

3.1 Arg 促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)性能 Arg 在改善動(dòng)物消化吸收能力、增加增重率（WGR）、提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能方面具有重要作用。陳西風(fēng)等[43]研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，0.4%、0.8%、1.2% Arg 組肉雞平均日增重分別提高13.02%、15.72%、15.21%，表明Arg 可有效促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育。趙紅霞等[44]研究顯示，與對(duì)照組相比，2.64% Arg 組黃顙魚幼魚飼料系數(shù)降低2.54%，WGR提高2.51%，腸道堿性磷酸酶和γ-谷氨酰轉(zhuǎn)肽酶活性分別提高67.92%、31.82%，改善消化吸收性能。Zhen等[45]研究表明，與對(duì)照組相比，在石斑魚飼糧中用30% 魚粉蛋白替代豆粕并補(bǔ)充0.5% Arg，WGR 提高76.96%，石斑魚中近側(cè)小腸褶皺高度（Fh）及肌肉層厚度（MLs）提高12.54%、35.06%，中腸Fh 與MLs提高15.55%、31.42%，腸黏膜表面積增大，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消化吸收能力上升，加快動(dòng)物生長(zhǎng)。

3.2 Arg 改善動(dòng)物肉品質(zhì) Arg 還可促進(jìn)肌肉生長(zhǎng)，降低滴水損失與蒸煮損失，提高肌肉嫩度，改善肉品質(zhì)。Hu 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，育肥豬飼糧中添加1% Arg 后，其股二頭肌與背最長(zhǎng)肌的肌內(nèi)脂肪分別提高37.80%、37.45%，背脂厚度降低，脂肪酸組成發(fā)生改變，提高豬肉品質(zhì)。Huan 等[47]研究表明，與對(duì)照組相比，1.0 g/kg Arg 組育肥豬的肌肉大理石花紋呈現(xiàn)線性增加，滴水損失與蒸煮損失分別降低5.99%、10.21%，改善肌肉品質(zhì)。Castro 等[48]根據(jù)ROSS 308 的標(biāo)準(zhǔn)為肉雞提供100% 的結(jié)晶Arg 飼養(yǎng)42 d 后，與飼喂70% Arg 的對(duì)照組相比，胸肌含量提高27%，瘦肉沉積增加，提高肌肉產(chǎn)量。

3.3 Arg 促進(jìn)動(dòng)物生產(chǎn)性能 Arg 可提高精子活性，降低胚胎死亡率，改善動(dòng)物繁殖性能。Hong 等[49]研究發(fā)現(xiàn)，公豬飼糧中添加1% Arg，精子活力及有效精子數(shù)量分別提高7.57%、37.81%，異常精子數(shù)量降低43.90%，公豬精液品質(zhì)得到改善。Chen 等[50]研究顯示，向小鼠腹膜內(nèi)注射10 mg/kg 單端孢霉烯霉菌毒素可明顯降低小鼠生殖性能；在小鼠飼糧中加入25 mg/kgL-Arg，飼養(yǎng)至配種后15 d，其精子活率、血清睪酮濃度以及總精子數(shù)量較對(duì)照組分別提高39.15%、93.99%、49.42%，接近正常小鼠精子性能，表明L-Arg 可恢復(fù)精子活力，修復(fù)其生殖損傷。Zhang 等[51]研究表明，在母豬妊娠第70～110 天飼喂1.5% Arg 飼糧，其總產(chǎn)仔數(shù)與仔豬存活率較對(duì)照組分別提高8.03%、8.59%。張林林等[52]研究顯示，飼喂母獺兔含0.6% Arg 的飼糧35 d，其體重顯著增加，再次受胎率提高11.1%，吮乳仔兔35 d 的體重顯著高于其他各組，降低了動(dòng)物產(chǎn)后應(yīng)激反應(yīng)，提高了母乳質(zhì)量。以上研究結(jié)果表明，飼糧中添加Arg 可改善動(dòng)物的繁殖性能。

4 小 結(jié)

Arg 結(jié)合CASTOR1 破壞其對(duì)mTORC1 的負(fù)反饋?zhàn)饔?，激活A(yù)rg-mTORC1 通路，加快腸上皮細(xì)胞恢復(fù)進(jìn)程，抑制促炎因子表達(dá)，還可能通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群組成，促進(jìn)有益微生物代謝物的產(chǎn)生，激活mTOR 通路，緩解炎癥反應(yīng)；Arg 還可增加Nrf2 蛋白含量，激活Nrf2/ARE 通路，促進(jìn)下游GPX、SDO及CAT等抗氧化基因表達(dá)；此外，Arg 還可激活Glu-GLGL-GSHS合成GSH，提高機(jī)體抗氧化能力，緩解炎癥反應(yīng)，維護(hù)腸道健康。動(dòng)物飼糧中添加適量Arg，可改善動(dòng)物肌肉品質(zhì)，降低滴水損失，改善腸道消化吸收能力，提高動(dòng)物生產(chǎn)性能及繁殖性能。但Arg 如何參與其他通路調(diào)節(jié)腸道炎癥反應(yīng)；除肝激酶外，Arg 是否通過(guò)調(diào)節(jié)其他激酶激活A(yù)MPK 通路；Arg 如何促進(jìn)并穩(wěn)定NOS 各種亞型，抑制超氧化物產(chǎn)生，緩解氧化應(yīng)激；Arg 在不同腸段中的晝夜節(jié)律是否有不同作用，還有諸多問(wèn)題尚未明確，仍需進(jìn)一步探究。