N-氨甲酰谷氨酸的生物学功能及其在猪生产中的应用

卞宝国，李吕木，钱 坤

（1.安徽农业大学动物科技学院，安徽合肥 230036；2.安徽省畜牧生物工程技术研究中心，安徽合肥 230031）

精氨酸（Arg）是一种条件性必需氨基酸，在成年动物体内可以合成，但合成速度较慢。性成熟后的生长猪和妊娠母猪体内精氨酸的合成速度可以满足需要，但哺乳母猪精氨酸合成量可能无法满足泌乳需要 （杨平等，2011）。N-氨甲酰谷氨酸（NCG）即精氨酸生素（AAA），能够通过尿素循环途径间接促进精氨酸生成。有研究表明，在日粮中添加一定量的NCG能够提高妊娠母猪、哺乳母猪和仔猪的生产性能，改善种公猪精液品质。在生产实践中，由于精氨酸与赖氨酸、色氨酸和缬氨酸存在拮抗作用，并且价格较高，难以在动物生产中大量推广使用。NCG作为精氨酸的内源激活剂，伴以相对低廉的价格，因此备受关注。

1 N-氨甲酰谷氨酸的理化性质及生物学功能

NCG是一类化学性质稳定的可食用活性物质，纯品为无色透明晶体或白色结晶粉末，极易溶于水，难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂，等电点为3.02。

N-氨甲酰谷氨酸的化学性质主要集中在羧基和C2上的氨甲酰基。在碱性和弱酸性条件下，其以氨基的亲核能力最强，在强碱性条件下，C1和C5上的羧基可以和草酰氯、乙酰氯、五氯化磷（PCl5）等生成酰氯，由于多个活性基团的存在，所以该化合物的化学性质由它们决定 （刘雅倩，2011）。 NCG 是 N-乙酰谷氨酸（NAG）类似物，在动物体内可以同NAG一样参与机体尿素循环，半衰期长，代谢稳定，具有广泛的生物学功能。研究表明，NCG可作为代谢激活剂参与二氢吡咯-5-羧酸合成酶（P5CS）和氨甲酰磷酸合成酶I（CPSI）的激活，促进谷氨酰胺或脯氨酸合成瓜氨酸，进而促进精氨酸的生成（Wu等，2004）。

NCG作为尿素循环中鸟氨酸生成瓜氨酸的中间体NAG的类似物，是内源性精氨酸合成途径中的必需辅助因子和限制性因素之一，NCG通过精氨酸生成途径使机体精氨酸维持在较高的生理水平。NCG促进肠道瓜氨酸和精氨酸的合成主要是通过增加肠道氨甲酰磷酸和鸟氨酸的可用量来实现的（Wu等，2007）。NCG可以通过精氨酸途径产生NO和多胺（腐胺、精胺等）等生物活性物质，参与调节机体蛋白质的合成代谢、调节肠道功能和激素分泌等影响动物的生理机能。

在国外，NCG一方面可以作为药品应用于临床代谢类疾病的治疗，如用NCG治疗N-乙酰谷氨酸合成酶缺乏引起的高血氨症患者，同位素标记15N，发现血氨和血中谷氨酰胺含量显著降低，血清尿素提高2～3倍，能使症状得到有效缓解（Tuchman等，2008）。用NCG治疗甲基丙二尿酸症的病人，显著增加了尿素含量，同时降低了血中谷氨酰胺、丙氨酸和甘氨酸含量，表明NCG的摄入通过影响氮代谢来缓解甲基丙二酸、丙酸、甲基枸橼酸等代谢物异常蓄积，从而改善病情（Jones等，2008）。另一方面NCG作为营养强化剂或者保健品可以显著增加肌肉产量，用于许多流行的健美运动促肌肉增长产品中。目前，在新生儿一种罕见遗传性疾病——枫糖尿症中，NCG也有望发挥很好的治疗效果（Kalkan等，2009）。

