功能性氨基酸对生长猪的重要性

孙芳芳，齐军伟，欧 涛

（1.新郑市畜牧技术服务中心，河南新郑 451100； 2.河南省卫辉市农业农村局（畜牧局），河南卫辉 453100）

在实际生产过程中我们经常发现猪场内部和猪场之间的生产性能差异很大，其中猪的健康状况是造成这种差异的因素之一。由于许多疾病都由多种因素导致的，因此应考虑饲养策略以支持动物最佳的生长性能和健康状况。为此，需要确定机体健康对猪的营养和代谢状态的影响，以便更好地调整饲养计划。在应激和炎症时，对猪采食、消化、吸收和代谢功能有较大影响的日粮营养素中，氨基酸在动物代谢中起着关键作用，它是调整日粮的良好选择。生产上由于卫生条件或应激的挑战可能会导致猪体内平衡状态偏离，这些因素也会影响氨基酸和蛋白质参与各种生物过程。如出栏体重较轻的猪与保育期和生长育肥期血浆中必需和非必需氨基酸浓度低有关（He 等，2016）。Kampman-van de Hoek 等（2016）研究发现，日粮苏氨酸和色氨酸缺乏会导致猪生长受到抑制，因为骨骼肌和免疫系统会竞争这两种氨基酸。虽然Capozzalo 等（2017）报道猪在较次环境条件下对氨基酸需要的报告，但关于日粮氨基酸需求的潜在来源信息较少，作者认为这些潜在来源包括合成不同蛋白质的氨基酸需求，以及用于组织生长和健康尤其是小肠和骨骼肌的需要，这些知识需要进一步挖掘，以便为猪的生长提高精准营养方案。

1 炎症对氨基酸摄入、消化、吸收和代谢的影响

Pastorelli 等（2012）分析量化了不同健康状况对猪生长和采食量的影响，与健康猪生长性能相比，健康调整负面影响生长速度和饲料摄入量。动物营养学家应根据实际农场条件和健康因素来调整日粮配方结构。一方面，许多与炎症有关的蛋白质可能在体内合成，其中分泌到肠道腔内的蛋白质与炎症有很大关系，因为其中一些既不能被消化也不能回收，它们的氨基酸对于宿主来说肯定是损失的，应在日粮中充分补充。这意味着当营养学家应考虑调整配方结构。另一方面，当生长限制主要来自于饲料摄入量减少时，能量供应对生长的限制可能比单一营养物质更大。因此，饲料成分的调整不一定有利于恢复动物的健康和生长。但提供具体的氨基酸参与饲料采食量的调控可能有助于改善动物的健康状况，这一观点在Trevisi 等（2015）的研究中得到了证实，其发现日粮添加1 g/kg 苏氨酸可以提高感染大肠杆菌K88猪的采食量。

炎症降低了体内氮的沉积，并增加了尿氮流失，这些变化的原因与饲料摄入量减少、营养物质消化，吸收功能受损，机体蛋白质分解代谢增强，氨基酸氧化增加，并由炎症细胞因子和激素调节有关。蛋白质合成速率在骨骼肌中降低，但在肝脏和其他组织中增加，这些组织参与炎症急性期防御和免疫蛋白的生成（Oled 等，2002）。因此，由于合成蛋白质的氨基酸组成不同，炎症改变了骨骼肌与其他器官或细胞类型，如肝脏、脾脏、消化道和免疫细胞之间氨基酸的分配。消化道紊乱会导致消化酶和黏膜蛋白损失，使内源性氨基酸损失增加，对某些氨基酸，如精氨酸、亮氨酸、苏氨酸、缬氨酸、脯氨酸可显著升高（Adeola 等，2016）。在感染猪繁殖和呼吸综合征病毒的猪骨骼肌中，肌生成抑制素（一种负调控蛋白增生的蛋白）的表达增加，这表明感染可能会降低肌肉蛋白的合成（Escobar 等，2004）。炎症急性期蛋白在感染恢复或炎症后免疫系统的细胞稳态方面发挥重要作用，因此，急性期蛋白合成的增加可能需要肌肉蛋白的分解来供应氨基酸，更具体地说是苏氨酸和苯丙氨酸，因为这些氨基酸在急性期蛋白中的分布不同于肌肉蛋白，同样免疫球蛋白的合成需要大量苏氨酸。