此外，NCG能够增加丙酸败血症患者的尿素生成，降低血浆中氨和谷氨酰胺的浓度（Mew等，2010）。有研究报道，NCG不仅能够提高大鼠血清精氨酸和脯氨酸的水平，也提高了子宫精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸以及脯氨酸的水平，并在胚胎植入子宫之前，促进信号转导及转录激活因子3（Stat3）、 蛋白激酶 B （PKB）、70 kDa 核糖体蛋白S6激酶 （S6K1）的激活，引起窝产仔数的增加（Zeng 等，2012）。

2 N-氨甲酰谷氨酸在猪生产中的应用

2.1 在妊娠母猪生产中的应用 现代高产母猪一个发情期可以排出20～30个卵细胞，因为产前损失高，到最后只有9～15头仔猪产出（Town等，2005）。妊娠期胚胎死亡率高已成为养猪生产中提高母猪繁殖效率的主要限制因素之一。精氨酸在调控母猪繁殖性能方面具有重要的作用。在妊娠后期母猪日粮中添加1.0%精氨酸和0.1%NCG可使仔猪出生平均活重比对照组分别提高16.2%和14.3%，NCG添加组尿囊绒膜组织的血管内皮生长因子A（VEGFA）表达显著提高，并且有优于精氨酸组的趋势，同时，NCG能明显增加血浆中胎盘生长素PlGF1的蛋白浓度，并可提高胎盘尿囊绒膜的PlGF1 mRNA的表达 （Wu等，2012）。另外，添加同等水平的精氨酸（1.0%）和NCG（0.1%）能够提高妊娠后期母猪的繁殖性能，明显增加血浆精氨酸含量，降低血管内皮生长因子（VEGF）和 内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的水平，且NCG可使母猪脐静脉miR-15b、VEGFA的表达显著提高，eNOS的表达显著降低 （Liu等，2012a）。NCG在改善哺乳动物胎盘血管功能方面起着重要的作用，可影响脐静脉microRNAs、VEGFA和eNOS基因的表达，调控母体促进胎儿的生长发育，提高母猪的繁殖性能。刘星达等（2011a）在妊娠80 d的长大母猪日粮中添加不同水平的 NCG（0.04%、0.08%、0.12%），结果表明，日粮中添加0.08%NCG效果最好，窝产活仔数比对照组提高11.75%，窝重提高13.23%，窝产死胎数降低57.14%，血浆尿素氮含量降低，同时血浆精氨酸、NO、生长激素、锌离子浓度提高。NCG有效促进了母猪内源精氨酸的合成，改善了母猪子宫内环境和胎猪营养供给，保证了胎猪的存活和生长。

免疫球蛋白是体液免疫应答中发挥免疫功能最主要的免疫分子，在保护胚胎的发育中起着非常重要的作用。杨平等（2011）选取感染猪繁殖与呼吸综合征病毒 （PRRSV）的母猪 （长白×大约克），在其妊娠30～90 d的日粮中添加0.1%的NCG，发现第90天时母猪血清免疫球蛋白IgG、IgM和PRRSV抗体水平显著升高，血浆尿素浓度显著降低，这说明母体体液免疫水平升高，有利于胚胎的生长和发育。此外，添加0.1%的NCG还能提高妊娠母猪第90天血浆亮氨酸、苯丙氨酸、瓜氨酸、脯氨酸以及总一氧化氮合酶（TNOS）和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的浓度，降低血浆氨浓度（江雪梅等，2011）。

2.2 在哺乳母猪生产中的应用 精氨酸是母猪乳腺获得最佳发育所必需的营养素，能刺激分泌乳房发育所必需的催乳素和生长激素。精氨酸缺乏会阻碍NAG的激活，影响CPS-1的活性，阻碍氨和重碳酸盐的反应，使大量氨在体内积聚（Ignarro等，2001）。血氨是造成胚胎和胎儿死亡的重要因素之一。在哺乳母猪日粮中添加0.8%精氨酸可显著提高21日龄仔猪断奶窝重和日均泌乳量，添加0.06%的NCG可显著降低血浆中尿素氮（BUN）含量，而添加0.09%的NCG则可显著提高仔猪平均日增重（刘星达等，2011b）。尿素是哺乳动物氨基酸氧化作用的主要终产物，泌乳母猪血浆尿素浓度可能是猪整体氮利用效率的指示剂。血浆尿素氮的下降反映了氨基酸作为组织或者乳蛋白的利用率得到提高。

2.3 在仔猪生产中的应用 哺乳仔猪日粮中添加50 mg/kg体重的NCG能够显著提高猪血清精氨酸浓度和生长激素浓度，提高哺乳仔猪的生长速率，促进肌肉蛋白的合成 （Frank等，2007；Wu等，2004）。

NAG是一种独特的辅助因子，它对哺乳动物肝脏中尿素生成是必不可少的，而乙酰谷氨酸合成酶 （NAGS）能够催化谷氨酰胺和CoA生成NAG。日粮中添加NCG能够促进空肠和回肠的NAGS mRNA和蛋白质的表达，显著提高血清中精氨酸的浓度，改善断奶仔猪生长性能（Liu等，2012b）。在断奶仔猪日粮中添加0.6%精氨酸或者0.08%NCG能够显著增加血浆中精氨酸浓度、小肠绒毛高度、空肠和回肠隐窝深度及小肠杯状细胞数量，促进肠道生长和仔猪增重。同时，添加NCG的仔猪腹泻率可显著降低18%，肠道黏膜热休克蛋白-70（HSP70）的mRNA和蛋白水平显著提高（Wu 等，2010）。

仔猪较早断奶，有利于提高母猪繁殖力，但早期断奶会带来断奶应激，对仔猪产生不良影响，主要表现为采食量减少、饲料转化率降低、消化不良、腹泻及生长缓慢等 （Town等，2005；Morizono等，2004）。日粮中添加0.05%的NCG能显著降低血清尿素氮和氨的浓度，增加空肠和回肠的增殖细胞核抗原 （PCNA）mRNA的量，改善肠黏膜形态，并对肠黏膜的增殖有较好的促进作用（Ying，2012）。在26日龄断奶仔猪日粮中添加0.04%和0.08%的NCG能显著改善断奶仔猪的生长性能和腹泻状况，其中NCG达0.08%时，血清游离精氨酸显著提高（王琤韡等，2010）。在21日龄断奶仔猪日粮中添加0.09%的NCG，不仅能够显著改善平均日增重，而且可以有效替代0.6%的精氨酸（彭瑛和蔡力创，2011）。

3 小结

综上所述，NCG作为NAG的类似物，可提高内源性精氨酸水平，改善母猪及仔猪生长性能。可以预见，NCG作为一种新型饲料添加剂将在猪生产中发挥越来越重要的作用。

[1]江雪梅，吴德，方正锋，等.饲粮添加L-精氨酸或N-氨甲酰谷氨酸对经产母猪繁殖性能及血液参数的影响[J].动物营养学报，2011，23（7）：1185～1193.

[2]刘星达，彭瑛，吴信，等.精氨酸和精氨酸生素对母猪泌乳性能及哺乳仔猪生长性能的影响[J].饲料工业，2011b，32（8）：14 ～ 16.

[3]刘星达，吴信，印遇龙，等.妊娠后期日粮中添加不同水平N-氨甲酰谷氨酸对母猪繁殖性能的影响[J].畜牧兽医学报，2011a，42（11）：1550 ～ 1555.

[4]刘雅倩.N-氨甲酰谷氨酸合成及生理功能的研究：[硕士学位论文][D].长沙：长沙理工大学，2011.

[5]彭瑛，蔡力创.精氨酸和精氨酸生素对断奶仔猪生长性能、器官重及生化指标的影响[J].中国畜牧兽医，2011，38（8）：23 ～ 26.

[6]王琤韡，瞿明仁，游金明，等.N-氨甲酰谷氨酸对断奶仔猪生长性能、养分消化率及血清游离氨基酸含量的影响 [J].动物营养学报，2010，22（4）：1012～1018.

[7]杨平，吴德，车炼强，等.饲粮添加L-精氨酸或N-氨甲酰谷氨酸对感染PRRSV妊娠母猪繁殖性能及免疫功能的影响[J].动物营养学报，2011，23（8）：1351 ～ 1360.