2 氨基酸与肠黏膜物理屏障

肠道是一个复杂的器官，上皮细胞和分泌细胞与免疫细胞密切相关，这个复杂的细胞网络包括分泌肽、蛋白质和其他防御，都有助于肠道免疫防御入侵的病原体及消化和吸收营养。肠黏膜上皮是肠内壁的单层细胞，主要由肠上皮细胞和肠上皮细胞之间紧密连接组成，通过这一细胞旁通路调控，防止病原体通过，而紧密连接结构由膜蛋白如封闭蛋白家族成员和ZO-1、ZO-2 和ZO-3蛋白组成（Arrieta 等，2006）。应激（如断奶）引起的肠黏膜屏障失调，以及病原微生物的侵袭和免疫挑战，因此，早期断奶的猪通常会出现黏膜屏障功能受损，引起腹泻，因为空肠跨上皮电阻降低和细胞旁通透性升高高达40%（Wang 等，2015）。苏氨酸是合成黏膜糖蛋白的主要底物，在维持肠道屏障完整性方面具有重要作用。因此，在炎症过程中，包括断奶后应激综合征可以通过日粮补充氨基酸，改善肠道黏膜屏障功能。日粮中的氨基酸通过多种机制刺激肠道细胞增殖，在具有应激的条件下口服精氨酸可以激活肠道组织中的mTOR 信号通路，此外，谷氨酰胺也可以激活mTOR 通路，上调鸟氨酸脱羧酶的表达，增加多胺的产生，从而刺激蛋白质合成，抑制肠上皮细胞的蛋白质分解（Wu 等，2013）。谷氨酰胺是嘌呤和嘧啶核苷酸合成的前体，嘌呤和嘧啶核苷酸对DNA 合成和细胞增殖至关重要，谷氨酰胺增强有丝分裂原激活蛋白激酶基因的表达，从而激活基因转录，促进肠上皮细胞增殖，同时谷氨酰胺代谢还提供ATP 支持肠道离子运输、细胞生长和迁移，从而维持肠道完整性（Wu 等，2013）。

含硫氨基酸代谢产物主要是谷胱甘肽、同型半胱氨酸和牛磺酸。谷胱甘肽由半胱氨酸、甘氨酸和谷氨酸合成，可以提高细胞增殖率。氨基酸除了改善肠道形态和细胞增殖外，对物理肠道屏障也有有益作用。如精氨酸是合成重要化合物的必要前体，包括一氧化氮、多胺和肌酸。精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸、甘氨酸、含硫氨基酸和苏氨酸可以用于多种炎症过程的营养管理。

3 氨基酸与防御蛋白、抗氧化的关系

IgA 和IgM 蛋白中苏氨酸氨基酸含量很高。在健康猪中注射牛血清白蛋白或猪瘟疫苗可以提高血清免疫球蛋白浓度、增加采食量（Mao 等，2014）。日粮添加苏氨酸后，饲料中苏氨酸含量从8.5 g/kg 增加到9.0 g/kg，导致易感染大肠杆菌K88 猪IgM 分泌量增加，而非易感猪则没有这种情况（Trevisi 等，2015）。从氨基酸组成可以预测出几种影响猪防御和抗菌蛋白或多肽合成的第一限制性氨基酸。丝氨酸是合成再生胰岛源蛋白的主要氨基酸，该蛋白是一种C 型凝集素，以革兰氏阳性菌为目标，肠道感染期间在猪小肠中大量生成（Soler 等，2015）。丝氨酸被归类为一种非必需的营养氨基酸，但它是一碳代谢的主要代谢源。葡萄糖合成途径起重要作用的氨基酸是谷氨酸，而谷氨酸代谢又受丝氨酸需求的影响，丝氨酸供应不足会导致甘氨酸合成受损，导致其他氨基酸营养失衡（Wu 等，2013）。另一个重要的抗菌蛋白是溶菌酶，其营养需求研究数据较少，含有很高的亮氨酸比例。总的来说，关注氨基酸组成和可能限制防御蛋白生成的氨基酸将推动旨在满足氨基酸需求的研究，以维持动物在次优饲养条件下的生长。此外，这些蛋白可以作为血液、唾液、粪便或其他组织样本中的潜在生物标志物，用于评估不同饲养策略下猪的肠道健康和功能。

氧化应激是内源性活性氧产生与抗氧化防御之间失衡的结果，其中内源性活性氧是细胞呼吸过程中在线粒体内产生，是细胞氧代谢的正常产物。此外，活性氧的产生是一些免疫细胞（如巨噬细胞）发挥细胞毒性作用的机制。因此，炎症过程中活性氧的产生和先天免疫反应的激活是一种防御机制，当抗氧化防御被击溃时可产生氧化应激（Li 等，2007）。谷胱甘肽是机体最强大的内源性抗氧化成分之一，出生后的猪肝脏和肠道似乎是谷胱甘肽合成的两个主要部位。日粮补充谷氨酸、甘氨酸（构成谷胱甘肽的两个氨基酸）、精氨酸和天冬氨酸可以降低细胞氧化应激（Duan 等，2016）。在整个动物机体中除了具有直接的抗氧化作用外，这些氨基酸在免疫细胞和肠道细胞中具有关键的代谢作用，其作用也可能导致氧化应激的降低（Wu 等，2013）。