[8]Frank J W，Escobar J，Nguyen H V，et al.Oral N-carbamylglutamate supplementation increases protein synthesis in skeletal muscle of piglets[J].Journal of Nutrition，2007，137（2）：315 ～ 319.

[9]Ignarro L J，Buga G M，Wei L H，et al.Role of the arginine-nitric oxide pathway in the regulation of vascular smooth muscle cell proliferation[J].Proceedings of The National Academy Science，2001，98（7）：4202 ～ 4208.

[10]Jones S，Reed C A，Vijay S.N-carbamylglutamate for neonatal hyperammonaemia in propionic acidaemia[J].Journal of Inherited Metabolic Disease，2008，31：219 ～ 222.

[11]Kalkan U S，Coker M，Habif S，et al.The first use of N-carbamylglutamate in a patient with decompensated maple syrup urine disease[J].Metabolic Brain Disease，2009，24（3）：409 ～ 414.

[12]Liu X D，Wu X，Yin Y L，et al.Effects of dietary L-arginine or N-carbamylglutamate supplementation during late gestation of sows on the miR-15b/16，miR-221/222，VEGFA and eNOS expression in umbilical vein[J].Amino Acids，2012a，42（6）：2111 ～ 2119.

[13]Liu Z Q，Geng M M，Shu X G，et al.Dietary NCG supplementation enhances the expression of N-acetylglutamate synthase in intestine of weaning pig[J].Journal of Food，Agriculture&Environment，2012b，10（1）：408 ～ 412.

[14]Mew N A，McCarter R，Daikhin Y，et al.N-carbamylglutamate augments ureagenesis and reduces ammonia and glutamine levels in patients with propionic academia[J].Pediatrics，2010，126（1）：208 ～ 214.

[15]Morizono H，Caldovic L，Shi D S，et al.Mammalian N-acetylglutamate synthase[J].Molecular Genetics and Metabolism，2004，81：4 ～ 11.

[16]Town S C，Patterson J L，Pereira C Z，et al.Embryonic and fetal development in a commercial dam-line genotype[J].Animal Reproduction Science，2005，85（3-4）：301 ～ 316.

[17]Tuchman M，Caldovic L，Daikhin Y，et al.N-carbamylglutamate markedly enhancesureagenesisin N-acetylglutamatedeficiency and propionic acidemia as measured by isotopic incorporation and blood biomarkers[J].Pediatric Research，2008，64（2）：213 ～ 217.

[18]Wu G Y，Bazer F W，Davis T A，et al.Important roles for the arginine family of amino acids in swine nutrition and production[J].Livestock Science，2007，112（1-2）：8 ～ 22.

[19]Wu G Y，Knabe D A，Kim S W.Arginine nutrition in neonatal pigs[J].The Journal of Nutrition，2004，134（10）：2783 ～ 2790.

[20]Wu X，Ruan Z，Gao Y L，et al.Dietary supplementation with l-arginine or N-carbamylglutamate enhances intestinal growth and heat shock protein-70 expression in weanling pigs fed a corn-and soybean meal-based diet[J].Amino Acids，2010，39（3）：831 ～ 839.

[21]Wu X，Yin Y L，Liu Y Q，et al.Effect of dietary arginine and N-carbamoylglutamate supplementation on reproduction and gene expression of eNOS，VEGFA and PIGF1 in placenta in late pregnancy of sows[J].Animal Reproduction Science，2012，132（3-4）：187 ～ 192.

[22]Ying P.Effects of oral supplementation with N-carbamylglutamate on serum biochemical indices and intestinal morphology with its proliferation in weanling piglets[J].Journal of Animal and Veterinary Advances，2012，11（16）：2926～2929.

[23]Zeng X F，Huang Z M，Mao X B，et al.N-carbamylglutamate enhances pregnancy outcome in rats through activation of the PI3K/PKB/mTOR signaling pathway[J].Plos One，2012，7（7）：1 ～ 10.■