4 氨基酸参与的重要代谢途径

4.1 精氨酸- 一氧化氮代谢途径 母乳中富含谷氨酰胺、谷氨酸、脯氨酸，随着泌乳时间的延长，乳中游离谷氨酰胺的浓度逐渐增加，游离的以及和肽结合的谷氨酰胺、谷氨酸占氨基酸总量的20%。相比之下，母猪泌乳期间精氨酸的浓度明显低于谷氨酰胺、谷氨酸和脯氨酸，因此，母猪乳汁最多只能提供仔猪代谢所需40%的精氨酸（Wu等，2013）。精氨酸的从头合成与谷氨酰胺在0 ～7日龄猪肠细胞中转化为精氨酸一致，这些合成途径需要的所有底物包括氨、碳酸氢盐、谷氨酸、天冬氨酸和ATPH，都是由谷氨酰胺分解代谢产生的（Wu 和Morris，1998）。由于猪小肠不吸收动脉血脯氨酸，从乳和断奶后日粮中获得的脯氨酸对补偿日粮中的精氨酸缺乏至关重要。

精氨酸可以合成一氧化氮，是一种主要的血管舒张因子。最近的研究结果表明，在常规饲料中添加精氨酸可以提高猪在妊娠期、哺乳期、断奶期和生长期的生产性能（Wu，2014）。NRC 认为精氨酸是一种条件性必需氨基酸，NRC（2012）在标准化回肠消化率的基础上推荐了生产各个阶段猪饲料中精氨酸的需求，从早期妊娠母猪0.17 g/kg 到哺乳期0.68 g/kg。精氨酸具有多种作用：保护机体免受氧化应激和炎症，激活肠道组织中的mTOR 信号通路，调节肠道炎症反应，减轻绒毛萎缩。在21-28 日龄的断奶仔猪中，以玉米- 豆粕为基础的日粮中添加0.6% 精氨酸，使小肠重量增加89 g，日增重提高42 g/d，日粮添加精氨酸也增加了引发脾脏表达和肿瘤坏死因子α 激活先天免疫指标及IgM 的浓度，以防刚断奶仔猪发生感染（Wu 等，2010）。在妊娠第14 ～28 天添加1%的精氨酸可使母猪在妊娠第70 天每胎胎数增加3.7，并促进胎儿肌肉发育（Berard 和Bee，2010）。值得注意的是，妊娠母猪补充精氨酸可提高一氧化氮和B 淋巴细胞衍生抗体的产生，从而预防因猪痢疾病原体短螺旋体引起的肠道感染的发病率和死亡率（Li 等，2007）。综上所述，猪日粮中需要考虑精氨酸摄入量，以改善猪的健康、生长、存活率、泌乳和繁殖能力，由于目前为了降低养殖场氮排放而采用的低蛋白日粮不能满足精氨酸或其合成前体的需求，因此考虑日粮补充精氨酸这一点尤其值得注意。

4.2 色氨酸和犬尿氨酸途径 色氨酸是犬尿氨酸合成的前体，它是一个复杂代谢途径的第一个代谢物，最终形成喹诺酸、烟酸和烟酰胺喹啉和黄嘌呤酸，将色氨酸转化为犬尿氨酸需要两种酶，第一种酶是色氨酸2，3- 双加氧酶，位于肝脏中，负责过量色氨酸的降解；第二种酶是吲哚胺2，3-双加氧酶，存在于巨噬细胞和树突状细胞等众多免疫细胞中。双加氧酶的激活和色氨酸分解代谢的增加被认为是调节妊娠和疾病期间免疫系统的机制（Munn 和Mellor，2013）。双加氧酶的激活也被认为与一些炎症性疾病发生的长期免疫激活有关。当色氨酸水平低于营养需要水平时，炎症对血浆色氨酸浓度和组织双加氧酶活性的影响更大；此外，与炎症反应相关的氧化应激机制也降低了断奶仔猪血浆色氨酸水平，增加了血浆犬尿氨酸含量（Lv 等，2012）。

炎症引起的色氨酸代谢的剧烈变化与氨基酸在炎症状态下的功能作用有关。与色氨酸中度缺乏的猪相比，实验诱导肺部炎症的猪与色氨酸轻度过量的猪相比，其急性期蛋白浓度较低，且肺损伤较轻；同时，饲喂高色氨酸水平日粮的猪双加氧酶活性也较低，说明添加色氨酸可减轻炎症（Kim 等，2010）。

5 结论

环境、社会和经济原因证明在动物生产中需要更高的饲料效率和更具体的氮素利用效率，提高猪的蛋白质利用率和预防肠道疾病的一项策略是降低日粮粗蛋白质水平，同时适当补充合成氨基酸。降低日粮中粗蛋白质含量可以减少氮的摄入量，并可能避免氨基酸过量，从而防止过量的代谢负荷。除减少使用饲料抗生素，低蛋白日粮还可以提供一个补充氨基酸的手段，这也有助于限制与炎症状态相关的代谢紊乱。氨基酸不仅是蛋白质合成前体，也是合成具有重要生理和调节功能的生物活性肽和低分子量代谢物的前体。众所周知，猪饲料必须含有必需氨基酸，但为保证猪的最佳肠道健康和功能、生长速度及饲料效率，适当提供传统分类的非必需氨基酸如精氨酸、谷氨酰胺、谷氨酸和甘氨酸也至关重要。